摘要：文中以“为航标高效提供更多绿色电力”为核心目标，紧密围绕目前航标供电系统中存在的“电力少、低温受限”等突出问题，提出了一种基于水伏原理的新型海洋发电技术，利用水伏发电和直线发电两种方式，实现电能的高效存储和利用。
关键词：水伏;发电;双电层;浮标
引言
航标即助航标志，是指示航道方向、界限与障碍物的重要标志，它包括河标、沿岸标、导标、过渡导标等形式，主要起到引导船舶航向、定位、标志障碍物的作用。为确保航标实际应用中始终发挥良好的导向作用，可通过优化航标动力供应渠道实现资源的综合利用。
1振荡水柱式波浪能发电技术原理
振荡水柱式波浪能发电技术也称为空气透平式波浪能发电技术，是目前应用最广泛的波浪能发电技术，在国内也有较多振荡水柱式波浪能试验电站在运行。振荡水柱型装置主要有一个气室，由一个空箱构成，在它淹没于水面以下部分有一个开口，在气室上部有气流通道(空气出入口)。波浪向着空箱移动，当波峰接近空箱前壁时，水进入空箱，推动箱内水位上升，上升的水位使箱内气压增加，气室内空气通过出入孔排出，由于气孔狭小，气体高流速喷出，见图1左图。在波谷接近空箱前壁时，水从空箱抽出，箱内水位下降，下降的水位使箱内气压降低，外面空气通过出入孔高速进入气室，见图1右图，流出流进的气体将推动涡轮机旋转，这就把波浪能转换为机械能。
水伏感应发电技术及其在航标上的应用方案相关期刊推荐：《中国海事》(月刊)创刊于2005年，是交通运输部主管，中华人民共和国海事局主办的面向国内外公开发行的综合性技术刊物，其宗旨是立足中国海事，紧紧围绕水上安全监管的中心工作，总揽国内外海事工作的热点、焦点和难点问题，着力打造成海事系统和社会的交流平台，系统内政策、信息、经验和技术的平台，中外海事领域友好交流的平台;发展成为展示中国海事改革发展成果的重要舞台
气室内水面有一个固定的波动频率，冲入气室的水碰到气室后壁反射回来，如能和下降水面同向，将会与波浪共振，选择合适的气室尺寸可以使室内水面振荡与外面波浪频率相近，共振的水面波动幅度会远高出波浪的幅度，大大提高气体的流量从而提高系统效率。在气流通道内安装气动涡轮机，进出的气流就会推动涡轮机旋转，涡轮机带动发电机发出电来，这就是振荡水柱式波浪能发电的原理。
上面介绍的振荡水柱式波浪能发电装置是靠岸边安装，称为固定式(靠岸式)安装。本文研究振荡水柱式波浪能发电装置在航标中的应用，结构漂浮在海面上，称为漂浮式(离岸式、近岸式)发电装置。图2是下面进水的漂浮式振荡水柱式波浪能发电装置，为振荡水柱式波浪能发电在航标中应用的原理图。
2灯浮标供电模式现状
目前，北方海区海上灯浮标灯器的供电方式大多数采用太阳能电池板发电、铅酸蓄电池或锂电池储电的模式，而这种供电模式存在诸多弊处：一是供电效率低，由于气候、环境因素和地域依赖性影响，太阳能光伏发电间歇性工作，导致能量输入很不稳定，长期的雨雪天、阴天、雾天甚至云层的变化都会严重影响系统的发电状态，蓄电池在低温条件下充放电性能显著变差;二是光电转换效率低，目前晶体硅光伏电池转换效率为16%—25%，由于光电转换效率偏低，光伏发电功率密度低，难以获取高功率发电，另外，空气中的颗粒物和鸟类排泄物等附着在太阳能电池组件的表面，阻挡了部分光线的照射，使电池组件工作效率降低，从而造成发电量减少甚至电池板的损坏;三是晶体硅的制造过程高污染、高能耗，晶体硅电池的主要原料是纯净的硅，硅是地球上含量仅次于氧的元素，主要存在形式是硅砂，从硅砂一步步提取出晶体硅，要经过多道化学和物理工序的处理，不仅要消耗大量能源，还会造成一定的环境污染。在能源危机日益突出的今天，大力发展可再生能源，已经成为全球的共识。航标设备现在使用的能源主要是太阳能，对于可再生能源来说，太阳能和风能的使用几乎占据所有比例，相比之下，海洋资源的使用比例很小，地球的70%面积是海洋，海洋中贮藏着潮汐能、波浪能、海流能等形式的海洋可再生能源，因此，开发和利用海洋能资源对航标事业的长远发展具有重要意义。
3双电层
当固体与液体接触后，固体表面会带电，固体表面的电荷会通过静电作用，吸引液体中的异号电荷，从而在固—液两相界面之间形成电量相等、电性相反的双电层,并具有一定的电势(zeta电势)。
从19世纪末到20世纪中叶，科学家们相继提出若干种有关双电层的物理模型，模型发展经历了由简单到复杂、由粗糙到精确、由现象到本质的演化过程。德国物理学家Helmholtz从当时已有的物理学概念出发，首先提出了双电层的平板电容器模型，正负电荷整齐地排列于界面两侧，如同平板电容器中的电荷分布，电势在双电层内呈直线下降。随着对电化学研究的逐渐深入，只有正负两个电荷层的简单双电层模型被不断改进。1910年和1913年，Gouy和Mooney认识到固液界面的双电层电容并非定值，而是会随离子浓度和施加电场的不同而变化，并对Helmholtz模型进行修正，提出了扩散双电层模型，表明zeta电势在液体中的分布随着离固液界面距离的增加呈指数衰减(见图3)。
双电层电容器(EDLC)是基于Helmholtz双电层模型的应用，它是介于蓄电池和传统电容器之间的新型能源储备件，具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
4振荡水柱波浪式发电技术在无线电航标中的应用
振荡水柱波浪式发电技术在无线动力系统工银结构中的应用，也是该项技术服务于社会的直接体现。无线信号标主要采用雷达信号体进行动力传输，甚至是利用子午仪卫星导航系统进行航空导航。这样的卫星调节方式，可随时保障卫星信号与航标信号的跟踪联系，避免出现动力系统航向外部因素调节不当的情况发生。该项技术的应用方式可归纳为：(1)借助水波波浪供应体，全面性进行动力传导，随时保持良好产业动力规划与调控;(2)振荡水柱波浪式发电技术，可随时保持以良好的技术供应波进行动力传输，由此，无论是持续性的无线雷达信号调节，还是系统性的动力跟踪式调控，振荡水柱波浪式发电技术都可以保持在稳定的动力传输状态，即，我们所说的系统性的动力传输与动向模式调控。
结语
本文基于目前航标电力系统供电效率低、光电转换效率低、原材料不环保、低温受限等现状，以“为航标高效提供更多绿色电力”为核心目标，提出一种基于水伏效应的发电技术，实现海洋能源到电能的转化，进行电能的高效存储和利用。该装置围装在灯浮标浮鼓四周，与浮标合为一体，漂浮于海面，依靠波浪的运动来改变装置内电极片与电解质之间的双电层分布，同时也依靠波浪的起伏完成磁感线的切割，因此，该装置适用于有波浪的海面，对于北方海区冬季结冰的海面并不适用。另外，该发电方式对装置的密闭性要求极高，密闭性欠缺时，海水会进入装置内部，污染电解质，对电极片、线圈和磁铁等造成腐蚀，同时海生物的附着也会影响发电性能。该装置的前期研究成本较高，随着水伏发电技术的发展和完善，应精简配置，以降低生产成本用于大规模使用。在当今全球资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，开发利用海洋中丰富的资源，已是历史发展的必然趋势，基于水伏效应的发电技术为能源的捕获开辟了新的方向，具有巨大的发展空间。——论文作者：田玉尊
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/dzi/18017.html
