波浪能的研究现状与开发运用
随着世界经济的发展，人口的激增，社会的进步，人们对能源的需求日益增长。占地球表面70%的广阔海洋，集中了97%的水量，蕴藏着大量的能源，即海洋能。近20数年来，受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动， 作为重要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展，在相关高技术后援的支持下，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在下个世纪充足运用海洋能展示了美好的前景。海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，重要为 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涉及海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他基本上源于太阳辐射。海洋能源按储存 形式又可分为机械能、热能和化学能。其中，潮汐能、海流能和波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。其中波浪由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能。据估算，全世界波浪能的理论值约为109Kw量级。是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商用前景，因而也是各国海洋研究的重点。自20世纪70年代世界石油危机以来，各国不断投入大量资金人力开展波浪能开发运用的研究，并取得较大的成果。日，英，美，澳的国家都研制出应用波浪发电的装置，并应用于波浪发电中。我国对波浪能的研究，运用起步较晚，目前我国东南沿海福建。广东等地区已在实验一些波浪发电装置
波浪能简介：
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，它实质上是吸取了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水互相作用的距离有关。波浪可以用波高、波长和波周期等特性来描述 目前波浪能的重要的重要运用方式是波浪能发电，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。运用波浪能发电就是运用能量守恒定理，水的动能和势能转换为机械能，带动发电机发电。
海洋波浪能的开发与利用技术
在全球能源需求不断增长，传统能源日益枯竭且环境问题愈发严峻的背景下，寻找和开发新型、清洁、可再生的能源已成为当务之急。海洋波浪能，作为一种蕴藏量巨大且尚未被充分开发利用的能源形式，逐渐走进了人们的视野。
海洋波浪能的来源主要是风对海面的作用。当风持续吹拂海面时，产生的能量传递给海水，形成了波浪。这些波浪蕴含着巨大的机械能，如果能够有效地加以开发和利用，将为人类的能源供应提供强有力的支持。
目前，海洋波浪能的开发与利用技术主要包括以下几种类型。
其一，振荡水柱式技术。这种技术的原理是利用一个固定在近岸或海上的气室，当波浪进入气室时，推动气室内的空气往复运动，从而驱动空气涡轮机发电。其优点在于结构相对简单，可靠性较高。然而，它的能量转换效率在一定程度上受到限制，且对于波浪条件的要求较为苛刻。
其二，点头鸭式技术。这一技术的装置形状类似于鸭子的头部，能够随着波浪的运动上下点头，从而将波浪的机械能转化为电能。点头鸭式装置的优点是在较宽的波浪频率范围内都能工作，能量捕获效率相对较高。但其缺点是机械结构较为复杂，维护成本较高。 其三，筏式技术。通过多个浮体连接成筏状，随着波浪的起伏，浮体之间产生相对运动，进而驱动液压系统或发电装置工作。筏式技术的优势在于可以适应不同方向的波浪，但也存在着装置规模较大、安装和维护难度较高的问题。
在海洋波浪能开发利用的过程中，面临着诸多技术挑战和难题。
首先是能量转换效率的问题。尽管已经有了多种技术手段，但目前波浪能的转换效率普遍不高，如何进一步提高能量转换效率，是一个亟待解决的关键问题。
其次是装置的可靠性和耐久性。海洋环境极为恶劣，包括高盐度、强风浪、腐蚀等，这对波浪能装置的材料和结构提出了极高的要求。如何确保装置在长期的海洋环境中稳定运行，减少维护成本，是需要攻克的重要难题。
再者是海洋生态环境的影响。大规模的波浪能开发装置可能会对海洋生态系统造成一定的影响，如改变海洋流场、影响海洋生物的栖息地等。因此，在开发过程中，必须充分考虑对生态环境的保护，采取相应的措施降低负面影响。
波浪补偿技术现状和发展趋势
波浪补偿技术是一种基于对海浪运动的研究，能够将海浪运动转化为海洋能的技术。它适用于各种规模的海洋能发电设备，如波浪能、潮汐能等等。波浪补偿技术一直以来都是外界关注的焦点，本文将从现状和发展趋势两个方面阐述这一技术。
一、波浪补偿技术现状
在实际的波浪能发电设备中，波浪补偿技术是一个至关重要的环节。因为海洋环境的不确定性，波浪的规律性和周期性都是很难预测的。海浪带来的惯性力和位移会导致波浪能发电设备的晃动，进而对能量的收集和转化产生不利影响。因此，研究波浪补偿技术是非常必要的。
目前，波浪补偿技术主要有以下几种：
1. 模糊控制技术
模糊控制技术是基于模糊逻辑的一种控制技术。其主要目的是用于海洋环境参数复杂，难以控制的波浪能发电设备中。通过对各种蓝色的参数进行数学建模和算法设计，最终实现经过数学处理后的结果同实际情况之间的控制关系。这种技术的控制效果较好，但是由于其计算复杂度较高，需要具备优秀的算法设计和计算能力。
2. 前馈控制技术
前馈控制技术是一种能对波浪能发电设备的晃动进行预测的控制技术，它可以在波浪能发电设备上设置传感器探测海浪状况，通过通过预先设定的控制算法进行实时计算，最终实现波浪补偿的目的。这种技术的优势在于能够自适应海浪环境的变化，但是由于其需要预测参数前提下建立有效的控制算法，所以需要获取足够准确的参数进行预测。
3. 静液压补偿技术
静液压补偿技术早期主要用于海洋石油钻井平台的自平衡，后来被应用于海洋能发电设备。此技术的原理是通过系统的静压处理能将波浪引起的作用力补偿拖曳作用产生的愈合力，从而实现波浪补偿。静液压补偿技术的控制精度高，但是成本较高。
二、波浪补偿技术发展趋势
波浪能作为一种清洁能源，具有巨大的潜力。波浪补偿技术在波浪能的开发利用中扮演着重要的角色，未来将会继续得到广泛的研究和开发。
1. 借鉴先进控制技术
我们可以借鉴其它领域的先进控制技术，如神经网络、模糊控制等。这些控制技术不仅能针对不同海洋环境情况下的波浪能发电设备进行优化设计，而且可以对不同类型的波浪能发电设备实现有效的波浪补偿控制。
1—我国海洋能开发的现状、问题和建议电监会资质管理中心魏青山在能源消费量持续攀升和传统能源日趋紧缺的外部环境影响下，探寻与发展新能源已经成为大势所趋。海洋能作为一种可再生的清洁能源，其有效开发利用可以为改善我国的能源结构，发展低碳经济和应对气候变化提供一条重要的途径，符合全面建设资源节约型和环境友好型社会的战略需求。正确看待我国海洋能发展的现状，正视发展中所面临的矛盾和问题，提出科学的政策建议，正是当下启动新一轮海洋能发展之所需。一、我国海洋能发展现状海洋能是蕴藏于海水中的各种可再生能源的总称，包括潮汐能、波浪能、温差能、海流能、盐差能、离岸风能等，它是清洁、环保的可再生能源。当前海洋能的主要利用形式就是发电，从能源储量、发电设施运行、发电的技术研发、国家对海洋能开发的重视与支持等方面看，我国的海洋能开发呈现以下几个特点。（一）我国海洋能储量丰富、开发潜力巨大我国是一个海洋大国，拥有300多万平方公里的海域、6500多个500平方米以上的岛屿、18000公里海岸线，海洋能资源丰富，开发前景可观。我国潮汐能可开发的资源量约为2200万千2—瓦，其中潮汐能资源最丰富的地区集中于福建和浙江沿海，潮差最大的地区（如浙江的钱塘江口、乐清湾，福建的三都澳、罗源湾等）平均差为4米～5米，最大潮差为7米～8.5米；我国海流能可开发的资源量约为1400万千瓦，其中以浙江沿岸最多，有37个水道，资源丰富，占全国总量的一半以上，其次是台湾、福建、辽宁等省份的沿岸，约占全国总量的42%；我国波浪能可开发的资源量约为1300万千瓦，可开发利用的区域较多，其中以台岛沿岸丰度最大，占30%以上，浙、闽、粤三省沿海共占40%以上，山东沿海也有较丰富的蕴量，占10%以上；我国温差能资源蕴藏量在各类海洋能中占居首位，可开发的资源量超过13亿千瓦，其中海域表、深层水温差在20℃～24℃，是我国近海及毗邻海域中温差能能量密度最高、资源最富的海域；我国离岸风能相当丰富，全国海上可开发利用的风能约7.5亿千瓦，是陆上风能资源的3倍，其中以福建、江苏和山东省海洋风能最丰富；我国拥有大量富油藻类种群，适合开展海洋生物质能开发利用研究。从总体上看，我国海流能、温差能资源丰富，能量密度位于世界前列；潮汐能资源较为丰富，位于世界中等水平；波浪能资源具有开发价值；离岸风能资源和海洋生物质能资源具有巨大的开发潜力。3—（二）我国海洋能发电已初具规模我国从20世纪50年代开始陆续进行海洋能研究开发，目前，潮汐能和近海风能发电已形成初步规模，波浪能研究已进入示范试验并取得一定的成果，海流能利用技术已有多个部门正在进行关键技术研究并取得一定的突破。经过不断努力，我国海洋电力产业正在稳步增长。“十五”期间，我国海洋电力产业增加值的年均增长速度为16%左右；2009年，沿海风力发电和潮汐能发电全年实现增加值12亿元，比上年增长25.2%。潮汐能方面，我国从20世纪50年代中期开始建设潮汐电站，至80年代初共建设潮汐电站76个。在80年代运行的潮汐电站有8座，目前我国还在运行的潮汐能电站只剩下了3座，分别是：总装机容量3900kW的浙江温岭的江厦站、总装机容量150kW的浙江玉环的海山站和总装机容量640kW的山东乳山的白沙口站。其中，江厦电站是目前中国最大的潮汐电站，已正常运行近20年，是世界第三大潮汐电站。目前，我国潮汐发电量仅次于法国、加拿大，居世界第三位。近海风能方面，随着陆上风机总数趋于饱和，海上风力发电成为未来发展的重点。2007年启动的“国家科技支撑计划”将能源作为重点领域，提出要在“十一五”期间组织实施“大功率风电机组研制与示范”项目，组建近海试验风电场，形成海上风4—电技术。2007年11月，地处渤海辽东湾的我国首座离岸型海上风力发电站正式投入运营，标志着我国发展海上风电有了实质性突破。与此同时，沿海地区一批海上风电项目带动了风电产业快速发展，天津、连云港等风电产业基地初步形成。目前，我国已经拥有沿海风力发电场19个，并网发电的主要有南澳风力发电场、大连横山风电场、山东长岛风电场等。其中长岛风电机组每年可发电1500万kWh左右，相当于一个火电厂消耗3万吨煤的生产水平；广东汕头市的南澳岛充分利用海洋风能，1991年至今累计装机129台、总装机容量56640kWh，是亚洲最大的海岛风电场；2010年2月，我国首座、也是亚洲首座大型海上风电场——上海东海大桥10万kWh海上风电场全部34台风机安装取得圆满成功，总装机容量10.2万kWh，设计年发电利用小时数2624小时，年上网电量2.67亿千瓦时。海流能方面。2002年，哈尔滨工程大学自行设计建造了我国第一座70kW的潮流实验电站；2005年国家“863”科技计划的40kW海流能发电实验电站在浙江省舟山市岱山县建成并发电成功；2005年，在863计划海洋监测技术主题的支持下，东北师范大学研制成功放置于海底的低流速潮流发电机；2006年4月下旬，由浙江大学研制的5kW、叶轮半径为1m的“水下风车”在浙江省舟山地区岱山县发电成功，洋流流速在2m/s以上就能5—发电。波浪能方面。经过20多年的开发研究，波力发电获得了较快的发展，相关成果有：额定功率为20kW的岸基式广州珠江口大万山岛电站；额定功率为8kW采用摆式波浪发电装置的小麦岛电站；额定功率为100kW广东汕尾岸式波力实验电站；青岛大管岛30kW摆式波力实验电站；“十五”期间投资的广东汕尾电站2005年1月成功地实现了把不稳定的波浪能转化为稳定电能。总体上看，80年代的老电站设施是我国潮汐能发电的主体，潮汐能发电的新建项目不多；小型波浪能和海流能发电装置尚处于示范阶段，装置运行的可靠性、稳定性、安全性不够；发电成本过大，电价较高；技术和成本约束造成我国海洋能资源开发利用率还很低，产业化和商业化程度不高。（三）我国海洋能开发具备了一定的技术积累我国潮汐发电技术相对成熟，其中江厦潮汐试验电站总装机容量位居世界第三，并已实现并网发电和商业化运行。波浪技术处于示范试验阶段，并已取得了一系列发明专利和科研成果。如40瓦漂浮式后弯管波浪能发电装置已向国外出口，处于国际领先水平；10瓦航标灯用波浪能发电装置已趋商品化；小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。2006年初，中科院广州能源所研制的波浪能独立发电系统第一次实海况试验就获得了成6—功，这标志着海洋能中的波浪能稳定发电这一世界性难题获得了突破性进展。目前，由广州海电技术有限公司研制的我国第一座漂浮式波浪能发电站已投入建设，这意味着作为主要可再生能源之一的海洋能利用研究取得了很大进展，海洋能应用技术日趋成熟。经过30年的研究，中国海流能利用技术取得了较大进步，积累了丰富经验。2006年底，意大利与中国有关方面在罗马签署一份推动海流发电机在中国的生产和应用的合作协议，为中国沿海地区可再生能源的研究和开发探索新路。我国水轮机性能的研究已达到国际先进水平；10kW级潮流发电装置处于示范阶段，已进入世界先进行列，为我国海流能开发利用规模化、商业化打下坚实的基础。其他形式的海洋能如海水温差能、盐差能等的研究与开发尚处在实验室原理试验阶段。在温差能方面，我国80年代初开始在广州、青岛和天津等开展温差发电研究，1986年广州研制完成开式温差能转换试验模拟装置，实现电能转换，1989年又完成了雾滴提升循环试验研究。目前，天津大学正在开展利用海水温差能作为推动水下自持式观测平台的动力。在盐差能方面，广州能源所1989年对开式循环过程进行了实验室研究，建造了两座容量分别为10W和60W的实验台。7—可以看出，我国的海洋能开发在技术方面的特点是：研发起步虽不是太早，但已拥有部分成熟技术，个别技术在国际上还具有一定影响。但存在的问题是技术不全面，对温差能、盐差能涉及很少；能量转换和能量稳定方面的关键技术亟待突破；已有技术的实用转换率不高，商业开发还需假以时日。（四）我国海洋能开发逐渐受到重视2005年《可再生能源法》颁布以来，在国家一系列法规、政策激励下，我国的海洋能研发渐趋活跃，关于海洋能的学术研讨渐多，部分常规能源集团纷纷表示对海洋能的关注，民营海洋能技术研发公司开始设立。2009年以来，国家的资金支持渐序启动，研究和开发的重点初步明确。2009年，国家投资约5000万元支持“海洋能开发利用关键技术研究与示范项目”等项目，2010年6月国家海洋局会同财政部制订了《海洋可再生能源专项资金管理暂行办法》，拨付2亿元专项资金以加大对海洋能研发利用的投入。国家海洋局在调研的基础上，制订了《2010年海洋可再生能源专项资金项目申报指南》，明确了以下资金投向的重点：海洋能独立电力系统示范工程、海洋能并网电力系统示范工程、海洋能开发利用关键技术产业化规范、海洋能综合开发利用技术研究与实验、标准制定及支撑服务体系建设。8—相对于其他可再生能源和海洋能开发的需求来说，尽管财政资金的投入力度和规模可能远远不够，但毕竟向前迈出了可喜的一步。随着《可再生能源法修正案》贯彻实施，我国海洋能开发利用将逐渐步入良性循环的发展轨道。二、我国海洋能发展中的主要问题当前，海洋能技术不够先进和成熟、发电成本高、电能不稳定，这些似乎构成了我国海洋能开发利用的主要障碍。但认真分析海洋能的性质、特点，把其放在国家的认识和管理层面来考察，就会发现这些表层现象背后的深层原因是国家政策支持的缺失。（一）海洋能的自然特点决定了其开发利用需要国家强有力的政策支持首先，海洋能具有储量大、分布分散不均、能流密度低、利用效率不高、经济性差、不稳定、运用困难等特点。若要将海洋能顺利转化为可利用能源，需要高端的技术研发。这样的技术研发需要大量的人力物力投入，而技术具有很强的外溢效应，具有经济学上公共物品的性质，一旦技术普遍应用，就不能阻止其他单位和个人将从中受益。因此，海洋能技术研发很难吸引私人投资者，要发展海洋能就必须加大国家的研发扶持和投入。其次，海洋能发电设施建设周期较长、固定成本投入大、单位电量价格高，对企业和私人投资者的吸引力不大，政府必须给予扶持才能9—顺利实现海洋能的实际利用。再次，海洋能分布的跨区域性、海域管理与陆地管理分割性等现状引发的纵向、横向政府行政管理的交叉和摩擦，也需要统一的政府政策协调。最后，新能源开发作为国家战略的一部分，应由中央政府统一制定中长期发展规划，统一制定规范各方面权利、义务的法律法规，以此体现国家的意志，实现国家的整体和长远利益。（二）当前我国海洋能开发利用中的许多问题都是国家政策支持缺失的反映当前，我国海洋能开发利用面临许多矛盾和问题，归根到底都与国家政策支持缺失有关，这主要表现在政府重视不足、法规和管理制度不健全等方面。一是缺乏海洋能开发利用整体规划。“十五”前后，我国有关部门没有充分认识到海洋能研究与开发的市场前景，对海洋能的开发重视不够。加之海洋能前期研发投入大，项目投资回收周期长，许多项目还处于亏损状态，致使海洋能开发利用缓慢，整体效益并没有体现出来，国家“十一五”期间也没有制订相应的中长期发展规划。中长期发展规划缺失集中表现为政策支持缺失，使得海洋能发展动力不足、方向不明。反观国外，美、英、日等国都以不同方式制定了各自的海洋能发展规划，如欧盟的JOULE计划、美国10—奥巴马总统提出的包括大力提高美国海洋能产业国际地位的海洋政策及其实施战略的备忘录、日本的“阳光计划”、英国的《海洋能源行动计划》，等等，都极大促进了这些国家的海洋能研发和利用。二是缺乏全面、详细、具有可操作性的法规和政策。目前，我国还没有国家层面的海洋能开发利用方面的专门法规、政策，而且已有的可再生能源相关法规和政策缺乏细则支持，可操作性不强。我国现有海洋能相关法律、法规都只是一些极其简略的尝试性规定，没有关于海洋能的特别规定，缺乏针对海洋能的国家战略，使我国的海洋能开发利用力度与先进国家相比明显不足。相比而言，国外在这方面的法律要详尽得多。如美国《能源政策法案》中明确了内政部对海洋可再生能源建设工程的批租权，规定了联邦能源监管委员会为选址阶段的领导机构，确定了海洋能开发相关刺激措施，以及海洋能强制购买条款等。《联邦电力法案》规定了联邦能源监管委员会12海里的领海外部界线以内可航行水域的私人水电设施建设的审批权。在我国现有的相关法律法规中，与可再生能源有关的法律法规对海洋能开发利用有一定支持，但我国现有的法律法规缺乏细则支持，可操作性不强。如1987年以来陆续通过的《大气污染防治法》、《电力法》、《节约能源法》《1996～2010年可再生能源
