波浪能发电的技术类型与产业化前景分析

波浪能发电的技术类型与产业化前景分析

（张斌 北京航空航天大学 能源与动力工程学院）

摘 要:波浪能是海洋能源中蕴藏最为丰富的能源之一,也是海洋能利用研究中近期研究最多的海洋能源,其开发利用技术已趋于成熟,正在进入或接近于商业化发展阶段。本文针对海洋波浪能发电技术的技术类型、产业化前景等作了全面综述 ,介绍了国内外海洋波能发电技术的进展和主要波能装置,同时也分析了我国波浪能研究和利用的必要性及目前存在的相关问题,指出我国波浪能利用对于沿海地区海洋资源的开发有着十分重要的意义。 关键词:波浪能;波能转换;发电;新能源

Abstract: Wave energy is one of most renewable resource contained in the oceanic energy. This kind of oceanic energy has allured the most attentions in the field of oceanic energy utilization. The exploitation and utilization technology in the field of wave energy has tended to mature. Now it is running into or near commercial exploitation level. Technology type of power generation from wave energy and its industrialization prospect are introduced in this paper. The development of wave energy conversion technologies and the main wave energy devices in the world are presented. In this paper, the necessity of wave energy research and the problems related have been analyzed. It has been discussed that the utilization of wave energy is very important for the exploitation of oceanic resource in the littorals.

Key words: wave energy; wave power conversion; electricity generation; new energy resource

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目 录

第一章 绪论 ................................................................................................................... 3 1.1背景介绍................................................................................................................ 3 1.2 国内外波浪能发电研究现状 ................................................................................. 3 第二章 波浪能发电技术类型 .......................................................................................... 4 2.1振荡水柱式波浪能技术.......................................................................................... 4 2.2点吸收式波浪能技术 ............................................................................................. 4 2.3消耗式波浪能技术 ................................................................................................. 5 2.4截止式波浪能技术 ................................................................................................. 6 2.4.1“点头鸭”型截止式波浪能转换装装置........................................................... 6 2.4.2聚波围堰型截止式波浪能转换装置 ................................................................. 7 2.4.3摆式截止型波浪能转换装置 ............................................................................ 7 第三章 波浪能发电产业化前景分析 ............................................................................... 8 3.1 我国波浪能发电产业化意义 ................................................................................. 8 3.2我国波浪能开发适合地域 ...................................................................................... 9 3.3 波浪能发电产业化亟需解决的问题 ...................................................................... 9 3.4 小结 .................................................................................................................... 10 第四章 结论 ................................................................................................................. 10 参考文献 ....................................................................................................................... 11

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第一章 绪论

1.1背景介绍

随着世界经济的发展、人口的增加、社会生活水平的不断提高，各国对能源的需求迅速增长。近年，受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得很大发展，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在21世纪充分利用海洋能展示了美好前景。

海洋能指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要有潮汐能、波浪能、海水盐差能和海水温差能。其中，波浪能以机械能形式出现，是品位最高的海洋能，其能流密度最大，分布最为广泛。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kW，相当于目前世界发电能量的2倍。因此，世界各海洋大国均十分重视波浪能研究利用。

1.2 国内外波浪能发电研究现状

世界上波浪能转换设备开发最早的国家是法国，后来英国、挪威、印度、日本、美国、葡萄牙等国相继开发。各国都在积极开发研究各种各样的波浪能发电的高新技术，其中以日本和英国两国技术居于世界的领先水平。

日本一直非常重视波浪能发电技术的研究与应用，在波浪能发电技术方面走在世界的前列。目前日本已建造1500多座波浪能发电装置。从 20世纪80年代中期至今已建成4 座岸基固定式和防波堤式波浪能电站，单机容量为40~125kW，其中20世纪80年代初建造的“海明”号波浪能发电船最为著名，总装机容量可达1250kW。

英国具有世界上最好的波浪能资源。从20 世纪70年代开始，英国将波浪能发电研究放在新能源开发的重要位置。20世纪80年代，英国已成为世界浪能研究的中心。20世纪90年代初在苏格兰伊斯莱岛和奥斯普雷建成75kW 和20MW 振荡水柱式和岸基固定式波浪能发电站。2000年11月，世界上第一个波浪能发电厂在苏格兰伊斯莱岛附近建成并开始商业化运行，英国波浪能发电的开发目标是总容量为2GW 的波浪能发电设备。

我国近代的波浪能研究始于1968 年,研究波浪能发电最早兴起于上海，为了开发海洋资源、促进经济发展，我国将波浪能发电研究列入了国家重点科技攻关项目，目前从事波浪能发电研究与开发的单位共有十几家，因此波浪能发电技术获得了较快的发展，其中以中国科学院广州能源研究所拥有的水平与成果最为先进。1984年研制成功航标灯小型波浪能发电装置，在我国沿海海域大面积推广与运用。1997年在珠海大万山岛建成国内首座3kW的岸式波浪能试验电站。“九五” 期间完成重点科技项目攻关-汕尾100kW岸式波浪能发电电站。“十五”期间，2002年在海洋波浪能发电关键技术上取得了重大突破，研制的装置可以将

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随机的波浪能转换成用户能够直接使用的稳定电源，从而为大规模地利用波浪能开辟了新的途径和思考方法。2008 年，中国科学院研制成功了液态金属磁流体波浪能直接发电的原理性演示装置，提出了一种工作原理与常规波浪能发电系统完全不同的新型波浪能发电技术，其实质是系统采用了磁流体发电机，提供了一个与波浪吻合很好的机械阻抗，因此，系统转换效率高，功率密度大，结构紧凑，成本低廉，而且移动性好。

第二章 波浪能发电技术类型

按国内外波浪能现有装置技术对波浪能能流影响的结果可大致划分为振荡水柱式、点吸收式、消耗式(该类波浪能装置则仅吸收一部分入射波的能量，背浪一侧仍有绕射的波浪)和截止式(该类波浪能装置能巧妙利用自身几何形状避免波浪向后辐射，具有较高的转换效率)四大类，这些以直接从流体介质(海水、空气)中捕获动能为特征的能源机械及其发电系统已成为规模开发波浪能的主流方式。下面分别对这四类波浪能技术的国内外发展现状进行简述分析。

2.1振荡水柱式波浪能技术

振荡水柱技术是利用一个水下开口的气室吸收波能的技术。波浪驱动气室内水柱往复运动,再通过水柱驱动气室内的空气,进而由空气驱动叶轮,得到旋转机械能,或进一步驱动发电装置,得到电能(见图1)。

图1振荡水柱式波能装置示意图 图2 澳大利亚Uisce Beatha波能装置

目前已建成的振荡水柱装置有挪威的500 kW岸式装置、英国的500 kW岸式装置LIMPET、澳大利亚的500 kW离岸装置Uisce Beatha(见图2)、中国的100 kW岸式装置、日本和中国的航标灯用10W发电装置等。其中日本和中国的航标灯用10W发电装置处于商业运行阶段,其余处于示范阶段。

振荡水柱技术其优点是转换装置不与海水接触,可靠性较高;工作于水面,便于研究,容易实施;缺点是效率低。

2.2点吸收式波浪能技术

点吸收式(也称振荡浮子式)波浪能技术近年来发展很快，其工作原理是通过浮子的上下浮动从而捕获波浪能量，作为能量传递系统的液压传动或机械装置将

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