海洋波浪能的开发和利用

波浪能如此巨大和广泛,以至于自古以来就吸引了沿海地区的能工巧匠,千方百计地利用波浪为人类所用。

波浪所包含的能量主要是指波浪在海洋表面的动能和势能。波浪能量与波高、波浪运动周期和波阵面宽度的平方成正比。波浪能是最不稳定的海洋能源之一。台风引起的巨浪的功率密度每米波前可达几千千瓦,而波浪能丰富的欧洲北海地区年平均波功率只有20 ~ 40千瓦/米,我国沿海大部分地区年平均波功率密度为2 ~ 7千瓦/米。

世界上波浪能的理论估计也是109kW量级。根据中国沿海海洋观测站的资料,估计中国沿海年平均理论波功率约为1.3X107kW。但由于许多海洋站的观测点在内湾或风浪小的位置,实际沿海波浪功率大于这个值。浙江、福建、广东和台湾省的沿海地区蕴藏着丰富的波浪能。

收集波浪能并将其转化为电能或其他形式能量的波浪能装置有两种,一种设置在岸边,一种漂浮在海上。

能量传动有四种:直接机械传动、低压液压传动、高压液压传动和气动传动。

其中气动传动方式采用空气涡轮波浪力发生器,将波浪运动压缩空气产生的往复气流能量转化为电能,旋转部件不与海水接触即可高速旋转,因此发展迅速。

波浪发电装置五花八门,不拘一格,有点头鸭式、波筏式、波浪发电船式、环礁式、整流式、贻贝式、软袋式、振荡水柱式、多* *振荡水柱式、波浪式、钟摆式、振荡水柱式结合防波堤式、收缩水道式。

全世界有成千上万种波浪能利用的机械设计,其中数百种获得了专利证书,因此波浪能利用被称为“发明家的天堂”。

波浪能最早的机械发明专利是法国人吉拉德父子在1799年获得的。他们试图申请一个巨大的杠杆的专利,这个杠杆可以附着在一艘漂浮的船上,可以随着海浪波动来驱动岸上的水泵和发电机。从1854-1973到119,英国注册了340项波浪能发明专利,美国注册了61。在法国,你可以找到600种关于波浪能利用技术的说明。

在早期的海洋波浪能发电中,气动波浪力装置得到了应用。原因很简单,就是利用波浪的起伏,通过压缩空气推动吸气管中的活塞往复做功。1910年,法国人布索·拜·拉塞克(Bousso Bai Lassek)在他的海边住所附近建造了一座气动波浪发电站,为他的住所提供l000瓦的电力。这种电站装置的原理是,与海水相连的封闭立管中的空气因波浪波动而被压缩或抽空,带动活塞做往复运动,再转化为发电机的旋转运动来发电。

1960年代,日本研制成功了一种用于航标灯浮体上的气动波浪发电装置。这款器件已经投入量产,产品额定功率从60瓦到500瓦不等。产品除日本自用外,还出口,成为为数不多的商业化波浪能设备。这款产品的发电原理就像一个倒置的水泵,通过波浪的往复动力吸入并压入空气,推动涡轮发电。

专家估计,用于海上助航和岛屿供电的海浪发电设备有数十亿美元的市场需求。这一估计极大地促进了一些国家对波浪能发电的研究。

自1970年代以来,英国、日本、挪威等国家在波浪发电的研究上投入了大量的人力物力,成果最为显著。英国曾计划在苏格兰外海的波浪场中部署大型“点头鸭”波浪发电装置,以供应当时英国所需的电力。这个雄心勃勃的计划被搁置了,因为设备的结构太大太复杂,成本太高。

1980年代,日本“海明”号波浪发电试验船取得了年发电量19万千瓦时的好成绩,实现了海上浮动式波浪电站向陆地的小规模输电。日本已将“海明”号波浪发电船列为“离岛供电”的首选,并继续研究改进。

中国海浪发电的研究成果也是显著的。从20世纪70年代开始,上海、青岛、广州、北京的五六个研究所进行了这项研究。导航灯的波浪发电装置也已投入批量生产。向该岛供电的岸波发电站也在测试中。