新能源在航标中的应用
来源:成果转化处、省对外科技交流中心 时间:2019-03-15 17:08

  ①课题来源与背景:航标即助航标志,主要是为了船舶安全、经济、便利航行而设置的视觉的、音响的或者无线电的有信息服务作用的装置。航标有多种分类标准,根据配布的水域不同可分为海区航标和内河航标;根据配布位置的可靠性不同可分为固定航标和浮动航标;根据工作原理不同分为包括视觉航标、音响航标和无线电航标等。现代航标学是一门综合性学科,涉及领域很广,主要有光学、声学、电子技术、自动化技术、计算机技术等学科领域。

  本项目主要研究新能源在航标中的应用。不论是视觉航标还是音响航标,它们都具有能源供给装置即航标能源。航标能源主要包括电能和非电能两大类,目前主要应用的能源还是电能,其电能系统分为非可再生电能源和可再生电能源,使用非可再生电能源(柴油发电、燃料电池)的航标也称传统航标,其寿命短、易出故障,因置于海洋、江河中又增加了维护难度,政府每年在航标的检测和维护方面也投入了巨大的人力和物力,因此,研究开发具有维护周期长、能源消耗少的航标具有重要的现实意义。而且目前,世界航标组织也正大力倡导开发新型能源开发,以降低航标的维护周期和提高其可靠性。可再生电能源是指利用可再生自然能源发出的电能,具有清洁无污染、储量丰富、可持续利用等优点,且具有巨大的开发潜力。我省在航标的建设中所使用的可再生能源主要是太阳能和风能,而海洋、江河中蕴藏的巨大的波浪能却没有得到充分利用。在非可再生能源日益枯竭的今天,大力发展可再生能源,特别是开发潜力巨大且具有广阔应用前景的波浪能显得尤为重要。同时,为了顺应国家节能减排、自主创新、开发新能源的政策趋势,本项目提出一种综合利用波浪能与太阳能两种新能源的航标装置,推广应用在海洋、江河航标中。

  ②技术原理及性能指标:基于振荡水柱式波浪能发电技术原理研发波浪能与太阳能在航标中的应用。波浪能发电装置的结构由五部分组成:(1)保护帽、(2)整流器和控制器、(3)交流永磁发电机、(4)对称翼型空气透平、(5)转轮室。波浪能发电装置电压指标:过充电保护为15V ,过电压保护为18~19 V,配用蓄电池组电压为12V;新能源航标技术指标:中心管内径0.7m、电压13V、功率≥6瓦。

  ③技术的创造性与先进性:(1)基于振荡水柱式波浪能发电技术原理,对现有航标进行了改造,将波浪能发电装置和太阳能电池板同时安装于航标上,两者供电可以相互补充,维持航标日夜正常工作。

  (2)采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立数值波浪水槽,验证了水槽的可靠性,分析计算了不同波况、不同锚泊角度下浮标的运动响应及锚链力,实验证明浮标采用30°锚泊角度更具有稳定性和安全性。

  (3)采用AIS航标无线监控系统分别对该航标波浪能发电效果和太阳能发电效果进行实时监测,采集得到了航标遥测日报数据,经对比分析,波浪能与太阳能提供的发电效果相当,工作状态正常。

  ④技术的成熟程度,适用范围和安全性:技术成果由福州海榕航标科技工程有限公司使用,完成了波浪能与太阳能发电航标系统的海上投放及测试。本次基于AIS的航标无线监控系统分别对该航标波浪能发电效果和太阳能板发电效果进行了实时监测,波浪能发电监测时间为2017年9月4日至2017年11月28日,太阳能板发电监测时间为2017年11月30日至2018年1月21日。采集航标遥测日报数据,对两者数据进行对比分析,波浪能提供的蓄电池电压为11.9V~13.0V,太阳能提供的蓄电池电压为11.0V~13.5V,两者提供的发电电压相当,此外,期间波浪能发电航标系统位置未发现明显偏离,航标灯工作状态正常,未出现故障。

  ⑤应用情况及存在的问题:由于该项目研究时间紧迫,仅对蓄电池进行了电压监测,可比性不足,建议今后直接对波浪发电装置及太阳能电池板监测电压及电流,同时提高监测时间,进一步评估该新能源航标的可靠性。

  ⑥历年获奖情况:无

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