波浪能资源研究现状及波力发电利用前景分析

赵克平 杨宇田

(中北大学(朔州校区) 山西 朔州 036000)

波浪能资源研究现状及波力发电利用前景分析

赵克平 杨宇田

(中北大学(朔州校区) 山西 朔州 036000)

波浪能是海洋能源中蕴藏最为丰富的一种清洁无污染的可再生新能源，波力发电是解决偏远海岛电力供应的有效途径。对全球海域波浪能资源研究现状进行了综述，分析了我国南海对波浪能资源开发的军事需求。结果指出波浪能的开发和利用对我国西沙群岛和南沙群岛建设有重要的现实和战略意义。

波浪能;波力发电;军事利用

在国际原油价格持续飘涨及能源被逐渐消耗的今天，世界各国纷纷开始从事各项替代性能源的评估与开发，期待能够解决能源短缺问题并减缓对地球的污染。海洋能源通常指海洋中所蕴藏的、清洁的、可再生自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、温差能及盐差能，更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。

1 波浪能资源概况

广阔的海洋吸收太阳辐射后所产生的热能，通过风将其传递给海洋表面形成波浪能(波浪所具有的动能和势能) ，其具有无污染、分布广、可再生、密度大、储量大等优点，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，也是海洋能利用研究中近期研究最多、政府投资项目最多和最被重视的一种能源。据估计，全世界波浪能的理论储量约为 109 kW/m级，是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商用前景。波浪能丰富的欧洲北海地区，年平均波浪功率为 20 -40 kW/m 。我国有广阔的海洋资源，波浪能的理论存储量约为 7000 kW，中国海岸大部分的年平均波浪功率为2-7 kW/m ，在能流密度高的地方，每1m海岸线外波浪的能流就足以为20 个家庭提供照明。

2 波浪能资源研究现状

2.1 波浪能资源评估。波浪能的有效利用首先需要对波力资源的特点和分布进行分析和评估。阜在 20 世纪 70 年代后期，欧洲人就利用有限的大洋船舶报资料和浮标资料，计算和评估了全球海洋沿岸波浪能资源的分布。指出全球波浪能的富集区主要集中在大西洋东北部、苏格兰和爱尔兰西部沿岸、太平洋东北部北美西海岸、澳大利亚南部沿岸以及南美洲的智利和南非的西南部沿岸。这些研究对推动全球波浪能的开发和利用起到巨大作用随着海洋探测技术的发展和大规模海洋调查的开展，特别是海浪数值模式的进步，越来越多的海洋浮标资料、卫星反演资料和数值模式的后报资料以及模式后报资料与观测资料相结合的再分析资料被普遍应用到波浪能资源的评估中。

2.2 波浪特征对波浪能的影响。波浪的周期和波向等因素对波浪能的开发和利用也有重要影响，如在建造后弯管漂浮式波力电站(一种空气式波力发电装置)中，浮体纵轴与主波向一致时发电装置可在安全条件下运行较长时间。对于岸式振荡水柱发电装置，当入射波频率(周期)与固有频率(周期)相近时，系统将产生共振而吸收大部分的波浪能，大大提高波浪能的采集和转换效率。此外，波浪能的季节变化、稳定性等特征都会对波浪能的采集和转换有较大影响。众所周知，大洋中的波浪由风浪和涌浪组成，涌浪不同于风浪，涌浪源自辽阔海域持续时日的风能，不受局部天气的影响，不易骤起骤止，相对易于预测。涌浪不仅蕴藏巨大的能量而且海洋环境比恶劣的风浪环境有较大改善，利于发电设备的正常工作和维护。因此，近年来国际上对波浪能中涌浪发电的研究和开发十分重视。

3 外国波浪能的应用

3.1 波力发电应用现状。1964 年，日本研制成功只有 60 发电能力的航标灯，开创了人类利用海浪发电的新纪元。20 世纪 70 年代，英国爱丁堡大学的工程师索尔特发明了"爱丁堡鸭"海浪发电装置；80 年代英国、日本、美国、加拿大、芬兰、丹麦、法国等相继建20 个左右波浪能转换装置或电站，并相继提出了数百种发电装置设计方案，其中尤以英、日、挪威等国的研究最为踊跃，技术也较为成熟。但是，由于转换效率及成本维护等问题，波浪发电的利用-直没有大规模推广，直到今天，波浪能的利用仍然落后于风能和潮沙能。目前，波浪能利用技术历经了装置发明、实验室试验研究、实海况应用示范等几个阶段，其设计和建造中的问题已陆续得到解决，已具备应用条件。国内波浪发电虽然起步较晚，但发展势头良好。微型波力发电技术和岸式波力发电技术已进入世界先进行列[剧。但是，从全球波浪能资源的分布来看，中国近海的波浪能资源实属较匮乏的海域，发电成本较高。我国海域有居民的海岛能源十分紧张，这些海岛大多远离大陆难以进行输电，且海岛植被脆弱，元法解决薪材问题，居民生活和生产受到严重限制。海洋能开发利用是解决海岛电力供应的有效途径，也是海岛开发的重要前提。然而目前国内的波力发电项目主要建立在沿岸部分，真正需要并且经济效益和社会效益也高的边远海岛、钻井平台和深海采矿等常规能源难以供应的场所，波力发电项目却没有开发。

3.2 波力发电的军事应用。近年来，美国军方也曾多次发布声明要抛弃对原油的信赖性。在一份美国五角大楼的报告中指出，美国国防部有必要应用新的能源开发技术应对紧张的能源供应，同时更有效地减少各种军事操作的能源消耗。美军各军种正在注意能源工作和能量来源，并把它们看作是国家防御和安全问题。截至到 2005 年，国防部设备的能量使用有9% 是可再生资源。美海军除了继续开发利用核能以外，还大力开发利用海洋能，尤其是海洋波浪能。

4 开发南海波浪能的军事需求

众所周知，南海对我国有着重要的政治、经济和军事意义。这些岛屿依靠大陆供应能源，供应线太长，且补给船等易受风浪等影响，南海群岛有较丰富的太阳能和风能，当地政府也计划在永兴岛发展 -5 MW 以可再生能源为核心的发电系统。但需要指出的是这些能源受气象条件影响较大，不稳定，特别是太阳能和风能的采集装置，需占用大量宝贵的海岛陆地面积，在军事上目标过大，隐蔽性能差，战时易受到打击。而波力发电易于预测，占用较少的、甚至不占用陆地面积，隐蔽性好，更具有军事利用的价值和潜力。波浪能海水淡化技术现已逐渐成熟，对于西沙等波浪能丰富但淡水短缺的海岛也有着重要的意义，可彻底解决驻岛官兵的用水问题。

[1] 任建莉海洋波能发电的现状与前景[J].浙江工业大学学报， 20,34(1),69 -73

[2] 李成魁，廖立俊，王宇鑫世界海洋波浪能发电技术研究进展[J].装备机械， 2010 ,2 ,68 - 73

[3] 朱念波浪发电的转换机理及开发前景 [J].新能源， 199618(3) 33 36

赵克平，男，汉族，山西朔州人，学生(本科)，单位：中北大学(朔州校区)能源与动力工程 研究方向：能源发电方向。杨宇田，男，汉族，山西太原人，学生(本科)，单位：中北大学(朔州校区)能源与动力工程专业，研究方向 ：能源发电方向。

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1672-5832(2016)03-0281-01