[科普中国]-波浪能利用

波浪能利用是指波浪能经过变换装置或设备，转换为机械能，然后把机械能转换为电能，用电缆输送到陆地上与大电网联接供用户使用；也可把机械能转换为氢、碳氢化合物等化学能进行利用。波浪能发电已经实用化，其转换方式有气动式、液动式和水库式3类。气动式是波浪能发电最常用的转换方式，波能接收体均匀地把波浪能转换为气流能，推动空气涡轮机，带动发电机发电;液动式是波能接收体均匀地把波浪能转换为液压能，然后通过液压电机发电; 水库式是把波浪能转换为水的势能，然后采用常规水力发电方式发电。

简介波浪能发电已经实用化，其转换方式有气动式、液动式和水库式3类。气动式是波浪能发电最常用的转换方式，波能接收体均匀地把波浪能转换为气流能，推动空气涡轮机，带动发电机发电;液动式是波能接收体均匀地把波浪能转换为液压能，然后通过液压电机发电; 水库式是把波浪能转换为水的势能，然后采用常规水力发电方式发电。1

我国的波浪能利用中国是世界上主要的波能研究开发国家之一(任建莉等，2006)。从80年代初开始主要对固定式和漂浮式振荡水柱波能装置以及摆式波能装置等进行研究。1985年中国科学院广州能源研究所开发成功利用对称翼透平的航标灯用波浪发电装置。经过十多年的发展，已有60W至450W的多种型号产品并多次改进，目前已批量生产在中国沿海使用，并出口到日本等国家。七五期间，由该所牵头，在珠海市大万山岛研建了一座波浪电站并于1990年试发电成功。电站装机容量3kw,对称翼透平直径0.8m。八五期间，由中国科学院广州能源研究所和国家海洋局天津海洋技术所分别研建了20kw岸式电站、5kw后弯管漂浮式波力发电装置和8kw摆式波浪电站，均试发电成功。九五期间，广州能源研究所在广东汕尾市遮浪研建100kw岸式振荡水柱电站。同时，由天津国家海洋局海洋技术所在青岛即是大官岛研建了100kw摆式波力电站。1

技术原理波浪能发电即通过波浪的运动带动发电机发电，将水的 动能和势能转变成电能。通常波浪能要经过3级转换:第一级 为受波体，它将大海波浪能吸收进来;第二级为中间转换装 置，它优化第一级转换，产生出足够稳定的能量;第三级为发 电装置，与其他发电装置类似。2

波浪能发电装置的分类振荡水柱式波能装置振荡水柱式波能装置以空气作为转换的介质，其一级能 量转换机构为气室，二级能量转换机构为空气透平。气室的下 部 开 口 在 水 下 与 海 水 连 通 ，气 室 的 上 部 也 开 口(喷 嘴)，与 大 气 连通。如图l所示，在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气 室内作强迫振动，压缩气室的空气往复通过喷嘴，将波浪能转 换成空气的压能和动能。在喷嘴安装一个空气透平并将透平 转轴与发电机相连，则可利用压缩气流驱动透平旋转并带动 发电机发电。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水 接触。防腐性能好，安全可靠，维护方便。其缺点是二级能量转 换效率较低。

摆式波能装置摆式波能装置是通过摆体在波浪力的作用下发生的前后 或上下摆动，将波浪能转换为摆轴的动能。与摆轴相联的通常 是液压装置，它将摆的动能转换成液力泵的动能，再带动发电 机发电，见图2。摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特 性。因此，摆式装置的转换效率较高，但机械和液压机构的维 护较为困难。摆式装置的另一优点是可以方便地与相位控制 技术相结合。相位控制技术可以使波能装置吸收到装置迎波 宽度以外的波浪能，从而大大提高装置的效率。

聚波水库波能装置聚波理论最早由挪威特隆姆大学的Falnes和Budal提出。

聚波水库装置利用喇叭型的收缩波道，作为一级能量转换机 构。波道与海连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通至贮水库。波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直至波峰溢过 边墙，将波浪能转换成势能贮存在贮水库中。收缩波道具有聚 波器和转能器的双重作用。水库与外海间的水头落差可达3m~8m，利用水轮发电机组可以发电，见图3。聚波水库装置的 优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，系统 出力稳定，几乎不受波高和周期的影响。不足之处是电站建造 对地形有要求，不易推广。

振荡浮子式波能装置振荡浮子式波能装置是在振荡水柱式装置的基础上发展起来的波能发电装置。通常的岸式装置是用一个放在港中的 浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过一 个放在岸上的机械或液压装置转换出去，用来驱动电机发电， 由浮子、连杆、液压传动机构、发电机和保护装置几部分组成。振荡浮子式装置的优点是非常明显的。不仅转换效率比较高， 而且减少了水下施工，建造容易，成本低廉。

其他波能转换装置除了上述装置外，目前较为成功的波浪能装置还有Salter“点头鸭”式波能转换装置、筏式与液压系统的组合式、整流式 波能转换装置等，但其基本原理是相同的。从以上讨论可以看 出，振荡水柱式波能装置是在实际中较多采用的波能装置，它 的优点在于装置在结构上具有较好的可靠性，但装置的转换效 率 较 低 ，投 资 费 用 过 高 ，因 此 ，在 一 些 波 能 密 度 高 的 国 家 ，如 欧 洲、日 本、北 美 得 到 广 泛 应 用。但 是 ，在 一 些 波 能 密 度 较 低 的 国 家 ，如 中 国 ，如 何 降 低 成 本、提 高 效 率 是 波 浪 装 置 走 向 市 场 的 关键，继续采用这种低效、高成本的装置就显得不太理想。2

本词条内容贡献者为:

胡芳碧 - 副教授 - 西南大学