海浪发电

海浪发电

姓名：沈剑南学号：21634106 专业：船舶与海洋工程

随着传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源开发迫在眉睫，而利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电提供电能，日益受到各界广泛关注。据不完全统计，目前已有28个国家(地区)研究波浪能的开发，建设大小波力电站上千座，总装机容量超过8亿瓦，其建站数和发电功率分别以每年2.5％和10％的速度上升。

从20世纪70年代以来，许多海洋国家积极开展了波浪能开发利用的研究。并取得了重大进展。英国早在80年代初就已成为世界波浪能研究中心。于1990年和1994年分别在苏格兰伊斯莱岛和奥斯普雷建成了75kW和2万千瓦振荡水柱式和固定式岸基波力电站。

日本对海洋能的研究也十分活跃，其特点是着重波浪技术的开发。开展的波浪能研究项目有：海明号波力发电船、60kW防波堤式电站、摆式波能装置、40kW 岸式电站、“巨鲸”漂浮式波力发电装置、气压罐式波力发电装置、导航用波力发电装置等。

法国早在20世纪60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站，装机容量24万千瓦，年发电量5亿千瓦时的朗斯潮汐电站。

瑞典在1983—1984年进行了30kW软管泵原型装置的现场试验，并且在西班牙大西洋岸外建了一座1000kW的波力示范电站。

印尼在挪威的帮助下，从1988年开始在巴厘岛建造一座1500kw的波力电站，并制定建造数百座波力电站，实现联站并网的发电计划。

中国从1986年开始在珠江口大万山岛建设3kW波浪电站。随后几年改造成20kW的电站。“九五”期间，在科技部科技攻关计划支持下，在广东汕尾市遮浪研建l00kW波力电站，是一座与电网并网运行的岸式振荡水柱型波能装置。2016年8月16日世界首台3.4兆瓦模块化海洋潮流能发电机组首套1兆瓦机组正式启动发电，发电机组运行正常。潮流能发电在浙江舟山成为现实。

相比风能与太阳能技术，波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势，波能能量密度高，是风能的4~30倍；相比太阳能，波浪能不受天气影响。波浪能分布广泛且储量巨大,可就地取能；波浪发电装置受海况与气候影响较低。

海浪的产生主要由于风力，而归根结蒂源于太阳能。起风时，平静的水面在摩擦力的作用下便会出现水波．随着风速增大，波峰随之增大，相邻两波峰之间的距离也逐渐增大，当风速继续增大到一定程度时，波顶会发生破碎，这时就形成了波浪。海浪能以海洋表面波浪所蕴含的动能与势能形式存在，水质点绕其轨迹中心运动，具有动能。同时，在重力作用下。相对于平衡位置有高低变化．因而具有位能。

实际上海洋波浪是复杂的不规则波，波浪功率的大小还与风速、风向、流速等很多因素有关，近年来采用了波谱[1]的概念．把波浪看成是由许多振幅和频率不等且初相位杂乱的简谐波的叠加，不同海域有不同的波谱，能谱包括频率为零至无限大的各组成波，但谱的显著部分集中于一段频率范围内，波能转换装置为了最大限度地吸收波能，在设计上就必须适应该特定海域的波谱。

波能转换就是将波浪能通过一定方法转换成有用动力。一般来说，转换波浪

发电装置大都可看作为一个包括三级能量转换的系统。一级能量转换机构直接与波浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中问介质的动能与压能等；二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平、液压马达等；三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换成电能。其中波能发电的关键技术在于装置系对波浪能的有效吸收。

海浪发电系统大致可以分为三种类型[2]：类型1是刺用气—水封室中的水面振幅达到发电目的，这种振幅受海浪波动引发；类型2靠海浪推动物体产生运动达到发电目的；类型3则利用海洋深处水封藏室受海浪推力致使部件表面变形后所发生位移而达到发电目的。

类型1系统由一台倒置于海洋表面的容器所组成在海面上．海浪舍在容器内外产生一种压差，进而使气流形成涡旋。由于该系统传动部件步，因此不必过多考虑结构强度问题该系统可艟是建造大规模能量转换装置的最佳选择，据认为最适宜投人商业化运营

在类型2系统中，物体被安装在海水表面。海洋表面出现的海浪波动引起物体移动，这种移动被依次转换成旋转移动目前该系统已经设计出来了。一般来说，类型2系统从浮力下移动的物体上截取能量，因此能量增量可根据波浪实际循环程度及高度通过动态计算进行微机控制。这样做则能很容易地设计出一种高效发电系统。

类型3设施存在安装和维修方面的困难，这种类型属于海底结构，据认为不适宜搞大规模的能量转换。

目前研究最多、最有前途的三种装置为：振荡水柱波能装置[3]、摆式波能装置[4]、聚波水库波能装置。

振荡水柱渡能装置（图1）以空气作为转换的介质，其一级能量转换机构为气室，气室的下部开口在水下与海水相通，气室的上部也开口(喷嘴)，与大气相通。在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气室内作强迫振动．压缩气室的空气往复通过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能；二级能量转换机构为空气透平，将其安装在喷嘴处并将透平转轴与发电机相连，这样就可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。这种装置的优点是转动机构不与海水接触，避免了海水对装置的腐蚀。缺点是二级转换效率低，发电不稳定。

图1.振荡水柱渡能装置

摆式波能装置（图2）是通过摆体在波浪力的作用下发生的前后或上下摆动，将波浪能转换为摆轴的动能。摆轴与液压装置相连，就可将摆的动能转换成液力泵的动能，再带动发电机发电。这种装置的优点是转换效率高，可以方便地与相位控制技术相结合，使波能装置能吸收到装置迎波宽度以外的波浪能。缺点是机

械的维护较为困难。

图2.摆式波能装置

聚波水库波能装置的关键技术是—个喇叭形的聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波能转换成势能．收缩波道具有聚波器和转能器的双重作用。利用水库和外海间的水头落差驱动水轮发电机组发电。聚波水库波能装置的优点是波能的转换没有活动部件，可靠性好且稳定。不足之处是建造这种电站对地形要求严格，不易推广。

参考文献

[1] 丛滨, 崔宏林, 刘振. 海浪模型的建立与仿真[J]. 西安工业大学学报, 2009, 29(5):475-478.

[2] 张长青. 海浪发电系统[J]. 世界科学, 1997(12):29-30.

[3] 刘臻. 岸式振荡水柱波能发电装置的试验及数值模拟研究[D]. 中国海洋大学, 2008.

[4] 滕斌, 陈文. 摆式波能转换装置的水动力分析模型[C]// 中国海洋. 2011.