波浪能发电—会议论文(广东能源所).pdf

中国可再生能源学会海洋能专业委员会第一届学术讨论会文集
我国海洋波浪能技术发展建议
游亚戈、吴必军、盛松伟、冯波、张亚群、王坤林
(中国科学院广州能源研究所广州市天河区五山能源路2号,510640)
摘要:本文首先对国内外海洋波浪能現有技术做了综述,分析了技术发展方向,并对现有的各
种波浪能技术做了点评,对我国波浪能发电技术与国外技术做了对比。然后,从我国波浪能资源
以及海洋灾难性气候出发,分析了适合我国海况的波浪能技术。文章最后从国家需求出发,对我
国海洋波浪能研究与开发提出了建议
关链词:波浪能技术,振荡水柱,筏式,收缩波道,鸭式,点吸收式,摆式
1.海洋波浪能开发利用技术现状与发展趋势
1.1.国外波浪能开发利用技术
1.1.1.振荡水柱技术
振荡水柱技术通常指采用气室俘获波浪能的装置。气室是一个下方开口的结构,
当波浪作用在开口时,气室内的水柱就会上下运动(振荡水柱因此而得名),驱动水
柱上方的空气,形成往复气流;该气流驱动安装在气室喷嘴上的空气透平,得到旋转
机械能;旋转机槭能再通过驱动发电机发电。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不
与海水接触,防腐性能好,安全可靠,维护方便;其缺点是空气透平能量转换效率较
低
近年研建的振荡水柱技术装置有
英国的 Wavegen公司和贝尔法斯特女王大学( Belfast Queens University)共
同在苏格兰的伊斯雷(slay)岛上研建了 LIMPET振荡水柱式波浪能电站,如照片1所
示。该电站于2000年建成,装机容量为500kW,向电网供电。
振荡水柱式波能装置的转换效率不高,主要问题出在Wels空气叶轮上。针对这
一点,澳大利亚的T. Dennis博士提出一种改良的振荡水柱波能装置(照片2),使用
了一种可控制叶片桨距的 Denniss-auld空气叶轮,可调节叶片桨距,使叶片处于最佳
攻角,以提高空气叶轮的转换效率;此外还使用了抛物线柱面聚波板,将波浪聚集在
气室,增强转换效率。
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照片1: LIMIPET OWC波力电站
照片2:澳大利亚振荡水柱装置
英国布里斯维尔大学研制的 Sperboy为漂浮式振荡水柱装置(照片3)。其投放点
距岸8~12英里,具有很好的波能。研究人员希望通过增强装置抗浪能力、延长装置
寿命、降低传输成本等方面的突破,降低发电成本。
照片3: Sperboy漂浮式振荡水柱裝置
1.1.2.筏式波浪能技术
筏式波浪能技术通过漂浮在水面的、端部铰接的若干浮体俘获波浪能,再通过液
压系统驱动发电机发电。
照片4:MWP波力装置
照片5: Pelamis波力装置
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最近建成的 Mccabe Wave Pump(MWP)波力装置(照片4)由三个成直角的
钢质浮筒构成,通过横梁铰链在一起,总长度40米,具有自动朝向来波的功能。该
装置可驱动海水淡化系统获得可饮用的纯净水,或驱动发电机发电。
英国OPD公司( Ocean Power Delivery Ltd)研究的 Pelamis实际为改良的筏
式装置(照片5):传统的筏式装置只允许一个方向的角位移,在斜浪作用下其铰受
到弯曲力矩,容易遭到破坏;而 Pelamis允许两个方向的角位移,抗浪能力大大提高。
Pelamis的能量采集系统为三个端部相铰接、直径3.5米的浮筒,利用相邻浮筒的角
位移驱动活塞,将波浪能转换成液压能,装机容量为750kWW,总长为150米,放置
在水深为50米60米深的海面上。它是世界上第一座进行商业示范运行的漂浮式波
力电站。
筏式装置的长度方向顺浪布置,迎波面较小,与垂直于浪向的同等尺度的波能装
置比,筏式装置吸收波浪能的能力较为逊色,单位价值材料所获取的能量较小。但其
优点是具有较好的整体性,抗波浪冲击能力较强,具有较好的能量传递效率,发电稳
定性较好。
1.1.3.收缩波道式波能技术
收缩波道式波能技术依靠逐渐收缩的波道俘获波浪能(绕射聚波),使波高在逐
渐收缩的波道中放大,直到波浪越过波道顶进入高于海面的水库。进入水库的水的势
能通过水轮发电机转换成电能。这种转换方法的优点在于波能的转换没有活动部件,
可靠性好,维护费用低且出力稳定。
照片6:挪威350kW收缩波道电站
照片7: Wave Dragon波力装置
最早的收缩波道式波力装置是揶威波能公司( Norwave A.S.)于1986年建造了
座装机容量为350kWN的收缩波道式电站(照片6)。其收缩波道开口约60m宽,
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呈喇叭形逐渐变窄的楔形导槽,逐渐收缩通至高位水库。高位水库与外海间的水头落
差达3.5m。电站自建成以来一直工作正常。不足之处是,电站对地形要求严格,不
易推
丹麦的 Wave Dragon公司研建了漂浮式的收缩波道装置 Wave Dragon(如照片
7所示)。该装置由钢结构组成,漂浮于海面上,通过锚链锚泊于海底,两侧具有导
浪浮体,采用低水头的 Kaplan水轮机组发电。该装置不受潮位影响,在大浪时可以
稳定发电,导浪浮体具有较好的聚波能力,可根据波高调解装置的吃水高度,具有较
好的水动力学性能。
1.1.4.振荡浮子式或点吸收式波浪能技术
振荡浮子式波浪能技术近年来发展很快。该技术采用浮子俘获波浪能,通过与浮
子连接的液压装置或机械装置将波浪能转换成某种机械能,再通过发电机转换成电
能,或通过其它设备制造淡水或冰。
英国 AWS Ocean Energy有限公司研制的阿基米德波浪摆装置( Archimedes
Wave Swing,ANWS,照片8),由2个相嵌套的圆筒组成,上部圆筒为漂浮的,在
波浪作用下上下运动,而下部圆筒固定不动。该公司准备在2010年之前,在苏格兰
海域建立第一个小型的阿基米德摇波浪摆裝置实验电站。
美国的OPT( Ocean Power Technologies)公司研制的 Powerbuoy波力装置(照
片9)通过控制浮力,控制能量的吸收。2006年2月,OPT公司在英国北部 Corneal
对该装置进行第六次试验。2007年2月获得联邦能量结构委员会(FERC)批准,
建立50MWN示范装置场。2007年10月OPT公司获得美国海军190万美元的资助,
在夏威夷安装 Powerbuoy装置系统
照片8:英国阿基米德波浪摆装
照片9:美国 Powerbuoy波力
I (Archimedes Wave Swing)
装置