潮汐能、波浪能發電專利技術綜述

曠玉芬 師光飛 陳勝

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北武漢 430070；2.武漢交通職業學院，湖北武漢 430070）

潮汐能、波浪能發電專利技術綜述

曠玉芬1師光飛2陳勝1

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北武漢 430070；2.武漢交通職業學院，湖北武漢 430070）

通過分析國內外專利申請量來研究潮汐能、波浪能發電領域各分支的技術發展路線，并就目前國內潮汐能、波浪能發電領域存在的不足提出相應的意見，以期促進潮汐能、波浪能的開發利用。

波浪能；潮汐能；發電；專利技術

海洋占據了地球表面70%的面積，蘊涵著豐富的能量，海洋能主要有波浪能、潮汐能、溫差能等。其中，潮汐能和波浪能較早引起人們關注并加以開發利用，在先進技術的支持下，對這兩項海洋能的開發利用已經逐漸成熟。

潮汐能是海水受到月球、太陽等天體引力作用而產生的一種周期性海水自然漲落現象，是人類最早認識和利用的一種海洋能。潮汐能發電最早，技術最為成熟，其與水力發電的原理、組成基本相同，也是利用水的能量使水輪發電機發電［1］。

波浪能發電是繼潮汐發電之后發展最快的一種海洋能源利用措施。波浪能是由大氣層和海洋在相互影響的過程中，由于在風和海水重力作用下形成永不停息、周期性上下波動的波浪，這種波浪具有一定的動能和勢能。解決波浪能發電的核心技術在于波浪能轉換裝置，目前研究開發較為成熟的主要有3種類型。一是振蕩水柱型，用一個容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過波浪產生的水面位置變化引起容器內的空氣容積發生變化，壓縮容器內的空氣，用壓縮空氣驅動葉輪，帶動發電裝置發電；二是機械型，利用波浪的運動推動裝置的活動部分——鴨體、筏體、浮子等，活動部分壓縮油、水等中間介質，通過中間介質推動轉換發電裝置發電；三是水流型，利用收縮水道將波浪引入高位水庫形成水位差，利用水頭直接驅動水輪發電機組發電。本文主要針對潮汐能、波浪能發電進行專利技術綜述研究。

1 在華專利申請發展趨勢

潮汐能、波浪能發電已有50多年的歷史，自20世紀80年代以來逐漸獲得發展，并在2004年和2005年開始快速發展，隨后在2006-2007年發展逐漸放緩，2008-2014年潮汐能、波浪能發電發展勢頭良好，國內潮汐能、波浪能發電領域的專利申請量節節攀升，相比之下國外的申請量則少之又少（見圖1）。

2 潮汐能、波浪能發電主要技術發展路線

潮汐能、波浪能發電按照其利用的能源不同，可以分為潮汐能發電和波浪能發電，如圖2所示。下面主要從潮汐能發電和波浪能發電2個分支出發研究各自技術的發展情況。

圖1 專利申請趨勢

圖2 潮汐能、波浪能發電的技術分支

在潮汐能、波浪能發電發展的近30年間，前20年該技術一直處于不慍不火的狀態，申請量較少，2004-2005年波浪能發電發展迅速，而隨后2006-2007年潮汐能、波浪能發電發展變緩，但自2008年以后，潮汐能、波浪能發電呈現了爆發式的增長（見圖3）。

圖3 潮汐能發電、波浪能發電兩大分支的發展趨勢

此外，從圖3中不難看出，雖然潮汐能發電和波浪能發電技術都在迅猛增長，但是在大多數時候關于波浪能發電的專利申請量比潮汐能發電的專利申請量多。這與波浪能占據海洋能量的比重有關，波浪能占據全部海洋能量的94%，是各種海洋能中的“首戶”；也可能與利用潮汐能進行發電的條件有關，一般潮差不小于3m才會產生發電的經濟效益，具有實際應用價值。解決波浪能發電的核心技術在于波浪能轉換裝置，目前研究開發比較成熟的有3種類型：振蕩水柱型、機械型、水流型。接下來將對這3種波浪能發電進行專利技術綜述研究。在3種類型的波浪能發電裝置中，機械型波浪能發電裝置一直占據著舉足輕重的地位，這與機械型波浪能發電裝置又包括筏式波能裝置、點吸收（浮子）式裝置和鴨式裝置等有關；其次是水流型，而振蕩水柱型發展相對較為緩慢（見圖4）。

圖5是潮汐能、波浪能發電技術功效圖。從圖5可以看出，在潮汐能、波浪能發電領域，根據專利申請量的相對多少，可以看出存在以下幾個技術空白點：在振蕩水柱型波浪發電/分類系統中提高裝置的適用范圍，在振蕩水柱型波浪發電/分類系統中提高裝機容量，在水流型波浪發電/分類系統中提高裝機容量，在振蕩水柱型波浪發電/分類系統中提高裝置的使用壽命，在振蕩水柱型波浪發電/分類系統中減小對環境的破壞，在水流型波浪發電/分類系統中減小裝置占用的空間，在潮汐發電/分類系統中減小裝置占用的空間等。

圖4 波浪能發電各分支發展趨勢

圖5 潮汐能、波浪能發電技術功效圖

然而，實際上僅通過專利申請量的相對多少判斷技術空白點有時不是非常全面的，這一方面體現在某些技術手段的固有缺陷很難通過技術改進克服，該技術功效區域的專利申請量必然較少；另一方面體現在需要考慮技術改進的成本與技術改進效果之間的平衡。例如，減小水流型波浪發電裝置的占用空間可能會造成發電效果的不理想；又或者提高水流型波浪發電裝置和振蕩水柱型發電裝置的裝機容量可能需要投入較多的研發力量和研發成本。因此，技術空白點的分析不僅需要結合技術功效圖，還需要結合成本及企業技術特點等其他因素綜合考慮。

3 國內潮汐能、波浪能發電領域發展見解

我國海洋資源豐富，海岸線蘊藏著豐富的潮汐能、波浪能資源，據估計，我國的潮汐能可達30億kW，波浪能可達700億kW。曾有科學家計算過，沿岸各國暫未被利用的潮汐能是目前世界全部的水力發電量的2倍。如果將波浪的能量轉換為可利用的能源，那真是一種理想的巨大的能源。再試想一下，潮汐能、波浪能儲量如此大，為何沒有得到廣泛的開發和利用，究其原因，主要有以下2點：技術不成熟，經濟效益差。潮汐能、波浪能發電是多學科的綜合，涵蓋了動力、結構、材料等一系列學科，只要其中某一項技術達不到要求，都會使潮汐能、波浪能發電技術受到制約；也正是由于技術不成熟，才導致潮汐能、波浪能發電裝置較傳統的發電裝置所需要投入的成本高，經濟效益差。

［1］周善元.21世紀的新能源——海洋能［J］.能源研究與管理，2002（1）：38-41.

Research on Patent Technology of Tidal and Wave Applied to Power Generate

Kuang Yufen1Shi Guangfei2Chen Sheng1
（1.Patent Examination Cooperation Hubei Center of the Patent Office，SIPO，Wuhan Hubei 430070；2.Wuhan Technical College of Communications，Wuhan Hubei 430070）

Based on the analysis of domestic and international patent applications,this paper analyzed the develop?ment trend of the branches of tidal and wave applied to power generate,and some suggestions were put forward for the problems in the field of tidal and wave applied to power generate,in order to promote the development and utiliza?tion of tidal energy and wave energy.

wave energy；tidal energy；power generation；patent technology

TM612；P743

：A

：1003-5168（2017）01-0133-02

2016-12-11

曠玉芬（1988-），女，碩士，研究方向：噴射與霧化領域發明專利實質審查（第二作者等同第一作者）。