船体内部实现波浪能吸收的船舶能源辅助与减摇系统

赖哲渊

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

本科生

1 工作原理与现阶段技术

1.1 工作原理

基于船体内部波浪能吸收的船舶能源辅助和减摇系统是一套综合能源与耐波性考虑的系统。从能量的角度来讲，减摇装置一般是被动消耗波浪能量或是做额外的负功与波浪能抵消。比如减摇水箱、减摇鳍等。从原理上讲，最理想的方法是船舶行进中能吸收横向波浪的能量：一方面，吸收的波浪能能作为船舶能源的储备；另一方面，由于能量守恒，波浪能被吸收了一部分，对船体所做的机械功将大大减少，等效于增大船舶在波浪中的阻尼，从而实现减摇效果。

1.2 现阶段技术

现阶段关于此方面的研究并不多，或者仅从能量与减摇的其中一方面进行考虑。

图1是波浪能量收集船。它是由安装在船只上的浮筒完成能量采集，然后储存到船上的大容量电池中。而船只，可以趋吉避凶绕开风暴。

图1 波浪能量收集船

可以判断的是，船舷两侧的浮筒虽然同时起到了能量吸收与减摇的作用，但无疑会增加船体的附加阻力。更好的办法是将这套系统的实现放在船体内部。因此，也带来了这套系统的最大难题：系统装置不直接与波浪接触，如何能实现横向波浪能的吸收？

图2是解决这难题的一项专利。

图2 发电减摇装置示意图

该船舶波浪发电减摇装置包括船舶波浪发电机构和船侧受波施力机构。其中发电机构可以是运动磁棒发电装置，也可以是风箱风道发电装置。前者通过切割磁感线产生电能，后者则通过气流带动叶轮做功产生电能。船侧受波施力机构是与船舶舭部活动连接、将波浪能传递给发电机构的能量转换动壁。它上端固连着一个弹性部件，内侧黏附着气囊，在波浪力的作用下压迫弹性部件和气囊，波浪能所转化的机械能进一步转化为弹性势能和气体压力势能，当波浪退却，它在上述弹力和气体压力作用下又向外转动，其效果是减摇。

这项专利的实用价值有待于研究。但在笔者看来，考虑到船舶的稳定性，除非材料技术发展到一定程度，否则很难做出船侧的能量转换动壁。但这项技术给了未来实现船体内部波浪能吸收的能源辅助和减摇系统的设计提供了参考思路。

2 应用意义与前景

该系统结合了船舶耐波能力与能源提供，当船舶行驶中的海况越恶劣时，这套系统能从波浪中吸收更多的能量，相对的改善耐波性的程度也越大，系统的经济性和安全性越高。能预期的情况是，这套系统吸收的波浪能量能储存并分配给船舶辅机，从而减轻主机的压力，也能适当地改善船舶耐波性，带来一定的经济价值。未来对此技术的突破性一是从船体外部到船体内部的实现，船体外部直接与波浪接触，工作环境恶劣，而且会附加阻力。而系统实现在船体内部就能很好地避免附加阻力这一问题；二是实现系统的小体积、高效能，体积越小越不影响原先的船体空间配置，效能越高，减摇效果越好，储备能量越多。