海洋波浪能发电的开发与展望

葡萄牙的“海蛇”海浪发电站
英国研制的水莽波浪发电装置
水蟒”工作原理非常简单：将“水蟒”安装 在距离海岸1.6公里-3.2公里远、36米-91米 深的水下，并系在海床上，同时使“水蟒” 的橡胶管道内充满海水。这样每当有波浪经 过时，弹性极强的橡胶管就会随之上下摆动， 橡胶管内部就会产生一股水流脉冲。随着波 浪幅度的加大，脉冲也会越来越强，并汇集 在尾部的发电机中，最终产生电能，然后通 过海底电缆传输出去。
波浪发电站示意图 波浪能供电的灯光浮标
值得一提的是，若在海岸边排列几艘大型的波 浪能发电装置，不仅可利用波浪能发电，做成 移动式发电站，还可将它们当做防波堤，起到 消波作用，移动电站还具有灵活的战备作用， 战时可作为单用发电站。
波浪能发电方式按能量中间转换环节主要分为机 械式、气动式和液压式三大类
波浪能发电
波浪发电的要求
• 波浪发电要求输人的能量稳定，必须有一 系列稳速、稳压和蓄能等技术来确保，它 同常规发电相比有着特殊的要求。利用波 浪发电，必须在海上建造浮体，并解决海 底输电问题；在海岸处需要建造特殊的水 工建筑物，以利收集海浪和安装发电设备。 波浪电站与海水相关，各种装置均应考虑 海水腐蚀、海生物附着和抗御海上风暴等 工程 问题，以适应海洋环境。
波浪发电的局限性
• 开发成本高，规模小，装置庞大 • 造价昂贵，社会效益好但是经济效益差，投资回 收期长 • 可靠性差 • 输出功率太小 • 能量传输复杂 • 由于波浪能的利用地点局限在海岸附近，还容易 受到海洋灾害性气候的侵袭
这些原因束缚了波浪能的大规模商业化开发 利用和发展。
引起的环境问题
• 小规模波浪发电装置可能不会引起太大的 环境冲击，但是如果以后大规模的进行海 浪发电，将会占用大面积的海面，而这必 然会对海洋的生态系统产生冲击。如果在 海面布置大量的发电装置，很可能对海洋 生物造成危害，甚至会影响到海洋上正常 商业航运。
振荡水柱气动式装置工作原理。 它有两组吸气阀和两组排气阀，固定气室的内水位在波 浪激励下升降，形成排气、吸气过程。四组吸、排气阀相 应开启和关闭，使交变气流整流成单向气流通过冲动式气 轮机，驱动发电机发电。这是双作用的装置，在吸、排气 过程都有功率输出。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为 气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水 接触，提高了可靠性。气动式装置在日本益田善雄发明的 导航灯浮标用波浪能发电装置上获得成功的应用。
波浪能利用
• 波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外， 波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化 以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多， 有关波能装置的发明专利超过千项，获得 专利证书的也达数百件。波浪能利用被称 为“发明家的乐园”。
波浪能的转换
• 波浪能的转换一般有三级。第一级为波浪 能 的收集，通常采用聚波和共振的方法把 分散的波浪能 聚集起来。第二级为中间转 换，即能量的传递过程，包括机械传动、 低压水力传动、高压液压传动、气动传动， 使波浪能转换为有用的机械能。第三级转 换又称最终转换，即由机械能通过发电机 转换为电能。
液压式
通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能，再由油压 马达或水轮机驱动发电机发电的方式。 波浪运动产生的流体动压力和静压力使靠近鸭嘴的浮动前体升沉并绕 相对固定的回转轴往复旋转，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压 能，经油压系统输送，再驱动油压发电机组发电。点头鸭装置有较高的 波浪能转换效率，但结构复杂，海上工作安全性差，未获实用。
发展前景
• 目前，大规模波浪能发电的成本还难与常 规能源发电竞争，但特殊用途的小功率波 浪能发电，已在导航灯浮标、灯桩、灯塔 等上获得推广应用。在边远海岛，小型波 浪能发电已可与柴油发电机组发电竞争。 预计随着化石能源资源的日趋枯竭，技术 的进步，波浪能发电将在波浪能丰富的国 家逐步占有一定的地位。
波浪能
• 波浪是以动能形式表现的海洋能之一，来 源于空气和水表面温度的不一致，太阳的 热量导致空气温度上升，而空气温度的上 升产生了风。由海上的风推动海水，风与 海面作用产生波浪，水面上的大小波浪交 替，有规律地顺风滚动着。波浪能发电是 以波浪的能量为动力生产电能。
波浪能的特点
波浪能是一种密度低、不稳定、无污 染、可再生、储量大、分布广、利用难的 能源。
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气动式 ：
通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再 由气轮机驱动发电机发电。 由于波浪运动的表面性和较长的中心管的阻隔，管内水 面可看作静止不动的水面。内水面和气轮机之间是气室。 当浮体带中心管随波浪上升时，气室容积增大，经阀门吸 入空气。当浮体带中心管随波浪下降时，气室容积减小， 受压空气将阀门关闭经气轮机排出，驱动冲动式气轮发电 机组发电。这是单作用的装置，只在排气过程有气流功率 输出。
发电原理
• 主要是将波浪力转换为压缩空气来驱动空 气透平发电机发电。当波浪上升时将空气 室中的空气顶上去，被压空气穿过正压水 阀室进入正压气缸并驱动发电机轴伸端上 的空气透平使发电机发电，当波浪落下时， 空气室内形成负压，使大气中的空气被吸 入气缸并驱动发电机另一轴伸端上的空气 透平使发电机发电，其旋转方向不变。
机械式 ：
通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运 动的传递来驱动发电机发电的方式。
采用齿条、齿轮和棘轮机构的机械式 装置。随着波浪的起伏，齿条跟浮子 一起升降，驱动与之啮合的左右两只 齿轮作往复旋转。齿轮各自以棘轮机 构与轴相连。齿条上升，左齿轮驱动 其轴逆时针旋转，右齿轮则顺时针空 转。通过后面一级齿轮的传动，驱动 发电机顺时针旋转发电。机械式装置 多是早期的设计，往往结构笨重，可 靠性差，未获实用。
海洋波浪能发电的 开发与展望
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、温在，是品位最高的海洋能。据估箅，全世界 波浪能的理论估算值为109 kW量级，是现在世 界发电量的数百倍，有着广阔的商前景，因而 也是各国海洋能研究开发的重点。
收缩斜坡聚焦波道式装置简图。波浪 进入宽度逐渐变窄、底部逐渐抬高的收 缩波道后，波高增大，海水翻过导波壁 进入海水库，波浪能转换为海水位能， 然后用低水头水轮发电机组发电。 聚焦波道装置已在挪威奥依加登岛 250 kW波浪能发电站成功的应用。这种 装置有海水库储能，可实现较稳定和便 于调控的电能输出， 是迄今最成功的 波浪能发电装置之一。但对地形条件依 赖性强， 应用受到局限。
我国发展现状
• 我国波浪能源十分丰富，可利用率达1.3亿千瓦。 中国科学院广东能源所从“六五”开始进行海洋 波浪能研究。1984年研制成功“航标灯小型波浪 发电装置”，“七五”、“八五”期间，又在珠 海大万山建造了3千瓦、20千瓦岸式波浪力实验电 站。我国首座岸式海洋波浪力发电工业示范电站 “汕尾l00KW”岸式波力电站的正常运行，标志着 我国海洋波浪力发电技术达到实用水平。2009年3 月，我国第一座漂浮式海浪能发电站在浙江温州 的海边开始建设，建成后年发电量可达10亿千瓦 时、年收入达到5亿元。这意味着我国实现了海浪 发电的技术突破。