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。波能转换技术日趋成熟,日、英、挪威等国建造了若干座不同类型的波浪发电站。占地球表面积70%的广阔海洋,集中了97%的水量,蕴藏着大量的能源,其中包括波浪能、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,因而也是各国海洋能研究开发的重点。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利用的研究,并取得了较大的进展。日、英、美、澳等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、利用起步较晚,目前我国东南沿海福建、广东等地区已在试验一些波浪发电装置。波浪发电是波浪能利用的主要方式,波浪能利用装置的种类繁多,关于波能转换装置的发明专利超过千项。这些装置主要基于以下几种基本机理,即利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动; 利用波浪压力的变化;利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过20世纪70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的海况试验及应用示范研究,波浪发电技术己逐步接近实用化水平,研究的重点也集中于4种被认为是有商品化价值的装置,包括振荡水柱式装置、摆式装置、振荡浮子式波能转换装置和收缩波道式波能转换装置。
(1)振荡水柱式波能转换装置
根据其系泊方式可分为漂浮式和固定式,漂浮式即一次转换装置由重物系泊漂浮于海上,而固定式(岸式)一般建在岸边迎浪侧,其在岸上施工较为方便,且并网与输电也更为简单。其主要原理是利用空气作为转换介质,能量的采集通过气室完成,气室的下部开口在水下与海水连通,气室的上部开口(喷嘴)与大气连通。在波浪力的作用下,气室下部的水柱作强迫振动,压缩气室的空气往复通过喷嘴,将波浪能转换成空气的压力势能和动能,在喷嘴处安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相连,可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。其工作原理及汽轮叶片的结构已有介绍。目前以这种方式建造的波浪发电装置已比较完善,世界各国商业化的波浪发电站基本都是基于此原理,如用于为导航浮标供电,装机容量数十到数百kW的波浪能装置在英国、澳大利亚、挪威、葡萄牙和中国等地也已经成功地建成并投入使用。
(2)摆式波能转换装置
摆式波能转换装置是利用装置的活动部件,在波浪的推动下,将其从波浪中吸收的能量转换成机械能或势能,这种波能转换装置最先是由日本的度部富治教授提出,其方式是波浪在水室中形成立波,在立波的驻点处,水质点作往复运动,表现在宏观上,即水团的往复运动,将波浪能转换成摆轴的动能,与摆轴相连的通常是液压装置,它将摆轴的动能转换成液力泵的动能,再由液压马达带动发电机发电,
(1)振荡水柱式波能转换装置
根据其系泊方式可分为漂浮式和固定式,漂浮式即一次转换装置由重物系泊漂浮于海上,而固定式(岸式)一般建在岸边迎浪侧,其在岸上施工较为方便,且并网与输电也更为简单。其主要原理是利用空气作为转换介质,能量的采集通过气室完成,气室的下部开口在水下与海水连通,气室的上部开口(喷嘴)与大气连通。在波浪力的作用下,气室下部的水柱作强迫振动,压缩气室的空气往复通过喷嘴,将波浪能转换成空气的压力势能和动能,在喷嘴处安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相连,可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。其工作原理及汽轮叶片的结构已有介绍。目前以这种方式建造的波浪发电装置已比较完善,世界各国商业化的波浪发电站基本都是基于此原理,如用于为导航浮标供电,装机容量数十到数百kW的波浪能装置在英国、澳大利亚、挪威、葡萄牙和中国等地也已经成功地建成并投入使用。
(2)摆式波能转换装置
摆式波能转换装置是利用装置的活动部件,在波浪的推动下,将其从波浪中吸收的能量转换成机械能或势能,这种波能转换装置最先是由日本的度部富治教授提出,其方式是波浪在水室中形成立波,在立波的驻点处,水质点作往复运动,表现在宏观上,即水团的往复运动,将波浪能转换成摆轴的动能,与摆轴相连的通常是液压装置,它将摆轴的动能转换成液力泵的动能,再由液压马达带动发电机发电,