波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展與展望

波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展與展望姚琦;王世明;胡海鵬【摘要】海洋中所蘊(yùn)藏的波浪能源因?yàn)槠洵h(huán)保性和可持續(xù)性等特點(diǎn)，已經(jīng)得到越來(lái)越多國(guó)家和地區(qū)的關(guān)注，并取得了一定的研究成果。通過(guò)對(duì)波浪能發(fā)電裝置的分類(lèi)，對(duì)當(dāng)今主流的4種發(fā)電裝置進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)世界主要波浪能開(kāi)發(fā)強(qiáng)國(guó)和我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了梳理?；谏鲜觯瑢?duì)今后世界波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展與研制方向進(jìn)行了展望，并指出了亟待解決的幾個(gè)問(wèn)題，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。%Waveenergystoredinoceanhadbeenconcernedbymoreandmorecountriesandre-gions,andsomeresearchprogresshadbeenachieved,withitshiddenenvironmentalfriendlyandsustainablefeatures.ThecurrentdevelopingstatusofwaveenergyinmajorcountriesoftheworldandChinaweresortedout,basedontheanalysisoffourkindsofmainstreampowergeneratingu-nitbytheclassificationofwaveenergypowergenerationdevices.Thepaperalsomadeprospectsforthefutureresearchanddevelopingdirectionofwaveenergydeviceandpointedoutseveralproblemsshouldberesolved.【期刊名稱(chēng)】《海洋開(kāi)發(fā)與管理》【年(卷)，期】2016(000)001【總頁(yè)?】7頁(yè)(P86-92)【關(guān)鍵詞】波浪能;發(fā)電裝置;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展前景【作者】姚琦;王世明湖海鵬【作者單位】上海海洋大學(xué)工程學(xué)院上海201306;上海海洋大學(xué)工程學(xué)院上海201306;上海海洋大學(xué)工程學(xué)院上海201306【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TM619;P743.2能源作為人類(lèi)生產(chǎn)生活和國(guó)家發(fā)展的重要資源，成為當(dāng)今世界政治、經(jīng)濟(jì)、科技、軍事、夕卜交等各個(gè)領(lǐng)域中所備受關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口的迅速膨脹以及社會(huì)發(fā)展的需求，能源對(duì)于人類(lèi)的生產(chǎn)和生活顯得日益重要。同時(shí)，由于常見(jiàn)能源的過(guò)度開(kāi)采而造成的資源匱乏、氣候變暖和環(huán)境污染等問(wèn)題也日漸顯著。大力發(fā)展可再生能源，在保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提下，減輕因過(guò)度開(kāi)采而對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境造成的破壞和壓力，推進(jìn)人類(lèi)發(fā)展質(zhì)量已經(jīng)成為世界的共識(shí)。作為占地球表面積70.8%的海洋，里面蘊(yùn)藏著種類(lèi)眾多且貯藏量相當(dāng)可觀的能源，主要有波浪能、潮汐能、海流能、溫差能、鹽差能等。其中，波浪能因?yàn)橥ǔＪ且詸C(jī)械能的形式存在，開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較小，且不會(huì)造成太多的開(kāi)發(fā)污染和環(huán)境破壞，從而被認(rèn)為是一種高質(zhì)量的海洋能源。波浪能實(shí)質(zhì)上是海洋在吸收了風(fēng)能以后所產(chǎn)生的動(dòng)能和勢(shì)能，因此波浪能具有能量密度高、分布面廣等優(yōu)點(diǎn)，即便是在能源耗損較大的冬季，能加以利用的波浪能也是很充裕的［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上海洋所具有波浪能的理論值約為109kW量級(jí)，是目前世界總發(fā)電量的數(shù)百倍，有著廣闊的商用前景和戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。因此，波浪能發(fā)電具有極大的開(kāi)發(fā)潛力，世界各主要國(guó)家都對(duì)其投入了廣泛的興趣和關(guān)注度，加大力度開(kāi)發(fā)研究海洋波浪能的發(fā)電裝置，因此各種新型波浪能發(fā)電裝置也就層出不窮了。通過(guò)波浪的運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電裝置內(nèi)部發(fā)電機(jī)的發(fā)電是波浪能發(fā)電裝置工作的基本原理，將海洋中波浪的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。根據(jù)波浪能發(fā)電裝置的內(nèi)部關(guān)聯(lián)、夕卜在特性、構(gòu)造與作用等方面的區(qū)別，可以把波浪能發(fā)電裝置分成多種不同的種類(lèi)。其中，按照裝置固定與安置的方式，可以分為固定式和漂浮式；按照裝置內(nèi)部間能量轉(zhuǎn)換的方式，可分為直接轉(zhuǎn)換式和間接轉(zhuǎn)換式；按照裝置中能量傳輸與保存的形式，可將其分為機(jī)械式、氣動(dòng)式和液壓式等［2］。通過(guò)在20世紀(jì)七八十年代對(duì)多種樣式的波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行的科學(xué)理論研究以及進(jìn)行的針對(duì)實(shí)際海況測(cè)驗(yàn)和應(yīng)用范例探究，波浪發(fā)電裝置的制造及應(yīng)用技術(shù)已向?qū)嶋H應(yīng)用的水平漸漸靠攏。同時(shí)研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)也主要集中于以下7種被認(rèn)為是具有商品化潛力的發(fā)電裝置上，7種類(lèi)別分別是：振蕩水柱式裝置、振蕩浮子式裝置、推擺式裝置、收縮波道式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、筏式、鴨式以及直線電機(jī)式。2.1振蕩水柱式柱式波浪能發(fā)電裝置的基本原理如圖1所示，其內(nèi)部的水柱會(huì)在波浪的沖擊與起伏的作用下做活塞式的上下往返運(yùn)動(dòng)，由于水柱在裝置內(nèi)部做不停的活塞運(yùn)動(dòng)，致使水柱上方空間內(nèi)的空氣柱也在進(jìn)行上下往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，空氣穿過(guò)氣室上方的氣孔流經(jīng)一個(gè)往復(fù)透平，進(jìn)而將空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?］。振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置相對(duì)于其他波浪能裝置的最大的差異之處在于其具有氣室。所謂氣室，就是指置于海面以下的裝置底部留有一出氣孔或開(kāi)口，可以使海水進(jìn)入裝置內(nèi)部的設(shè)計(jì)與構(gòu)造。優(yōu)點(diǎn)是傳遞方便，通過(guò)氣室將低速運(yùn)動(dòng)波浪的能量轉(zhuǎn)化成高速運(yùn)動(dòng)的氣液，可靠性好，缺點(diǎn)是建造費(fèi)用昂貴，轉(zhuǎn)化效率低，發(fā)電成本高。2.2振蕩浮子式振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置是在振蕩水柱式裝置的基礎(chǔ)與理論上發(fā)展并完善起來(lái)的，原理如圖2所示，二者間具有一定的相似性與共同性。通常的振蕩浮子式裝置是用一個(gè)或多個(gè)置于港中的浮子作為載體，用來(lái)吸收波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能。然后利用放置于岸上的機(jī)械裝置或是液壓裝置，將浮子吸收的波浪勢(shì)能和動(dòng)能傳遞出去，用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。振蕩浮子式波浪發(fā)電裝置通常是由浮子、操縱連桿、液壓傳動(dòng)部件、電機(jī)以及發(fā)電保護(hù)裝置等多個(gè)部分構(gòu)成［4］。振蕩浮子式發(fā)電裝置的優(yōu)點(diǎn)或優(yōu)勢(shì)不僅在于其能量間的轉(zhuǎn)換效率較高，而且其建造與實(shí)施難度相對(duì)較低，減少了水下工作量，有利于節(jié)省成本，具有較高的商業(yè)經(jīng)濟(jì)與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。缺點(diǎn)是浮子受過(guò)多的沖擊，易損壞。如圖3為一小型裝置模型，將振蕩浮子和振蕩氣室結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，針對(duì)裝置的能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行分析，四管道、四門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得氣室內(nèi)的往復(fù)氣流從同一個(gè)方向通過(guò)空氣透平機(jī)，提高波浪能利用效率。2.3推擺式推擺式波浪能發(fā)電裝置（圖4）的基本原理是通過(guò)裝置的擺體在波浪外力的影響下產(chǎn)生或向前向后、或向左向右的規(guī)律性鐘擺式運(yùn)動(dòng)，從而將波浪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為裝置擺體的動(dòng)能。推擺式發(fā)電裝置的液壓部件一般是與裝置的擺體的軸相連接，目的是要將裝置擺體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橐毫Ρ玫膭?dòng)能，實(shí)現(xiàn)部件之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)移。再由壓力泵所產(chǎn)生的動(dòng)能來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。擺體的鐘擺式規(guī)律運(yùn)動(dòng)很符合波浪推力大和頻率低的重要特點(diǎn)［5］。由此可見(jiàn)，推擺式發(fā)電裝置的能量轉(zhuǎn)換效率比可觀，但其不足之處或是有待改進(jìn)的地方在于裝置內(nèi)部的機(jī)械部件和液壓部件的維護(hù)和保養(yǎng)難度較大，維修成本較高。此外，推擺式裝置還具有另一重要特點(diǎn)，是在于相位控制技術(shù)能夠比較容易地與其相配合，這一技術(shù)有益于波浪能發(fā)電裝置吸收到寬度以外的其他類(lèi)型的波浪能，因而提升裝置的發(fā)電效率和效果。2.4筏式筏式波浪能發(fā)電裝置［6］端面由若干筏體鉸接在一起，如圖5所示，且這些鉸接的筏體漂浮在水面上，波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)筏體沿著鉸接處彎曲，能量轉(zhuǎn)換裝置置于每一鉸鏈處，從而反復(fù)壓縮液力活塞并輸出機(jī)械能，帶動(dòng)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于筏體之間僅有角位移，故即使大浪經(jīng)過(guò)，其也不會(huì)有過(guò)大的位移，具有良好的抗風(fēng)浪性能。2.5鴨式鴨式波浪能發(fā)電裝置［5-6］最早由Salter在他1974年的論文提出，他介紹了一種獨(dú)特的波能轉(zhuǎn)換方法，使二維正弦波的轉(zhuǎn)換效率可接近90%左右，如圖6所示。由于該裝置的形狀和運(yùn)行特性酷似鴨的運(yùn)動(dòng)，因而稱(chēng)其為〃點(diǎn)頭鴨”，鴨式波浪能裝置由鴨體、水下浮體、系泊系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和發(fā)配電系統(tǒng)組成。在波浪作用下，鴨體繞支撐軸作往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)連接鴨體與支撐軸之間的液壓轉(zhuǎn)換裝置發(fā)電。在設(shè)計(jì)點(diǎn)頭鴨波能轉(zhuǎn)換裝置時(shí)，若把點(diǎn)頭鴨的重心設(shè)計(jì)成為可調(diào)節(jié)式的，可以最大限度地將其固有周期與波浪周期相配，提高波浪能的利用效率，效率高。但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置可靠性差，極易損壞。2.6收縮波道式收縮波道式波浪能發(fā)電裝置是基于波聚理論的一種波浪能轉(zhuǎn)換裝置，挪威特隆姆大學(xué)的Falnes和Budal是最早提出該理論的研究學(xué)者［7］。如圖7所示，收縮波道式發(fā)電裝置通常是由一個(gè)高于海平面的高位型水庫(kù)和一個(gè)逐漸收縮的波道所構(gòu)成，其中收縮波道指的就是一般意義上的對(duì)數(shù)螺旋正交曲面，這種曲面通常是由兩道鋼筋混凝土制作而成的。收縮波道將從海里一直延伸并連接至發(fā)電裝置的高位水庫(kù)內(nèi)部，由混凝土構(gòu)成的曲面在高位水庫(kù)內(nèi)相連接。因?yàn)槭湛s波道具有波聚的功能與作用，致使波浪在進(jìn)入裝置內(nèi)部的收縮波道時(shí)，波浪產(chǎn)生的波高會(huì)陡然增大。增高的波浪會(huì)越過(guò)由鋼筋混凝土墻構(gòu)成的正交曲面從而進(jìn)入到發(fā)電裝置的高位水庫(kù)中，最后水庫(kù)里的水將會(huì)經(jīng)由水輪發(fā)電機(jī)組用來(lái)發(fā)電。轉(zhuǎn)化效率較高，但對(duì)地形要求非常嚴(yán)格。2.7直線電機(jī)式直線電機(jī)式波浪能發(fā)電裝置［8］的基本原理為，利用波浪能上下起伏變化而產(chǎn)生的波動(dòng)力作為驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力作用于浮子上，浮子為能量吸收裝置，如圖8所示其帶動(dòng)與之相連的直線電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)化為電能。直線電機(jī)式裝置主要分為單浮子和雙浮子兩類(lèi)：?jiǎn)胃∽酉到y(tǒng)具有安裝方便、適合用于沿岸以及孤島附近的淺海中；雙浮子直驅(qū)式系統(tǒng)將直線電機(jī)和浮筒漂浮，利用沿海海在海平面，不受海域的限制。由于浮子和動(dòng)子的效率高于第一種方式，圖8為雙浮子式，該裝置由永磁直線發(fā)電機(jī)、浮筒、連接圓桿、阻尼板以及錯(cuò)鏈所組成，動(dòng)子和浮筒采用螺紋連接在一起，波浪來(lái)臨時(shí)，在浮子的帶動(dòng)下，動(dòng)子上下運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，從而產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電能。法國(guó)是對(duì)波浪能展開(kāi)研究并設(shè)計(jì)波浪能發(fā)電裝置最早的國(guó)家，隨后英國(guó)、日本、挪威、葡萄牙、美國(guó)和中國(guó)等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼加大開(kāi)發(fā)與研究相關(guān)的設(shè)備和裝置的力度，這其中又以日本和英國(guó)兩國(guó)的波浪能開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)居于世界的領(lǐng)先水平。利用波浪能發(fā)電的技術(shù)在經(jīng)歷了理論研究、裝置創(chuàng)造、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部試驗(yàn)、夕卜部實(shí)際檢驗(yàn)等幾個(gè)階段后，目前波浪能發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)和建造難題已經(jīng)基本解決，下一步的具體發(fā)展目標(biāo)與任務(wù)將是降低裝置建造與保養(yǎng)成本，提高裝置發(fā)電效率以及其穩(wěn)定性與可靠性，使其能夠達(dá)到商業(yè)化利用的規(guī)模。3.1國(guó)外波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展?fàn)顩r日本是個(gè)環(huán)海島國(guó)，由于國(guó)土狹小和資源匱乏等客觀的不利因素，致使日本政府往往能夠充分地認(rèn)識(shí)本國(guó)的地理環(huán)境條件，異常重視海洋能源的開(kāi)發(fā)，尤其是波浪能發(fā)電技術(shù)的理論研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用，因此在波浪能發(fā)電裝置的研究及其制造和使用上也達(dá)到了世界最為先進(jìn)的水平。據(jù)國(guó)外組織的粗略估計(jì)，日本平均每1m寬海岸的波浪蘊(yùn)藏著9kW的能量，日本沿海與近海的平均波能為13kW/km,其波浪產(chǎn)生的能量大致能滿足國(guó)內(nèi)能源需求總量的近1/3。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，日本就已經(jīng)開(kāi)始將12臺(tái)波浪能發(fā)電裝置用于實(shí)驗(yàn)研究和商業(yè)用途，至今仍有4臺(tái)裝置繼續(xù)工作。到目前為止，具有波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電站在日本已達(dá)1000余座。這其中包括日本已建成的4座岸基固定式和防波堤式波浪能電站，單機(jī)容量為40-125kW，在這當(dāng)中最著名的莫過(guò)于在80年代初建造的〃海明”號(hào)波浪能發(fā)電船，其總裝機(jī)容量高達(dá)1250kW［10］。由日本海洋科學(xué)技術(shù)中心研制的〃巨鯨”號(hào)波浪發(fā)電裝置為可動(dòng)式浮體型，也是波浪能發(fā)電裝置中的佼佼者。英國(guó)是世界上具有最好波浪能源的國(guó)家之一，英國(guó)的波浪發(fā)電裝置每年可以從英國(guó)的周邊海域收集高達(dá)50TW?h的能源。出眾的地理資源優(yōu)勢(shì)，再加上因政府對(duì)海洋能源前瞻性認(rèn)識(shí)而加大的研究力度，使英國(guó)在20世紀(jì)80年代時(shí)就已成為世界波浪能及其發(fā)電裝置研究制造領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。90年代時(shí)，世界上第一臺(tái)能夠用于商用的波浪能發(fā)電裝置在英國(guó)開(kāi)始發(fā)電，裝機(jī)總?cè)萘扛哌_(dá)2000kW，具有里程碑的意義。由英國(guó)制造的名為〃海蛇”號(hào)的波浪能發(fā)電裝置創(chuàng)造性地由多個(gè)鋼殼圓柱形結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行鉸接而成，原理是將波浪能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M(jìn)行發(fā)電?！êＩ摺碧?hào)發(fā)電裝置的最大特色在于本體具有儲(chǔ)蓄能源的環(huán)節(jié)，所以能夠發(fā)電的穩(wěn)定度相當(dāng)高，甚至可與火力發(fā)電相媲美［11］。此外，“巨蟒”波浪能發(fā)電裝置也是具有相當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，其工作原理是當(dāng)海洋波浪對(duì)該裝置產(chǎn)生擠壓性外力時(shí)，發(fā)電裝置的內(nèi)部便可產(chǎn)生向外卜擴(kuò)張與膨脹的波浪，當(dāng)這股波浪達(dá)裝置末端時(shí)，就可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電工作。挪威是對(duì)海洋波浪發(fā)電展開(kāi)研究與探索較早的國(guó)家之一，由該國(guó)發(fā)現(xiàn)并提出的相位控制原理以及創(chuàng)造的喇叭形收縮波道式發(fā)電裝置等，都對(duì)波浪發(fā)電裝置的理論研究及其設(shè)計(jì)制造做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。挪威于20世紀(jì)80年代建造的具500kW能量的振蕩水柱式和350kW收縮水道式波浪發(fā)電站具有重要的時(shí)代意義。尤其是后者，收縮水道式波浪發(fā)電裝置的特點(diǎn)是在位于氣室的前面補(bǔ)充建造了一個(gè)前港，由此可以使裝置利用港口的效應(yīng)產(chǎn)生聚波的作用，從而使該裝置具有較高的波浪能轉(zhuǎn)換成電能的效率。葡萄牙的波浪發(fā)電研究及其裝備制造雖然起步較晚，且主要以引進(jìn)技術(shù)與設(shè)備為主，但葡萄牙有著和英國(guó)一樣天然的利用海洋波浪進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化和發(fā)電的地理優(yōu)勢(shì)，且葡國(guó)政府近年來(lái)也加大了對(duì)波浪能發(fā)電研究的重視度和投入力度。葡萄牙于2008年在其西海岸建立大型的海洋能源實(shí)驗(yàn)區(qū)，目的是進(jìn)行有關(guān)遠(yuǎn)海海浪能源的開(kāi)發(fā)與研究，裝機(jī)容量高達(dá)250MW，具有世界波能發(fā)電的先進(jìn)水平。與此同時(shí)，葡萄牙于同年引進(jìn)了英國(guó)的〃海蛇”波浪能發(fā)電裝置機(jī)組，并于海洋能源實(shí)驗(yàn)區(qū)建立了世界上首個(gè)具有真正意義上商業(yè)規(guī)模的發(fā)電站。3.2國(guó)內(nèi)波浪能發(fā)電裝置的發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)于1968年在上海開(kāi)始了專(zhuān)門(mén)針對(duì)海洋波浪能源進(jìn)行發(fā)電的研究與實(shí)驗(yàn)工作，并以此促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、科技與民生的發(fā)展，因此利用波浪能發(fā)電及其裝置的研究與制造工作也成為我國(guó)重點(diǎn)的科技攻關(guān)項(xiàng)目。由于國(guó)家的大力扶持，加上其極具潛力的商業(yè)價(jià)值，目前國(guó)內(nèi)從事波浪能發(fā)電領(lǐng)域研究和制造的就有十幾家單位，并涌現(xiàn)出一批達(dá)到世界水平的發(fā)電裝置，表1列出了相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)電的裝置情況。目前，隸屬于中科院的廣州能源研究所(GIEC)在波浪能發(fā)電領(lǐng)域是國(guó)內(nèi)的先進(jìn)單位。廣州能源研究所在1984年研制成功的并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航標(biāo)式微型波能轉(zhuǎn)換裝置具有較高的發(fā)電效能，并得以在我國(guó)沿海海域進(jìn)行大規(guī)模的投入使用［12］。國(guó)家海洋中心(NOTC)也致力于發(fā)展大型鐘擺式發(fā)電裝置。同時(shí)中山大學(xué)(SYSU)與山東大學(xué)(SDU)也取得了很高的成就，我國(guó)分別于〃九五”〃十一五”期間攻關(guān)完成的汕尾振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置和將不穩(wěn)定的波浪能轉(zhuǎn)化為類(lèi)似于火力發(fā)電的穩(wěn)定持續(xù)電能的技術(shù)，具有劃時(shí)代的重要意義，不僅代表我國(guó)在利用波浪能源發(fā)電的技術(shù)上取得了突破，縮短了與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，更主要的是為大規(guī)模商用波浪能發(fā)電的可能性提供了有力的參考依據(jù)和創(chuàng)新的研究思路。在2008年，中國(guó)科學(xué)院利用磁流體發(fā)電技術(shù)，并將一種與波浪特性具有極高吻合度的機(jī)械抗阻融入整個(gè)設(shè)計(jì)，構(gòu)建一套出完全有別于傳統(tǒng)波浪能發(fā)電裝置的新型發(fā)電裝置，并成功研制和制造，稱(chēng)之為液態(tài)金屬磁流體波浪能發(fā)電裝置［13］。該種新型的、先進(jìn)的波能發(fā)電裝置，同時(shí)，具有高效率的能源轉(zhuǎn)化率、較大的功率密度、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及便于保養(yǎng)和移動(dòng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，代表了我國(guó)目前在波浪能開(kāi)發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域最為先進(jìn)的成果。3.3小型波浪發(fā)電裝置基于前輩的研究基礎(chǔ)和旋轉(zhuǎn)式垂直軸潮流能能量轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)方法原理，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一種臥式浪流一體化發(fā)電裝置，該裝置主要由機(jī)架、簡(jiǎn)化浮筒、鞍形焊件、輪機(jī)、主軸、變速箱、發(fā)電機(jī)、錨鏈等系統(tǒng)組成，浮筒用鞍形焊件與機(jī)架連接，對(duì)稱(chēng)布置于機(jī)架兩邊，簡(jiǎn)化浮筒兩端采用球形面與圓柱體相切連接，有效減小海流阻力，輪機(jī)主軸與發(fā)電機(jī)通過(guò)大傳動(dòng)比變速箱直接連接，實(shí)現(xiàn)一級(jí)大功率傳動(dòng)。浪流捕獲裝置通過(guò)作用在葉片以及葉片包絡(luò)面上垂直方向的波浪力與水平方向上的潮流力的合力來(lái)推動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)海洋能量的捕獲。雖然波浪能發(fā)電裝置種類(lèi)繁多，有些已趨于商業(yè)化，但還是存在諸多問(wèn)題。4.1總發(fā)電效率問(wèn)題從波浪能經(jīng)過(guò)中間機(jī)構(gòu)一般需要二級(jí)轉(zhuǎn)化，有的甚至是三級(jí)轉(zhuǎn)化，能量損耗大［4］。波浪不穩(wěn)定，時(shí)大時(shí)小，浪大時(shí)能量有剩余，浪小時(shí)能量供應(yīng)不足。如果加上儲(chǔ)存設(shè)備，增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性［14］。⑶需要把波浪能轉(zhuǎn)化的電能供應(yīng)到電網(wǎng)上才可以使用，受到電網(wǎng)覆蓋范圍的限制，造成發(fā)電成本高、發(fā)電功率小、質(zhì)量差等問(wèn)題。⑷波浪能不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化為電能時(shí)也是不穩(wěn)定的。4.2工程性(1)材料問(wèn)題［14］。海水具有腐蝕性，而且波浪具有極強(qiáng)的破壞性，波浪能裝置工作在波浪最大的地方，惡劣的海洋環(huán)境造成的腐蝕以及海洋生物附著可能造成裝置某些環(huán)節(jié)的失效，不銹鋼滿足抗腐蝕性和耐久可靠性，但是不滿足廉價(jià)性；工程塑料在強(qiáng)度上已有了顯著提高，但是其耐久性和可靠性不能達(dá)標(biāo)，材料抗腐蝕性、較好的耐久性以及可靠性及其重要，因此波浪能裝置的選材也成為當(dāng)下需解決的難題。(2)裝置的可靠性［15］。如果整個(gè)裝置非常復(fù)雜，那么其在海洋大波浪環(huán)境下穩(wěn)定性會(huì)很低，而在海洋環(huán)境下發(fā)電裝置的維護(hù)是最大的問(wèn)題，所以裝置的簡(jiǎn)單可靠是保證可以更長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的必要條件。4.3成本問(wèn)題成本問(wèn)題［15］是普及和大規(guī)模利用波浪發(fā)電的最大障礙，據(jù)有關(guān)專(zhuān)家的計(jì)算，現(xiàn)階段海洋波浪能的發(fā)電成本比常規(guī)的熱發(fā)電高出10倍左右。因此只有改進(jìn)波浪能發(fā)電的技術(shù)。減小發(fā)電成本，才能使波浪能發(fā)電真正達(dá)到實(shí)用化水平，為人們所用。4.4波浪發(fā)電裝置引起的海洋環(huán)境問(wèn)題隨著波浪發(fā)電裝置的增多，將會(huì)占用大面積的海面［7］，這必然會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成沖擊，如果在海面布置大量的發(fā)電裝置，很可能對(duì)海洋生物造成危害，甚至?xí)绊懙秸Ｉ虡I(yè)航運(yùn)，所以要適當(dāng)?shù)剡x取海洋發(fā)電場(chǎng)。海洋波浪能是一種無(wú)污染的、清潔的、可再生的新能源，波浪能能流密度高、儲(chǔ)量巨大且分布廣泛，是未來(lái)海洋能利用發(fā)展的主要方向，而我國(guó)所具有的海岸線，實(shí)現(xiàn)海洋能發(fā)電，有重要的戰(zhàn)略意義。在對(duì)上述幾種波浪能發(fā)電裝置類(lèi)別的分析以及目前世界各國(guó)利用波浪能發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置相比較而言具有一定的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槠湫矢?、成本低、可靠性好，這將是今后波浪能發(fā)電裝置的重要發(fā)展方向［16］。英國(guó)、日本、瑞典、丹麥、美國(guó)和中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)均不同程度地開(kāi)展了有關(guān)振蕩浮子式波浪能裝置的研究與開(kāi)發(fā)工作。振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置研究的難點(diǎn)在于浮子形狀的設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理、二級(jí)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是否通暢與高效等問(wèn)題，需要通過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)得出一套完善的理論數(shù)據(jù)作為支撐［17］。目前我國(guó)已有一批專(zhuān)家學(xué)者和科研團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域開(kāi)展研究工作，并且已經(jīng)取得了具有較高科學(xué)價(jià)值的相關(guān)數(shù)據(jù)。可以預(yù)見(jiàn)的是，振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置很有可能就是今后海洋波浪能發(fā)電的重點(diǎn)突破口與發(fā)展方向[18]。今后，波浪能發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)可能會(huì)有不同的發(fā)展方向與側(cè)重點(diǎn)，克服以上總結(jié)的幾個(gè)不足，追求更高的效率、更高的可靠性以及降低制造與維修成本，轉(zhuǎn)入大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)作將是任何波浪能發(fā)電裝置發(fā)展的主旋律?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】高大曉，王方杰.國(guó)外波浪能發(fā)電裝置的研究進(jìn)展[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理，2012，29(11):21-26.沈利生，張育賓.海洋波浪能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].江西能源，2010(4):55-58.PAYNEGS，TAYLORJRM，BRUCET.Assessmentofboundary-elementmethodformodellingafree-floatingslopedwaveenergydevice[J].Part1:NumericalModellingOceanEng，2008，(35):333-341.韓冰峰，褚金奎.海洋波浪能發(fā)電研究進(jìn)展[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(02):61-66.張麗珍，羊曉晟.海洋波浪能發(fā)電裝置的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50(1):161-164.李永國(guó)，汪振.國(guó)外波浪能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)進(jìn)展[J].工程科學(xué)技術(shù).2014(12).李成魁，廖文俊.世界海洋波浪能發(fā)電技術(shù)研究進(jìn)展[J].裝備機(jī)