海洋波浪能的研究及應(yīng)用

秦輝國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心

海洋波浪能的研究及應(yīng)用

秦輝
國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心

波浪能是一種非常清潔的可再生能源，世界各國(guó)的研究人員均已高度重視這一項(xiàng)清潔再生能源，并且也已經(jīng)取得一些研究成果。要研究波浪能首先需要研究的就是波浪的運(yùn)動(dòng)關(guān)系與波浪力的組成，目前對(duì)海浪研究多采用力學(xué)方法與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的結(jié)合。本文從波能的定義、發(fā)電原理出發(fā)，簡(jiǎn)單的介紹了常用的波浪能源發(fā)電裝置，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于波浪能發(fā)電研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究。

清潔再生能源；波浪能；發(fā)電原理；波浪能的應(yīng)用

一、引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、社會(huì)不斷進(jìn)步、人口不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致了世界各國(guó)對(duì)能源需求量的大大增加，石油能源與煤礦能源是目前世界上最主導(dǎo)的能量資源，但是石油、煤礦資源已經(jīng)日益短缺，人們也已經(jīng)意識(shí)到了尋找新型能源的重要性。通過(guò)科學(xué)家的不斷研究與發(fā)現(xiàn)，地球上的水資源占據(jù)了大約70%,地球是一個(gè)水資源非常豐富的星球，其中肯定包括了很多寶貴的資源，海洋中蘊(yùn)含著豐富的能源，如：石油、天然氣、水產(chǎn)資源，可再生能源等，可再生資源在今后的能源發(fā)展中將會(huì)占據(jù)不容小覷的地方，海洋中的可再生能源主要包括海洋風(fēng)能、潮汐能、波浪能、海流能、溫差能等。本文主要對(duì)波浪能的開(kāi)發(fā)與利用進(jìn)行了分析與探究。波浪能是一種可再生的清潔能源，波浪能的開(kāi)發(fā)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的影響，并且能源形勢(shì)是以機(jī)械能的形式存在的。根據(jù)科學(xué)家的據(jù)調(diào)查分析，波浪能的存儲(chǔ)量很大，全世界大約存儲(chǔ)了將近10KW量級(jí)的能量，相比于世界發(fā)電量要高出將近數(shù)百倍，全世界波浪能的理論值大約為10KW量級(jí)，是現(xiàn)在世界發(fā)電量的數(shù)百倍，同時(shí)海洋波浪能也存在著非常廣闊的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，因此波浪能源也成為了各國(guó)海洋能源研究發(fā)開(kāi)的重點(diǎn)。波浪能的開(kāi)發(fā)與利用是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，其中包含了多種的學(xué)科知識(shí)已經(jīng)綜合理論知識(shí)，包括了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造，以及空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算機(jī)模擬、海洋科學(xué)等各領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)。

二、波浪能的概述及特點(diǎn)

海洋波浪因?yàn)槟撤N因素而具有的動(dòng)勢(shì)能被稱(chēng)之為波浪能。其能量的大小與波浪高度H的平方、波浪運(yùn)動(dòng)周期T和迎波面的寬度L之間成正比例關(guān)系。在目前的科技水平下波浪能仍然是一種不易控制的不穩(wěn)定能源，但是海洋中的分布著大面積的波浪能。海洋波浪吸收了風(fēng)的動(dòng)能后就產(chǎn)生了波浪能，波浪能會(huì)隨著海洋與風(fēng)產(chǎn)生摩擦與湍懂而慢慢在消散。海洋表面的波浪因風(fēng)而產(chǎn)生了動(dòng)能與勢(shì)能，勢(shì)能的產(chǎn)生是由于波浪發(fā)生上下浮動(dòng)從而與海平面產(chǎn)生了相對(duì)高度差，動(dòng)能的產(chǎn)生是由風(fēng)的動(dòng)能帶動(dòng)波浪水質(zhì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)從而使得波浪具有了動(dòng)能。在太平洋周?chē)哪承﹨^(qū)域，波浪能的功率密度可達(dá)到60千瓦每米左右，一些地方甚至能可以達(dá)到100千瓦每米以上，據(jù)調(diào)查顯示，中國(guó)海岸大部分的年平均波浪功率密度為6.5千瓦每米左右。

波浪能相對(duì)于其他海洋能具有著以下的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：1.波浪能是一種具有較高品質(zhì)的能力，其能量的變現(xiàn)形勢(shì)為機(jī)械能，方便將其進(jìn)行提取與轉(zhuǎn)化；2.波浪能的能流密度很大；3.波浪能在海洋中分布廣泛；4.能量提取與轉(zhuǎn)換步驟簡(jiǎn)單，提取裝換所需要的設(shè)施便于修建與維修，有些設(shè)施建筑或設(shè)備可在已經(jīng)修建的基礎(chǔ)設(shè)上的進(jìn)行再次安裝利用，方便快捷且減少建造費(fèi)用。

三、波浪運(yùn)動(dòng)與波浪力的分析

波浪能是由風(fēng)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而成的，其質(zhì)上是吸收了風(fēng)能而形成的，風(fēng)速的大小與其之間的相互作用距離大小將直接影響到波浪能的能量傳遞速率有著。波浪能屬于一種不穩(wěn)定的能源，天氣的不定性因素與風(fēng)向的不確定因素早就了海洋波浪能的不確定性質(zhì)。計(jì)算波浪能是一件不容易的事情，首先需要進(jìn)行漂浮體測(cè)試，通過(guò)漂浮體的運(yùn)動(dòng)來(lái)研究波浪推動(dòng)漂浮體時(shí)產(chǎn)生的波浪力，再通過(guò)波浪力進(jìn)一步計(jì)算出波浪能，目前這方面的計(jì)算方法包括切片壓力積分法、理論法、及能量動(dòng)量守恒法，這些都是通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法進(jìn)行的，但是計(jì)算工作量較大。弗汝德一克雷洛夫假定法常作為波浪能計(jì)算解析的常用方式，其假定方法就是入射波動(dòng)場(chǎng)原來(lái)的波壓強(qiáng)分布不因潛體的存在而改變。期初我們需要測(cè)試出那些沒(méi)有被干擾的波浪對(duì)浮體造成的作用力，然后經(jīng)過(guò)對(duì)附體運(yùn)動(dòng)所受的附加質(zhì)量效應(yīng)進(jìn)行不斷添加與修正，最后通過(guò)多次地反復(fù)試驗(yàn)才能確定繞射系數(shù)的最終結(jié)果。

四、波能的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)

波浪能發(fā)電方式是運(yùn)用波能的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，能量轉(zhuǎn)化形式是由機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能。通常波浪能要經(jīng)過(guò)三次轉(zhuǎn)換：第一次是波浪吸收風(fēng)動(dòng)能；第二次是吸收風(fēng)能后自身將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為波浪的動(dòng)能與勢(shì)能，從而產(chǎn)生了波浪能；第三次就是運(yùn)用發(fā)電設(shè)施將自身的波浪能再次轉(zhuǎn)化為動(dòng)能與勢(shì)能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能。波浪能轉(zhuǎn)換電能設(shè)施一般分為兩部分：波浪能采集系統(tǒng)設(shè)施、波浪能轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)設(shè)施。現(xiàn)如今世界上已經(jīng)擁有超過(guò)一千五百項(xiàng)的波浪能轉(zhuǎn)換專(zhuān)利。波浪能的利用開(kāi)發(fā)具有非常重大的開(kāi)發(fā)價(jià)值與能源發(fā)展前景，海浪發(fā)電裝置不僅能夠?yàn)楹Ｉ蠉u嶼、海水養(yǎng)殖、浮標(biāo)、探照燈塔、石油平臺(tái)等海上設(shè)備設(shè)施供電，還可以為城市供電。開(kāi)發(fā)利用波浪的主要目的是降低發(fā)電成本、提高發(fā)電的穩(wěn)定性，在未來(lái)科技的不斷發(fā)展中，還需要能夠發(fā)展出獨(dú)立穩(wěn)定的波能發(fā)電系統(tǒng)，這樣就可以讓用戶(hù)方便快捷的利用波能發(fā)電。波浪能是一種穩(wěn)定差、分布廣、污染小、再生性高、儲(chǔ)量大、利用難的能源。目前波浪能的利用地點(diǎn)大都局限在海岸附近，受到海洋災(zāi)害性氣候的侵襲幾率較高，較為不安全，并且波浪能現(xiàn)如今的開(kāi)發(fā)難度大、建設(shè)耗資高、設(shè)施規(guī)模小，社會(huì)效益較好但是經(jīng)濟(jì)效益卻一般，資源的投資與回收期相對(duì)較長(zhǎng)，這些是嚴(yán)重的阻礙了波浪能的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)與能源科技發(fā)展，隨著人民對(duì)海洋波浪能的不斷認(rèn)識(shí)與了解，波浪能科學(xué)的理論和實(shí)踐方面也在不斷的向前發(fā)展，波浪能開(kāi)發(fā)利用是具有巨大意義與價(jià)值的。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)的綜合國(guó)力不斷上升，但是目前我國(guó)在波浪能的利用與開(kāi)發(fā)技術(shù)上仍有很多東西沒(méi)有掌握，波浪的發(fā)展利用并沒(méi)有應(yīng)用到我國(guó)的實(shí)際生活中去，其科技術(shù)的普及程度也不高，由此看來(lái)我國(guó)在波浪能發(fā)電技術(shù)上還有很長(zhǎng)的一段路要走。近幾年中，我國(guó)在波浪能轉(zhuǎn)換研究方面取得也較大的科學(xué)水平突破，但是相比其他發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)還存在著諸多不足，需要繼續(xù)加強(qiáng)研究與發(fā)展。世界能源正在面臨枯竭，我們必須要研發(fā)出新型清潔能源來(lái)填補(bǔ)能源枯竭這一難題，波浪能源的研究與利用則是一項(xiàng)有價(jià)值且有前景的新型能源。

[1]于麗波.我國(guó)加緊海洋能研究與開(kāi)發(fā)利用[N].證券時(shí)報(bào),2008.

[2]任建莉,鐘英杰,張雪梅等.海洋波能發(fā)電的現(xiàn)狀與前景[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,34.