[科普中国]-“海蛇”波浪发电装置

简介世界能源危机愈演愈烈，人们纷纷把目光投向海洋。海洋占全球表面面积的71%，蕴藏巨大能量，其中波浪能是海洋能量的主要存在形式之一，具有储量巨大、清洁、可再生等优点，被认为是解决能源问题的新方向。

由此，大量波浪发电装置应运而生，服役在国内外各大海区。国外对波浪发电装置的研究历史悠久，成果显著。英国建造了500kW的岸式振荡水柱波浪电站和750kW的帕拉米斯波浪发电装置。挪威于1985年建成一座装机容量500kW的波浪能发电站，是迄今世界上已建成的最大岸式波浪能发电站；葡萄牙于2008年引进英国的“海蛇”（Pelamis system）发电机组，在海洋实验区建立了世界上第一座商业规模的波浪发电站；日本也已有数座波浪能电站投入运行，其中兆瓦级的“海明号”波力发电船是世界上最著名的波浪能发电装置，目前正准备建设300~600kW摆式波浪能发电站。我国波浪能发电始于20世纪70年代。1990年，中国科学院广州能源研究所在珠江大万山岛上研建的3kW岸基式波力电站试发电成功；1996年研建成功20kW岸式波力试验电站和5kW波力发电船；在广东汕尾研建完成了100 kW 岸式波力试验电站；国家海洋技术中心研建了100 kW 的摆式波浪发电站[5- 6]。总之，我国对波浪发电装置的研发起步较晚，多数以近岸发电为主，且发电功率不高，研发大功率、大规模波浪能转化装置意义重大。

针对大功率波浪发电装置“海蛇”系统进行分析研究。“海蛇”系统是近年来新兴的一种大功率波浪发电装置，发电功率可达750kW，安装在距离海岸2~10km，水深大于50m 的海域。该装置由浮筒、连接单元和液压活塞三部分组成。为了收集不稳定的波浪能，需要波浪能发电装置通过两极能量转换将波浪能中的机械能转化为可以方便使用的电能。其中,一级转化装置的稳定性和对波浪能的转化功率直接影响着该装置的发电能力。因此，确定一级转化装置能量转化功率与哪些因素有关，与影响因素间呈何种关系，如何提高能量转化功率，就成为对一级转化过程研究的重点问题1。

波浪能及波浪能量的机电转换方式风能是太阳能的一种形式，表明波浪能是风能在海洋表面转化而来的。海洋可以视为风能与波浪能的转换器，由于海水密度远高于空气密度，波浪能的能量密度远高于风能密度，换言之，海洋可视为能量聚集器，据此，波浪发电装置的几何尺寸可远小于风力发电装置。

对于浮体式波浪发电系统，波浪能量的机电转换方式，有直接发电模式和间接发电模式，基本上由所示的3个部分组成：

1）浮体—吸收波浪能，将其转换成机械能；

2）能量提取（转换）系统—将机械能转换成液压能或直接转换成电能；

3）电力系统—通过液压马达-发电机将液压能转换成电能或并网前变频调制。上述直接发电模式，其中包括处于概念阶段的磁流体发电方式和相对成熟的直线电机发电方式，与间接发电模式相比，它的能量转换环节少，但目前直线电机发尚处于实验室研究阶段。发电模式所用的液压马达和液压缸、蓄能器等都是成熟产品，且装置的能量密度远高于直线电机，因此目前大多数的波浪发电装置是液压式的。波浪发电装置的研制的热潮起于1970年代，迄今已有200余种波浪能液压发电装置2。

海蛇式波浪能液压发电装置该装置总长140 m，由四节直径3.5 m圆筒及相邻圆筒之间的三个动力关节组成，其额定功率750 kW。在动力关节内有2个液压缸，当海蛇随波浪作上下或左右运动时，圆筒与动力关节之间的相对运动，驱动液压缸活塞杆的伸缩运动，压力油驱动液压马达转动，带动发电机发电。

海蛇式波浪发电装置对不同波长波浪的能量吸收、转换效果是不同的，即海蛇的节距与波浪波长有一个最优匹配问题，波浪波长与海蛇节距匹配与否能量收获不同，当波浪波长与海蛇节距匹配时能量收获最大；当波浪波长为海蛇节距一倍时，能量收获仅为最大时的1/3；当波浪波长小于海蛇节距时，能量收获为0。由于海蛇节距是固定的，当海况变化后，无法始终保证能捕获最大能量，这便是海蛇式波浪发电装置的局限性。

总结我国的华能集团前年已在做七分之一比例的缩尺模型的试验研究，其中液压动力关节的试验台采用全国招投标，中标单位上海电气集团液压气动总公司完成了该试验台的研发。目前华能集团开始研发1:1 实尺样机，但到实际应用尚有许多工作要做3。