國外海浪發電裝置的研究現狀

趙裕明+李巖+王志巖

摘要：海洋波浪能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，具有資源分布廣泛、能流密度大等優點。利用海洋波浪能發電能夠改善能源結構和環境，有利于海洋資源開發。通過對海浪發電裝置的技術原理、特點和技術現狀做綜述，分析了海浪發電利用的意義和前景。

關鍵詞：海浪發電；海洋波浪能；發電裝置

中圖分類號：TM31文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.009

0引言

海洋波浪能是清潔的可再生能源，開發和利用海洋波浪能對緩解能源危機和環境污染問題具有重要的意義。海洋波浪能發電系統的運行環境惡劣，與其他可再生能源發電系統相比發展相對滯后。但是隨著海浪發電技術的發展，近年來，海洋波浪能發電技術取得了長足的進步，已有試驗電站開始商業化運行。隨著海洋波浪能發電技術日益成熟，將會有越來越多的海洋波浪能發電站并入電網運行。

1國外的海洋波浪能發電技術

1.1Pelamis波能發電裝置

Pelamis波能發電裝置飄浮在水面上工作，如圖1所示。不同型號的“海蛇”長15～180 m不等，直徑約3.5～4 m，15 m長的“海蛇”發電裝置能夠產生750 kW的電能[1，2]。該裝置每兩個相鄰漂浮裝置之間用兩個自由度鉸鏈連接，裝置的長度方向與海浪的傳播方向一致，浮筒隨波浪上下起伏，關節之間便有相對轉動，從而推動圓筒內的液壓缸作往復運動，液壓缸將流體壓入儲能器中作短期儲存，液壓馬達在高壓流體作用下旋轉帶動電機做功產生電能。

1.2Oyster波能轉換裝置

牡蠣 （Oyster）是由英國Aquamarine Power公司和Belfast Queen's University聯合在英國研發的一種浮力擺波能轉換裝置，如圖2所示。Oyster裝置由固定在海床底的振蕩浮力擺和液壓缸組成[3，4]。Oyster工作水深10～15 m，離海岸約500 m，浮力擺鉸接于水下12 m深的海床上，頂部稍高于海平面。在海浪的作用下，裝置作來回擺動驅動兩個水壓活塞產生高壓流體，通過海底管路將高壓流體輸送到岸上的蓄能裝置，之后通過水力發電機將高壓流體轉換成電能，該裝置單臺最大可輸出電能300～600 kMW。由于發電機安裝在岸上，方便維修。

1.3PowerBuoy波能轉換裝置

PowerBuoy波能轉換裝置是美國Ocean Power Technology公司（OPT）研制的一種點吸收式波能轉換裝置。PowerBuoy由直徑1.5 m、高1.5 m的運動浮標以及高9 m的晶石固定浮標組成，由圖3所示。當浮標隨著海浪上下運動時，會帶動基座中的液壓活塞運動，通過回轉馬達和發電機將波浪能轉化為電能，并通過海底電纜將電能輸送到岸上。波浪較小時，浮標與晶石之間的阻力要很小，以便能夠吸收能量。波浪較大時，增加移動浮標所需的力量可以更多地獲取波浪能。為了適應不同的海況，PowerBuoy使用計算機以10次/s的速率調整發電裝置的阻力，從而提高裝置的能量轉換效率。2008年9月40 kW的樣機在西班牙試運行。

1.4IPSbuoy裝置

IPSbuoy是由瑞典的Interproject Service公司研發的一種點吸式的波能轉換裝置[5，6]。IPSbuoy裝置是由一個直徑6～8 m的浮標和一個長20 m的水下管組成的。在管體內下方設有能量轉換裝置，其內部液壓缸活塞與上部浮標相連，當浮標隨海浪運動時帶動活塞運動，壓縮液壓缸內的介質實現能量的轉換，再通過液壓馬達帶動發電機運轉。該裝置安裝在深度50～100 m的海水中，具體尺寸、型號根據所處的水深、浪高等而定。該裝置制造成本較低，安裝和維護簡便，能夠將電能輸送至陸地，也能為遠離海岸的島嶼供電。

1.5Wavebob波能發電裝置

Wavebob波能發電裝置是Wave Bob公司研發的一種軸對稱自適應的單點吸收裝置 [7]。該裝置是由兩個共軸的浮體組成，海浪的運動迫使兩個浮體沿軸向產生相對運動，驅動液壓系統將波浪能轉換成機械能再轉換成電能。其中內部的浮體與同軸的潛體相連，潛體起到固定裝置和平衡海浪頻率的作用。該裝置可以遠程調控上部浮體的穩定物控制裝置，在不改變浮體設計的前提下，用一個單獨的系統改變裝置的共振頻率，從而實現與入射波特性的最佳匹配。此外，數字控制系統允許裝置動態地改變阻尼，從而更好的實時匹配系統。當風浪改變時，通過調整上部浮體的浮力，使其只轉化為設定的波浪能。單臺Wavebob裝置的最大發電能力能夠達到1 MW以上。

1.6AWS阿基米德波浪擺裝置

阿基米德波浪擺裝置 （Archimedes Wave swing，AWS）是英國AWS Ocean Energy公司研制的是第一個使用直線電機發電的能量轉換裝置[8，9，10]。AWS裝置由2個相嵌套的圓筒組成，上部圓筒為浮動吸能裝置，在波浪作用下隨浪運動，下部圓筒固定不動。該裝置安裝于海平面以下，以減少風暴或巨浪對裝置的沖擊破壞。當浮體向下運動時，壓縮腔體內的氣體；當浮體處于最低點時，浮力及內部壓縮氣體會迫使浮體向上運動。上部圓筒的往復運動驅動直線電機將機械能轉化為電能。阿基米德波浪擺裝置的動力輸出系統為永磁直線電機，通過調整系統的頻率為平均波頻率，直線電機的沖程可以大于波高。2001年該裝置在葡萄牙北部海域進行測試，2002年進行淹沒試驗，2004年通過陣列測試。

2海浪發電技術應用前景

目前，我國海浪發電正處在技術攻關階段，而國外能夠穩定運行的離岸波浪能裝置已經逐步商業化，如英國的海浪發電裝置海蛇（Pelamis）以及浮力擺裝置牡蠣（Oyster）等。海浪發電技術優化的理念是使波浪能裝置在全生命周期里的平均發電成本最低。中國的海域是靠季風產生波浪的，效率不高的海浪發電裝置會因為年發電量小而難以降低發電成本。大力拓展海浪發電技術的新方法，不斷研發能效高的波能轉換裝置，是我國海浪發電技術發展的必然趨勢。endprint

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