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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
21业化价值的装置:振荡水柱式波浪能装置、摆式波浪能
装置以及聚波储能式波浪能装置。前两种的原理是分
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实现波浪能发
电；聚波储能式波浪能装置的原理则是将低压大波浪
变成小体积高压水,引入高位水池积蓄后形成水头冲击
水轮机实现波浪能发电[1]。
3 摆式波浪能发电装置原理
摆式波浪能发电装置是三大商业应用波浪能发电
装置之一，其主体是随着波浪摆动的摆体，摆体是摆
式装置的一级能量转换机构。如图2所示，在波浪的作
用下，摆体作左右摆动,将波浪能转换成摆体的动能。
与摆体相联的通常是一套液压装置，它将摆体的动能
转换成液压装置的动能，再带动发电机发电。摆体的
运动很适合波浪大推力和低频的特性，因此摆式装置
的转换效率较高,但机械和液压机构的维护较为困难。
摆式装置的另一优点是可以方便地与相位控制技术相
结合，相位控制技术可以使波浪能装置吸收迎波宽度
以外的波浪能，从而大大提高装置的效率[2]。
图2 摆式波浪能发电摆体摆动示意图
4 摆式波浪能发电技术研究进展
4.1 国外研究进展
摆式波浪能发电技术最早是由日本室兰工业大学
渡部富治教授提出，此后室兰工业大学对此进行了进
一步深入研究。室兰工业大学研究的摆式波浪能发电
装置的原理是利用装置的运动部件，在波浪的推动
下，将波浪能转换成机械能，从而进一步转换为电
能。这种装置属于固定式波浪能转换装置，结构如图3
所示，主要由水室摆板装置、机电转换装置、发配电
装置三大部分组成。水室摆板装置是实现波能转换为
机械能过程，机电转换装置是将机械能转换为电能过
程，发配电装置是电力输送过程。其中水室摆板机构
是关键技术所在，水动力实验研究与能量转换效率的
提高是课题研究的重点。
图3 摆式波浪发电装置示意图
基于室兰工业大学的研究成果，日本于1983年在北
海道的内浦湾建造了一座装机容量为5 kW的推摆式波
浪发电站。该电站通过一个能在水槽中前后摇摆的摆板
从波浪中吸取能量，然后通过一台单向作用的液压泵将
能量转换出去，用来驱动发电机发电。摆板的运行很适
合波浪低频特性，其阻尼是液压装置。该试验电站的摆
宽为2 m，最大摆角为±30 o。波高1.5 m，周期4 s时的
正常输出约为5 kW，总效率可达到40%～50%，是日本
电站中效率较高的一座。该电站运行二十个月后，在
一次暴风雨中被毁。在此基础上，日本于1987年在烧尻
岛的西浦港建造了一座20 kW的推摆式波浪电站，用来
向渔民公寓提供热水，但是该装置在建成三个月后又被
毁。现在日本室兰工业大学准备在一个100 m长的防波堤
上建造一座300～600 kW摆式波能装置，如图4所示[2]。
图4 日本300～600 kW摆式波能装置效果图
4.2 国内研究进展
我国于上世纪八十年代开始进行摆式波浪能发电
图1 波浪能发电三级能量转换装置原理图
技术的研究工作，现在已经取得了许多成果。国家海洋局海洋技术研究所在充分吸收了室兰工业大学的研究成果的基础上，进一步地深入研究，设计了一套能够在我国海况应用的摆式波浪能发电装置，原理如图5所示。液压缸与液路系统、储能器、压力控制阀、液压马达以及油箱等构成一套闭式液压系统，摆体随着波浪的运动通过这套闭式液压系统转换带动发电机发电。
图5 海洋技术研究所研制的摆式波浪能发电装置原理图
海洋技术研究所对波浪能液压转换装置进行了试验研究。通过在天津大学波浪水槽中进行模型试验，对装置的物理形式进行了探讨。研究所在装置中将两个液压马达串装在同一轴心线上，每一个液压马达进油口装有蓄能器的波浪能液压转换装置，克服了由于波浪能周期变化所造成的功率输出的脉动性，从而具有实际使用价值，可以作为波浪能驱动装置或直接带动发电机发电。试验研究得出了几个重要结论：波浪能液压转换装置输出功率随入射波能的增加而增加，且呈较陡的线性关系。波浪能液压转换装置液压马达输出功率转换效率达56%以上，发电机输出功率转换效率达到45%以上。活塞式的蓄能器能有效地克服由于波浪能周期变化所造成的输出功率的脉动性[3]。
在试验研究取得的结论基础上，研究所进一步探讨了波浪能电站在设计工况下，如何设计关键参数以使装置波浪能转换效率达到最优。以摆板宽为固定值作为前提假设,这几个重要参数为:摆臂长、摆腹长、摆轴距水面高度、摆轴到水室后墙的距离。研究所通过有限差分方法分析摆式波浪能电站中的摆板工作原理，建立摆板运动方程的有限差分形式，提出了关于摆式波浪能电站关键参数的一种设计方法[[4]]。
此外，研究所通过模糊方法对模型试验的数据进行分析,提出并解决了摆式波浪电站中设计因素的优先级问题。给出了摆式波浪电站各主要设计因素的隶属度;提出了摆式波力电站的模糊评价方程，给出了模糊综合评价的两种途径。研究所还对摆式波浪能电站的吸能机制以及吸能原理进行了深入研究和探讨,从力和作功的角度探讨了吸能的实质。通过比较几种摆板运动方程形式之间的联系和区别，探索出影响波浪能转换效率的因子，并通过优化设计参数提高了摆式波浪能装置的能量转换效率。
在此基础上，海洋技术研究所承担了国家“九五”科技攻关项目：30 kW摆式波力电站的研制与建设。该摆式波力电站建于山东省即墨市大管岛，于1999年6月开始实施海况试验，电站所发的电能首先对蓄电池充电，然后再供给用户使用，在入射波高为1～6 m时电站出电约为1～30 kW。这是我国建成的第一个摆式波力电站。该电站按照抵抗20年一遇台风的标准建造，目前运行状况良好。
5 总结与展望
海洋波浪能发电技术作为一种可再生的新能源技术，具有较好的应用前景。摆式波浪能发电技术是三大波浪能发电技术工程研究应用方向的其中一种，越来越得到世界各国的广泛关注。重点的研究课题和关键技术集中在摆体的能量吸收效率以及液压系统的能量转换效率上，目前，已经有日本以及我国等取得了一定的研究进展并开展了实际的工程应用。展望未来，相信随着人们对新能源，特别是对海洋波浪能的关注的提升，摆式波浪能发电技术的研究应用将迎来更为广阔的明天。
参考文献
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2011 年第1 期2011 N um ber 1 水电与新能源 H YDR OPOW ER AND N EW EN ERGY 总第93期 T otal N o. 93 文章编号: 1671 - 3354( 2011) 01 - 0067 - 03 世界海洋波浪能发电技术的发展现状与前景 肖惠民, 于波, 蔡维由 (武汉大学动力与机械学院, 湖北武汉430072; 水力机械过渡过程教育部重点实验室, 湖北武汉430072) 摘要:对海洋波浪能发电技术的基本原理和特点进行了综述和评价, 介绍了国内外波浪能发电技术的进展及主要发电装置, 并分析了波浪能研究与利用的发展方向。 关键词:波浪能; 波能转换; 发展现状; 前景 中图分类号: P743 文献标志码: A The D eve lopm en t Status and P rospects of O ceanW ave P ow er G enera tion T echnology in the W or ld X IAO H u im in, YU Bo, CA IW e iyou ( S choo l of Pow e r andM echan ica l Eng ineer ing, W uhan U n iversity, W uhan 430072, Ch ina) A bstrac t: T he deve lopm ent o f the ocean w ave pow er generat ion techno logy hom e and ab road, its basic princ iples and charac ter istics are com prehensive ly d iscussed, the m ain g enerating dev ices are rev iew ed, and the trends and pro spects o f w ave energy u tilizat ion are a lso descr ibed. K ey w ord s: w av e energy; w av e energy conversion; deve lopm en t status; prospects 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 1 波浪转换技术的进展 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 波浪能发电是通过波浪能装置将波浪能首先转换为往复机械能, 然后再通过动力摄取系统转换成所需的动力或电能。 目前已经研究开发了多种波量能技术, 实现波浪能转换。根据国际上最新的分类方式, 波浪能技术分为振荡水柱技术、振荡浮子技术和越浪技术三种。 冷以及制氢等。 1. 1 振荡水柱式 随着相关技术的发展以及世界各国科技工作者的努力, 近年来, 海洋波浪能发电技术取得了长足的进步, 陆续有试验电站投入商业运行。可以预见, 不远的将来, 随着海洋波浪能发电技术日益成熟, 将会有越来越多的海洋波浪能发电系统接入电网运行。 本文对海洋波浪能发电系统的主要技术原理、特点和发展现状作了综述和评价, 最后分析了波浪能研究与利用的前景及发展方向。 振荡水柱技术是利用一个水下开口的气室吸收波 能的技术。波浪驱动气室内水柱往复运动, 再通过水柱驱动气室内的空气, 进而由空气驱动叶轮, 得到旋转机 械能, 或进一步驱动发电装置, 得到电能(见图1)。其 优点是转换装置不与海水接触, 可靠性较高; 工作于水面, 便于研究, 容易实施; 缺点是效率低。 目前已建成的振荡水柱装置有挪威的500 kW 岸 式装置、英国的500 kW 岸式装置L IM PET、澳大利亚 收稿日期: 2010 - 11 - 01 作者简介: 肖惠民, 男, 博士研究生, 从事水力机械内部流动数值模拟及稳定性研究、可再生能源发电技术研究。
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。
波浪能发电前景与国内外发电装置 目前，全球能源需求持续增加，传统能源曰益枯竭，同时大量化石能源的使用又引发了严重的环境污染和气侯问题，这些已成为全球普遍关注的焦点。据国际能源署预测，2040年全球能源需求增长37%，年平均需求增长1～2%，原油需求量将从2013年的9000万桶/日增加至2040年的10400万桶/日。21世纪30年代前期中国将超过美国成为全球最大的石油消费国。2040年与能源相关的二氧化碳排放量将增长1/5，与这一排放量相对应的是，全球平均气温将上升3.6℃。因化石能源使用而引发的气候异常现象和酸雨等环境问题也呈逐年增多之势。为有效地解决上述问题，大力开发可再生能源势在必行，也是人类社会实现可持续发展的必要条件。 1、波浪能发电的前景 可再生能源技术是实现全球能源低碳供应的关键要素。可再生能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能等可再生能源的使用对环境无害或危害极小，资源分布一般比较广泛，适宜就地开发利用。与其他能源相比，电力对于减少全球能源结构中化石能源的份额发挥着更重要的作用。总体而言，到2040年，为应对电力需求的增加，以及替代现有的到2040年要退役的装机容量（约占现役装机容量的40%），需要新建7200吉瓦（GW）的装机容量。可再生能源占发电比重增加最多的是发达国家，达到37%，发展中国家可再生能源发电量增长两倍多，以中国、印度、拉丁美洲和非洲地区为代表。 为了解决能源问题，越来越多的国家把目光投向占地球表面积71%的海洋。海洋能一般是指存在于海水中的可再生能源，包括波浪能、潮汐能、海流能、温
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 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。
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 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。
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 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
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；