海洋波浪能开发研究

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1、摘要：随着世界能源日趋紧张，波浪发电作为一种新能源的来源，受到世界各国的重视。波能转换技术日趋成熟，日、英、挪威等国建造了若干座不同类型的波浪发电站。介绍了世界主要国家的波力发电技术进展及主要波能装置并分析了波浪能研究与利用的发展方向和可能遇到的问题。关键词：能源紧缺海洋波浪能能源开发引言随着世界经济的发展、人口的激增、社会的进步，人们对能源的需求日益增长。占地球表面积70%的广阔海洋，集中了97%的水量，蕴藏着大量的能源，其中包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等。其中，波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形

2、式存在，是品位最高的海洋能。据估算，全世界波浪能的理论值约为109kW量级，是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商用前景，因而也是各国海洋能研究开发的重点。自20世纪70年代世界石油危机以来，各国不断投入大量资金人力开展波浪能开发利用的研究，并取得了较大的进展。日、英、美、澳等国家都研制出应用波浪发电的装置，并应用于波浪发电中。我国对波浪能的研究、利用起步较晚，目前我国东南沿海福建、广东等地区已在试验一些波浪发电装置。一、波浪发电技术的进展波浪发电是波浪能利用的主要方式，波浪能利用装置的种类繁多，关于波能转换装置的发明专利超过

3、千项。这些装置主要基于以下几种基本机理，即利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动;利用波浪压力的变化;利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过20世纪70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的海况试验及应用示范研究，波浪发电技术己逐步接近实用化水平，研究的重点也集中于4种被认为是有商品化价值的装置，包括振荡水柱式装置、摆式装置、振荡浮子式波能转换装置和收缩波道式波能转换装置。1、振荡水柱式装置振荡水柱式波浪能发电技术（OWC）也称为空气透平式波浪能发电技术，是目前应用最广泛的波浪能发电技术，在国内也有较多振荡

4、水柱式波浪能试验电站在运行。振荡水柱型装置主要有一个气室，由一个空箱构成，在它淹没于水面以下部分有一个开口，在气室上部有气流通道（空气出入口）。波浪向着空箱移动，当波峰接近空箱前壁时，水进入空箱，推动箱内水位上升，上升的水位使箱内气压增加，气室内空气通过出入孔排出，由于气孔狭小，气体高流速喷出，见图1左图。在波谷接近空箱前壁时，水从空箱抽出，箱内水位下降，下降的水位使箱内气压降低，外面空气通过出入孔高速进入气室，见图1右图，流出流进的气体将推动涡轮机旋转，这就把波浪能转换为机械能。气室内水面有一个固定的波动频率，冲入气室的水碰

5、到气室后壁反射回来，如能和下降水面同向，将会与波浪共振，选择合适的气室尺寸可以使室内水面振荡与外面波浪频率相近，共振的水面波动幅度会远高出波浪的幅度，大大提高气体的流量从而提高系统效率。在气流通道内安装气动涡轮机，进出的气流就会推动涡轮机旋转，涡轮机带动发电机发出电来，这就是振荡水柱式波浪能发电的原理。由于气流是往复的，需采用一种在双向气流作用下均能同向旋转的涡轮机，有关这种涡轮机的结构与原理将在下一节介绍。图1振荡水柱式波浪能采集基本原理上面介绍的振荡水柱式波浪能发电装置是靠岸边安装，称为固定式（靠岸式）安装；振荡水柱式波浪

6、能发电装置也可以漂浮在海面上，称为漂浮式（离岸式、近岸式）发电装置。图2左图是前面进水的漂浮式振荡水柱式波浪能发电装置；图2右图是下面进水的漂浮式振荡水柱式波浪能发电装置，前面进水方式与上面介绍的靠岸式工作原理一样，下面进水的工作原理也基本相同。图2漂浮式振荡水柱波浪能发电装置图3是这两种漂浮式振荡水柱式波浪能发电装置的照片图3漂浮式振荡水柱波浪能发电装置照片下面介绍一种用得较多的振荡水柱式波浪能发电装置的基本结构，这是一种固定式（靠岸式）振荡水柱式波浪能发电装置。图1是靠岸式振荡水柱式波浪能发电装置的结构示意图，在靠海岸用混

7、凝土浇筑成气室箱体。气室前壁下方与海水相连，气室后壁上方有气流进出通道孔，连接涡轮机。当海浪向气室箱体推进时，气室内水面就会振荡，进出气流通道涡轮机旋转，带动发电机发出电来。图4靠岸式振荡水柱波浪能发电装置模型图5是靠岸式振荡水柱波浪能发电装置的照片，这两个照片是从地面上拍摄的，可以看到气室箱体的顶部与涡轮机。图5靠岸式振荡水柱波浪能发电装置地面照片振荡水柱型装置的优势就是装置本身的简洁和坚固，机电部分在海面以上不接触海水，故障率地，维护方便。缺点是建造成本高，转换效率低。2、摆式波浪发电原理2.1、摆式波浪能发电装置构成常见

8、的摆式波浪能发电装置由摆板、转轴、传动系统等部分组成。波浪垂直作用于摆板，摆板绕摆轴前后摆动带动传动系统的活塞杆运动，进而将摆板俘获的波能转换为传动系统的机械能，最终将机械能转换为电能。摆式波浪发电装置构成如图1所示2.2、摆式波浪能发电的液压转换原理如图2所示，摆式波浪能发