[科普中國(guó)]-震蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置

震蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置也稱為裝空氣透平式波浪能發(fā)電置，是應(yīng)用最廣泛的波浪能發(fā)電技術(shù)，在國(guó)內(nèi)也有較多震蕩水柱式波浪能試驗(yàn)電站在運(yùn)行。

簡(jiǎn)介震蕩水柱型裝置主要有一個(gè)氣室，由一個(gè)空箱構(gòu)成，在它淹沒于水面以下部分有一個(gè)開口，在氣室上部有氣流通道（空氣出入口）。波浪向著空箱移動(dòng)，當(dāng)波峰接近空箱前壁時(shí)，水進(jìn)入空箱，推動(dòng)箱內(nèi)水位上升，上升的水位使箱內(nèi)氣壓增加，氣室內(nèi)空氣通過出入孔排出，由于氣孔狹小，氣體高流速噴出。在波谷接近空箱前壁時(shí)，水從空箱抽出，箱內(nèi)水位下降，下降的水位使箱內(nèi)氣壓降低，外面空氣通過出入孔高速進(jìn)入氣室，流出流進(jìn)的氣體將推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，這就把波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

氣室內(nèi)水面有一個(gè)固定的波動(dòng)頻率，沖入氣室的水碰到氣室后壁反射回來，如能和下降水面同向，將會(huì)與波浪共振，選擇合適的氣室尺寸可以使室內(nèi)水面震蕩與外面波浪頻率相近，共振的水面波動(dòng)幅度會(huì)遠(yuǎn)高出波浪的幅度，大大提高氣體的流量從而提高系統(tǒng)效率。

在氣流通道內(nèi)安裝氣動(dòng)渦輪機(jī)，進(jìn)出的氣流就會(huì)推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來，這就是震蕩水柱式波浪能發(fā)電的原理。由于氣流是往復(fù)的，需采用一種在雙向氣流作用下均能同向旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)。1

原理震蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置內(nèi)的水柱在波浪的作用下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，水柱的作用類似于活塞，水柱的不停運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致水柱自由表面上部的空氣柱產(chǎn)生振蕩運(yùn)動(dòng)，空氣在氣室上方的出氣孔流經(jīng)一個(gè)往復(fù)透平，從而將高速空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。震蕩水柱式波浪能裝置較其他波浪能裝置最大的區(qū)別就是具有氣室。所謂氣室就是指一個(gè)結(jié)構(gòu)，其下部有一開口浸在海水里，使海水能夠自由地進(jìn)入氣室內(nèi)。2

波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展歷史海洋波浪能開發(fā)利用的設(shè)想可以追溯到一個(gè)世紀(jì)以前，早在1911年，世界上第一臺(tái)海洋波浪能發(fā)電裝置就研制成功，之后許多國(guó)家都致力于研究波浪能發(fā)電。20世紀(jì)80年代波浪能開發(fā)轉(zhuǎn)向以為邊遠(yuǎn)沿海和海島供電為目的的實(shí)用性、商業(yè)化的中小型裝置為目標(biāo)，各國(guó)相繼建成了20多個(gè)波浪能發(fā)電裝置或電站。如今，世界上主要發(fā)展和研制的波浪能發(fā)電裝置有“點(diǎn)頭鴨”式、振蕩水柱式、推擺式、聚波蓄能式、振蕩浮子式、閥式等裝置。

世界波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展歷程1799年，法國(guó)的吉拉德父子，獲得了利用波浪能的首項(xiàng)專利。

1910年，法國(guó)的波契克斯·普萊西克，建造了一套氣動(dòng)式波浪能發(fā)電裝置，供應(yīng)他自己住宅1kW的電力。

1965年，日本的益田善雄發(fā)明了導(dǎo)航燈浮標(biāo)用氣輪機(jī)波浪能發(fā)電裝置，獲得推廣，成為首次商品化的波浪能發(fā)電裝置。

受1973年石油危機(jī)的刺激，從20世紀(jì)70年代中期起，英國(guó)、日本、挪威等波浪能資源豐富的國(guó)家，把波浪能發(fā)電作為解決未來能源的重要一環(huán)，大力研究開發(fā)。在英國(guó)，索爾特發(fā)明了點(diǎn)頭鴨裝置，科克里爾發(fā)明了波面筏裝置，國(guó)家工程試驗(yàn)室發(fā)明了振蕩水柱裝置，考文垂理工學(xué)院發(fā)明了海蚌裝置。

1978年，日本建造了一艘長(zhǎng)80m、寬12m、高5.5m稱為“海明號(hào)”的波浪能發(fā)電船。該船有22個(gè)底部敞開的氣室，每?jī)蓚€(gè)氣室可裝設(shè)一臺(tái)額定功率為125kW的氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。

1978～1986年，日本、美國(guó)、英國(guó)、加拿大、愛爾蘭五國(guó)合作，先后三次在日本海由良海域?qū)Α昂Ｃ魈?hào)”進(jìn)行了波浪能發(fā)電史上最大規(guī)模的實(shí)海原型試驗(yàn)。但因發(fā)電成本高，未獲商業(yè)實(shí)用。

1985年，英國(guó)、中國(guó)各自研制成功采用對(duì)稱翼氣輪機(jī)的新一代導(dǎo)航燈浮標(biāo)用的波浪能發(fā)電裝置，挪威在卑爾根附近的奧依加登島建成了一座裝機(jī)容量為250kW的收縮斜坡聚焦波道式波浪能發(fā)電站和一座裝機(jī)容量為500kW的振蕩水柱氣動(dòng)式波浪能發(fā)電站，標(biāo)志著波浪能發(fā)電站實(shí)用化的開始。

我國(guó)波浪發(fā)電裝置的歷程我國(guó)近代的波浪能研究始于1968年。航空工業(yè)部623所的樊世榮研究了基于水翼原理的波力發(fā)電裝置。自70年代開始，由上海市機(jī)電局牽頭。

1975年研制了一臺(tái)1kW的波力發(fā)電浮標(biāo)并在浙江省嵊山島附近進(jìn)行了試驗(yàn)。

1977年又研制了小型航標(biāo)燈用波力發(fā)電裝置并在長(zhǎng)江口的橫沙島附近進(jìn)行了試驗(yàn)。

80年代以來，有十幾個(gè)研究所和大學(xué)開展了波能轉(zhuǎn)換的研究。

我國(guó)50kW岸式振蕩浮子波浪能電站是由廣州能源研究所研制并建于廣東省汕尾市，項(xiàng)目開始于2001年，2006年4月建成。實(shí)海況試驗(yàn)表明，系統(tǒng)工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)換效率較高，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立穩(wěn)定發(fā)電。我國(guó)30kW沿岸固定式擺式電站由國(guó)家海洋技術(shù)中心于1994年和2000年進(jìn)行了實(shí)海況試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了離網(wǎng)發(fā)電，為島上居民供電?？傊⌒?、離岸式波浪能發(fā)電裝置的研究和利用較少，現(xiàn)有的小型波浪能發(fā)電裝置功率也較小。隨著我國(guó)海洋開發(fā)的深入，海洋浮標(biāo)等觀測(cè)設(shè)備對(duì)電能的需求隨之增多。因此，開發(fā)小型、離岸式波浪能發(fā)電裝置將具有廣闊的前景。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)