波浪能發(fā)電技術(shù)地研究

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1、word 波浪能發(fā)電前景與國內(nèi)外發(fā)電裝置 ℃。因化石能源使用而引發(fā)的氣候異?，F(xiàn)象和酸雨等環(huán)境問題也呈逐年增多之勢。為有效地解決上述問題，大力開發(fā)可再生能源勢在必行，也是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開展的必要條件。 1、波浪能發(fā)電的前景 可再生能源技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球能源低碳供給的關(guān)鍵要素?？稍偕茉矗侵冈谧匀唤缰锌梢圆粩嘣偕?、永續(xù)利用、取之不盡、用之不竭的能源，主要包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能等可再生能源的使用對(duì)環(huán)境無害或危害極小，資源分布一般比擬廣泛，適宜就地開發(fā)利用。與其他能源相比，電力對(duì)于減少全球能源結(jié)構(gòu)中化石能源的份額發(fā)揮著更重要的作用?？傮w而言，到2040年，為應(yīng)對(duì)電力需求

2、的增加，以與替代現(xiàn)有的到2040年要退役的裝機(jī)容量〔約占現(xiàn)役裝機(jī)容量的40%〕，需要新建7200吉瓦〔GW〕的裝機(jī)容量?？稍偕茉凑及l(fā)電比重增加最多的是興旺國家，達(dá)到37%，開展中國家可再生能源發(fā)電量增長兩倍多，以中國、印度、拉丁美洲和非洲地區(qū)為代表。 為了解決能源問題，越來越多的國家把目光投向占地球外表積71%的海洋。海洋能一般是指存在于海水中的可再生能源，包括波浪能、潮汐能、海流能、溫差能、鹽差能等。波浪能是海洋表層海水在風(fēng)里的作用下波動(dòng)所蘊(yùn)藏的能量。全球海洋能理論可再生功率達(dá)76600GW。幾種常見海洋能資源的儲(chǔ)量見下表，波浪能的實(shí)際可開發(fā)量較高，為300GW。 各類海洋能的資源儲(chǔ)量

3、 單位GW 能源種類 理論儲(chǔ)量 技術(shù)可用儲(chǔ)量 實(shí)際可開發(fā)量 潮汐能 3000 100 30 波浪能 3000 1000 300 海流能 600 300 30 鹽差能 30000 3000 300 溫差能 40000 2000 100 根據(jù)《中國沿海農(nóng)村海洋能資源區(qū)劃》，我國沿岸波浪能資源平均理論總功率為12.84GW。其中某某省沿岸的波浪能資源最豐富，為4.29GW，約占全國總量的1/3；其次是某某、某某、某某和某某省沿岸，約為1.61～2.05GW，合計(jì)7.06GW，占全國總量的55%，其他省市沿岸如此較少，僅在0.14～0.56GW之間。

4、全國沿岸波能功率密度分布某某中部、某某、某某海壇島以北、渤海海峽和西沙地區(qū)沿岸最高，其次是某某南部和北部、某某東部、某某海壇島以南、某某半島南部沿岸，渤海、黃海北部和北部灣沿岸最低。具體的渤海海峽(7.73kW/m)、某某島南北兩端(6.21～6.36kW/m)、某某中部(6.29kW/m)、某某海壇島以北(5.32～5.51kW/m)和西沙地區(qū)沿岸(4.05kW/m)，這些地區(qū)年平均波高大于1m，平均周期多大于5m；其次是某某南部和北部(2.76～2.82kW/m)、某某東部(3.62kW/m)、某某海壇島以南(2.25～2.48kW/m )、某某半島南部沿岸(2.23kW/m)。 2

5、、國內(nèi)外波浪能發(fā)電裝置 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有近萬座小型波浪能發(fā)電裝置在運(yùn)行，主要用于航標(biāo)燈、浮標(biāo)等。早在1799年法國人吉拉德父子就提出了波浪能裝置專利。目前利用海洋波浪發(fā)電的方法大致有三種：一是利用海洋波浪的上下運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的空氣流，使氣輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；二是利用海洋波浪能裝置運(yùn)動(dòng)〔直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)〕的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；三是利用波浪能將水引入高位水池積蓄起來，形成一個(gè)水頭，再來沖擊水輪機(jī)發(fā)電。 振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置〔Oscillating Water Column，OWC〕利用一個(gè)與海水相通的氣室，波浪作用下氣室內(nèi)的水柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣室內(nèi)空氣容積發(fā)生變化，進(jìn)而由空氣驅(qū)動(dòng)葉輪，帶動(dòng)

6、發(fā)電機(jī)發(fā)電。優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換裝置〔氣輪機(jī)等〕不與海水接觸，可靠性較高，缺點(diǎn)是效率較低。 振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置包括固定式(Fixed-structure OWC)和漂浮式(Floating-structure OWC)。固定式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置通常被安裝于海底或巖石基上，如如下圖所示。固定式振蕩水柱裝置由一個(gè)局部淹沒于海底的混凝土或鋼結(jié)構(gòu)與自由水平面共同構(gòu)成一個(gè)氣室。波浪造成自由水平面的波動(dòng)，從而使氣室內(nèi)的空氣波動(dòng)，空氣流過渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 固定式振蕩水柱波浪能裝置原理圖 該裝置發(fā)電具有代表性的有：①英國LIMPET 500，1998年開始建設(shè)2000年8月建成，裝機(jī)功率50

7、0kW；②葡萄牙于1996～1999年建設(shè)Pico，裝機(jī)功率400kW；③印度于1991年建成Vizhinjam，裝機(jī)功率150kW。 1940年，振蕩水柱裝置創(chuàng)始人Yoshio Masuda設(shè)計(jì)的世界上首臺(tái)漂浮式振蕩水柱裝置Kaimei在日本海域進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。1987年，日本開始研發(fā)另一個(gè)漂浮式振蕩水柱裝置“巨鯨號(hào)〞MightyWhale波浪能發(fā)電船，見如下圖。 “巨鯨號(hào)〞MightyWhale波浪能發(fā)電船 2003年英國科克大學(xué)和Ocean Energy公司合作研發(fā)出OE Buoy漂浮式振蕩水柱裝置，2006～2009年進(jìn)展1:4模型海試，裝置可經(jīng)受浪高8.2m極端海況，見如下圖。

8、 OEBuoy波浪能裝置 2005年開始瑞典研制350kW的OWEL，2011年開始進(jìn)展海試，并開始研制了2MW級(jí)OWEL，見如下圖。 OWEL波浪能裝置 到2001年中國開發(fā)了一系列振蕩水柱(OWC)波能裝置，裝機(jī)容量分別為10W、60W、100W?，F(xiàn)在，大約700臺(tái)10W振蕩水柱裝置用于為導(dǎo)航浮標(biāo)供電。 越浪式波浪能發(fā)電裝置是利用水道將波浪升至高水位水庫形成水位差，利用水位差產(chǎn)生的勢能直接驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。挪威波能公司(Norwave A.S)于1986年建造了一座裝機(jī)容量為350kW的收縮波道式波浪能電站TapChan，見如下圖。電站的技術(shù)關(guān)鍵是它的開口約60m的喇

9、叭形聚波器和長約30m的逐漸變窄的楔形導(dǎo)槽。 TapChan波浪能電站示意圖 此外，丹麥科學(xué)家Erik Friis-Madsen在20世紀(jì)80年代發(fā)明了漂浮式波浪能發(fā)電裝置WaveDragon，西班牙圣地亞哥聯(lián)合大學(xué)將漂浮式波浪能發(fā)電裝置與船相結(jié)合研發(fā)了WaveCat波浪能裝置。 運(yùn)動(dòng)式波浪能發(fā)電裝置利用波浪的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)波浪能發(fā)電裝置的活動(dòng)局部產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)〔直線、轉(zhuǎn)動(dòng)〕，驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)，最后驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置發(fā)電。 ⑴振蕩浮子式發(fā)電裝置 振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置利用海洋波浪的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)浮子產(chǎn)生直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)或以油、水等作為中間介質(zhì)的液壓系統(tǒng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前

10、國外已建成的振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置有：加拿大的AquaBuoy裝置、荷蘭的阿基米德波浪擺、美國的PowerBuoy裝置與澳大利亞的CETO，分別見如下圖說明。 AquaBuoy裝置 ⑵點(diǎn)頭鴨式發(fā)電裝置 點(diǎn)頭鴨式裝置由英國Salter教授發(fā)明，見如下圖。鴨體在波浪作用下繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，裝置的后部因?yàn)閳A弧形，不造出向后行進(jìn)的波，故點(diǎn)頭鴨式裝置的背后往往為無浪區(qū)——這使得鴨式裝置可以將所有的短波攔截下來，所以它具有較高的一次能量捕獲效率。 鴨式原理圖 某某能源所從2007年開始了鴨式技術(shù)的研發(fā)，2009年進(jìn)展了10kW裝置的實(shí)海況試驗(yàn)，在此根底上研發(fā)出鷹式波浪能發(fā)電技術(shù)，

11、主要包括三個(gè)局部，鷹式吸波浮體、液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和半潛船體，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)測得波浪能到液壓能轉(zhuǎn)換效率超過60%，見如下圖所示。 2012年12月進(jìn)展10kW“鷹式一號(hào)〞裝置海上試驗(yàn)，2014年5月回收，裝置在無人值守的條件下單次無故障連續(xù)運(yùn)行超過6個(gè)月。如下圖為目前正在運(yùn)行的100kW級(jí)“萬山號(hào)〞鷹式波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)圖。 ⑶擺式發(fā)電裝置 擺式波浪能發(fā)電裝置發(fā)電原理為利用擺在波浪力的作用下作往復(fù)擺動(dòng)從而捕獲波浪能量，通過與擺相連的機(jī)械結(jié)構(gòu)或液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換將擺的動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或液壓能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能。 擺式波能裝置也可分為懸掛擺式和浮力擺式兩種。日本的度部富治教授最早提出了擺

12、式波浪能發(fā)電技術(shù)的概念，見如下圖。日本室蘭工業(yè)大學(xué)于1983年建造了世界上首臺(tái)懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置，其裝機(jī)容量為5KW。 懸掛擺結(jié)構(gòu)圖 英國的Aquamarine Power公司和女王大學(xué)合作研發(fā)的Oyster裝置是目前最為成功的浮力擺裝置，Oyster的設(shè)計(jì)工作水深10～15m，離岸約500m，浮力擺鉸接于位于海底的根底上，頂部露出平均水面。裝機(jī)功率315 kW的第一代Oyster裝置〔如下圖左〕于2009年開始海試(擺寬18m，高12m)，已累計(jì)運(yùn)行6000多小時(shí)。目前，AquamarinePower公司正在開發(fā)總裝機(jī)功率2.4MW的大型波浪能電站，擬建3座裝機(jī)功率800kW的第

13、二代Oyster裝置〔如下圖右〕(擺寬26m，高12m)，項(xiàng)目建成后將能滿足2000多戶居民的用電需求。 3、波浪發(fā)電設(shè)備促海洋能產(chǎn)業(yè)開展 海洋能指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水溫差能和海水鹽差能。廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋外表的太陽能以與海洋生物質(zhì)能等。海洋能具有蘊(yùn)藏量大、可再生性、不穩(wěn)定性與造價(jià)高污染小等特點(diǎn)。 世界海洋能的蘊(yùn)藏量約為750多億千瓦，如此巨大的能源資源是當(dāng)前世界能源總消耗量的數(shù)千倍，開發(fā)利用潛力巨大，因此利用海洋能發(fā)電已經(jīng)成為國際新能源市場的一大熱點(diǎn)。在我國大陸沿岸和海島附近蘊(yùn)藏著較為豐富的海洋能資源，總蘊(yùn)

14、藏量約為8億多千瓦，目前尚未得到充分開發(fā)。 我國海洋能的現(xiàn)代開發(fā)利用始于20世紀(jì)50年代末，到70年代末、80年代初，我國海洋能的開發(fā)利用有了較大開展，具備了一定的科技和開發(fā)根底。經(jīng)過不斷努力，我國海洋能發(fā)電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步增長，海洋能發(fā)電“十五〞期間平均增長速度為16%左右，“十一五〞期間仍然保持良好開展勢頭。 近年來，我國海洋能開發(fā)步伐進(jìn)一步加快。某某長島海上風(fēng)電場、某某如東海上示X風(fēng)電場一期工程開工建設(shè)，上某某海大橋海上風(fēng)電場順利建成，某某三門兩萬千瓦潮汐電站工程、某某八尺門潮汐能發(fā)電項(xiàng)目正式啟動(dòng)，海洋微藻生物能源項(xiàng)目落戶某某龍崗……溫嶺江廈潮汐試驗(yàn)電站是我國最大的潮汐電站，規(guī)模位居世界前列

15、。 在能源消費(fèi)量持續(xù)攀升和傳統(tǒng)能源日趨緊缺的外部環(huán)境影響下，新能源開發(fā)利用已經(jīng)成為大勢所趨。經(jīng)過多年的技術(shù)積累，我國在海洋能開發(fā)與相關(guān)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得豐碩成果，開發(fā)本錢不斷降低，海洋能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入戰(zhàn)略機(jī)遇期。我國海洋能資源蘊(yùn)藏量豐富，再生能力強(qiáng)，海洋能發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到國家政策的鼓勵(lì)和扶持，投資前景良好。 根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國計(jì)劃在某某、某某、某某各建1座1000千瓦級(jí)岸式波浪能電站，在某某某某建設(shè)10千瓦級(jí)、100千瓦級(jí)和1000千瓦級(jí)的潮流電站，在西沙群島和南海各建1座溫差能電站。 4、我國波浪發(fā)電裝置專利 遼闊的海洋蘊(yùn)含著巨大的能量，在漲潮落潮的潮汐以與海浪過程中就蘊(yùn)含著大量的動(dòng)能

16、，如果將這些動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軐槿祟愄峁┏渥愕哪茉?。波浪能是指海洋外表波浪所具有的?dòng)能和勢能。波浪能具有能量密度高、分布面廣等優(yōu)點(diǎn)，是一種可再生清潔能源。而波浪發(fā)電是利用波浪能的主要方式。 我國沿岸波浪能資源理論平均功率約1285萬千瓦，具有良好的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。我國的波浪發(fā)電產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但開展勢頭良好。微型波浪發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，小型岸式波力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入世界先進(jìn)展列。 我國首座波力獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)某某100千瓦岸式波力電站于1996年12月開工，2001年進(jìn)入試發(fā)電和實(shí)海況試驗(yàn)階段，2005年首次實(shí)海況試驗(yàn)獲得成功。該電站建于某某省某某市遮浪鎮(zhèn)最東部，為并網(wǎng)運(yùn)行的岸式振蕩水柱型波能裝置，

17、設(shè)有過壓自動(dòng)卸載保護(hù)、過流自動(dòng)調(diào)控、水位限制、斷電保護(hù)、超速保護(hù)等功能。 ⑴聚能型浪涌水流發(fā)電裝置 聚能型浪涌水流發(fā)電裝置發(fā)明專利，可充分利用海洋自然潮汐周期性循環(huán)漲、退特性進(jìn)展發(fā)電，可以解決潮汐能和波浪能的機(jī)械能轉(zhuǎn)化問題，達(dá)到通過發(fā)電裝置有效提取潮汐潛能量的目的。目前我國對(duì)“聚能型浪涌水流發(fā)電裝置〞的市場需求量較大，專利技術(shù)存在著廣闊的市場空間。 一是隨著傳統(tǒng)能源日益緊缺，新能源的開發(fā)與利用得到世界各國的廣泛關(guān)注，越來越多的國家采取鼓勵(lì)新能源開展的政策和措施，新能源的生產(chǎn)規(guī)模和使用X圍正在不斷擴(kuò)大。 二是《京都議定書》到期后，新的溫室氣體減排機(jī)制將進(jìn)一步促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)以與可持續(xù)開展模式

18、的全面進(jìn)展，新能源將迎來一個(gè)開展的黃金年代。 三是自《可再生能源法》正式生效后，政府陸續(xù)出臺(tái)了一系列與之配套的行政法規(guī)和規(guī)章來推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)開展，我國新能源行業(yè)進(jìn)入開展的快車道。 四是新能源作為國家加快培育和開展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，將為大規(guī)模開發(fā)利用新能源提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐和產(chǎn)業(yè)根底。國家已經(jīng)出臺(tái)和即將出臺(tái)的一系列政策措施，將為新能源產(chǎn)業(yè)開展注入動(dòng)力。 五是隨著投資新能源產(chǎn)業(yè)的資金、企業(yè)不斷增多，市場機(jī)制的不斷完善，“十二五〞期間新能源企業(yè)將加速整合，我國新能源產(chǎn)業(yè)開展前景樂觀。 六是我國潮汐能資源理論蘊(yùn)藏量占世界的3.7%，而可開發(fā)潮汐能資源按年發(fā)電量計(jì)算占世界的34%-44%，可

19、見我國潮汐能資源的可開發(fā)程度很高，開發(fā)條件比擬好。 七是我國對(duì)海洋能發(fā)電技術(shù)的研發(fā)設(shè)計(jì)起步晚，在波浪能利用上，我國與世界各國一樣，尚處在試驗(yàn)階段，本專利技術(shù)方案的有效實(shí)施彌補(bǔ)了國內(nèi)外波能發(fā)電技術(shù)市場的不足，容易實(shí)施易于推廣。 ⑵漂浮式直驅(qū)波浪能發(fā)電系統(tǒng) 漂浮式直驅(qū)式波浪能發(fā)電系統(tǒng)采用直線發(fā)電機(jī)發(fā)明專利，可減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率更高。具有系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單、本錢低、投放區(qū)域廣，適合于規(guī)?；瘧?yīng)用。可直接應(yīng)用于海洋觀測儀器供電系統(tǒng)、軍事與民用測試浮標(biāo)供電系統(tǒng)、獨(dú)島供電系統(tǒng)、作業(yè)平臺(tái)供電系統(tǒng)以與大規(guī)模并網(wǎng)型海洋能發(fā)電系統(tǒng)。并研發(fā)了多個(gè)功率等級(jí)的漂浮式直驅(qū)式波浪能發(fā)電機(jī)與其運(yùn)行控制系統(tǒng)

20、。 ⑶大型波浪擺式發(fā)電裝置 波浪發(fā)電是海洋能利用的重要方向，我國波浪能資源豐富，開發(fā)波浪發(fā)電技術(shù)，對(duì)推動(dòng)我國海洋能利用具有重要意義。針對(duì)我國波浪能技術(shù)開展的需求，對(duì)擺式裝置進(jìn)展水動(dòng)力仿真計(jì)算優(yōu)化，并進(jìn)展相應(yīng)的模型試驗(yàn)，攻克擺式波浪能發(fā)電和海上施工的主要關(guān)鍵技術(shù);研建擺式波浪能擺板、液壓、儲(chǔ)能、發(fā)電輸電等完整的波浪能發(fā)電系統(tǒng);建立MW級(jí)擺式發(fā)電站。 5、完畢語 綜上所述，波浪能具有非常好的開發(fā)意義和開發(fā)前景，如果開發(fā)得當(dāng)，將成為一種可以提供人類生活生產(chǎn)需要的綠色能源。從數(shù)據(jù)上可知，我國的波浪能資源非常豐富，這樣得天獨(dú)厚的天然條件，使我國研究波浪能發(fā)電技術(shù)具有重要的意義，既可以緩解能源危機(jī)

21、的壓力，同時(shí)也具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益和長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。 作者簡介：萬占鴻，男，1974年出生，某某某某人，2006年博士畢業(yè)于某某大學(xué)，曾赴美Woods Hole Oceanographic Institution訪學(xué)，現(xiàn)就職于某某大學(xué)海洋學(xué)院，副教授，主要從事海洋動(dòng)力學(xué)、船舶與海洋工程、海洋可再生能源等方面的研究和教學(xué)工作。 波浪能發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化前景 〔X斌航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院〕 摘要:波浪能是海洋能源中蘊(yùn)藏最為豐富的能源之一,也是海洋能利用研究中近期研究最多的海洋能源,其開發(fā)利用技術(shù)已趨于成熟,正在進(jìn)入或接近于商業(yè)化開展階段。本文針對(duì)海洋波浪能發(fā)電技術(shù)的技術(shù)類型、產(chǎn)業(yè)化

22、前景等作了全面綜述 ,介紹了國內(nèi)外海洋波能發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展和主要波能裝置,同時(shí)也分析了我國波浪能研究和利用的必要性與目前存在的相關(guān)問題,指出我國波浪能利用對(duì)于沿海地區(qū)海洋資源的開發(fā)有著十分重要的意義。 關(guān)鍵詞:波浪能;波能轉(zhuǎn)換;發(fā)電;新能源 Abstract: Wave energy is one of most renewable resource contained in the oceanic energy. This kind of oceanic energy has allured the most attentions in the field of oceanic energ

23、y utilization. The exploitation and utilization technology in the field of wave energy has tended to mature. Now it is running into or near mercial exploitation level. Technology type of power generation from wave energy and its industrialization prospect are introduced in this paper. The developmen

24、t of wave energy conversion technologies and the main wave energy devices in the world are presented. In this paper, the necessity of wave energy research and the problems related have been analyzed. It has been discussed that the utilization of wave energy is very important for the exploitation of

25、oceanic resource in the littorals. Key words: wave energy; wave power conversion; electricity generation; new energy resource 1、緒論 隨著世界經(jīng)濟(jì)的開展、人口的增加、社會(huì)生活水平的不斷提高，各國對(duì)能源的需求迅速增長。近年，受化石能源日趨枯竭、能源供給安全和保護(hù)環(huán)境等的驅(qū)動(dòng)，作為主要可再生能源之一的海洋能事業(yè)取得很大開展，海洋能應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，為人類在21世紀(jì)充分利用海洋能展示了美好前景。 海洋能指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要有潮汐能、波浪能、海水鹽

26、差能和海水溫差能。其中，波浪能以機(jī)械能形式出現(xiàn)，是品位最高的海洋能，其能流密度最大，分布最為廣泛。據(jù)世界能源委員會(huì)的調(diào)查顯示，全球可利用的波浪能達(dá)到20億kW，相當(dāng)于目前世界發(fā)電能量的2倍。因此，世界各海洋大國均十分重視波浪能研究利用。 世界上波浪能轉(zhuǎn)換設(shè)備開發(fā)最早的國家是法國，后來英國、挪威、印度、日本、美國、葡萄牙等國相繼開發(fā)。各國都在積極開發(fā)研究各種各樣的波浪能發(fā)電的高新技術(shù)，其中以日本和英國兩國技術(shù)居于世界的領(lǐng)先水平。 日本一直非常重視波浪能發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用，在波浪能發(fā)電技術(shù)方面走在世界的前列。目前日本已建造1500多座波浪能發(fā)電裝置。從 20世紀(jì)80年代中期至今已建成4 座岸

27、基固定式和防波堤式波浪能電站，單機(jī)容量為40~125kW，其中20世紀(jì)80年代初建造的“海明〞號(hào)波浪能發(fā)電船最為著名，總裝機(jī)容量可達(dá)1250kW。 英國具有世界上最好的波浪能資源。從20 世紀(jì)70年代開始，英國將波浪能發(fā)電研究放在新能源開發(fā)的重要位置。20世紀(jì)80年代，英國已成為世界浪能研究的中心。20世紀(jì)90年代初在蘇格蘭伊斯萊島和奧斯普雷建成75kW 和20MW 振蕩水柱式和岸基固定式波浪能發(fā)電站。2000年11月，世界上第一個(gè)波浪能發(fā)電廠在蘇格蘭伊斯萊島附近建成并開始商業(yè)化運(yùn)行，英國波浪能發(fā)電的開發(fā)目標(biāo)是總?cè)萘繛?GW 的波浪能發(fā)電設(shè)備。 我國近代的波浪能研究始于1968 年,研究波

28、浪能發(fā)電最早興起于某某，為了開發(fā)海洋資源、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)開展，我國將波浪能發(fā)電研究列入了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，目前從事波浪能發(fā)電研究與開發(fā)的單位共有十幾家，因此波浪能發(fā)電技術(shù)獲得了較快的開展，其中以中國科學(xué)院某某能源研究所擁有的水平與成果最為先進(jìn)。1984年研制成功航標(biāo)燈小型波浪能發(fā)電裝置，在我國沿海海域大面積推廣與運(yùn)用。1997年在某某大萬山島建成國內(nèi)首座3kW的岸式波浪能試驗(yàn)電站?！熬盼濞暺陂g完成重點(diǎn)科技項(xiàng)目攻關(guān)-某某100kW岸式波浪能發(fā)電電站?！笆濞暺陂g，2002年在海洋波浪能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，研制的裝置可以將隨機(jī)的波浪能轉(zhuǎn)換成用戶能夠直接使用的穩(wěn)定電源，從而為大規(guī)模地利用波浪

29、能開辟了新的途徑和思考方法。2008 年，中國科學(xué)院研制成功了液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電的原理性演示裝置，提出了一種工作原理與常規(guī)波浪能發(fā)電系統(tǒng)完全不同的新型波浪能發(fā)電技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是系統(tǒng)采用了磁流體發(fā)電機(jī)，提供了一個(gè)與波浪吻合很好的機(jī)械阻抗，因此，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，本錢低廉，而且移動(dòng)性好。 2、波浪能發(fā)電技術(shù)類型 按國內(nèi)外波浪能現(xiàn)有裝置技術(shù)對(duì)波浪能能流影響的結(jié)果可大致劃分為振蕩水柱式、點(diǎn)吸收式、消耗式(該類波浪能裝置如此僅吸收一局部入射波的能量，背浪一側(cè)仍有繞射的波浪)和截止式(該類波浪能裝置能巧妙利用自身幾何形狀防止波浪向后輻射，具有較高的轉(zhuǎn)換效率)四大類，這些以直

30、接從流體介質(zhì)(海水、空氣)中捕獲動(dòng)能為特征的能源機(jī)械與其發(fā)電系統(tǒng)已成為規(guī)模開發(fā)波浪能的主流方式。下面分別對(duì)這四類波浪能技術(shù)的國內(nèi)外開展現(xiàn)狀進(jìn)展簡述分析。 振蕩水柱技術(shù)是利用一個(gè)水下開口的氣室吸收波能的技術(shù)。波浪驅(qū)動(dòng)氣室內(nèi)水柱往復(fù)運(yùn)動(dòng),再通過水柱驅(qū)動(dòng)氣室內(nèi)的空氣,進(jìn)而由空氣驅(qū)動(dòng)葉輪,得到旋轉(zhuǎn)機(jī)械能,或進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置,得到電能(見圖1)。 圖1振蕩水柱式波能裝置示意圖圖2　澳大利亞Uisce Beatha波能裝置 目前已建成的振蕩水柱裝置有挪威的500 kW岸式裝置、英國的500 kW岸式裝置LIMPET、澳大利亞的500 kW離岸裝置Uisce Beatha(見圖2)、中國的1

31、00 kW岸式裝置、日本和中國的航標(biāo)燈用10W發(fā)電裝置等。其中日本和中國的航標(biāo)燈用10W發(fā)電裝置處于商業(yè)運(yùn)行階段,其余處于示X階段。 振蕩水柱技術(shù)其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換裝置不與海水接觸,可靠性較高;工作于水面,便于研究,容易實(shí)施;缺點(diǎn)是效率低。 點(diǎn)吸收式(也稱振蕩浮子式)波浪能技術(shù)近年來開展很快，其工作原理是通過浮子的上下浮動(dòng)從而捕獲波浪能量，作為能量傳遞系統(tǒng)的液壓傳動(dòng)或機(jī)械裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成液壓能或旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，再通過相連的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能或通過其他設(shè)備制造淡水或冰。 振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置作為點(diǎn)吸收式波浪能技術(shù)的一種成功應(yīng)用，近年來得到了較快的開展，并成功在商業(yè)上應(yīng)用了此類波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，

32、為導(dǎo)航設(shè)備(如浮標(biāo)燈)提供電力。英國AWS ocean Energy某某研制的阿基米德波浪擺裝置〔圖3)由2個(gè)相嵌套的圓筒組成，上部圓筒為漂浮的，在波浪作用下上下運(yùn)動(dòng)，而下部圓筒固定不動(dòng)。美國OPT(Ocean Power Technologies)公司研制的PowerBuoy波力裝置(圖 4)通過控制浮力，控制能量的吸收。2006年2月，OPT公司在英國北部Cornwall對(duì)該裝置進(jìn)展第六次試驗(yàn)。2007年2月獲得聯(lián)邦能量結(jié)構(gòu)委員會(huì)(FERC)批準(zhǔn)，建立 50MW示X裝置場。2007年10月OPT公司獲得美國海軍190萬美元的資助，在夏威夷安裝PowerBuoy裝置系統(tǒng)。 圖3 AWS

33、振蕩浮子式波能裝置圖4 PowerBuoy點(diǎn)吸收式波力裝置 振蕩浮子式的主要優(yōu)點(diǎn)是其建造方便，投放點(diǎn)機(jī)動(dòng)靈活，缺點(diǎn)是其水動(dòng)力學(xué)性能不佳，裝置前面的反射波很大，裝置背后的波浪能仍然很大，未能達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換效率，抗沖擊性也較差。 消耗式波浪能技術(shù)通過漂浮在水面的、端部鉸接的假如干筏浮體俘獲波浪能，再通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。通過鉸鏈將筏體首尾鉸接在一起從而形成長度方向順浪布置的整體，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)安裝于兩兩筏體之間的鉸接處，沿著長度方向布置的筏體會(huì)隨著順浪的波動(dòng)而發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉸接處的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)做功并輸出能量。大量的海試試驗(yàn)結(jié)果分析明確，該類波浪能發(fā)電裝置具有較好的可靠性，且在設(shè)

34、計(jì)波況下具有較高的系統(tǒng)效率。 最近建成的McCabe Wave Pump(MWP)波力裝置(圖5)由三個(gè)成直角的鋼質(zhì)浮筒構(gòu)成，通過橫梁鉸鏈在一起，總長度40米，具有自動(dòng)朝向來波的功能。該裝置可驅(qū)動(dòng)海水淡化系統(tǒng)獲得可飲用的純凈水，或驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。英國OPD公司 (Ocean Power De11very Ltd)研究的Pelamis實(shí)際為改良的筏式裝置(圖6)。傳統(tǒng)的消耗型筏式裝置只允許一個(gè)方向的角位移，在斜浪作用下其鉸受到彎曲力矩，容易遭到破壞;而Pelamis允許兩個(gè)方向的角位移，抗浪能力大大提高。Pelamis的能量采集系統(tǒng)為三個(gè)端部相鉸接、直徑3.5米的浮筒，利用相鄰浮筒的角位移驅(qū)動(dòng)

35、活塞，將波浪能轉(zhuǎn)換成液壓能，裝機(jī)容量為750kw，總長為15。米，放置在水深50米~60米深的海面上。它是世界上第一座進(jìn)展商業(yè)示X運(yùn)行的漂浮式波力電站，目前正在加拿大建造總功率可達(dá)2Mw的試商業(yè)運(yùn)行示X電站。 圖5 MWP消耗式波力筏裝置圖6 Pelamis消耗式波力裝置 消耗型筏式波能裝置的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的整體性，抗波浪沖擊能力較強(qiáng)，具有較好的能量傳遞效率，發(fā)電穩(wěn)定性好，但其長度方向順浪布置，迎波面較小，與垂直于浪向的同等尺度的波能裝置比，筏式裝置吸收波浪能的能力較為遜色，單位價(jià)值材料所獲取的能量較小，導(dǎo)致實(shí)體尺寸過大。 截止式波浪能技術(shù)巧妙利用自身的幾何形狀防止了波浪能向后輻射，

36、降低了興波阻力，出現(xiàn)了許多構(gòu)思設(shè)計(jì)精妙的波能發(fā)電裝置，如點(diǎn)頭鴨、聚波圍堰裝置和擺式裝置等，下面分別予以介紹。 “點(diǎn)頭鴨〞型截止式波浪能轉(zhuǎn)換裝裝置 上世紀(jì)七十年代，英國愛丁堡大學(xué)的Sa1ter教授發(fā)明了一種構(gòu)想巧妙的“點(diǎn)頭鴨〞式波浪能發(fā)電裝置(見圖 7)，點(diǎn)頭鴨式波浪能發(fā)電裝置的得名是由于該裝置的形狀和運(yùn)行特性酷似鴨的運(yùn)動(dòng)，波浪入射波的運(yùn)動(dòng)使得動(dòng)壓力推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)局部繞軸線旋轉(zhuǎn)，流體靜壓力的改變使浮體局部作上升和下沉運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能和位能同時(shí)通過液壓裝置轉(zhuǎn)化，再通過液力或電力系統(tǒng)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。 該裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸心垂直于順浪方向安裝，故在波浪的作用下，“點(diǎn)頭鴨〞裝置會(huì)繞動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心往復(fù)縱搖做功囚。同時(shí)由于

37、“點(diǎn)頭鴨〞裝置橫截面輪廓類似鴨蛋型圓弧，不會(huì)產(chǎn)生向后的行進(jìn)波，能有效防止波浪向后輻射，具有較高的一次能量捕獲效率。中國科學(xué)院某某能源研究所研制了一座300W波能轉(zhuǎn)換裝置(見圖 8)，目前正在研制世界上第一個(gè)漂浮式鴨式裝置，采用振蕩浮子裝置的動(dòng)力攝取技術(shù)，以求降低漂浮式鴨式裝置的本錢。 圖7 “點(diǎn)頭鴨〞型截止式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 圖8 300W鴨式波能轉(zhuǎn)換裝置 “點(diǎn)頭鴨〞裝置的缺點(diǎn)在于在其結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致抗浪能力較弱，諸如液壓缸等關(guān)鍵部件錯(cuò)綜布置，易發(fā)生干預(yù)卡死等現(xiàn)象，其固定支架的海上安裝涉與復(fù)雜的海下施工技術(shù)，可靠性不高;同時(shí)，其前端較小后端較大的鴨蛋型幾何形狀導(dǎo)致其抗浪性較差，在惡劣海況下無

38、法抵抗波浪的侵襲破壞。 聚波圍堰型截止式波浪能技術(shù)依靠逐漸收縮的波道俘獲波浪能，使波高在逐漸收縮的波道中放大，直到波浪越過波道頂進(jìn)入高于海面的水庫。進(jìn)入水庫的水的勢能通過水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。這種轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)點(diǎn)在于其整體可靠性較點(diǎn)頭鴨波能裝置有了極大的提高可長期穩(wěn)定運(yùn)行。 1986年，挪威建造了世界上第一座聚波圍堰型波力電站，其圍堰波道開口約60m寬，呈喇叭形逐漸變窄的鍥形導(dǎo)槽，逐漸收縮通至高位水庫。高位水庫與外海間的水頭落差達(dá)3.5m其裝機(jī)容量可達(dá)35OkW。電站自建成以來一直工作正常。不足之處是，電站對(duì)地形要求嚴(yán)格，不易推廣。丹麥的Wave Dragon公司研建了漂浮式的聚波圍堰型

39、裝置(圖9〕。該裝置由鋼結(jié)構(gòu)組成，漂浮于海面上，通過錨鏈錨泊于海底，兩側(cè)具有導(dǎo)浪浮體，采用低水頭的Kaplan水輪機(jī)組發(fā)電。該裝置不受潮位影響，在大浪時(shí)可以穩(wěn)定發(fā)電，導(dǎo)浪浮體具有較好的聚波能力，可根據(jù)波高調(diào)解狀裝置的吃水高度，具有較好的水動(dòng)力學(xué)性能。 圖9 Wave Dragon波浪能裝置 擺式波浪能發(fā)電技術(shù)的概念最早是由日本的度部富治教授提出的，其原理是利用根據(jù)波況設(shè)計(jì)的水槽人為造成立波。由波浪理論可知，水質(zhì)點(diǎn)在立波駐點(diǎn)處會(huì)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，宏觀上表現(xiàn)為人們常見的波浪團(tuán)簇往復(fù)運(yùn)動(dòng)。擺式波浪能發(fā)電裝置就是利用這種現(xiàn)象，在波浪力的作用下，利用擺板的往復(fù)擺動(dòng)從而捕獲波浪能量，通過與擺板擺軸相

40、連的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為液壓能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能發(fā)電。 1983年，日本建造了世界上第一座懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置，其擺寬為2米，裝機(jī)功率為5kw。該懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置利用水室中的立波推動(dòng)懸掛擺的搖擺運(yùn)動(dòng)捕獲波浪能。擺板的運(yùn)行很適合波浪大推力和低頻特性，它的阻尼是液壓裝置。利用兩臺(tái)單向作用的液力泵驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)便可吸取全周期的波浪能。該懸掛擺式波艱能發(fā)電裝置在周期為4s，波高為1.5m時(shí)的設(shè)計(jì)波況下，其額定輸出功率約為5kw，系統(tǒng)總效率可達(dá)40%左右。同期日本室蘭工業(yè)大學(xué)又在燒究島的西浦港建造了一座懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置，其裝機(jī)功率為20kw，用于向島上居民獨(dú)立供電。“八五〞、“九五〞期間，我國國

41、家海洋局海洋技術(shù)中心分別研建了8KW和30KW岸式懸掛擺式波能發(fā)電裝置，為島上居民供電。1996年國家海洋局海洋技術(shù)研究所在某某省即墨市大管島建造的岸式懸掛擺波浪能發(fā)電裝置，其設(shè)計(jì)額定功率可達(dá)30kw。該懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置適用于入射波高為1~6米的設(shè)計(jì)波況，發(fā)電狀況良好，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道目前該裝置仍能維持正常運(yùn)行。 擺式波能裝置也可分為懸掛擺式和浮力擺式兩種。擺體的運(yùn)動(dòng)很適合波浪大推力和低頻的特性。因此，擺式波能裝置的轉(zhuǎn)換效率較高，但機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的維護(hù)較為困難。雖然懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置具有較高的能量捕獲效率，但是受限于適用波況，對(duì)設(shè)計(jì)要求較高，在設(shè)計(jì)波況下具有較高的一次能量捕獲效率;而在非

42、設(shè)計(jì)波況下，懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置的一次能量捕獲效率較低。浮力擺式波浪能發(fā)電裝置由于結(jié)構(gòu)本身造成整體可靠性較差，一旦遭遇諸如臺(tái)風(fēng)等惡劣的海洋狀況，就易造成損壞影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 3、波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化前景分析 3.1 我國波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化意義 我國目前正處于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的經(jīng)濟(jì)高速開展期,特別是沿海地區(qū),能源需求的急劇增加以成為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)開展的瓶頸.眾多海島 ,在海洋開發(fā)和國防建設(shè)方面占有重要地位,特別是遠(yuǎn)離大陸的島嶼 ,依靠大陸供給能源 ,供給線過長 ,且受風(fēng)浪影響.能源和淡水是海洋資源開發(fā)和海防建設(shè)活動(dòng)的根本需求,能源和淡水供給的本錢關(guān)系到海洋資源開發(fā)的本錢,因而也就直接影響到海洋

43、資源開發(fā)的能力。解決能源和淡水供給問題成為遠(yuǎn)海資源開發(fā)的關(guān)鍵,相對(duì)于其它形式的可再生能源 ,波浪能等形式的海洋能易于規(guī)劃 ,具有較大優(yōu)勢 ,因此建立利用波浪能的獨(dú)立發(fā)電和海水淡化系統(tǒng)大有開展?jié)摿Α? 據(jù)估計(jì) ,從現(xiàn)在起到未來的 30 年中,平均每 10年我國能源需求總量應(yīng)增加5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤 ,再過30年或稍長一點(diǎn)時(shí)間 ,中國有可能超過美國成為世界第一能源消費(fèi)大國.我國的化石燃料資源有限,而更多化石燃料的消耗必將造成更加嚴(yán)重的環(huán)境污染 ,去除這些污染 ,代價(jià)如此更為巨大 ,因此不能單純依靠增加化石燃料的生產(chǎn)來解決.盡管目前在技術(shù)成熟程度、規(guī)模和價(jià)格等方面海洋能與常規(guī)能源還難以相提并論 ,但從我國能

44、源長期開展戰(zhàn)略和技術(shù)儲(chǔ)藏 ,以與為常規(guī)能源難以到達(dá)的特殊場合提供能源和綜合利用的角度來看 ,加大和加快開海洋波浪能源的開發(fā)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。 根據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，，這些資源在沿岸的分布很不均勻。以某某省沿岸為最多，為429萬千瓦，占全國總量的1/3。其次是某某、某某、某某和某某沿岸也較多，在160~205萬千瓦之間，約為706萬千瓦，約占全國總量的55％，其他省市沿岸如此很少，僅在143～56萬千瓦之間。某某沿岸最少，僅8.1萬千瓦。全國沿岸波浪能源密度〔波浪在單位時(shí)間通過單位波峰的能量，單位千瓦／米〕分布，以某某中部，某某，某某省海壇島以北，渤海海峽為最高，達(dá) 5.11～7.7

45、3千瓦／米。 這些海區(qū)平均波高大于1米，周期多大于5秒，是我國沿岸波浪能能流密度較高，資源蘊(yùn)藏量最豐富的海域。其次是西沙、某某的北部和南部。某某南部和某某半島南岸等能源密度也較高，資源也較豐富。其他地區(qū)波浪能能流密度較低，資源蘊(yùn)藏也較少。根據(jù)波浪能能流密度與其變化和開發(fā)利用的自然環(huán)境條件，應(yīng)首選某某、某某沿岸作為重點(diǎn)開發(fā)利用地區(qū)，其次是某某東部、長江口和某某半島南岸中段。也可以選擇條件較好的地區(qū)，如峽山島、南鹿島、大骰山、云澳、表角、遮浪等處。這些地區(qū)具有能量密度高、季節(jié)變化小、平均潮差小、近岸水較深、均為基巖海岸；岸灘較窄，坡度較大等優(yōu)越條件，是波浪能源開發(fā)利用的理想地點(diǎn)，應(yīng)作為優(yōu)先開發(fā)的

46、地區(qū)。 3.3 波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化亟需解決的問題 今天的波浪能發(fā)電裝置，無論從零件的設(shè)計(jì)水平，還是從其工藝制造水平來講，都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于早期;材料科學(xué)的日益更新也為波浪能裝置的新材料設(shè)計(jì)、耐腐蝕與密封等提供了可靠的保證。對(duì)于波浪能發(fā)電裝置而言，波浪能發(fā)電技術(shù)是一門集海洋環(huán)境科學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)電工程、材料學(xué)科等多學(xué)科于一體的交叉技術(shù)，其中仍然包括很多關(guān)鍵技術(shù)問題尚待解決，尚未形成自己的理論體系，相關(guān)的模型分析與試驗(yàn)研究工作仍需繼續(xù)進(jìn)展。 〔1〕發(fā)電本錢，據(jù)有關(guān)專家的計(jì)算，現(xiàn)階段海洋波浪能的發(fā)電本錢比常規(guī)的熱發(fā)電高出10 倍左右,因此本錢問題已經(jīng)成為普與和大規(guī)模利用波浪能發(fā)電的最大障礙。只有改良波

47、浪能發(fā)電的技術(shù)，減小發(fā)電本錢，才能使波浪能發(fā)電真正達(dá)到實(shí)用化水平，為人們所用。 〔2〕總效率，我們研究波浪能裝置時(shí)通常只是在規(guī)如此的、平穩(wěn)的造波池中做試驗(yàn)，得出的結(jié)論往往并不具有實(shí)際操作性和可行性，因?yàn)檎Ｇ闆r下海洋的波浪是時(shí)刻變化的，波浪能的能量分散不易集中，因此造成裝置的發(fā)電總效率并不高。此外，目前波浪能發(fā)電裝置上使用的發(fā)電機(jī)一般都采用的是通用的小型三相交流發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)并不完全適用在波浪發(fā)電裝置上使用，這也是造成發(fā)電總效率低的原因之一。 〔3〕工程性，波浪能裝置大多是直接放置在海水中的，海洋環(huán)境下臺(tái)風(fēng)天氣時(shí)常發(fā)生，臺(tái)風(fēng)具有巨大的破壞能力，會(huì)損壞波浪能裝置，造成裝置失效。并且海水具

48、有腐蝕性，裝置容易被腐蝕。所以從工程觀點(diǎn)來看，理想的、工程性較好的波浪能發(fā)電裝置的方案應(yīng)該包括以下三個(gè)方面：沒有水中活動(dòng)部件；總體結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于抗風(fēng)浪；盡量少的現(xiàn)場施工。但目前似乎還難以找出一個(gè)各全其美的方案，這也是波浪能研究中的一個(gè)難點(diǎn). 海洋波浪能發(fā)電是一種無污染的、清潔的、可再生的新能源，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，但是要進(jìn)展大規(guī)模地開發(fā)利用，還存在一些難點(diǎn)。相信經(jīng)過我們的努力與奮斗，利用波浪能發(fā)電這一新型的方式會(huì)普與到人們的生活中去，真正做到為人們的生活、工作謀福利。我國建立波浪能發(fā)電系統(tǒng)大有開展?jié)摿?，這一技術(shù)研究的關(guān)鍵問題是提高轉(zhuǎn)換效率和降低本錢。相信在解決這一問題后，波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化前景

49、將一片光明。 4、結(jié)論 按國內(nèi)外波浪能現(xiàn)有裝置技術(shù)對(duì)波浪能能流影響的結(jié)果可大致劃分為振蕩水柱式、點(diǎn)吸收式、消耗式和截止式四大類； 波浪能技術(shù)目前還處于發(fā)散狀態(tài),存在各種技術(shù)的不同開展方向,但開展趨勢是不斷地向高效率、高可靠性、低造價(jià)方向開展,以形成低本錢的成熟技術(shù),最后通過規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用,可大幅降低發(fā)電本錢； 我國波浪能資源豐富，建立波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)大有開展?jié)摿η乙饬x重大。 參考文獻(xiàn) [1]X寅立,焦永芳.波浪能開發(fā)與利用研究進(jìn)展[J].中國高新技術(shù)企業(yè), 2009(2):19-20. [2]王忠,王傳崑.我國海洋能開發(fā)利用情況分析[J].海洋環(huán)境科學(xué), 2006,25(4):

50、78-80. [3]余志.海洋波浪能發(fā)電技術(shù)進(jìn)展[J].海洋工程,1993,11(1):86-93 [5]X麗珍,羊曉晟等。海洋波浪能發(fā)電裝置的研究現(xiàn)狀與開展前景[J].某某農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,50:161-164. [6]龔媛.世界波浪發(fā)電技術(shù)的開展動(dòng)態(tài).電力需求側(cè)管理[E]. 2008,11, 1009-1831〔2008〕06-0071-02. [7]李曉英.海洋可再生能源開展現(xiàn)狀與趨勢[J].某某水力發(fā)電，2005，24 〔6〕：113-116. 波浪能發(fā)電技術(shù)研究 隨著全球能源消耗日益增加，傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量逐漸減少，能源問題變得越發(fā)嚴(yán)重。綠色無污染的新型能源得到了人們

51、的廣泛關(guān)注?？稍偕茉词侵冈谧匀唤缰锌梢圆粩嘣偕⒂幸?guī)律得到補(bǔ)充或重復(fù)利用的能源，如太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和水能等。 海洋占地球外表７０％，蘊(yùn)藏著巨大的能量，其中包括波浪能、潮汐能、海流能、溫差能、鹽差能等。其中，波浪能由于開發(fā)過程中對(duì)環(huán)境影響最小，且以機(jī)械能的形式存在，是海洋能利用研究中近期研究得較多的能源之一。 波浪能由于具有可再生、綠色環(huán)保和儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)，日益受到世界許多國家的重視。在中國波浪能資源絕大局部分布在渤海與東南沿海地區(qū)，而其利用率占海洋能源的５０％以上。對(duì)于波浪能的研究可以追溯到２０世紀(jì)５０年代世界第一臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)的誕生。波浪能發(fā)電能夠?yàn)楹Ｉ献鳂I(yè)設(shè)備供電，也

52、可以為遙遠(yuǎn)海域供電，顯示出其獨(dú)特優(yōu)勢。 1、波浪能發(fā)電裝置 波浪能發(fā)電原理主要是將波浪力轉(zhuǎn)換為壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)空氣透平發(fā)電機(jī)發(fā)電。波浪能的轉(zhuǎn)換一般有三級(jí)。第一級(jí)為波浪能的收集，通常采用聚波和共振的 方法把分散的波浪能聚集起來。第二級(jí)為中間轉(zhuǎn)換，即能量的傳遞過程，包括機(jī)械傳動(dòng)、低壓水力傳動(dòng)、 高壓液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)，使波浪能轉(zhuǎn)換為有用的機(jī)械能。第三級(jí)轉(zhuǎn)換又稱最終轉(zhuǎn)換，即由機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。 目前對(duì)于波浪發(fā)電裝置的研究包括：振蕩水柱式 波浪能裝置、擺式波浪能裝置以與聚波儲(chǔ)能式波浪能裝置【ｌ】。振蕩水柱式和擺式都是基于起伏的海面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生波浪能，進(jìn)而使裝置擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電；

53、聚波式是基于波浪增壓，形成高壓水沖擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。 振蕩水柱技術(shù)通常指采用氣室俘獲波浪能的裝置。它有兩組吸氣閥和兩組排氣閥，固定氣室的內(nèi)水位在波浪激勵(lì)下升降，形成排氣、吸氣的過程。氣動(dòng)裝置使緩慢的波浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)組縮小，且主要部件不和海水接觸。 優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不與海水接觸，防腐性能好，安全可靠，維護(hù)方便；缺點(diǎn)是建造費(fèi)用昂貴，發(fā)電本錢高，空氣透平轉(zhuǎn)換效率較低，僅為１０％～３０％左右。適用于大風(fēng)浪區(qū)域。 擺式波浪能發(fā)電技術(shù)的原理是利用根據(jù)波況設(shè)計(jì)的水槽認(rèn)為造成立波。由波浪理論知，水質(zhì)點(diǎn)在立波駐點(diǎn)處會(huì)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為波浪團(tuán)簇往返運(yùn)動(dòng)。擺式波浪能發(fā)電裝置利用這種

54、現(xiàn)象，在波浪力的作用下，利用擺板的往復(fù)擺動(dòng)從而捕獲波浪能量，通過與擺板擺軸相連的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為液壓能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能發(fā)電【２】。 擺式波浪能裝置也可分為懸掛擺式和浮力擺式兩種。擺體的運(yùn)動(dòng)很適合波浪大推力和低頻的特性。因此，擺式波能裝置的轉(zhuǎn)換效率較高，但機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的維護(hù)較為困難。 第一臺(tái)懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置是由日本室蘭工業(yè)大學(xué)建造的。該懸掛擺式波浪能發(fā)電裝置利用水室中的立波推動(dòng)懸掛擺的搖擺運(yùn)動(dòng)而捕獲波浪能，并將波浪能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。從２０世紀(jì)８０年代起，中國國家海洋局海洋技術(shù)中心對(duì)波浪能發(fā)電技術(shù)研究進(jìn)展了深入研究，取得了許多成果，并建設(shè)了發(fā)電站投入使用。 優(yōu)點(diǎn)是

55、本錢較低，轉(zhuǎn)換效率較高；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效 率不穩(wěn)定，在惡劣的海洋環(huán)境下，可靠性較差，易損耗。適用于在防波堤上的大型發(fā)電裝置。 1.3聚波儲(chǔ)能式波浪能裝置【３】 聚波儲(chǔ)能裝置利用喇叭型的收縮波道，作為一級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。波道與海連通的一面開口寬，然后逐漸收縮通至貯水庫。波浪在逐漸變窄的波道中，波高不斷地被放大，直至波峰溢過邊墻，將波浪能轉(zhuǎn)換成勢能貯存在貯水庫中。收縮波道具有聚波器和轉(zhuǎn)能器的雙重作用。水庫與外海間的水頭落差可達(dá)３ｍ，利用水輪發(fā)電機(jī)組可以發(fā)電。 優(yōu)點(diǎn)是一級(jí)活動(dòng)部件，可靠性好，維護(hù)費(fèi)用低，系統(tǒng)出力穩(wěn)定；缺點(diǎn)是電站建造對(duì)地形有要求，不易推廣。適用于地形狹窄區(qū)域。 2、波浪能發(fā)電技術(shù)

56、存在的問題 目前，雖然波浪能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)引起世界各國的廣泛關(guān)注，但是還存在一些開展瓶頸問題。 波浪能發(fā)電技術(shù)還處于發(fā)散狀態(tài)，存在各種技術(shù)的不同開展方向，但開展趨勢是不斷地向高效率、高可靠性、低造價(jià)方向開展，以形成低本錢的成熟技術(shù)，最后通過規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用，可大幅度降低發(fā)電本錢。 ａ〕獨(dú)立發(fā)電問題。最早波浪能發(fā)電裝置需要與柴油機(jī)并聯(lián)工作，易造成污染。后來依靠電網(wǎng)，先把波浪能轉(zhuǎn)化的電能供給到電網(wǎng)上才可以使用，這樣又受到電網(wǎng)覆蓋X圍限制，造成發(fā)電本錢高、發(fā)電功率小、質(zhì)量差等問題； ｂ〕電能穩(wěn)定問題。由于受技術(shù)限制，波浪能發(fā)電?裝置只能將吸收來的波浪能轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定的液壓能，這樣再轉(zhuǎn)化的

57、電能也是不穩(wěn)定的； ｃ〕能量控制問題。由于波浪的運(yùn)動(dòng)沒有規(guī)律性和周期性，浪大時(shí)能量有剩余，浪小時(shí)能量供給不足。這就需要有一種設(shè)備在浪大時(shí)將多余的波浪能存儲(chǔ)、在浪小時(shí)再利用。 波浪能裝置的材料應(yīng)滿足抗海水腐蝕性；廉價(jià)性；較好的耐久性和可靠性。不銹鋼滿足抗腐蝕性和耐久可靠性，但是不滿足廉價(jià)性；工程塑料在強(qiáng)度上已有了顯著提高，但是其耐久性和可靠性不能達(dá)標(biāo)。因此，現(xiàn)有的波浪能裝置只是采用普通鋼材，靠外表涂層提高抗腐蝕能力，耐久性不顯著。另外，工業(yè)產(chǎn)品系列太少，目前并不存在專門為波浪能利用而開展的工業(yè)產(chǎn)品，只能逐步開展。 目前，波浪能發(fā)電的本錢是常規(guī)發(fā)電的10倍。 3、開展前景 海洋能量巨大，合理發(fā)開利用，不僅能實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置，而且能促進(jìn)節(jié)能減排。目前，大規(guī)模波浪能發(fā)電的本錢還難與常規(guī)能源發(fā)電競爭，但特殊用途的小功率波浪能發(fā)電，已在導(dǎo)航燈浮標(biāo)、燈柱、燈塔等上獲得推廣應(yīng)用。在遙遠(yuǎn)海島，小型波浪能發(fā)電?已可與柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電競爭。預(yù)計(jì)隨著化石能源資源的日趨枯竭，技術(shù)的進(jìn)步，波浪能發(fā)電將在波浪能豐富的國家占有一定的地位。 波浪能作為一種綠色清潔可再生能源對(duì)于人類可持續(xù)開展起著重要的作用。中國波浪能資源豐富，建立波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)開展?jié)摿薮笄揖哂兄卮笠饬x。 19 / 19