波浪能利用的发展与前景.pdf

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1、2010年第27卷3月第3期海洋开发与管理March2010V01．27No．3波浪能利用的发展与前景刘美琴h2，郑源1’2，赵振宙h2，仲颖1’2(1．河海大学水利水电工程学院南京210098；2．水资源高效利用与工程安全国家1：程研究中心南京210098)摘要：文章首先介绍了波浪能的定义、成因和我国波浪能资源的分布情况。在此基础上，指出波浪能的主要利用方式是发电，并分析了国内外利用波浪能发电的发展进程。从波浪能的发电原理、转换装置及技术上的突破等方面，论述了波浪能发电的研究开发情况。最后，指出波浪能利用中存在的一些问题并对其发展前景进行了展望。关键词：波浪能；波浪能发电；波能转换随着经

2、济的发展，化石原料日益短缺，能源问题逐渐成为世界性问题[1]。占地球表面积71％的海洋蕴藏着巨大的可再生能源，主要包括海洋风能、潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等[z]。我国的海岸线漫长，海洋能资源十分丰富，因此，大力开发和利用海洋能源成为当前包括中国在内的世界主要沿海国家的战略性选择。2008年7月，我国召开了“十一五”国家科技支撑计划“海洋能开发利用关键技术研究与示范”重点项目课题评审会【3]。该项目拟在3年内安排国拨经费3200万元，重点研究我国海洋能开发利用的关键技术，建立相关规程和检测方法，攻克我国波浪能、潮流能和温差能开发利用的关键技术，并开展现场示范试验。项目共设置了6

3、个课题，其中有2项为100kW漂浮式波浪能电站关键技术研究与示范、100kW摆式波浪能电站关键技术研究与示范。由此可见，波浪能等海洋可再生能源在我国正日益受到重视。1．2波浪能成因波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。水团相对于海平面发生位移时使波浪具有势能，而水质点的运动则使波浪具有动能。贮存的能量通过摩擦和湍动而消散，其消散速度的大小取决于波浪特征和水深。1．3波浪能资源分布据世界能源委员会的调查显示，全球可利用的波浪能达到20亿千瓦，相当于目前世界发电能量的2倍。我国拥有广阔的海洋资源，波浪能的理论存

4、储量约为7000万千瓦，沿海波浪能能流密度大约为2～7kW／m。浙江、福建、广东和台湾沿海均为波能丰富的地区。1．4波浪能利用波浪能主要用于发电，为边远海域的国防及海洋设施等提供清洁能源。此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。1波浪能概述2波浪能发电的开发研究1．1波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。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。波浪能是海洋能中最不稳定的一种能源，但其品味最高¨]、分布最广且能流密度大。2．1波浪能发电技术2．1．1波浪能发电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

5、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第3期刘美琴，等：波浪能利用的发展与前景81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。2．1．2波浪能的一级转换第一级转换中的波浪能吸收装置种类繁多。20世纪80年代以后，振荡水柱式波力发电装置吸引了大多数波能丁作者，主要成果有：①漂浮式，其建造方便，投放点灵活，对潮位变化适应性好，但其停泊与输电困难；②沿岸固定式和近岸固定式，无需考虑系泊和输电问题，但无法适应潮位的改变，总体效率下降了。另外，也有关于聚波波力发电装置的研究，该装置可靠性好，维护费用低，出力稳定，但建造这种电站对地

6、形要求严格，不易推广。2．1．3波浪能的二级转换解决波浪能发电的关键是中间转换装置，目前应用最多的有气动式、液动式、蓄水式等。气动式波力发电装置是利用波浪的起伏力量，均匀地把波浪能转换成气流能，以推动空气涡轮机发电。世界上第一台小型气动式波浪能发电装置是由日本人在1964年发明的。液动式波力发电装置是把波浪能转换成液压能，再通过液压电机发电。较典型的有英国人发明的“点头鸭”式波浪发电装置，“鸭式”吸收波浪能效率可达80％～90％。蓄水式波力发电装置利用气泵原理，使海浪“聚集”并提高波浪高度，以涌进岸边高处的蓄水池，再用高水头来冲击水轮发电机发电。2．2波浪能发电的发展进程从20世纪70年代

7、以来，许多海洋国家积极开展了波浪能开发利用的研究，并取得了较大进展。目前，波浪能开发利用技术渐趋成熟，已进入商业化发展阶段，将向大规模利用和独立稳定发电方向发展。2．2．1国外波浪能发电的研究进展最早利用波浪能发电的探索可追溯到200多年前，即1799年在巴黎发表了第一个波能转换装置的专利。英国有着世界上最好的波浪能资源。从20世纪70年代开始，英国将波浪发电研究放在新能源开发的首位。20世纪80年代初，英国就已成为世界