波浪能发电

波浪能发电的开发与展望

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。本文对海洋波能发电技术的基本原理、能量转换系统等作了全面综述，介绍了国内外海洋波能发电技术的进展和主要波能装置，而其中一些计划的成功的实施，也有力地推动了波能转换的技术进步及其在世界范围内的竞争力。同时也分析了波浪能研究和利用的发展目标和方向。指出我国波浪能利用对于沿海地区海洋资源的开发和远离大陆海岛的发展有着十分重要的意义。

关键词：海洋波浪能；波能转换；发电；新能源

机组根据波浪的“峰”“谷”分两个步骤进行，图1，当装置在波峰时，海水进入空气室内的水位上升，室内体积变下，气压增大，大于外界气压。因此，空气被压入A、B水阀室。在A水阀室产生的空气气泡集合后，从“集合喷管喷出，气流通过导向叶片，带动涡轮旋转做功。做功后的气体从通风口通出。B水阀室则隔断从A室来的空气，使“集合喷管处产生负压。图2，当装置在波谷时的气体体积增大，压力降低，使室内的气压小于外界气压，外界空气气冲开空气活门，进入涡轮，通过导向叶片推动涡轮机动作，做功后的气体经“集合喷管”，及水阀室B至空气室，而水阀室A则隔断空气。

空气式波能转换系统结构简单，没有任何水下活动部件，而且将空气作为能量载体，传递方便，能通过气室将低速活动的波浪的能量转换成高速运动的气流，造价低，可靠性好。由于用空气做能量转换的中间介质，透平发电机组不与海水接触，避免了一些海水腐蚀和机组密封等问题，提高了装置在海洋环境下的生存能力【5】。空气式波力发电装置可分为两类：漂浮式和固定式。漂浮式的主要优点在于建造方便，投放点机动，以及对潮位变化的适应性。由于波浪的表面性，吸收波能的物体越接近水面越好，而漂浮式能在任何潮位下实现这一要求。相比之下，固定的空气式吸收波能的开口无法适应潮位的改变，意味着至少有一半时间处于不理想的工作状态，大大影响了总体效率。然而从工程观点出发，漂浮式的主要缺点是系泊与输电，这是难点之处【6】。我国大万山波力实验电站即采用岸式振荡水柱方式，但岸式装置也有其弱点：岸式装置需要经受大风浪的考验，波浪拍岸时出现了高度非线性现象，他的作用力难以用现有方法正确估计；波浪发电装置都建在位于海岛迎浪一侧，该侧一般为悬岸峭壁，再加上台风侵袭，施工难度很大。 1.1.2 聚波蓄能式波能转换装置聚波蓄能式波能转换装置利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，这是一种提高能量密度方式。挪威波能公司（Morwave A.S）于1986年挪威MOWC电站附近建造了一座装机容量为350KW的聚波水库电站。电站的技术关键是它的开口约60m的喇叭形聚波器和长约30m的逐渐变狭窄的畸形导槽。当波浪进入导槽宽阔的一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波浪能转换成势能。楔形槽具有聚波器和转换作用。与导槽相通的是面积约8500m2，与海平面落差约3~8m的水库。发电采用的是常规水轮机组。

先将波浪能集中，然后保留其位能部分，任其消耗其动能部分，整个过程并不依赖于第二介质，这种方法的优点在于波能的转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低且出力稳定。建造者称其转换效率在65%~75%，几乎不受波高和周期的影响。电站紫儿建成以来一直工作正常。不足之处是，建造这种电站对地形要求严格，不易推广。 1.2 波能的二次转换通过波能的一次转换将波能转换为另一种形式的机械能——一种有质量物体（能量载体）的能，但要将它变为电能，还需要进行二次转换。二次转换是透平发电机组（这里的透平是广义的，可以是空气透平，水轮机，液压马达等动力机械）。但用作波浪的发电的发电机。必须适应变化幅度较高的工况，一般大小功率的波浪发电采用整流输入蓄电池的方式，较大功率的波力发电与陆地电网并联调负【7】。两次转换间一般还有些中间转换装置来优化第一级转换，目的是将能量作传递。由于一次转换所得的能量，其载体具有压力大而速度低的特点，用它驱动二次转换机组是不合适的。因此，中间环节促使波力机械能经特殊装置处理达到稳向、稳速和加速能量传递，以推动发电机组。中间转换的种类有机械式，水动式，气动式三种。 2 波能发电的应用由于受风能分布的影响，波浪能的资源最丰富的区域为太平洋、大西洋东岸、北纬30。~60。一带。因此位于太平洋东岸的加拿大、美国和智利以及位于大西洋的爱尔兰、英国、法国、西班牙、澳大利亚等国的波浪能能密度较大，这些国家比较注重降低成本，提高效率以实现波浪能的大规模利用，中国、日本等位于太平洋西岸的国家，波浪密度相对较小，因此比较注重将海洋能最为特殊能源使用，注重与远离大陆的海岛用户或海上需求相结合，目前已发明了多种波能转换装置，并建成了数十座波浪能示范电站，其中以英国、挪威、日本等国开发利用的水平较高。 2.1 国外波能发电的发展概况英国具有世界最好的波浪能资源。从70年代以来，就把波浪发电研究放在新能源开发的首位，投资1700多万英镑研究波浪能装置，使英国在波浪能发电技术方面处于世界领先地位，在80年代初就已成为世界波浪能研究中心。于1990年和1994年分别在苏格兰伊斯兰岛和奥斯普雷建成了75kw和2万kw振荡水柱式和固定式岸基波力电站【8】。由英国国家工程实验室(NEL)研制的蜗形中空风箱泵式海浪发电机，近期在苏格兰的奥特希布莱外海上安装发电，装机容量达11万kw。目前英国正在致力于威尔斯气动透平的利用、原型波力发电机组、导航浮标的波力透平发电组及小型波能转换器等的研究，世界上第一台商用波浪发电机已于1995年8月在英国克莱德河口海湾开始发电，装机容量2000kw，还授建毛里求斯一座2万kw容量的波力电站。英国500kw岸式波能装置LIMPE（Land—Installed-Marine-Powered Energy Transformer）2000年11月在苏格兰Islay岛建成，站址处波能功率密度为25kw/m，目前已经发电上网。挪威于1985年至1986年，在Bergen市附近的Toftestallen岛分别建成了一座装机容量为500kw的带前港振荡水柱式波力电站和一座装机容量为350kw的喇叭收缩波道式聚波水库波力电站（其中500kw电站在350kw电站以北约100m处）。这两座电站是挪威在80年代中、后期成为国际波能领域领头国家的标志。500kw电站在1988年12月的一次强风暴中被破坏，钢结构部分全部被打入海中，后来也没有修复。在90年代初又建造了一座容量1万kw的波力电站，均已达到商业应用程

度，另外还先后与印尼和澳大利亚签订协议为这两个国家各建一座容量为1400kw的波力电站。日本的波浪能研究与开发也十分活跃。它的10多家研究与开发机构既有明确分工又有协调，并重视技术向生产应用的转化研究，使日本在波浪能转换技术实用化方面走在世界前列。它从80年代中期至今已建成

4座岸基固定式和防波堤式波力电站，单机容40~125kw，其中最有名的是80年代初建造的“海明”号波能发电船，研究在长80m，宽12m，由13个振荡水柱气室组成的船型漂浮式机构上进行。安装10台单机功率为125kw的发电机，总装机容量达1250kw，特别适合于“离岛的自给电源”。为克服“海明”号的缺陷，日本海洋科学技术中心（JAMSTEC）于1987年组织了一项耗资10亿日元，名为“巨鲸”（Mighty Whale）的波浪发电装置研究开发计划，经过理论研究和模型试验，该装置于1997年末在三重县无所湾离岸海域下水，1998年9月开始持续两年的实海况试验，从实验情况来看，装置的各部分工作正常，最大总发电站效率为12%。该装置不仅能吸收波力能发电，具有独立能源平台的功能，还可起到平稳波浪的作用，有利于海洋开发。日本当前容量最大的设备是1996年9月投运的由日本东北电力公司在原町火电站南部防波堤上装设的130kw波力发电设备【9】。瑞典在1983~1984年进行了30kw软管泵原型装置的现场试验，并在西班牙大西洋岸外建了一座1000kw的波力示范电站：印度已宣布从1990年开始实施一项波能发展6年计划，包括在马德拉斯附近建一座容量为5000kw的离岸波力电站。目前，正在特里凡得俍（Trivandrum）附近建一座使用威尔斯透平发电机的150kw示范波力电站：美国的波浪能研究涉及气功波能转换系统、平行盘波能模件、串连活板系统及随波筏链装置等。最近，由于，由美国能源部技术研究所研制的岸上/离岸波力发电系统，将海水挤压到岸上蓄水池，再以水力发电，发电容量可达414kw。据不完全统计，目前已有28个国家（地区）研究波浪能的开发，建设大小波力电站（装置、机组或船体）上千座（台），总装机容量超过80万kw，其建站数和发电功率分别以每年2.5%和10%的速度上升。2.2 我国的波能发电利用现状我国波力发电技术研究始于70年代，于1975年研制成1台1kw的波力发电浮标。在浙江省岛进行了实验。80年代以后获得较快发展，1984年广州能源所研制成功6w小型波力发电装置，用于导航灯标，随后按不同导航灯标的要求，又开发了系列产品。目前，在我国沿海航线已安装了数百台这种小型波力发电装置。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置，已向国外出口，该技术属国际领先水平。中国第一座实验波力电站位于南中国海的珠海市大万岛，1989年试建成功，装机容量为3kw的多振荡水柱型沿固定式波力电站。1989年、1990年及1991年分别对其做了三次海上运行试验，研究了实海况下空气、透平及电机的性能。试验结果表明，该电站具有很好的实海况性能。波力电站的平均“总效率”大都在10~35%，最大值接近40%。在该电站原有结构基础，广州能源研究所已将其改建成一座20kw的波力电站，并于1996年2月试发电成功，逐步完善后将向岛上提供补充电源。中国科学院广州能源研究所自1989年开始对后弯管波力发电装置进行研究与开发，5kw后弯管波力发电装置研究经历了浮体模型性能试验研究、样机设计制造和海上试验第三个阶段，取得了成功。“九五”期间，在科技部科技攻关计划支持下，广州能源研究所正在广东汕尾市遮浪研建100千瓦波力电站，是一座与电网并网运行的岸式震荡水柱型波能

装置，项目开始于1996年12月，工程结束于2001年2月。现在已经进入试发电和实海况试验的情况来看，电站设计合理，波能转换效率较高，达到了设计要求。同时，由天津国家海洋局海洋技术所研建的100千瓦摆式波力电站。已在1999年9月在青岛即墨大官岛成功运行成功。我国计划至2020年，在山东、海南、广东各建设1座1000kw级的岸式波力电站。总之，我国波力发电虽起步较晚，但是发展很快，微型波力发电技术已经成熟，小型岸式波力发电站技术进

入世界先进行列。在波浪能发电规模方面，世界上已达到104kw级的应用，而我国目前仍然停留在10、100kw级的水平上，至2020年的远景目标也只是发展到100~1000kw级的波力电站，波浪能开发的规模远小于挪威、英国等国家，因此小型波浪发电距实用化尚一定的距离。 3.波浪能发电的发展目标与前景对于可再生能源来说，高效转换技术是研究的难点，由于波浪的不稳定性导致其转换装置经常处于分设计工况，而且有限的能流密度、转换的低效率导致发电成本进一步加大。因此提高波能利用率，降低波能发电的成本始终是波能研究的目标。波浪能利用技术中的关键技术包括：波浪的聚集与相位控制技术，波能装置的波浪载荷及在海洋环境中的生存技术；波能装置建造和施工中的海洋工程技术；不规则波浪中的波能装置的设计与运行优化；往复流动中的透平研究；波浪能的稳定发电技术和独立发电技术等。到目前为止，涉及相关方面的研究，特别是我国的研究仍然太少，应当加强。多元化和综合利用是波能发展的另一新动向。结合防波堤等海工和港工设施建造波力电站，为波能利用开创了新途径。由于电站的土建可以结合工程进行，，波力发电的成本大为降低。电站的吸能作用，还可减轻作用在海工建筑上的波浪载荷，增加可靠性。除发电外，波能利用与环境和海洋资源利用的结合也很有前途。例如，波浪能与风能、太阳能和海洋热能的综合利用；波浪能提取深层海水和供氧以及改善海水牧场和养殖场的养分；利用波浪能清除海洋污染；波浪能船舶推进；波浪能海水淡化、制氢、提取海洋中的贵重元素等。国外近年来这方面的研究较为活跃，应当引起国内同行的重视【10】。我国目前正处于实现工业化和信息化的经济高速发展，特别是沿海地区，能源需求的急剧增加以及成为社会和经济发展的瓶颈。众多海岛，在海洋开发和国防建设方面占有重要地位，特别是远离大陆的岛屿，依靠大陆供应能源：供应线过长，已受风浪影响。能源和淡水是海洋资源开发和海防建设活动的基本需求，能源和淡水供应的成本关系到海洋资源的开发的成本，因而也就直接影响到海洋资源开发的能力。解决能源和淡水供应问题成为远海资源开发的关键，相对于其他形式的可再生能源，波浪能等形式的海洋能易于规划，具有较大优势，因此建立利用波浪能的独立发电和海水淡化系统大有发展潜力。据估计，从现在起到未来的30年当中，平均每10年我国能源需求总量增加5亿吨标准煤，再过30年或稍长一点时间，中国有可能超过美国成为世界第一能源消费大国。我国的化石燃料资源有限，而更多化石燃料的消耗必将造成更加严重的环境污染，消除这些污染，代价则更为巨大，因此不能单独依靠增加化石燃料的生产来解决。尽管目前在技术程度、规模和价格等方面海洋能源还难以相提并论，但是从我国能源长期发展战略和技术储备，以及为常规能源难以到达的特殊场合提高能源和综合利用的角度来看，加大和加快开发海洋波浪能源的开发研究具有跨时代的现实战略意义。

参考文献

【1】徐柏林，马勇，金英兰，当今世界海洋发电发展趋势，发电设备，2000,1,37~42. XuBaiLin, MaYong, JinYingLan, current world ocean generation development trend, generating equipment, 2000,1,37 ~ 42.

【2】王德茂，波浪能风能的联合发电装置，能源技术，22,2001,4,165~166. WangDeMao, waves can wind generating device, the joint energy technologies, 22,2001,4,165 ~ 166.

【3】朱念，波浪发电的转换机理及开发前景，新能源，18,1996,3,33~36.

【4】陈家箐，王龙文，波力发电发案的工程性探讨，海洋工程，13,1995,1,75~83.

【5】余志，在挪威研究波浪能，海洋工程，14,1996,4,84~91.

【6】陈思鉴，国外海洋能研究现状及展望，新能源，17,1995,1,16~21.

【7】武全萍，王桂娟，世界海洋发电状况探析，浙江电力，2002,5,65~67 【8】梁胜光，王伟，5kw后弯管波力发电装置的研究，海洋工程，17,1999,4,55~63.

【9】李俊峰，中国能源发展战略问题的再思考，中国能源，1996,5,7~12. 【10】“十五”国家高科技发展计划能源技术领域专家委员会，能源发展战略研究，北京：化学工业出社，2004,245~2

波浪能发电技术的研究现状与发展趋势

波浪能发电技术研究现状与发展趋势 陈韦余顺年詹立垒钟启茂 （集美大学机械与能源工程学院福建厦门361021） 摘要：海洋波浪能是取之不尽、用之不竭的无污染可再生新能源。利用波浪能发电技术改善能源结构和生态环境，有利于海洋资源的开发，受到各国的重视。文章介绍了波浪能的定义、优点及发电的原理，对波浪发电技术进行了分类并总结了各发电技术的优缺点；综述了波浪发电技术的研究现状，并对今后海洋波浪能发电技术的发展趋势进行了展望。 关键字：海洋波浪能；发电技术；发展趋势 中文分类号：文献标识码 随着经济的迅速发展，能源需求不断地增加，传统能源日益短缺，大量的化石原料的使用又引发出了严重生态环境问题，这些已经成为了全世界关注的焦点。为了应对资源枯竭和生态环境问题，解决能源供应在社会经济发展的瓶颈问题，寻找替代的可再生能源刻不容缓。海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括温差能、海流能、波浪能、潮汐能以及海上的风能和太阳能等自然资源。其中海洋波浪能在海洋中无处不在，汹涌澎湃的海洋波浪蕴藏着极大的能量，波浪能的能流密度最大，可通过较小的装置提供可观的廉价能源。由于，合理利用海洋波浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，投资少，见效快等优点；因此海洋波浪能等可再生能源在许多国家日益受到重视，尤其是研究和开发波浪能发电技术。 1波浪能简介 波浪能主要是由海面上风吹动以及大气压力变化引起的海水有规则的周期性运动，具有一定的动能和势能，动能是指波动的水质点以一定速度运动具有的能量，势能是指水质点运动与海平面发生位移所具有的能量。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。海洋波浪能源与其他能源相比较，具有优点是①以机械能的形式出现,是海洋能源中品位最高的能量；②可再生性、清洁无污染；③有按周期性变化的规律可循，从而为其标准化利用打下基础； ④分布最广、储量巨大、能流密度大、利用程度非常高的能源。波浪能的优点表明：波浪能相对其它形式的海洋能源，其开发更为方便，通过较小的装置提供可观的廉价能源。 波浪能主要用于发电，可为海上孤岛、沿海经济开发区及其它设施等提供优质电能。此外，波浪能还可以用于供热、抽水、制氢以及海水谈化等。 2波浪能发电技术 2.1波浪发电的原理 波浪发电的原理主要是利用波浪运动的往复力、浮力产生动力或位能差。利用海洋波浪发电的方法大致有三种：一种是利用海洋波浪的上下运动所产生水流或空气流，使水(气)轮机转动，从而带动发电机发电；二是利用海洋波浪装置的前后转动或摆动产生水流或气流，是水（气）轮机转动，从而带动发电机工作，产生电；三是将低压大波浪变为小体积的高压水，然后把水引入高位水池积蓄起来，使它形成了水位的高度差，再来冲动水轮发电机发电[2]。 2.2波浪能发电技术的分类 波浪能发电是通过波浪能装置将波浪能转换为往复机械能，再通过动力摄取系统转换成所需的动力或电能。现有的波浪利用技术有很多种型式，按结构形式可分为振荡水柱式、摆式、越浪式、筏式、鸭式、点吸收式等几种形式。在此对这几种波浪发电技术进行简单的介绍。 2.2.1振荡水柱式 振荡水柱式波能装置是最普通的海洋波浪能转换器。其工作原理是利用一个与海水连通的容器装置，通过波浪作用，驱动气

波浪能发电

波浪能发电的开发与展望 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。本文对海洋波能发电技术的基本原理、能量转换系统等作了全面综述，介绍了国内外海洋波能发电技术的进展和主要波能装置，而其中一些计划的成功的实施，也有力地推动了波能转换的技术进步及其在世界范围内的竞争力。同时也分析了波浪能研究和利用的发展目标和方向。指出我国波浪能利用对于沿海地区海洋资源的开发和远离大陆海岛的发展有着十分重要的意义。 关键词：海洋波浪能；波能转换；发电；新能源 机组根据波浪的“峰”“谷”分两个步骤进行，图1，当装置在波峰时，海水进入空气室内的水位上升，室内体积变下，气压增大，大于外界气压。因此，空气被压入A、B水阀室。在A水阀室产生的空气气泡集合后，从“集合喷管喷出，气流通过导向叶片，带动涡轮旋转做功。做功后的气体从通风口通出。B水阀室则隔断从A室来的空气，使“集合喷管处产生负压。图2，当装置在波谷时的气体体积增大，压力降低，使室内的气压小于外界气压，外界空气气冲开空气活门，进入涡轮，通过导向叶片推动涡轮机动作，做功后的气体经“集合喷管”，及水阀室B至空气室，而水阀室A则隔断空气。 空气式波能转换系统结构简单，没有任何水下活动部件，而且将空气作为能量载体，传递方便，能通过气室将低速活动的波浪的能量转换成高速运动的气流，造价低，可靠性好。由于用空气做能量转换的中间介质，透平发电机组不与海水接触，避免了一些海水腐蚀和机组密封等问题，提高了装置在海洋环境下的生存能力【5】。空气式波力发电装置可分为两类：漂浮式和固定式。漂浮式的主要优点在于建造方便，投放点机动，以及对潮位变化的适应性。由于波浪的表面性，吸收波能的物体越接近水面越好，而漂浮式能在任何潮位下实现这一要求。相比之下，固定的空气式吸收波能的开口无法适应潮位的改变，意味着至少有一半时间处于不理想的工作状态，大大影响了总体效率。然而从工程观点出发，漂浮式的主要缺点是系泊与输电，这是难点之处【6】。我国大万山波力实验电站即采用岸式振荡水柱方式，但岸式装置也有其弱点：岸式装置需要经受大风浪的考验，波浪拍岸时出现了高度非线性现象，他的作用力难以用现有方法正确估计；波浪发电装置都建在位于海岛迎浪一侧，该侧一般为悬岸峭壁，再加上台风侵袭，施工难度很大。 1.1.2 聚波蓄能式波能转换装置聚波蓄能式波能转换装置利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，这是一种提高能量密度方式。挪威波能公司（Morwave A.S）于1986年挪威MOWC电站附近建造了一座装机容量为350KW的聚波水库电站。电站的技术关键是它的开口约60m的喇叭形聚波器和长约30m的逐渐变狭窄的畸形导槽。当波浪进入导槽宽阔的一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波浪能转换成势能。楔形槽具有聚波器和转换作用。与导槽相通的是面积约8500m2，与海平面落差约3~8m的水库。发电采用的是常规水轮机组。

波浪能发电装置

课程设计说明书 题目名称波浪能发电装置的设计 课程名称机械产品技术创新 学生姓名郭钊群 学号1341102053 专业制冷与空调 指导教师姜宏阳 机械与能源工程系 2015年12 月17 日

波浪能发电装置的设计 班级：制冷与空调姓名：郭钊群学号：1341102053 摘要： 海洋波浪能作为一种清洁环保并且可再生的新型能源已经吸引了世界各国科学人员的目光，并已取得一定的研究成果。介绍了海洋波浪能发电装置的原理，对海洋波浪能发电装置进行了分类，总结了几种典型海洋波浪能发电装置的优缺点，并针对现阶段国内外研究现状指出目前存在的问题和今后海洋波浪能发电装置的发展前景。 关键字：新型能源；海洋波浪能；发电装置；发展前景 前言： 随着世界经济不断地高速发展，世界各国对能源的需求量急剧增长。当前出 现的全球石油危机，使人们更加清醒地认识到能源在国民经济和社会发展中所起 到的重要作用。为了解决能源供应在社会发展中所遇到的瓶颈问题，寻找可替代、 可再生、清洁的新型能源已经成为全球各个国家的共识。海洋作为占地球面积 70％的主体，不仅拥有丰富的水产、石油等资源，更蕴藏着巨大的能源，海洋能 源主要是以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在［1］。其中海洋波 浪能在海洋中无处不在，而且受时间限制相对较小，同时波浪能的能流密度最大， 可通过较小的装置提供可观的廉价能源（主要以电能为主），并且也可以为边远 海域的国防、海洋开发、农业用电等活动提供帮助。因此，世界上各个国家都十 分重视并且花大力气开发与研究海洋波浪能，尤其是研究和开发波浪能发电装置正文： 1.波浪能发电装置的发展历史 海洋波浪能开发利用的设想可以追溯到一个世纪以前，早在1911年，世界 上第一台海洋波浪能发电装置就研制成功，之后许多国家都致力于研究波浪能发 电。20世纪80年代波浪能开发转向以为边远沿海和海岛供电为目的的实用性、 商业化的中小型装置为目标，各国相继建成了20多个波浪能发电装置或电站。 如今，世界上主要发展和研制的波浪能发电装置有“点头鸭”式、振荡水柱式、

波浪能的利用及发展前景

波浪能的利用及发展前景 Waves can use and development prospects 摘要波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。波浪可以用波高、波长和波周期等特征来描述。 Abstract The waves can is to point to the ocean surface wave has the potential energy and kinetic energy. The waves of energy and high square, wave wave of movement cycle and the width of the BoMian is proportional to meet. The Marine energy is in the most unstable energy of the one kind of sources of energy. Waves can be passed to the 关键词波浪海洋能量 Keywords waves,Marine,energy 1.波浪能简介 1799年，法国的吉拉德父子，获得了利用波浪能的首项专利。1910年，法国的波契克斯-普莱西克，建造了一套气动式波浪能发电装置，供应他自己住宅1 kW的电力。1965年，日本的益田善雄发明了导航灯浮标用气轮机波浪能发电装置，获得推广，成为首次商品化的波浪能发电装置。受1973年石油危机的刺激，从20世纪70年代中期起，英国、日本、挪威等波浪能资源丰富的国家，把波浪能发电作为解决未来能源的重要一环，大力研究开发。在英国，索尔特发明了点头鸭装置，科克里尔发明了波面筏装置，国家工程试验室发明了振荡水柱装置，考文垂理工学院发明了海蚌装置。1978年，日本建造了一艘长80 m、宽12 m、高5.5 m称为“海明号”的波浪能发电船。该船有22个底部敞开的气室，每两个气室可装设一台额定功率为125 kW的气轮机发电机组。1978～1986年，日本、美国、英国、加拿大、爱尔兰五国合作，先后三次在日本海由良海域对“海明号”进行了波浪能发电史上最大规模的实海原型试验。但因发电成本高，未获商业实用。1985年，英国、中国各自研制成功采用对称翼气轮机的新一代导航灯浮标用的波浪能发电装置，挪威在卑尔根附近的奥依加登岛建成了一座装机容量为250 kW的收缩斜坡聚焦波道式波浪能发电站和一座装机容量为500 kW的振荡水柱气动式波浪能发电站，标志着波浪能发电站实用化的开始。

摆式波浪能发电技术研究

20 作者简介：张文喜（1987-），男，硕士研究生，从事船舶与海洋结构物设计制造方面的研究。 叶家玮（1947-），男，教授，博士生导师，从事水下机器人、海洋平台诸方面的研究工作。收稿日期：2010-11-29 摆式波浪能发电技术研究 Research Overview on Pendulum Wave Power Generation Technology 张文喜，叶家玮 （华南理工大学 土木与交通学院，广州 510640） ZHANG Wenxi, YE Jiawei ( South University of Technology, Guangzhou 510640 ) Abstract: Research on wave power generation has advanced signifi cantly over the past few decades. Much of this work has been undertaken by scientists of many countries. This paper briefl y introduces the present situation of utilizing wave energy and the research progress on pendulum wave power generation technology, describes the work of Muroran University and State Oceanic Administration and summarizes the achievements on pendulum wave power generation technology. Key words: Wave power generation; Pendulum; Energy transform; Engineering application 摘 要：波浪能作为绿色可再生能源，得到各国政府的重视。世界上进行波浪能发电技术研究已经多年，取得了许多成果。本文简单介绍了波浪能发电的应用现状以及摆式波浪能发电的原理及研究进展，对日本室兰工业大学以及我国国家海洋局海洋技术研究所的研究进行了详细的描述。总结了摆式波浪能发电的研究成果，探讨未来工程应用中的研究方向。 关键词：波浪能发电；摆式；能量转换；工程应用 1 前言 人类社会即将步入二十一世纪的第二个十年，作为世界主要能源来源的煤、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭,碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境破坏所产生的负面影响日渐严重。近年来，世界各国都在大力进行着清洁可再生能源的开发与利用工作，由太阳能、风能、海洋能、生物能、地热能及其他可再生能源组成的新能源的开发利用已成为当今世界各国重大研究课题。海洋能是海洋中蕴藏的可再生自然能源的总称,它包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等。 波浪能作为海洋能的一种,是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。它是海洋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得较多的能源之一。 2 波浪能发电应用技术简介 波浪能发电作为波浪能利用的主要方式之一,人类 对其的研究已有一百多年的历史,当二十世纪五十年代世界第一台波浪能发电机组诞生后,许多专家学者都致力于波浪能发电技术的深入研究。波浪能发电可以为边远海岛和海上设施等提供清洁可再生能源，相对于其他的能源利用形式有着独特的优势。其研究应用已趋于成熟,正在进入或接近于商业化发展阶段,向大规模和独立稳定发电方向发展。 波浪能发电系统绝大部分可看作是一个核心是三级能量转换装置的系统，如图1所示。一般说来，一级能量转换装置直接与波浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中间介质如液压油等的压力能等；二级能量转换装置将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平及液压马达等；三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换成电能。由此三级能量转换装置完成了从波浪能到电能的转换，实现了波浪能发电。 经过多年的研究,波浪能发电技术已逐步接近工程应用水平,研究的重点也集中于三种被认为最具有商

波浪能发电

波浪能发电简介及前景 摘要：国内外波浪能发电技术的发展，其基本原理和特征被详尽讨论过，主要发电设备被介绍过，波浪能利用的趋势和前景是可观的。 Abstract：The development of the ocean wave power generation technology home and abroad ，its basic principles and characteristics are comprehensively discussed ，the main generating devices are introduced，and the trends and prospects of wave energy utilization are also described ． 关键词：波浪能发电；机械式；气动式；液压式 波浪能发电（wave power generation）是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，正弦波浪每米波峰宽度的功率P≈HT kW/m。式中，H为波高， T为波周期。通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kW。中国波浪能的理论储量为7000万kW左右波涛起伏的大海，一刻也不停息地在运动。在１平方千米的海面上，波浪运动每秒钟就有２０万千瓦的能量。因此，波浪能也是一种海洋能源。 着世界经济的发展,人口的激增和社会的进步,人类对能源的需求日益增长。而占地球表面积 70％的海洋，集中了97％的水量，蕴藏着大量的能源，包括波浪能，潮汐 能，海流能温差能盐差能等。其中，波浪能由于开发过程中对环境影响小且以机械能形式存在，是品位最高的海洋能。利用波浪能发电可为边远海岛和海上设施等提供清洁能源，还可利用波浪能提供的动力进行海水淡化，从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。 1 波浪能有以下优点： ○1.波浪能以机械能形式出现，是海洋之中品位最高的能量； ○2波浪能的能流密度大，在大西洋东岸，太平洋纬度较高地区，可以达到30- 70KW/m,某些地方可以达到1000KW/m； ○3波浪能是海洋中分布最广的可再生能源。 1799年，法国的吉拉德父子，获得了利用波浪能的首项专利。1910年，法国的波契克斯-普莱西克，建造了一套气动式波浪能发电装置，供应他自己住宅1 kW的电力。1965年，日本的益田善雄发明了导航灯浮标用气轮机波浪能发电装置，获得推广，成为首次商品化的波浪能发电装置。受1973年石油危机的刺激，从20世纪70年代中期起，英国、日本、挪威等波浪能资源丰富的国家，把波浪能发电作为解决未来能源的重要一环，大力研究开发。在英国，索尔特发明了点头鸭装置，科克里尔发明了波面筏装置，国家工程试验室发明了振荡水柱装置，考文垂理工学院发明了海蚌装置。1978年，日本建造了一艘长80

波浪能发电装置

波浪能发电装置 摘要： 能源犹如人体的血液，能源工业作为国民经济的基础，对提高人民生活质量和促进社会经济发展都极为重要．如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球．最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩.甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争．为了避免能源枯竭，目前美国、加拿大、日本、欧盟、中国等都在积极开发如太阳能、风能、海洋能（包括潮汐能和波浪能）等可再生新能源．我国波浪能发电技术研究自２０世纪７０年代开始至今，已取得了巨大的成就.我国波浪能发电技术研究虽起步较晚，但发展很快我国的微型波浪能技术已经成熟，小型岸式波浪能发电技术已进入世界先进行 列．我国沿海有效波高约为２～３ｍ、周期为９ｓ的波列，波浪功率可达１７～３９ｋＷ?ｍ－１，渤海湾更高达４２ｋＷ?ｍ－１．因此，利用海水波浪上下运动产生的频率，设计一个与波浪运动频率有交集的发电装置，此装置以研究转换效率较高、成本较低的浮子式波浪发电技术为目的，以机械共振为基础，通过对波浪能的利用，找到一种获取海洋能源并将其转换为电能高效的、新型的、环保的途径，具有广阔的应用前景. 以下介绍一种波浪能发电装置---浮板式波浪能发电装置.由一连串的浮板通过轴相连接,在浮板的上面装上太阳能板,板里面装有许多线圈,线圈外装有外罩.

装置原理:1,太阳能板利用的是光生伏特效应：假设光线照射在太阳能电池板上并且光在界面层被接纳，具有足够能量的光子可以在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激起，致使发作电子－空穴对。界面层临近的电子和空穴在复合之前，将经由空间电荷的电场结果被相互分别。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。经由界面层的电荷分别，将在P区和N区之间发作一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。经由光照在界面层发作的电子－空穴对越多，电流越大。界面层接纳的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中组成的电流也越大。在太阳能电池板边缘处留有两个孔,用来连接发电机. 2,类似于手摇式自发电手电筒原理：在板的两侧装有类似于弹簧的收缩器，在收缩启向板内一侧有连接发电机的导线。在波浪的冲击作用下，推动了该收缩器 的运动，由波浪的动能转换成机械能。

波浪能发电(新能源发电)

摘要:波浪能是一种清洁无污染、蕴藏量丰富的可再生新能源。随着可再生能源开发的日益加强,世界各国政府对波浪能的开发也越来越予以重视,波浪能开发的各项技术已不断取得突破。介绍了波浪能发电技术的基本原理,特别是其能量转换系统作了全面介绍,综述了国 内外波力发电技术的现状,分析了波力发电研究的未来发展趋势,指出了波力发电对于我国未来的能源发展战略具有十分重要的意义。 关键词:波浪能;波力发电;波能装置;现状及发展趋势 前言： 随着社会对能源需求的日益增长,作为主要能源来源的煤炭、石油、天然气等非可再生资源渐趋枯竭,二氧化碳排放量过高所带来的温室效应!和对环境的破坏所产生的负面影响日趋严重。目前,世界各国都在积极进行着洁净可再生能源的开发与利用工作 新能源的开发与利用已成为当今社会重大研究课题。在我国,新能源主要指太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能及其他可再生能源。海洋能是海水中蕴藏的巨大可再生自然能源的总称,它包括潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。 波浪能是海洋能的一种,是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎浪面的宽度成正比. 它是海洋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得较多的海洋能源之一。波力发电作为波浪能利用的主要方式,其

研究始于一百多年前,当1955年第一台波力发电机组诞生后,很多专家都致力于这项工作的深入研究。波力发电可以为边远海岛和海上设施等提供清洁能源。其开发利用已趋于成熟,正在进入或接近于商业化发展阶段,将向大规模和独立稳定发电发展方向发展。现主要针对波力发电基本原理,特别是其能量转换系统,国内外波力发电现状以及趋势作出全面的阐述。 1.波力发电基本原理 经过70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的实海况试验及应用示范研究,波浪发电技术已逐步接近实用化水平,研究的重点也集中于三种被认为是有商业化价值的装置:振荡水柱式波能装置、摆式波能装置和聚波储能式能装置。前两种分别利用海面波浪的上下运动及利用波浪装置随波摆动或转动,产生空气流或水流使涡轮机转动;第三种则是将低压大波浪变成小体积高压水,引入高位水池积蓄后形成水头,冲击水轮机。以下分别介绍上述三种装置的能量转换原理及过程。 2.振荡水柱波能装置 振荡水柱式又称为空气透平式波能装置,世界上大多数的波能电站都是振荡水柱式的。它们具有良好的波能转换性能及防腐性能。对地形的依赖性小。且其设计方法和建造技术也发展得最为成熟。 振荡水柱式波浪发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。振荡水柱波能装置可分为漂浮式和固定式两种。目前已建成的振荡水柱波能装置都利用空气作为转换的介质。其一级

波浪能发电技术研究浅谈

波浪能发电技术研究浅谈 摘要：随着世界能源日趋紧张，波浪发电作为一种新能源的来源，受到世界各国的重视。介绍了海洋波浪能发电装置的原理，对海洋波浪能发电装置进行了分类，总结了几种典型海洋波浪能发电装置的优缺点，并针对现阶段国内外研究现状指出目前存在的问题和今后海洋波浪能发电装置的发展前景。 Abstract: As a source of a new energy, wave power generation is paid much attention bymore countries while the decrease of the amount of the energy day by day. In this paper，the principle and classification of ocean wave power generation device wasintroduced；andthe advantages and disadvantages of several typical ocean wave power generation devices were summarized. Moreover，the problems of the current research status and developing prospect of ocean wave power generation device wasindicated． 关键词： 海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生能源，主要为潮汐能、波浪能、潮流能、海水温差能海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其原因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他基本上源

波浪能发电及其对电力系统的影响

第41卷第1期2013年1 月 Vol．41No．1 Jan．2013波浪能发电及其对电力系统的影响 聂宏展1，张明1，申洪2，张宏宇2 （1．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．中国电力科学研究院，北京100192） 摘要：阐述了波浪能理论，根据不同的分类方法对波浪能发电进行了分类，同时，在简单介绍波浪能发电原理的基础上，总结了目前波浪能发电面临的几个关键问题，并指出了波浪能发电对电力系统的影响趋势。 关键词：波浪能发电；电力系统；电能质量 作者简介：聂宏展（1962-），男，硕士，教授，研究方向为电力系统规划、继电保护。 中图分类号：TM612；P743．2文献标志码：A文章编号：1001-9529（2013）01-0190-06 Wave energy Generator and their Impact on Power System NIE Hong-zhan1，ZHANG Ming1，SHEN Hong2，ZHANG Hong-yu2 （1．Electric Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin132012，China； 2．China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing100192，China） Abstract：Expounding the wave energy theory in brief．Summary of the wave energy generator classified according to different classifications，and gave a simple introduction to wave energy generator．The key issues facing points the current wave energy generator was summarized，and the trend of wave energy generator's impact on power system was indicated． Key words：Wave Energy Generator；Power System；power quality 波浪能发电是波浪能开发利用的主要形式之一，由于目前波浪能发电尚处研发试验示范阶段，对其进行详细的研究并不现实，所以本文研究其对电力系统的影响时只做了定性的趋势性研究，可对未来波浪能发电的并网提供一定的理论基础。 波浪能发电是根据不同的波浪能捕获原则设计出相应的能够将波浪能转换成某个载体的机械能的波浪能捕获设备，再将得到的机械能通过一定的介质转换成电能的过程［1］。 本文在阐述波浪能理论的基础上，对波浪能的几种分类方法进行了详细讨论，分析了波浪能发电对电力系统影响的趋势，并分别从小型波浪能发电系统和大型波浪能发电系统两个角度对电力系统的影响进行了详细研究。 1波浪能理论 波浪运动和波浪吸收是随时间振荡的现象，对于规则波的研究，有必要考虑它的波浪谱，也就是在不同波长频率下波的能量（见图1）［2］，这一典型的波浪谱密度曲线是通过在某深海中一定的海洋数范围（波高、周期和方向）内测量得到的 。 图1典型的波浪频谱 目前，描述波浪通常采用线性波理论，该理论较成熟，图2所示为波浪能的一个周期，图中SWL代表海平面，对于波浪的功率密度可表示为［3］ P wf = ρw gH2L 16T w ［1+4πh/L sinh（4πh/L） ］（1） L= gT2 w 2π tanh（2πh/L）（2） 式中P wf———波浪能功率密度，W/m；