海洋波浪能的研究及應(yīng)用

秦輝國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心

海洋波浪能的研究及應(yīng)用

秦輝
國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心

波浪能是一種非常清潔的可再生能源，世界各國的研究人員均已高度重視這一項清潔再生能源，并且也已經(jīng)取得一些研究成果。要研究波浪能首先需要研究的就是波浪的運動關(guān)系與波浪力的組成，目前對海浪研究多采用力學(xué)方法與統(tǒng)計學(xué)方法的結(jié)合。本文從波能的定義、發(fā)電原理出發(fā)，簡單的介紹了常用的波浪能源發(fā)電裝置，通過對國內(nèi)外關(guān)于波浪能發(fā)電研究現(xiàn)狀與存在問題進行了分析與研究。

清潔再生能源；波浪能；發(fā)電原理；波浪能的應(yīng)用

一、引言

隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展、社會不斷進步、人口不斷增長，導(dǎo)致了世界各國對能源需求量的大大增加，石油能源與煤礦能源是目前世界上最主導(dǎo)的能量資源，但是石油、煤礦資源已經(jīng)日益短缺，人們也已經(jīng)意識到了尋找新型能源的重要性。通過科學(xué)家的不斷研究與發(fā)現(xiàn)，地球上的水資源占據(jù)了大約70%,地球是一個水資源非常豐富的星球，其中肯定包括了很多寶貴的資源，海洋中蘊含著豐富的能源，如：石油、天然氣、水產(chǎn)資源，可再生能源等，可再生資源在今后的能源發(fā)展中將會占據(jù)不容小覷的地方，海洋中的可再生能源主要包括海洋風能、潮汐能、波浪能、海流能、溫差能等。本文主要對波浪能的開發(fā)與利用進行了分析與探究。波浪能是一種可再生的清潔能源，波浪能的開發(fā)不會對環(huán)境造成很大的影響，并且能源形勢是以機械能的形式存在的。根據(jù)科學(xué)家的據(jù)調(diào)查分析，波浪能的存儲量很大，全世界大約存儲了將近10KW量級的能量，相比于世界發(fā)電量要高出將近數(shù)百倍，全世界波浪能的理論值大約為10KW量級，是現(xiàn)在世界發(fā)電量的數(shù)百倍，同時海洋波浪能也存在著非常廣闊的開發(fā)利用價值，因此波浪能源也成為了各國海洋能源研究發(fā)開的重點。波浪能的開發(fā)與利用是一個較為復(fù)雜的過程，其中包含了多種的學(xué)科知識已經(jīng)綜合理論知識，包括了機械設(shè)計和制造，以及空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)模型、計算機模擬、海洋科學(xué)等各領(lǐng)域的學(xué)科知識。

二、波浪能的概述及特點

海洋波浪因為某種因素而具有的動勢能被稱之為波浪能。其能量的大小與波浪高度H的平方、波浪運動周期T和迎波面的寬度L之間成正比例關(guān)系。在目前的科技水平下波浪能仍然是一種不易控制的不穩(wěn)定能源，但是海洋中的分布著大面積的波浪能。海洋波浪吸收了風的動能后就產(chǎn)生了波浪能，波浪能會隨著海洋與風產(chǎn)生摩擦與湍懂而慢慢在消散。海洋表面的波浪因風而產(chǎn)生了動能與勢能，勢能的產(chǎn)生是由于波浪發(fā)生上下浮動從而與海平面產(chǎn)生了相對高度差，動能的產(chǎn)生是由風的動能帶動波浪水質(zhì)發(fā)生運動從而使得波浪具有了動能。在太平洋周圍的某些區(qū)域，波浪能的功率密度可達到60千瓦每米左右，一些地方甚至能可以達到100千瓦每米以上，據(jù)調(diào)查顯示，中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為6.5千瓦每米左右。

波浪能相對于其他海洋能具有著以下的幾項優(yōu)點：1.波浪能是一種具有較高品質(zhì)的能力，其能量的變現(xiàn)形勢為機械能，方便將其進行提取與轉(zhuǎn)化；2.波浪能的能流密度很大；3.波浪能在海洋中分布廣泛；4.能量提取與轉(zhuǎn)換步驟簡單，提取裝換所需要的設(shè)施便于修建與維修，有些設(shè)施建筑或設(shè)備可在已經(jīng)修建的基礎(chǔ)設(shè)上的進行再次安裝利用，方便快捷且減少建造費用。

三、波浪運動與波浪力的分析

波浪能是由風能進一步轉(zhuǎn)化而成的，其質(zhì)上是吸收了風能而形成的，風速的大小與其之間的相互作用距離大小將直接影響到波浪能的能量傳遞速率有著。波浪能屬于一種不穩(wěn)定的能源，天氣的不定性因素與風向的不確定因素早就了海洋波浪能的不確定性質(zhì)。計算波浪能是一件不容易的事情，首先需要進行漂浮體測試，通過漂浮體的運動來研究波浪推動漂浮體時產(chǎn)生的波浪力，再通過波浪力進一步計算出波浪能，目前這方面的計算方法包括切片壓力積分法、理論法、及能量動量守恒法，這些都是通過數(shù)值計算的方法進行的，但是計算工作量較大。弗汝德一克雷洛夫假定法常作為波浪能計算解析的常用方式，其假定方法就是入射波動場原來的波壓強分布不因潛體的存在而改變。期初我們需要測試出那些沒有被干擾的波浪對浮體造成的作用力，然后經(jīng)過對附體運動所受的附加質(zhì)量效應(yīng)進行不斷添加與修正，最后通過多次地反復(fù)試驗才能確定繞射系數(shù)的最終結(jié)果。

四、波能的應(yīng)用與開發(fā)

波浪能發(fā)電方式是運用波能的運動來帶動電動機發(fā)電，能量轉(zhuǎn)化形式是由機械能轉(zhuǎn)化電能。通常波浪能要經(jīng)過三次轉(zhuǎn)換：第一次是波浪吸收風動能；第二次是吸收風能后自身將風的動能轉(zhuǎn)化為波浪的動能與勢能，從而產(chǎn)生了波浪能；第三次就是運用發(fā)電設(shè)施將自身的波浪能再次轉(zhuǎn)化為動能與勢能，從而帶動發(fā)電機發(fā)電產(chǎn)生電能。波浪能轉(zhuǎn)換電能設(shè)施一般分為兩部分：波浪能采集系統(tǒng)設(shè)施、波浪能轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)設(shè)施?，F(xiàn)如今世界上已經(jīng)擁有超過一千五百項的波浪能轉(zhuǎn)換專利。波浪能的利用開發(fā)具有非常重大的開發(fā)價值與能源發(fā)展前景，海浪發(fā)電裝置不僅能夠為海上島嶼、海水養(yǎng)殖、浮標、探照燈塔、石油平臺等海上設(shè)備設(shè)施供電，還可以為城市供電。開發(fā)利用波浪的主要目的是降低發(fā)電成本、提高發(fā)電的穩(wěn)定性，在未來科技的不斷發(fā)展中，還需要能夠發(fā)展出獨立穩(wěn)定的波能發(fā)電系統(tǒng)，這樣就可以讓用戶方便快捷的利用波能發(fā)電。波浪能是一種穩(wěn)定差、分布廣、污染小、再生性高、儲量大、利用難的能源。目前波浪能的利用地點大都局限在海岸附近，受到海洋災(zāi)害性氣候的侵襲幾率較高，較為不安全，并且波浪能現(xiàn)如今的開發(fā)難度大、建設(shè)耗資高、設(shè)施規(guī)模小，社會效益較好但是經(jīng)濟效益卻一般，資源的投資與回收期相對較長，這些是嚴重的阻礙了波浪能的經(jīng)濟市場與能源科技發(fā)展，隨著人民對海洋波浪能的不斷認識與了解，波浪能科學(xué)的理論和實踐方面也在不斷的向前發(fā)展，波浪能開發(fā)利用是具有巨大意義與價值的。

五、結(jié)束語

隨著我國的綜合國力不斷上升，但是目前我國在波浪能的利用與開發(fā)技術(shù)上仍有很多東西沒有掌握，波浪的發(fā)展利用并沒有應(yīng)用到我國的實際生活中去，其科技術(shù)的普及程度也不高，由此看來我國在波浪能發(fā)電技術(shù)上還有很長的一段路要走。近幾年中，我國在波浪能轉(zhuǎn)換研究方面取得也較大的科學(xué)水平突破，但是相比其他發(fā)達國家來說還存在著諸多不足，需要繼續(xù)加強研究與發(fā)展。世界能源正在面臨枯竭，我們必須要研發(fā)出新型清潔能源來填補能源枯竭這一難題，波浪能源的研究與利用則是一項有價值且有前景的新型能源。

[1]于麗波.我國加緊海洋能研究與開發(fā)利用[N].證券時報,2008.

[2]任建莉,鐘英杰,張雪梅等.海洋波能發(fā)電的現(xiàn)狀與前景[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,34.