海洋波浪发电简介

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1、海洋波浪发电简介摘要：文章从海洋波浪发电原理以及海洋波浪发电现状和波浪发电遇到的问题等方面叙述了 海洋波浪发电的特点。关键词：海洋波浪、波能、发电、能源图1 波浪发电原理1. 前言地球表面积的 71是海洋，而海洋是 巨大的能源。太阳注人地球表面的能量换算 为电功率约为1013kW，而其中大约2/3是用 来加热海面表层的海水，使其与深水的温差 超过20 c以上。另外，由于地球和月球或 太阳之间相对的天体运动和相互作用而引 起海洋的潮流、潮汐以及气流等，并进而引 起波浪、波流等。海水的温差、海洋的波浪、 波流、潮汐、潮流等都是海洋能源，可用来 发电。尽管它的特点是能量多变，而且密度 较低，然而它确

2、实是巨大的，而且是永恒的 能源。考虑到地球环保和温室效应，为了取 代排出废气较多的化石燃料发电，可再生的 清洁的海洋能源便更加受到重视。2. 海洋波浪发电 由于地球和月球之间的作用，引起了潮流、 潮汐、气流等，并进而引起波浪。波浪的动 力还来自海风，可以说波能的源泉就是太阳 能。2.1海洋波浪发电原理 由于波浪很不规则，只能采用经统计学处理 的数据，即波能的表达式如下：E =0. 5 (H1 / 3)2 (Tl / 3), kW/m 式中，H1/3和T1/3分别为有效波高(m)和有 效波周期(s),也是波高H和波周期T的算 术平均值。英国苏格兰西北沿岸的平均波能 高达48kw/m。日本四季的平

3、均波能约为 l3kw/m(近海)和6kW/m(沿岸)。日本的波能 可满足国内能源总需求量的1/3。波力发电 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。当波浪上升时便将 空气室中的空气顶上去，被压空气穿过正压 水阀室进入正压气缸，并驱动发电机轴伸端 上的空气透平，使发电机发电。当波浪落下 时，空气室内形成负压，使大气中的空气被 吸人气缸，并驱动发电机另一轴伸端上的空 气透平，使发电机发电，其旋转方向不变。 从中排出的空气进入负压气缸，再穿过负压 水阀室并到达负压空气室。由于正、负压水 阀室相当于逆止阀的作用，正、负两条回路 互不干扰。用水阀作为逆止阀的原理是利用 压力差，压力空

4、气只能单向通行。见图1。2.1.1振荡水柱型波能难以直接转变为电能。因此，首先 要使用挡板、浮筒等可动物体或空气室将波 能转变为机械能或空气流，这种转换装置称 为一次变换装置。进一步再将转换后的机械 能或空气流转变为回转运动并发电的装置， 如透平发电机，可称为“二次变换装置”。上述一次及二次变换装置与蓄能装置、 输能装置相组合，构成波能利用(发电)系统 一次变换装置型式较多，见表2。常见 的多为振荡水柱型(空气室) ，它在海面设置 隐蔽的空气室，在室上有孔，根据液面射入 原理，空气室内的水面随波浪而上下，形成 类似活塞式的运动，室内的空气也随之被加压或减压，并自室上的孔中流入流出，形成 空气流

5、，推动透平（二次变换装）发电。这种 波能利用装置的优点是结构单，机械运动部 分均在水面以上，易保养维修，大浪时较安 全。缺点是当波高、波周期偏离设计条件时 将导致效率下降，并有噪音。表2-次变捉装置并类上下运请水2.1.2摆式波能装置 摆式波能装置是利用装置的活动部件， 在波浪的推动下，将其从波浪中吸收的能量 转换成机械能或势能。这种波能装置最先是 由日本提出的，其方式是波浪的水室中形成 立波，在立波的驻点处，水质点做往返运动， 表现在宏观上，即水团的往复运动，将波浪 能转换成摆球的动能，与摆轴相连的通常是 液压装置，他将摆球的动能转换成液压泵的 动能，再由液压马达带动发动机发电。如图 3所示

6、。3. 海洋波浪发电现状 世界上波力发电设备开发最早的国家是法国（1910年）。后来英国、挪威、印度、 日本等相继开发。英国波力发电的开发目标 是总容量为2GW的设备，并使它与陆地电网 系统并网现已完成这个研究项目。英国的 75kW这种设备自1992年以来已营业运行至 今。挪威的350kW这种设备从1985年以来也 已营业运行至今。挪威1984年投运的500kW 和印度投运的150kW这种设备在完成验证 试验以后现已停运，总结经验。日本自1965 年以来投运了12台这种设备，除了用于验证 试验外，还有4台作商业运营至今，其最大 容量为130kW。现在世界上已有2000多台这 种设备，最大的是5

7、00kW。世界上最新投运 的是日本东北电力公司原町火电站南部防 波堤上装设的130kW这种设备，1996年9月 投运以来成为日本当前容量最大的这种设 备。它的能量转换箱体长20m、宽24m、高24m， 属于固定式防波堤型。最新投运的另一套设 备则属于可动式浮体型， 1998年5月建造， 7 月投运，位于日本三重县度会郡南西町，长 50m、宽30m、高13m，很像个大鲸鱼浮在水 面上（该处水深40m），其容量120kw。图4 印度波能发电装置4. 海洋波浪发电趋势 当前波力发电设备主要分2种：振动型 （波浪上下振动）和移动型（波浪平移）。振动 型包括水柱型、浮体型、固定型、可动型等 4种；移动型

8、基本上就是一种低水头发电站， 此时利用大坝和转桨式水轮机。当前的发展 趋势是水柱型，因为开发应用了先进的水阀 室作为逆止阀，而以前常用风门作为逆止阀 经常受到反复冲击，容易损坏。另一趋势是 开发固定式防波堤型，既便于建造，又能与 防波堤结合，可以综合利用。第三个趋势是 进一步降低造价。当今世界波力发电成本基 本上接近于普通电价，出于竞争，还应继续 努力进一步降低，主要是改进设备。对于日 本，波能存贮量高达50000MW，而波力发电 比普通电价高出数倍，在降价方面，任重道 远。5. 海洋波浪发电遇到的问题 虽然有很多很成熟的波浪发电装置都 是岸基装置，但是不可否认，波浪能的开发 正逐渐转向远离近

9、岸的深海区域。目前，国 内外一些科研机构已经将波浪发电设备的 研制制定在远海区域环境条件下使用的基 础上了，以后的商业化海洋波浪发电会基于 这些发电装置。远海区域比起近海岸基区域 蕴藏着更多更丰富的波浪能资源，需要的设 备也相对简单。远海区域的波浪发电装置的 优点体现在以下几点。首先，远海区域的发 电装置相对简单、成本低，可选取的区域广， 适合建大规模波浪发电场。例如，如果要建 一个50MW的波浪发电场，岸基发电场选址就 很困难，而且成本很高，但是，如果是在远 海区域，则只需将发电装置放在海上，而且 可选取的区域也很广。其次，远海区域的发 电装置单位发电效率较高，而且这些发电装 置的装机容量一

10、般也比岸基装置高很多，这 一优点使其更适用于远距离输电以及一些 岛屿的用电。由于上述优点，所以在2004至 2008年问新的波浪发电开发当中，岸基发电 装置的装机容量只占其中的8，而远海区 域的波浪发电装置的占58。但是，如果在 远海区域进行波浪发电需要克服许多技术 难点和恶劣的环境问题。最大的问题就是发 电装置的维护问题，在这一点上，岸基的发 电装置相对远海的发电装置就有着巨大优 势。所以，如何研制出一种可靠性和可行性 并存的装置是解决远海区域发电的关键技 术。5.1由波浪发电装置引起的环境问题 波浪能具有非常可观的应用前景，能够 减少人们对化石燃料的依赖性，但是，我们 也要在关心波浪能开发

11、利用的同时关注它 对环境的影响。对于环境问题的考虑，欧洲 各国早在2006年的欧洲海洋能合作企划书 中就已提到，所以这也是我们将来要发展波 浪发电必须关心的问题。小规模波浪发电装 置可能不会引起太大的环境冲击，但是如果 以后大规模的进行海浪发电，将会占用大面 积的海面，而这 必然会对海洋的生态系统产生冲击。如果在 海面布置大量的发电装置，很可能对海洋生 物造成危害，甚至会影响到海洋上正常商业 航运。6. 小结 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 换装置经常处于非设计工况，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。同时，多元化和综合利

12、用是波能 发展的另一新动向，结合防波堤、沿海牧场 等设施建造波力电站，为波能利用开创新途 径，并大大降低波浪发电的成本。国外近年 来在这方面的研究较为活跃，应当引起了很 大的重视。同时，在海浪发电所带来的生态 环境方面的问题也要给予足够的重视。随着 经济的发展、化石燃料资源的日益紧张，各 国对波浪发电技术的研究日益深入，欧洲各 国和北美国家在这个领域的研究仍处于领 先地位，我国在这个对于新能源竞争日益激 烈的国际环境下的竞争地位还是不容乐观 的。尽管现在和常规能源相比，波浪发电还 有很大的距离，但是，从我国能源长期发展 战略和技术储备的角度来看，加大和加快开 海洋波浪能源的开发研究具有重要的现实 和战略意义。