[科普中国]-波浪能

简介

海水是一种由无数海水质点所组成的流体。在外力作用下，海水质点在其平衡点位置附近作周期性运动，这就形成了波浪。波浪是除潮汐外海水的另一种惊心动魄的大规模宏观运动。风越疾、浪越高。大浪滔天时即使万吨巨轮也会随之飘舞。风是引起水面波动的主要外界因素。当风掠过海面时，海水表面因受到空气的摩擦力和大气压力的作用而产生动荡。风速是决定波浪大小的主要因素。一般情况下，风力达到10级以上时，波浪的高度可达12m，相当于四层楼的高度，更有甚者常常高到15m以上。海上常见六七级风，它掀起的波浪也足有3m至6m高。前面提到海水是由质点组成的，风的吹动或者潮汐的运动均会使海水质点相对海平面发生位移现象，从而使波浪具有势能，而海水质点的运动，又会使波浪具有动能。因此，实际上波浪能是海洋表面所具有的动能和势能的总和。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。另外，波浪能的大小还与风速、风向、连续吹风的时间、流速等诸多因素有关。例如，台风产生的巨浪，其功率密度可达每米迎波面数千千瓦。1

特点海洋中的波浪主要是风浪，而风的能量又来自太阳，所以说波浪能是一种很好的可再生能源。另据世界能源委员会的调查结果显示：全球可利用的波浪能达20亿kW，数量相当可观。同时，波浪能由于具有以下优点也保证了其良好的可开发性1：

（1）波浪能是一种机械能，是海洋能中质量最好的能源，同时也使其能量转化装置相对简单。

（2）尽管波浪能的能流密度偏低，但蕴藏量大。如太平洋、大西洋东岸中纬度30~40°区域，波浪能可达30~70kW/m，某些地方更高达100kW/m，可以保证可开发利用能源的总量。

（3）冬季可利用的波浪能最大，可以有效缓解该季节能耗巨大的问题。

（4）波浪能是海洋中分布最广的可再生能源，因此波浪能可以成为海上偏远地区的能量来源。1

波浪能发电技术波浪能发电可分为能量采集系统和能量转换系统两部分。

采集系统的作用是捕获波浪能。其主要形式有：振荡水柱式、振荡浮子式、摆式、鸭式、筏式、收缩坡道式、蚌式等。提高波浪能俘获量的技术有：通过波浪能绕射或折射的聚波技术，通过系统与波浪共振的惯性聚波技术等。1

转换系统的作用是把俘获的波浪能转换为某种特定形式的机械能或电能。它由以下几个主要部分组成：空气叶轮、低水头水轮机、液压系统、机械系统以及发电机等。另外，为提高转化效率可采用可控叶片、变阻尼、整流、定压等方法。1

按波浪能的利用方式，波浪能发电可大致分为利用波浪能的垂直运动、利用波浪能的水平运动、利用波浪的水压、利用波浪水质点的运动等形式。按波浪能的装置的结构形式可分为振荡水柱式、摆式和聚波式三种装置。按基本原理又可分为利用物体在波浪作用下产生的振荡和摇摆运动、利用波浪压力的变化、利用波浪沿岸爬升时产生的水势能三种方式，而这三种方式也就是我们通常所指的气动式、液动式和蓄水式。1

应用我国的波浪能资源可观，近海海域波浪能的蕴含量约达1.5亿kW，可开发利用量约为2300~3500万kW。总的来说，北部少南部多。从地理位置看主要集中于广东、福建、山东附近海域，其次是江苏、辽宁、上海和河北。波浪能的分布不仅和地理位置有关，而且季节性特征明显，一般秋、冬两季波浪能功率较大，春、夏两季则较小，岛屿附近的这种变化尤为显著。1

我国首座岸式波力发电站于2000年的汕尾建成，并通过输电线路并入100kV的电网。于2001年2月进入试发电，最大发电功率100kW。该电站具有多种自动化保护功能，所有的保护功能均在计算机控制下自动执行，大大地减少了人工干预，使波浪能发电技术接近实用化，具有良好的社会效益和环境效益。同时，由天津国家海洋局海洋技术所研建的100kW摆式波力电站已在青岛运行成功。1