海洋波浪能开发利用波浪能量如此巨大,存在如此广泛,自古吸引着沿海的能工巧匠们,想尽各种办法,企图驾驭海浪为人所用
波浪所蕴涵的能量主要是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
台风导致的巨浪,其功率密度可达每米迎波面数千kW,而波浪能丰富的欧洲北海地区,其年平均波浪功率也仅为20~40kW/m中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2~7kW/m
全世界波浪能的理论估算值也为109kW量级
利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到,中国沿海理论波浪年平均功率约为1.3X107kW
但由于不少海洋台站的观测地点处于内湾或风浪较小位置,故实际的沿海波浪功率要大于此值
其中浙江、福建、广东和台湾沿海为波能丰富的地区
将波浪能收集起来并转换成电能或其他形式能量的波能装置有设置在岸上的和漂浮在海里的两种
按能量传递形式分类有直接机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动4种
其中气动传动方式采用空气涡轮波力发电机,把波浪运动压缩空气产生的往复气流能量转换成电能,旋转件不与海水接触,能作高速旋转,因而发展较快
波力发电装置五花八门,不拘一格,有点头鸭式、波面筏式、波力发电船式、环礁式、整流器式、海蚌式、软袋式、振荡水柱式、多共振荡水柱式、波流式、摆式、结合防波堤的振荡水柱式、收缩水道式等十余种
全世界波浪利用的机械设计数以千计,获得专利证书的也达数百件,因此波浪能利用被称为“发明家的乐园”
最早的波浪能利用机械发明专利是1799年法国人吉拉德父子获得的,他们尝试为一种可以附在漂浮船只上的巨大杠杆申请专利,它可以随海浪一起波动来驱动岸边的水泵和发电机
1854-1973年的119年间,英国登记了波浪能发明专利340项,美国为61项
在法国,则可查到有关波浪能利用技术的600种说明书
早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置
道理很简单,就是利用波浪上下起伏的力量,通过压缩空气,推动汲筒中的活塞往复运动而做功
1910年,法国人布索.白拉塞克在其海滨住宅附近建了一座气动式波浪发电站,供应其住宅l000瓦的电力
这个电站装置的原理是:与海水相通的密闭竖管中的空气因波浪起伏而被压缩或抽空稀薄,驱动活塞做往复运动,再转换成发电机的旋转运动而发出电力
1960年代,日本研制成功用于航标灯浮体上的气动式波力发电装置
此种装置已经投入批量生产,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,成为仅有的少数商品化波能装备之一
该产品发电的原理就像一个倒置的打气筒,靠波浪上下往复运动的力量吸、压空气,推动涡轮机发电
有关专家估计,用于海上航标和孤岛供电的波浪发电设备有数十亿美元的市场需求
这一估计大大促进了一些国家波力发电的研究
1970年代以来,英国、日本、挪威等国为波力发电研究投入大量人力物力,成绩也最显著
英国曾计划在苏格兰外海波浪场,大规模布设“点头鸭”式波浪发电装置,供应当时全英所需电力
这个雄心勃勃的计划,后因装置结构过于庞大复杂成本过高而暂时搁置
1980年代,日本“海明”波浪发电试验船取得年发电19万度的良好成绩,实现了海上浮体波浪电站向陆地小规模送电
日本已将“海明”波浪发电船列为“离岛电源”的首选方案,继续研究改进
中国波力发电研究成绩也很显著
1970年代以来,上海、青岛、广州和北京的五六家研究单位开展了此项研究
用于航标灯的波力发电装置也已投入批量生产
向海岛供电的岸式波力电站也在试验之中
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