符平，袁恩来

一、 波浪能

波浪能是指水面波动所具有的动能和势能，海洋中波浪能储量丰富，是主要的可再生能源之一，作为波浪能开发利用主要形式的波浪发电潜力巨大。据统计，离岸2km至10km海域内其能量密度可达40kW/m。波浪能有效开发取决于相关技术的研究与发展，已引起有关国家和政府的重视，在过去30多年中，先后投入资金支持波浪发电技术的试验研究和示范应用，目前已接近商业化应用水平，且在降低成本和提高效率方面仍有很大潜力。

二 、波浪能发电原理

波浪发电装置种类繁多，但通常都包括两部分：第一部分为能量捕获系统，结构形式主要有振荡水柱式、摆式、聚波水库式、振荡浮子式等；第二部分为能量转换系统，用于把俘获的能量转换为特定形式的机械能或电能，主要有空气叶轮、低水头水轮机、液压系统以及发电机等。

1、振荡水柱波能装置 

振荡水柱波能装置可分为漂浮式和岸式（固定式）两种，目前已建成的以岸式为主，结构如图1所示。

图1岸式振荡水柱波能装置结构

振荡水柱波能装置一般以空气为介质，进行两级能量转换，其中一级转换机构为气室，二级转换机构为涡轮机（turbine）。气室下部在水下与海水连通，气室的上部与大气连通。在波浪力的作用下，水柱在气室内推动空气作强迫往复运动，将波浪能转换成空气的压能和动能，从而推动气室上部出口（喷嘴）处的涡轮机和发电机发电。

振荡水柱波能装置的优点是转换装置不与海水接触，防腐性能好，可靠性较高；装置位于水面附近，施工难度小，维护方便，因而受到人们更多的重视，一度成为波浪能发电的主流装置。其缺点是能量转换效率较低。

2、摆式波能装置

摆式波能装置也可分为漂浮式和岸式（固定式）两种，其大致结构如图2所示。

图2 摆式波能发电装置结构

摆体是摆式装置的一级能量转换机构。在波浪的作用下，摆体作前后或上下摆动，将波浪能转换与摆轴相联的液压装置的动能，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。

3、聚波水库装置

聚波水库装置包括了收缩波道式装置和槽式装置两类。收缩坡道波能装置结构如图3所示，呈喇叭型，为一级能量转换机构，具有聚波和能量转换的双重作用。波浪在逐渐变窄的坡道中，波高不断增加，直至波峰溢过边墙，从而将波浪能转换成势能贮存在贮水库中。收缩坡道装置的优点是一级能量转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，系统出力稳定，但电站建造对地形有要求，不易推广。 对于槽式装置虽可靠性较高，但效率不高，波浪发电中较少采用该结构。

图3 收缩坡道波能装置结构

4 、振荡浮子（点吸收）技术

振荡浮子技术是利用波浪的运动推动装置的活动部分——鸭体、筏体、浮子等产生往复运动，通过油、水等中间介质推动发电装置发电。振荡浮子技术包括浮子式、鸭式、筏式等诸多技术（图4，图5），是目前主流的波浪能发电技术，世界各国已建成多个试验装置。

图4 鸭式波能装置结构

图5 筏式波能装置结构

三、 波浪发电的关键技术和成本

波浪能具有不稳定和周期变化的特点，现有波浪发电技术还存在能量捕获效率低，输出能量不稳定，以及海域环境的适应性差等不足，需要在后续的研究工作中逐步解决。

要实现波浪能成为可规模化开发的高品位能源，首先要解决的是波浪能装置的稳定输出问题，其次是发电效率问题。目前大部分波浪能发电装置从波能到电能的转换效率只有10%～30%，如何提高转换效率是面临的主要技术难题之一。另外，波浪能发电装置一般位于大浪海域，载荷复杂，破坏力强，且受海水腐蚀，因此提高设备的可靠性、耐久性及对海域环境的适应性也是波浪能发电研究的重要内容。

2010年5月26日-27日，“中美可再生能源产业论坛”在北京召开，有关专家分析了当前可再生能源的发展现状和前景。各类可再生能源发电成本与燃煤火力发电电价对比如图8所示。从图中可以看出，目前海洋能发电成本相对较高，但随着技术的逐步成熟和规模化运行，成本将会大幅下降。

图8 各类可再生能源发电成本与燃煤火力发电电价对比

总之，波浪能发电的关键在于如何提高波浪能发电效率和发电稳定性，降低发电成本，从而实现商业运行。

四、小结

在波浪发电技术兴起之初，其主要形式是振荡水柱式、摆式和聚波水库式等，多个国家进行了试验，并取得了一定成果。近年来，各个国家开始发展浮子式波浪能发电技术，已逐步成为波浪能发电的主要发展方向，如英国的“海蛇号”、“巨蟒”，美国的PowerBuoy等，这些设计方案已经通过原型测试，即将进行示范性运行。随着技术的日趋成熟，波浪能发电质量将逐步提高，同时成本会进一步下降，波浪能发电将会在能源供应中发挥越来越重要的作用。