潮汐能與風能結(jié)合的渦輪式航標燈

【摘要】潮汐能發(fā)電這項技術(shù)已經(jīng)在全世界研究都相對比較成熟了，也是主要發(fā)電方式之一，但是對于航標燈上的應(yīng)用很少，而風能是十分豐富的，這兩者結(jié)合運用于航標燈上是一種全新的嘗試。簡要地介紹了潮汐能與風能結(jié)合的航標燈的應(yīng)用背景，及其原理，為具體的研究提出了方向。

【關(guān)鍵詞】潮汐能;風能;渦輪式;航標燈

一、引言

目前，國內(nèi)外航道水域的航標燈大多數(shù)都采用蓄電池供電，還有一部分采用太陽能來提供航標燈所需能量，或者采用其他的供電方式如利用海水化學發(fā)電等。利用潮汐能發(fā)電的航標燈就目前而言，是一種新的嘗試。而潮汐能發(fā)電的航標燈是一種創(chuàng)新和改進，并且同時利用風能發(fā)電，形成互補。相比之前的航標燈，更好的實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，能源更清潔，相對太陽能發(fā)電而言經(jīng)濟效益可能更好，更節(jié)約能源。在布可再生能源極度匱乏的時代，這種航標燈市場前景還是可觀的。做這個項目也十分有意義，可以彌補對于這方面研究的不足。隨著不可再生能源的減少，新興能源必將替代不可再生能源，以后甚至可以把這項研究推廣到更多的領(lǐng)域。它符合綠色能源發(fā)展模式，這一設(shè)想在替代不可再生能源的同時，也保護了環(huán)境。潮汐能以前都是大規(guī)模的發(fā)電現(xiàn)在用于航標燈的供能，所以必須要權(quán)衡，怎樣實現(xiàn)的效益最大化，同時，這也是一個新思路，大型化向小型向普遍化方向發(fā)展。

二、潮汐能與風能結(jié)合的渦輪式航標燈的分析

1.原理

潮汐能發(fā)電是利用漲潮和落潮時所形成水的動能和勢能轉(zhuǎn)換為機械能，即水流經(jīng)水輪機時帶動水輪機轉(zhuǎn)動從而將水能轉(zhuǎn)換成機械能，水輪機的轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。然后把電能儲存起來供航標燈使用。儲存時，就是把多余的電能給蓄電池充電從而儲存在蓄電池中。設(shè)備在輸出電流時采用交變電流輸出，因為儲存的功率較大，所以使用時要使用小型的降壓變壓器降低電壓，滿足航標燈使用的電壓。在航標燈的水上部分安裝一個風力發(fā)電裝置，風力發(fā)電的裝置可以把風能轉(zhuǎn)化為電能供航標燈使用，風力發(fā)電的扇葉采用后彎葉片。從而良種發(fā)電方式綜合使用，可以保證持續(xù)高效安全地輸出電能。

2.具體方案

所設(shè)想的航標燈其水下部分主要是利用潮汐發(fā)電，水上安裝風力發(fā)電設(shè)備，立上一個桿在航標燈的水面部分，上面裝上四個方向的葉輪，葉輪上裝上風力發(fā)電機，葉輪本身是可以朝各個方向旋轉(zhuǎn)的。具體初步設(shè)計了三個方案：

方案一：

利用特殊材料做一個包箱外殼（具體材料必須考慮使用年限、經(jīng)濟效益、材料的性能需求和經(jīng)費成本），做成一定的弧線型，下端呈喇叭口（漲潮時海水主要呈現(xiàn)的是橫向域?qū)?，而不是縱向的落差且是間歇性的，因此水輪機的裝置應(yīng)該要做到水頭低流量大以及盡量捕獲能量），使它足以安裝4個直徑1.2米的葉輪（選取輕質(zhì)材料以便獲得更多能量），這一部分在發(fā)電時，要安裝在水下，用以收集并獲取漲潮時的動能，同時在潮落的時候從勢能轉(zhuǎn)換成動能的水流中，，再次吸收部分能量，利用渦輪將這部分能量轉(zhuǎn)化為機械能用來發(fā)電。喇叭口面對沖來的潮水，在水下葉輪后1.5米左右的位置開始呈45°左右的弧線型上升，隨著弧線型向上，收縮口會越來越小，直至達到3米左右高的口徑1.5米的圓形的縮口，縮口上裝離心式風輪，用以獲得潮水漲落壓縮或者吸引空氣所帶來的氣流變化而形成的風能，并將它轉(zhuǎn)化成電能?？紤]到潮汐所帶來的泥沙必須要按時時清除，則需維護人員保證發(fā)電裝置的正常運行，需在弧形的外殼后開一個高1.5寬1.4米左右的艙口，并有相關(guān)防護材料。此外對于發(fā)電機的安裝，要用鋼質(zhì)圓環(huán)，套在弧形縮口頸部，并用三根鋼材作為支撐，為防止潮來時候帶入垃圾絞壞葉輪，則在喇叭口前面要加三根直徑1cm的鋼筋焊接。在同一個航標燈上，可以在多方向上安裝，效率會更大。

方案二：

在航標燈的水下面部分安裝發(fā)電的裝置，并用特殊材料做成圓筒，在圓筒里安裝若干個葉輪，做成水輪裝置，每個葉輪有四片扇葉。再由若干個水輪裝置并排放置在固定的槽里，進行發(fā)電，在邊上安裝流向標，使其水輪圓筒的開口迎著水流的方向，并且可以靈活的調(diào)整水輪機的開口的方向。整個水輪機的總裝置是平放著，和水平面平行放置。以便水流更好的導(dǎo)入管中，從而產(chǎn)生更多的電能。

方案三：

與方案二有小的方面的差別，即是水下的水輪機裝在一個兩邊都開喇叭狀的管中間，管的兩邊較大，中間管徑相對細小，中間只裝一個水輪，在整個水下裝置中，并排若干個這樣的喇叭狀的管平行水平面放置于固定的槽中。同時在旁邊安裝流向標。這個方案優(yōu)勢在于，根據(jù)流體動力學原理，水在管的中間的速度大，沖力大，所以轉(zhuǎn)化的能量大，兩邊都是喇叭口，水流出管的時間短，有利于減小水沖力對航標燈的影響。

三、前景分析

太陽能，化學電池給航標燈供能，這些技術(shù)都是比較成熟，就各個國家而言應(yīng)用是相當廣泛的，但是依然存在一些弊端。太陽能會受時間限制，而且它的效益低，化學電池盡管能行，但是消耗太大了，并且對環(huán)境而言不友好，不是一種經(jīng)濟的方式。潮汐能發(fā)電，能更好節(jié)約能源，對環(huán)境比較好。潮汐能發(fā)電，利用雙向的發(fā)電裝置就能夠在潮漲和潮落時發(fā)電，且效益高。該項研究是小型化產(chǎn)物，它的研制成功是可以為今后潮汐能用于其它領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)，同時也解決了航標燈耗能多度多經(jīng)濟效用不高的問題。這項技術(shù)的推廣，可以使其產(chǎn)業(yè)化，推動潮汐能的發(fā)展，也為航行在海上的船員提供安全保障，而且，產(chǎn)品的前景較好，可以擴大它的適用范圍。以后可以推廣到小型船只，經(jīng)濟前景比較可觀。我國是個能源消耗大國，伴隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對能源的需求日益加大，經(jīng)濟的發(fā)展對于化石能源的依賴特別嚴重，石油、天然氣和煤炭等不可再生資源在不久的未來會枯竭，而且隨之而來的是環(huán)境污染，為了解決能源的緊缺問題，以及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展，就必須找到新能源，而潮流能是一種儲量大的可再生能源，對環(huán)境影響小，且這種自然能源是利用海水漲落潮而帶來能量的變化，這項技術(shù)的發(fā)展無論是對經(jīng)濟還是環(huán)境保護都有促進作用。

參考文獻

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