关键词 海洋波浪能 发电技术 发展趋势
中 图 分 类 号 ：TM619
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1672-9064(2014)03－083－02
随着经济的迅速发展，能源需求不断地增加，传统能源 日益短缺，大量的化石原料的使用又引发出了严重的生态环 境问题，这些已经成为全世界关注的焦点。 为了应对资源枯 竭和生态环境问题，解决能源供应在社会经济发展的瓶颈问 题，寻找替代的可再生能源刻不容缓。 海洋能是一种蕴藏在 海洋中的可再生能源，包括温差能、海流能、波浪能、潮汐能 以及海上的风能和太阳能等自然资源。其中海洋波浪能在海 洋中无处不在， 汹涌澎湃的海洋波浪蕴藏着极大的能量，波 浪能的能流密度最大，可通过较小的装置提供可观的廉价能 源 。 合理利用海洋波浪发 电，既不消耗任何燃 料和资源，又不 产生任何污染，投资少，见效快。 因此海洋波浪能等可再生能 源在许多国家日益受到重视，尤其是研究和开发波浪能发电 技术。
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（6）点吸收式。 点吸收式波浪能发电装置是目前发展较 好的波浪能转换装置。 该技术采用浮子捕获波浪能，通过浮 子连接的液压装置将波浪能转化为液压能，再通过发电机工 作输出电能。点吸收装置的优点是捕获波浪能效率以及转换 效率均较高；浮子制造的成本相对较低；能量易收集，可以多 个装置组合成大规模发电系统。不足是抵抗极端天气的能力 差。
（3）越浪式。 越浪式波浪能量转换装置在进行波浪能转 换时，通常有 2 个转换过程：首先将波浪能转化为可供涡轮 电机运行的机械能，实现能量的 1 次转换过程；然后通过涡 轮电机将机械能转化为电能进行输出，实现能量的 2 次转换 过程。 其优点是装置活动部件较少，整体稳定性较高，可靠性 好，波浪能量转换效率较高，维护费用较低，在大浪时系统电 力输出稳定；不足之处是小浪下的系统转换效率较低。
3 波浪能发电技术的研究现状
波浪能的利用最早可追溯到 1799 年的法国人吉拉德父 子的波浪能机械发明专利，但那时的波浪能研究主要在波浪 能转换装置的发明上，真正实用的波能发电装置较少。 1955 年世界上首台波浪能发电机组产生后，越来越多的专家学者 都致力于波浪能发电技术的深入研究。
20 世纪 70 年代，许多海洋国家积极开展波浪能开发利 用技术，取得了较大的进展。 英国对波浪能的研究十分重视， 英国致力于威尔斯气动透平的利用、 原型波力发电机组、导 航浮标波力透平发电机组及小型波能转换 器 ［4］等研究，它的 波浪发电技术居世界领先水平。 日本由于是个岛国，国土狭 小，资源紧张，因此对波浪能研究和开发也相当活跃，开展的 波浪能研究项目有：海明号波能发电船、摆式波能装置、导航 用波力发电装置等；波浪能转换技术实用化方面走在了世界 前列。 挪威主要对波浪发电装置的理论设计做出了贡献，提 出了相位控制原理和喇叭口收缩波道式波能装置等。瑞典在 上世纪 80 年代进行了 30kW 软 管泵原型装置 的 现 场 试 验 ， 并在西班牙大西洋岸外建了 1 座 1000kW 的波力示范电站。 据不完全统计，已有 28 个国家（地区）研究波浪能的开发，建 设了上千台 大小波力电站，总装 机容量超过 80 万 kW，其建 站数和发电功率分别以每年 2.5%和 10%的速度上升［4］。
1 波浪能简介
波浪能主要是由海面上风吹动以及大气压力变化引起 的海水有规则的周期性运动，具有一定的动能和势能，动能 是指波动的水质点以一定速度运动具有的能量，势能是指水 质点运动与海平面发生位移所具有的能量。波浪的能量与波 高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。 海洋 波 浪 能 源 与 其 他 能 源 相 比 较 ，其 优 点 是 ：①以 机 械 能 的 形 式 出 现 ，是 海 洋 能 源 中 品 位 最 高 的 能 量 ；②可 再 生 性 、 清 洁 无 污 染 ；③有 按 周 期 性 变 化 的 规 律 可 循 ，从 而 为 其 标 准 化 利 用 打 下 基 础 ；④ 分 布 最 广 、储 量 巨 大 、能 流 密 度 大 、利 用 程 度 非 常 高。 波浪能相对 其它形式的海洋能源 ，其开发更为方便，可 通 过较小的装置提供可观的廉价能源。
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作 者 简 介 。
2.2 波浪能发电技术的分类 波浪能发电是通过波浪能装置将波浪能转换为往复机
械能，再通过动力摄取系统转换成所需的动力或电能。 现有 的波浪利用技术有很多种型式，按结构形式可分为振荡水柱 式、摆式、越浪式、筏式、鸭式、点吸收式等几种形式，介绍如 下。
我国对波浪发电的研究自 20 世纪 70 年代开始。 对波浪 能发电的研究最早是在上海兴起的，我国将波浪能开发技术 研究确定为国家重点科技项目，将波浪能的开发研究提高到 国家的层面，以推进对海上波浪能资源的开发利用，努力实 现可持续发展的目标。 1984 年广州能源研究所成 功设计开 发了应用在航标灯上的小型波浪能发电装置，并大批应用到 了我国沿海海域的航标灯上；20 世纪末期开始研制 30kW 摆 式波力电站和 100kW 岸式波力电站。 总之，我国波浪发电研 究虽然起步较晚， 但在国家科技攻关技术、“863” 计划支持
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好；缺点是装置顺浪向布置，单位功率下材料的用量比垂直 浪向布置的装置大，可能造成装置成本较高。
（5）鸭式。 鸭式波浪能发电装置的得名是由装置的形状 和运行特性类似鸭的运动，波浪入射波的运动使得动压力推 动转动部分绕轴线旋转，流体静压力的改变使浮体部分作上 下往复运动，动能和位能同时通过液压装置转化，再通过液 力或电力系统把动能转换为电能。 其优点：转换效率较高，调 节鸭身质心可以使其自有频率与波浪运动频率相同或者接 近，从而形成共振，可以达到最大的转换效率；缺点：装备复 杂从而造成可靠性较差，尤其在恶劣的海洋环境下，装置极 易损坏。
（1）振荡水柱式。 振荡水柱式波能装置是最普通的海洋 波浪能转换器。 其工作原理是利用 1 个与海水连通的容器装 置，通过波浪作用，驱动气室内水柱作往复运动，使得水面位 置发生变化，引起容器内的空气体积变化，通过压缩容器内 的空气产生作用力驱动叶轮工作，带动发电装置发电。 振荡 水柱波能装置的优点是相对脆弱的机械部分只与往复流动 的水流或空气流接触，不与海水接触，防腐性能好；通过气室 将低速波浪能量转换成高速运动的气流，传递方便，安全可 靠，故障少、维护方便。 其缺点是转换效率低，建造费用高。
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波浪能发电技术研究现状与发展趋势
陈韦 余顺年 詹立垒 钟启茂 （集美大学机械与能源工程学院 福建厦门 361021）
摘要 介绍波浪能的定义、优点及发电原理，对波浪发电技术进行分类并总结各发电技术的优缺点；综述波浪发电技术 的研究现状，展望海洋波浪能发电技术的发展趋势。
虽然波浪能发电技术还有很多的技术难题，但在相关高 技术后援的支持下，海洋波浪发电技术日趋成熟，为人类在 新世纪充分利用波浪能展示了美好的前景。 参考文献 1 肖惠民，于波，蔡维由.世界海洋波浪能发电技术的发展现状与前
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（4）筏式。 筏式波浪能发电装置利用海洋波浪筏通过铰 链互相铰接在一起， 组成波浪能量转换系统 （通常是液压 的），转换系统置于每一个铰接处，波浪的运动使波面筏沿着 铰接处弯曲，从而反复压缩液力活塞并输出机械能。 当装置 的固有频率与波浪的频率接近或相一致时， 即形成共振，装 置的输出效率最高。 筏式技术的优点是波浪筏之间仅有角位 移，即使在大浪下，该位移也不至于太大，故抗风浪性能较
波浪能发电技术还处于发散状态，存在各种技术沿着不 同方向发展，但发展趋势是不断地向高效率、高可靠性、低造 价方向发展，以形成低成本的成熟技术，最后通过规模化生 产和应用，可大幅降低发电成本。
多元化和综合利用是波浪能发电技术的另一新动向。结 合防波堤等港工和海工设施建造波浪电站，为波能利用开辟 新途径。 波浪电站的建立可以结合海上工程进行，波浪发电 的成本大幅度下降。 电站的吸收能作用，可以减轻作用在海 工建筑的波浪载荷，增加可靠性。 多种可再生资源利用的结 合有发展空间：如波浪能与太阳能、风能和海洋热能的综合 利用；波浪能提取深层海水和供氧以及改善海水牧场和养殖 场的养分； 利用波浪能清除海洋污染； 波浪能海水谈化、制 氢、提取海洋中的贵重元素等。
波浪能主要用于发电，可为海上孤岛、沿海经济开发区 及 其它设施等提供优质 电能。 此外，波浪能还 可以用于供热、 抽水、制氢以及海水谈化等。
2 波浪能发电技术
2.1 波浪发电的原理 波浪发电的原理主要是利用波浪运动的往复力、浮力产
生动力或位能差。 利用海洋波浪发电的方法大致有 3 种：① 是利用海洋波浪的上下运动所产生水流或空气流，使水（气） 轮 机 转 动 ，从 而 带 动 发 电 机 发 电 ；②利 用 海 洋 波 浪 装 置 的 前 后转动或摆动产生水流或气流，使水（气）轮机转动，从而带 动 发 电 机 工 作 ，产 生 电 ；③将 低 压 大 波 浪 变 为 小 体 积 的 高 压 水，然后把水引入高位水池积蓄起来，使它形成了水位的高 度 差 ，再 来 冲 动 水 轮 发 电 机 发 电 ［2］。