淺談海浪發電技術

蘇維成+吳有志+張勇+楊杰

摘 要；海浪發電指的是依靠海洋波浪來發動電力資源，而海洋波浪潛藏著巨大能量，并且是源源不斷的可用自然清潔能源。文章通過介紹海浪發電裝置的設施構造、用途功能、國內外對比現狀，還有未來發展前景，具體的分析了海浪能發電的理論研究和具體實踐的發展方向，得出了海浪發電技術對未來國內外經濟發展具有深遠的影響的理論。

關鍵詞：能源；方向；海浪

中圖分類號：P743.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0025-02

海浪是海水的波動現象。由于近岸海域海底具有坡度和復雜的地貌，深海涌浪傳來后，被分解為水平和上下兩種海水運動。每個海浪的波峰形成向岸運動的水流，波谷則形成后退的水流，當相鄰前進和后退海浪相遇時，就“合成”為夸張的一道道從不重復的“海波”，其大小、長短和位置都從不重復，所以其實我們常說的“無風起浪”和“無風三尺浪”的說法沒有錯，事實海上有風沒風都會出現波浪。

當海面上刮風產生了海浪的時候，水能就以海浪產生的動能的形式來表現出來，曾經有人對世界上各大海洋大約海浪高度為1米，周期1秒的海浪進行估計，計算發現，全球海浪能功率大約為700億千瓦，有25億千瓦可以被開發利用，與潮汐能相似。海浪中有如此多的豐富的能量，如果將海浪中的這些動能變成了人類使用的電能，把這些曾經危害人類的“大風大浪”轉化成為人類服務的能量，海浪發電是繼風力及太陽能發電后，成為致力于開發利用可再生能源的主要渠道之一。海浪發電裝置可充分利用海岸線和充足陽光的優勢，開發可再生能源，海浪發電不同于風力發電，雖然都是可再生自然清潔能源，但是兩者的發電量卻存在極大不同。首先，兩者位置都是固定的，雖然風力和海浪時大時小，但總體來說，還是風力較弱些，而海浪則可以說是無時無刻的。雖然說海浪也是依靠風力大小而引起波動的，但是同樣能量下，海浪發電的功率則會大些。能量密度高加上有浪時間長，算下來全年的發電量是很客觀的。而海浪能，其實就是利用海浪巨大的沖擊力沖擊特定裝置，使裝置運行把這股沖擊力轉化成電能，供人類家庭用電或者工業生產，極大的節約能源，同時有效地保護自然環境，海浪具有面積廣、沖擊力大、能量轉換形式清晰等一系列優點。雖然一些深海的海洋能量是難以利用的，但在靠近海岸線的地方的波浪能可以作為有效的資源。一些情況比較好的沿海地區的波浪能資源儲蓄量大概也有2TW，保守估計，世界上能夠被開發利用的波浪能能夠達到2.5TW。在碧波萬頃的海洋里， 海浪巨大的沖擊力有著無限的開發潛力！

針對海浪發電系統所要實現的功能，我們已經確定了兩種有效的方案，圓桿運動方案和球殼運動方案。這兩種方案的傳動都是機械類傳動，兩者的方案后期都大致一樣，都是當能量達到一定程度以后，可以將能量匯總到幾個相同的功能載體，這樣可以有效地實現能量的匯流轉動。

先說圓桿運動方案，首先在淺海中構架起一個連架臺，圓桿是其內部的重要組成部分，桿內施加磁場，當海浪打在浮子上，圓桿上下移動切割磁場內的磁感線，將其中切割磁感線所產生的電流轉化成電能，由于浮子的頻率與海浪相差無幾，產生共振現象其震動幅度也會相應地增大。

球殼運動是通過使球殼在海浪中來回運動，進行發電的裝置，由于球殼內有其他重物使重物的速度與球殼本身速度不一致，這樣可以使重物發生擺動，通過增速裝置，超越離合器將重物的擺動轉化為單一方向轉動，然后傳遞給發電機發電，由于擺動時轉矩比較大，如圖所示，使其通過海浪里進行分流發電，因為裝置存在于球殼內部，從而不用擔心發電裝置是否會生銹。對外界破壞具有較強的抵抗力，如果遇到一些自然災害，可以通過向水艙內注水使球殼下沉到水面以下，避免球殼受損害，從而實現有效持續發電供給。

轉換裝置根據振蕩水柱停泊的方式分成固定式和漂浮式。固定式又分為近岸式和離岸式兩種，裝置建造在岸邊的稱為近岸式，建造在海里的稱為離岸式。振蕩水柱式波能轉換裝置主要包括前港、氣室、風道及渦輪機。在入射波浪的作用下，氣室內的水柱受力發生振蕩，使水柱上方的空氣往復地推動風道，從而使渦輪機產生機械能量進行發電。該裝置的特點是依靠波浪的共振作用來加強水柱的動蕩，氣室內的水柱被波浪推動從而做上下往復運動，且擁有特定的頻率。當入射波浪的頻率與水柱的固有頻率相同或者接近時，將會產生共振作用，使氣室內水柱的振幅加大。有報道指出，當水柱在共振狀態的情況下，水柱波浪與入射波浪一起相互作用，讓入射波浪的波浪高度有所增加，但振蕩體背部的波浪高度卻有所減小，從而可以增加波能轉換裝置的效率。

將海浪轉化成供人們使用的能量，源源不斷地供人類使用，是人們多年來夢寐以求的夢想。1964年，世界上研制了第一個海浪發電裝置，雖然電量只有60瓦，但是成為了整個人類世界新能源開發的里程碑。此后，芬蘭、加拿大、丹麥和美國等一些國家也開始從事研究海浪發電，并取得了豐碩的成果，我國在這方面雖然起步比較晚，發展還是挺快的，微型波力發電技術已經相對來說比較成熟，發電裝置處于商品化，小型岸式的波力發電技術也可以同發達國家相提并論了。種種海浪發電歷程從長遠角度來看，海浪發電才剛剛起步，擁有著巨大的發展潛力，雖然在某一些方面還有很多不足，但其發展前景還是非常樂觀的。

但是在目前，國內外海浪發電的研究成果幾千項，但發電成本依然很高，距離商業市場還很遠！海浪發電似乎進入一個止步不前的困境，這就引入了我們的深深的思考！由于波能并不是十分穩定，想要它成為直接為人類所用的能源還要相當一段時間。目前，據估算，全球通過用海浪發電量僅有0.4萬千瓦，而通過風能進行發電的電量有2千億千瓦，從而可以看出其相差還是很大的。所以，海浪發電的發展道路還是很長的。到目前為止，全世界范圍內還沒有可商品化發電的方案誕生出來，但是分散利用海浪動能的方向還是有的，海洋這么大，所以充分利用海浪動能的機會還是有的，相信在不久的將來把離散的動能聚攏起來還是可以做到的。

海浪發電裝置目前的研究方向主要針對海事領域，針對海事系統的船舶、無人雷達、海上通訊基站等設施供電。不過，隨著該項目的優化研究，波能發電可投入更廣泛的領域。由于波浪能屬于取之不盡的海洋能源，而且大連具備良好的波浪能利用環境，該項目一旦投入量產，還可用于民用供電，屆時將有效緩解目前全球面臨的能源危機。這一裝置能有效收集波浪能并轉化為電能輸出，可緩解全球范圍內的能源短缺和環境污染問題。

這一裝置能有效收集波浪能并轉化為電能輸出，且具備低成本、無污染、節約能源的特點，可緩解全球范圍內的能源短缺和環境污染問題。據了解，多節漂浮式波能發電裝置目前的研究方向主要針對海事領域，針對海事系統的船舶、無人雷達、海上通訊基站等設施供電。不過，隨著該項目的優化研究，波能發電可投入更廣泛的領域。由于波浪能屬于取之不盡的海洋能源，而且大連具備良好的波浪能利用環境，該項目一旦投入量產，還可用于民用供電，屆時將有效緩解目前全球面臨的能源危機。

洶涌澎湃的海浪正給人類送來源源不斷的電能。我們合理有效地利用自然資源，對于更進一步解決世界面臨的資源短缺，能源不足，環境污染等一系列問題都有重要的社會發展意義。隨著海浪發電技術等日益成熟，海浪發電將會在更多領域發揮作用。相信在不久的將來，我們可以用科技力量創造出更好的世界！

參考文獻：

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