海洋波浪能

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，摆式波浪能发电装置由水室摆板机构、机电转换机构、发配电机

构三大部分组成。水室摆板机构将波能转换成机械能，机电转换机构将机械能

转换成电能，发配电机构实现电力输送过程。其中，水室摆板机构是机械能和

液压能转换的关键部件。

由图2可见，当海洋波浪进入沉箱后，由于后墙的反射作用，产生两个相反方

向的水波相互叠加，在水室内形成驻波，转变为水粒子的起伏运动，推动安装

在水室驻波节点上的摆板绕水平支承来回摆动。摆上端与油缸中活塞杆活动联结，推动活塞在油缸中往复移动。于是，油缸活塞类似一个液压泵，提供液压

系统压力油。当摆板推动活塞向右移时，油箱的油经单向阀1进入油缸左腔，右腔压力油经单向阀4、油路和节流阀进入液压马达，驱动液压马达运转，输

出转矩或直接带动发动机发电。反之，活塞向左，油经单向阀2进入油缸右腔，左腔中的压力油经单向阀3、油路和节流阀进入液压马达，驱动液压马达连续