2011 年第1 期2011 N um ber 1水电与新能源H YDR OPOW ER AND N EW EN ERGY总第93期T otal N o. 93文章编号: 1671 - 3354( 2011) 01 - 0067 - 03世界海洋波浪能发电技术的发展现状与前景肖惠民, 于波, 蔡维由(武汉大学动力与机械学院, 湖北武汉430072; 水力机械过渡过程教育部重点实验室, 湖北武汉430072)摘要:对海洋波浪能发电技术的基本原理和特点进行了综述和评价, 介绍了国内外波浪能发电技术的进展及主要发电装置, 并分析了波浪能研究与利用的发展方向。
关键词:波浪能; 波能转换; 发展现状; 前景中图分类号: P743 文献标志码: AThe D eve lopm en t Status and P rospects ofO ceanW ave P ow er G enera tion T echnology in the W or ldX IAO H u im in, YU Bo, CA IW e iyou( S choo l of Pow e r andM echan ica l Eng ineer ing, W uhan U n iversity, W uhan 430072, Ch ina)A bstrac t: T he deve lopm ent o f the ocean w ave pow er generat ion techno logy hom e and ab road, its basic princ iplesand charac ter istics are com prehensive ly d iscussed, the m ain g enerating dev ices are rev iew ed, and the trends andpro spects o f w ave energy u tilizat ion are a lso descr ibed.K ey w ord s: w av e energy; w av e energy conversion; deve lopm en t status; prospects着世界经济的发展、人口的激增和社会的进步,人类对能源的需求日益增长。
而占地球表面积70% 的1 波浪转换技术的进展海洋, 集中了97% 的水量, 蕴藏着大量的能源, 包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等。
其中, 波浪能由于开发过程中对环境影响小且以机械能形式存在,是品位最高的海洋能。
利用波浪能发电可为边远海岛和海上设施等提供清洁能源, 还可利用波浪能提供的动力进行海水淡化, 从深海提取低温海水进行空调制波浪能发电是通过波浪能装置将波浪能首先转换为往复机械能, 然后再通过动力摄取系统转换成所需的动力或电能。
目前已经研究开发了多种波量能技术, 实现波浪能转换。
根据国际上最新的分类方式, 波浪能技术分为振荡水柱技术、振荡浮子技术和越浪技术三种。
冷以及制氢等。
1. 1 振荡水柱式随着相关技术的发展以及世界各国科技工作者的努力, 近年来, 海洋波浪能发电技术取得了长足的进步, 陆续有试验电站投入商业运行。
可以预见, 不远的将来, 随着海洋波浪能发电技术日益成熟, 将会有越来越多的海洋波浪能发电系统接入电网运行。
本文对海洋波浪能发电系统的主要技术原理、特点和发展现状作了综述和评价, 最后分析了波浪能研究与利用的前景及发展方向。
振荡水柱技术是利用一个水下开口的气室吸收波能的技术。
波浪驱动气室内水柱往复运动, 再通过水柱驱动气室内的空气, 进而由空气驱动叶轮, 得到旋转机械能, 或进一步驱动发电装置, 得到电能(见图1)。
其优点是转换装置不与海水接触, 可靠性较高; 工作于水面, 便于研究, 容易实施; 缺点是效率低。
目前已建成的振荡水柱装置有挪威的500 kW 岸式装置、英国的500 kW 岸式装置L IM PET、澳大利亚收稿日期: 2010 - 11 - 01作者简介: 肖惠民, 男, 博士研究生, 从事水力机械内部流动数值模拟及稳定性研究、可再生能源发电技术研究。
水电 与 新能 源图 1振荡水柱式波能装置示意图2011年第 1期G enera to r)。
优点是具有较好的输出稳定性、效率以及可靠性; 缺点是尺寸巨大, 建造存在困难。
的 500 kW 离岸装置 U isce B ea tha(见图 2)[ 1]、中国的100 kW 岸式装置、日本和中国的航标灯用 10 W 发电 装置等。
其中日本和中国的航标灯用 10W 发电装置处于商业运行阶段, 其余处于示范阶段。
图 2澳大利亚 U isce B eatha 波能装置振荡浮子式1. 2 振荡浮子技术包括鸭式、筏式、浮子式、摆式、蛙式 等诸多技术。
振荡浮子技术是利用波浪的运动推动装 置的活动部分鸭体、筏体、浮子等产生往复运动,驱动机械系统或油、水等中间介质的液压系统, 再推动 发电装置发电。
已研制成功的振荡 浮子装置包括英国的图 3英国海蛇 ( P elam is) 波能装 置图 4 AW S 发电装置Pe lam is( 见图[ 2]、A rch im edes W aveSw in g( AW S) (见图 4) [ 3]、美国的 P ow erBuoy(见图 5)和中国的 50 kW 岸式振荡浮子波能电站、30 kW 沿岸 固定式摆式电站等。
其中英国的 P elam is 装置效率较 低, 可靠性较高, 处于商业运行阶段; 其余装置效率较 高, 但可靠性较低, 尚处于示范阶段。
1. 3越浪式越浪技术是利用水道将波浪引入高位水库形成水 位差 (水头 ), 利用水头直接驱动水轮发电机组发电。
越浪式技术包括收缩波道技术 ( T apered C hanne l)、波 龙 ( W ave D ragon) 和 槽 式 技 术 ( Sea S lot - cone图 5 Pow e rBuoy 装置肖惠民, 等: 世界海洋波浪能发电技术的发展现状与前景研制的装置有挪威的 350kW 收缩波道式电2011年 1月( 1) 主要科学问题。
波浪能转换过程是海洋能转 站、丹麦的 W ave D ragon 波力装置 (见图 6) [ 5]、挪威的换中最复杂的过程。
其主要科学问题在于: 波浪具SSG 槽式装置 (见图 7)等, 均处于示范或试验阶段。
有的随机性造成能流不稳定, 设计者难以确定波浪能装置各级转换的设计点;波浪的多向往复性运动,使设计者难以设计出合理的能量俘获系统和动力摄取 系统;波浪能装置工作在波浪最大的地方, 波浪的随机性和不稳定性导致波浪能装置的各种突发性波浪 载荷; 恶劣的海洋环境造成的腐蚀、海生物附着又可能造成装置某些环节的失效。
图 6 W ave D ragon 波力装置( 2) 关键技术。
波浪能利用方面, 需要解决的关键 技术包括: 波浪聚集与相位控制技术; 波能装置的波浪 载荷及在海洋环境中的生存技术; 波能装置建造和施 工中的海洋工程技术; 不规则波浪中的波能装置的设 计与运行优化; 往复流动中的透平研究; 波浪能的稳定 发电技术和独立发电技术等。
参考文献:[ 1] C lem ent A, M acu llen P, F a lcao A,e tc. W ave energy inEu rope: cur rent status and perspec tive s[ J]. R enew ab le and Susta inable Ene rgy R ev iew s, 2002( 6): 405 - 431.[ 2] H enderson R. D esign, s im ula tion, and testing o f a nove lhydrau lic pow er take - o ff sy stem fo r the Pe lam is w ave图 7 SSG 槽式装置energy conv erte r[ J] . R enew ab le Energy, 2006( 31): 271 - 283.2 波浪能利用前景[ 3] V a ler io D, Be ir iao P, Sa D a Co sta J, e tc. O ptim isation o fw aveenerg yex trac tion w iththe A rch im edes W ave波浪能技术目前还处于发散状态, 存在各种技术 Sw ing [ J] . O ce an Eng ineer ing, 2007( 34): 2330 - 2344. 的不同发展方向, 但发展趋势是不断地向高效率、高可 [ 4] C le anenergyfrompow e rbuoyofoceanpow er靠性、低造价方向发展, 以形成低成本的成熟技术, 最 techno log ies[ EB /OL ]. [ 2008 - 11 - 07]. http: / /www.后通过规模化生产和应用, 可大幅降低发电成本。
波浪能能流密度高、储量巨大且分布广泛, 是未来 海洋能利用发展的主要方向, 在海洋开发和海防方面 将起到关键作用。
通过开展波浪能转换过程的研究, 进 m ar inebu zz. com.[ 5] W ave dragon[ EB /OL ]. h ttp: / /www. w avedragon. net. [ 6] V ic inanza D, M argher itini L, Contestabile P, e tc. Seaw aves lo t- cone generato r: A n innova tiv e ca isson breakw aters for 一步提高波浪能装置的转换效率以及可靠性, 是波浪 energy produc tion[ C].C oasta lEng ineer ing能利用技术发展的关键。
2008P roceed ings of the 31st In ternational Con feren,2008: 3694 - 3705.欢迎投稿欢迎订阅。