国外波浪能开发利用技术进展

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1、JOURNALOFENGINEERINGSTUDIES2014年12月Dec.,2014DOI:10.3724/SP.J.1224.2014.00371工程科学与技术国外波浪能开发利用技术进展李永国，汪振，王世明，吕超(上海海洋大学，上海201306)摘要:对波浪能发电装置进行更系统的分类总结，介绍了国外几种主要的波浪能发电装置（振荡水柱式、摆式、筏式、鸭式、振荡浮子式），阐述其基本工作原理与相应的最新技术应用情况。在优化现有技术的基础上，介绍国外在波浪能发电技术基础上研发的基于新原理的或改进的各种波浪能发电技术。重点揭示了波浪能开发利用技术所面临的三大关键性问题（发电效率与稳定性、生存可靠性

2、、成本），并提出相应的解决方法。最后，总结得出波浪能发电技术的发展趋势是高效率、高可靠性、低造价；研发趋势是基于新原理的或改进的波浪能发电技术，考虑与其他能源发电技术集成与综合利用，由波浪能近岸应用向深海应用发展。关键词:波浪能；波浪能发电装置；发电效率；生存可靠性；发电成本中图分类号:TV75文献标识码:A文章编号:1674-4969(2014)04-0371-12表1波浪能发电装置的分类引言分类方式种类海洋波浪能是由风能转换而来的一种能量。风吹过海洋，通过海-气相互作用把能量传递给海水，形成波浪，将能量储存为势能（水团偏离海平面的位势）和动能（通过水体运动的形式）。波浪能具有总储量大、波能

3、密度低、资源分布广泛但分布明显不均、能量具有多样性并随时间和地域变化的特点。[1]波浪能发电是利用物体在波浪作用下的纵向和横向运动、波浪压力的变化及波浪在海岸的爬升等所具有的机械能进行发电，其结构形式、工作原理多种多样。根据波浪能发电装置的特征、构造和使用情况等各方面的不同，可将波浪能发电装置按不同的方式进行分类（表1）。[2]161固定形式能量传递方式能量转换方式固定式、漂浮式气动式、液压式、机械式直接转换式、间接转换式点头鸭式、振动水柱式、推摆式、收缩波道式、振荡浮子式、波面阀式结构形式波浪能发电系统一般包括三级能量转换。一级转换系统与波浪直接接触，捕获波浪能，能量转换过程主要表现为流体（

4、海浪）动能转化为机械能，或将海水水位升高转换为水的势能；二级能量转换系统通过空气透平或水轮机等设备传动或短期储存机械能，使之转换为旋转的动能，更适合用于驱动发电机运行；三级转换过程主要是通过发电机进行机电转换，系统最终完成从波浪能转换为电能的发电过程。各种波浪能装置转换收稿日期:2014-09-11;修回日期:2014-11-05基金项目:国家自然科学基金青年科学基金（51109129）；海洋工程国家重点实验室（上海交通大学）开放课题项目(1103)；上海市自然科学基金(10ZR1414000)；国家海洋局2013年海洋可再生能源专项（SHME2013JS01）；上海交通大学海洋工程国家重点实

5、验室青年基金项目（1303）作者简介:李永国（1979–），男，讲师，研究方向为海洋可再生能源技术。E-mail：723864785@qq.com工程研究——跨学科视野中的工程,6(4):371-382(2014)372效率如表2所示。表2几种波浪能装置转换效率动，空气往复穿过气室右上方的出气孔，从而将高速空气动压缩气室的空气往复穿过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能。在喷嘴处安装一个空气涡轮，并将涡轮转轴与发电机相连，则可利用压缩气流驱使涡轮旋转并带动发电机发电。波浪能转换技术一级转换效率/%二级转换三级转换能量转换效率/%效率/%振荡水柱筏式0~600~200~90波浪能→气流能量→叶轮

6、机械能波浪→筏体→液压泵、马达→发电机波浪动能→水势能→电能波浪→浮子→液压系统→发电机波浪能→液压能→电能波浪能→摆板机械能→液压能→电能0~200~6060~90收缩波道漂浮式点吸收鸭式0~400~70—0~500~600~700~800~70—0~500~800~75悬挂摆波浪能发电技术已非常接近应用化水平，下面介绍国外这几种典型波浪能利用技术的进展及发展趋势。图1振荡水柱式波浪能转换装置简图图片来源：文献[2]162。主要的波浪能技术1振荡水柱波浪能发电装置的最大优点是，涡轮机组及电机转轴等相对薄弱的部分只与空气接触，而不直接接触波浪，因此防腐性能好，故障率低，维修简便，但其转换效率较

7、低，且受建造条件的限制，风险较大，成本较高。其应用代表为澳大利亚Oceanlinx公司研制的振荡水柱式波浪能装置（图2）。澳大利亚Oceanlinx公司研制的振荡水柱式波浪能装置，运行时可采取漂浮方式也可固定安装在近海海底或岸边，系统利用Denniss-Auld水轮机进行发电。1974年第一次石油危机促进了波浪能技术的发展，英国、日本和挪威等波浪能资源丰富的国家，把波浪能发电作为解决未来能源问题的