[科普中國]-波浪能利用

波浪能利用是指波浪能經過變換裝置或設備，轉換為機械能，然后把機械能轉換為電能，用電纜輸送到陸地上與大電網(wǎng)聯(lián)接供用戶使用；也可把機械能轉換為氫、碳氫化合物等化學能進行利用。波浪能發(fā)電已經實用化，其轉換方式有氣動式、液動式和水庫式3類。氣動式是波浪能發(fā)電最常用的轉換方式，波能接收體均勻地把波浪能轉換為氣流能，推動空氣渦輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電;液動式是波能接收體均勻地把波浪能轉換為液壓能，然后通過液壓電機發(fā)電; 水庫式是把波浪能轉換為水的勢能，然后采用常規(guī)水力發(fā)電方式發(fā)電。

簡介波浪能發(fā)電已經實用化，其轉換方式有氣動式、液動式和水庫式3類。氣動式是波浪能發(fā)電最常用的轉換方式，波能接收體均勻地把波浪能轉換為氣流能，推動空氣渦輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電;液動式是波能接收體均勻地把波浪能轉換為液壓能，然后通過液壓電機發(fā)電; 水庫式是把波浪能轉換為水的勢能，然后采用常規(guī)水力發(fā)電方式發(fā)電。1

我國的波浪能利用中國是世界上主要的波能研究開發(fā)國家之一(任建莉等，2006)。從80年代初開始主要對固定式和漂浮式振蕩水柱波能裝置以及擺式波能裝置等進行研究。1985年中國科學院廣州能源研究所開發(fā)成功利用對稱翼透平的航標燈用波浪發(fā)電裝置。經過十多年的發(fā)展，已有60W至450W的多種型號產品并多次改進，目前已批量生產在中國沿海使用，并出口到日本等國家。七五期間，由該所牽頭，在珠海市大萬山島研建了一座波浪電站并于1990年試發(fā)電成功。電站裝機容量3kw,對稱翼透平直徑0.8m。八五期間，由中國科學院廣州能源研究所和國家海洋局天津海洋技術所分別研建了20kw岸式電站、5kw后彎管漂浮式波力發(fā)電裝置和8kw擺式波浪電站，均試發(fā)電成功。九五期間，廣州能源研究所在廣東汕尾市遮浪研建100kw岸式振蕩水柱電站。同時，由天津國家海洋局海洋技術所在青島即是大官島研建了100kw擺式波力電站。1

技術原理波浪能發(fā)電即通過波浪的運動帶動發(fā)電機發(fā)電，將水的 動能和勢能轉變成電能。通常波浪能要經過3級轉換:第一級 為受波體，它將大海波浪能吸收進來;第二級為中間轉換裝 置，它優(yōu)化第一級轉換，產生出足夠穩(wěn)定的能量;第三級為發(fā) 電裝置，與其他發(fā)電裝置類似。2

波浪能發(fā)電裝置的分類振蕩水柱式波能裝置振蕩水柱式波能裝置以空氣作為轉換的介質，其一級能 量轉換機構為氣室，二級能量轉換機構為空氣透平。氣室的下 部 開 口 在 水 下 與 海 水 連 通 ，氣 室 的 上 部 也 開 口(噴 嘴)，與 大 氣 連通。如圖l所示，在波浪力的作用下，氣室下部的水柱在氣 室內作強迫振動，壓縮氣室的空氣往復通過噴嘴，將波浪能轉 換成空氣的壓能和動能。在噴嘴安裝一個空氣透平并將透平 轉軸與發(fā)電機相連，則可利用壓縮氣流驅動透平旋轉并帶動 發(fā)電機發(fā)電。振蕩水柱波能裝置的優(yōu)點是轉動機構不與海水 接觸。防腐性能好，安全可靠，維護方便。其缺點是二級能量轉 換效率較低。

擺式波能裝置擺式波能裝置是通過擺體在波浪力的作用下發(fā)生的前后 或上下擺動，將波浪能轉換為擺軸的動能。與擺軸相聯(lián)的通常 是液壓裝置，它將擺的動能轉換成液力泵的動能，再帶動發(fā)電 機發(fā)電，見圖2。擺體的運動很適合波浪大推力和低頻的特 性。因此，擺式裝置的轉換效率較高，但機械和液壓機構的維 護較為困難。擺式裝置的另一優(yōu)點是可以方便地與相位控制 技術相結合。相位控制技術可以使波能裝置吸收到裝置迎波 寬度以外的波浪能，從而大大提高裝置的效率。

聚波水庫波能裝置聚波理論最早由挪威特隆姆大學的Falnes和Budal提出。

聚波水庫裝置利用喇叭型的收縮波道，作為一級能量轉換機 構。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，將波浪能轉換成勢能貯存在貯水庫中。收縮波道具有聚 波器和轉能器的雙重作用。水庫與外海間的水頭落差可達3m~8m，利用水輪發(fā)電機組可以發(fā)電，見圖3。聚波水庫裝置的 優(yōu)點是一級轉換沒有活動部件，可靠性好，維護費用低，系統(tǒng) 出力穩(wěn)定，幾乎不受波高和周期的影響。不足之處是電站建造 對地形有要求，不易推廣。

振蕩浮子式波能裝置振蕩浮子式波能裝置是在振蕩水柱式裝置的基礎上發(fā)展起來的波能發(fā)電裝置。通常的岸式裝置是用一個放在港中的 浮子作為波浪能的吸收載體，然后將浮子吸收的能量通過一 個放在岸上的機械或液壓裝置轉換出去，用來驅動電機發(fā)電， 由浮子、連桿、液壓傳動機構、發(fā)電機和保護裝置幾部分組成。振蕩浮子式裝置的優(yōu)點是非常明顯的。不僅轉換效率比較高， 而且減少了水下施工，建造容易，成本低廉。

其他波能轉換裝置除了上述裝置外，目前較為成功的波浪能裝置還有Salter“點頭鴨”式波能轉換裝置、筏式與液壓系統(tǒng)的組合式、整流式 波能轉換裝置等，但其基本原理是相同的。從以上討論可以看 出，振蕩水柱式波能裝置是在實際中較多采用的波能裝置，它 的優(yōu)點在于裝置在結構上具有較好的可靠性，但裝置的轉換效 率 較 低 ，投 資 費 用 過 高 ，因 此 ，在 一 些 波 能 密 度 高 的 國 家 ，如 歐 洲、日 本、北 美 得 到 廣 泛 應 用。但 是 ，在 一 些 波 能 密 度 較 低 的 國 家 ，如 中 國 ，如 何 降 低 成 本、提 高 效 率 是 波 浪 裝 置 走 向 市 場 的 關鍵，繼續(xù)采用這種低效、高成本的裝置就顯得不太理想。2

本詞條內容貢獻者為:

胡芳碧 - 副教授 - 西南大學