国外海浪发电装置的研究现状

国外海浪发电装置的研究现状
作者：赵裕明李岩王志岩
来源：《农机使用与维修》2018年第01期
摘要：海洋波浪能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，具有资源分布广泛、能流密度大等优点。

利用海洋波浪能发电能够改善能源结构和环境，有利于海洋资源开发。

通过对海浪发电装置的技术原理、特点和技术现状做综述，分析了海浪发电利用的意义和前景。

关键词：海浪发电；海洋波浪能；发电装置
中图分类号：TM31文献标识码：A
doi：10.14031/ki.njwx.2018.01.009
0引言
海洋波浪能是清洁的可再生能源，开发和利用海洋波浪能对缓解能源危机和环境污染问题具有重要的意义。

海洋波浪能发电系统的运行环境恶劣，与其他可再生能源发电系统相比发展相对滞后。

但是随着海浪发电技术的发展，近年来，海洋波浪能发电技术取得了长足的进步，已有试验电站开始商业化运行。

随着海洋波浪能发电技术日益成熟，将会有越来越多的海洋波浪能发电站并入电网运行。

1国外的海洋波浪能发电技术
1.1Pelamis波能发电装置
Pelamis波能发电装置飘浮在水面上工作，如图1所示。

不同型号的“海蛇”长15～180 m 不等，直径约3.5～4 m，15 m长的“海蛇”发电装置能够产生750 kW的电能[1，2]。

该装置每两个相邻漂浮装置之间用两个自由度铰链连接，装置的长度方向与海浪的传播方向一致，浮筒随波浪上下起伏，关节之间便有相对转动，从而推动圆筒内的液压缸作往复运动，液压缸将流体压入储能器中作短期储存，液压马达在高压流体作用下旋转带动电机做功产生电能。

1.2Oyster波能转换装置
牡蛎（Oyster）是由英国Aquamarine Power公司和Belfast Queen's University联合在英国研发的一种浮力摆波能转换装置，如图2所示。

Oyster装置由固定在海床底的振荡浮力摆和液压缸组成[3，4]。

Oyster工作水深10～15 m，离海岸约500 m，浮力摆铰接于水下12 m深的海床上，顶部稍高于海平面。

在海浪的作用下，装置作来回摆动驱动两个水压活塞产生高压流体，通过海底管路将高压流体输送到岸上的蓄能装置，之后通过水力发电机将高压流体转换成电能，该装置单台最大可输出电能300～600 kMW。

由于发电机安装在岸上，方便维修。

1.3PowerBuoy波能转换装置
PowerBuoy波能转换装置是美国Ocean Power Technology公司（OPT）研制的一种点吸收式波能转换装置。

PowerBuoy由直径1.5 m、高1.5 m的运动浮标以及高9 m的晶石固定浮标组成，由图3所示。

当浮标随着海浪上下运动时，会带动基座中的液压活塞运动，通过回转马达和发电机将波浪能转化为电能，并通过海底电缆将电能输送到岸上。

波浪较小时，浮标与晶石之间的阻力要很小，以便能够吸收能量。

波浪较大时，增加移动浮标所需的力量可以更多地获取波浪能。

为了适应不同的海况，PowerBuoy使用计算机以10次/s的速率调整发电装置的阻力，从而提高装置的能量转换效率。

2008年9月40 kW的样机在西班牙试运行。

1.4IPSbuoy装置
IPSbuoy是由瑞典的Interproject Service公司研发的一种点吸式的波能转换装置[5，6]。

IPSbuoy装置是由一个直径6～8 m的浮标和一个长20 m的水下管组成的。

在管体内下方设有能量转换装置，其内部液压缸活塞与上部浮标相连，当浮标随海浪运动时带动活塞运动，压缩液压缸内的介质实现能量的转换，再通过液压马达带动发电机运转。

该装置安装在深度50～100 m的海水中，具体尺寸、型号根据所处的水深、浪高等而定。

该装置制造成本较低，安装和维护简便，能够将电能输送至陆地，也能为远离海岸的岛屿供电。

1.5Wavebob波能发电装置
Wavebob波能发电装置是Wave Bob公司研发的一种轴对称自适应的单点吸收装置 [7]。

该装置是由两个共轴的浮体组成，海浪的运动迫使两个浮体沿轴向产生相对运动，驱动液压系统将波浪能转换成机械能再转换成电能。

其中内部的浮体与同轴的潜体相连，潜体起到固定装置和平衡海浪频率的作用。

该装置可以远程调控上部浮体的稳定物控制装置，在不改变浮体设计的前提下，用一个单独的系统改变装置的共振频率，从而实现与入射波特性的最佳匹配。

此外，数字控制系统允许装置动态地改变阻尼，从而更好的实时匹配系统。

当风浪改变时，通过调整上部浮体的浮力，使其只转化为设定的波浪能。

单台Wavebob装置的最大发电能力能够达到1 MW以上。

1.6AWS阿基米德波浪摆装置
阿基米德波浪摆装置（Archimedes Wave swing，AWS）是英国AWS Ocean Energy公司研制的是第一个使用直线电机发电的能量转换装置[8，9，10]。

AWS装置由2个相嵌套的圆筒组成，上部圆筒为浮动吸能装置，在波浪作用下随浪运动，下部圆筒固定不动。

该装置安装于海平面以下，以减少风暴或巨浪对装置的冲击破坏。

当浮体向下运动时，压缩腔体内的气体；当浮体处于最低点时，浮力及内部压缩气体会迫使浮体向上运动。

上部圆筒的往复运动驱动直线电机将机械能转化为电能。

阿基米德波浪摆装置的动力输出系统为永磁直线电机，通过调整系统的频率为平均波频率，直线电机的冲程可以大于波高。

2001年该装置在葡萄牙北部海域进行测试，2002年进行淹没试验，2004年通过阵列测试。

2海浪发电技术应用前景
目前，我国海浪发电正处在技术攻关阶段，而国外能够稳定运行的离岸波浪能装置已经逐步商业化，如英国的海浪发电装置海蛇（Pelamis）以及浮力摆装置牡蛎（Oyster）等。

海浪发电技术优化的理念是使波浪能装置在全生命周期里的平均发电成本最低。

中国的海域是靠季风产生波浪的，效率不高的海浪发电装置会因为年发电量小而难以降低发电成本。

大力拓展海浪发电技术的新方法，不断研发能效高的波能转换装置，是我国海浪发电技术发展的必然趋势。

参考文献：
[1]Dalton GJ，Alcorn R，Lewis T. Case study feasibility analysis of the pelamis wave energy convertor in Ireland，portugal and north america[J]. Renewable Energy.2010，35（2）：443-455.
[2]Palha A，Mendes L，Fortes CJ， et al. The impact of wave energy farms in the shoreline wave climate：Portuguese pilot zone case study using pelamis energy wave devices[J].Renewable Energy.2010，35（1）：62-77.
[3]Whittaker T，Collier D，Folley M， et al. The Development of Oyster-A Shallow Water Surging Wave Energy Converter[A].The 7th European Wave & Tidal Energy Conference， Porto，Portugal，2007.
[4]Johnson Kate，Kerr Sandy，Side Jonathan. Accommodating wave and tidal energy-Control and decision in Scotland. [J]Ocean & Coastal Management，2012，65：26-33.
[5]PAYNE GS，TAYLOR J R M，BRUCE T，et al. Assessment of boundary-element method for modeling a free-floating sloped wave energy device[J].Part 1：Numerical modeling.Ocean Eng，2008（35）：333-341.
[6]Cleason L，Forsberg J，Rylander A，et al. Contribution to the theory and experience of energy production and transmission from the buoy-concept[C].In：Proceedings of 2nd International Symposium on Wave Energy Utilization，1982：345-370.
[7]Weber J，Mouwen F，Parrish A， et al. Wavebob-research & development network and tools in the context of systems engineerings[A]. Proeeedings of 8th EuroPean Wave Tidal Energy Conference，2009，416-420.
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