波浪能資源研究現(xiàn)狀及波力發(fā)電利用前景分析

趙克平 楊宇田

(中北大學(朔州校區(qū)) 山西 朔州 036000)

波浪能資源研究現(xiàn)狀及波力發(fā)電利用前景分析

趙克平 楊宇田

(中北大學(朔州校區(qū)) 山西 朔州 036000)

波浪能是海洋能源中蘊藏最為豐富的一種清潔無污染的可再生新能源，波力發(fā)電是解決偏遠海島電力供應的有效途徑。對全球海域波浪能資源研究現(xiàn)狀進行了綜述，分析了我國南海對波浪能資源開發(fā)的軍事需求。結果指出波浪能的開發(fā)和利用對我國西沙群島和南沙群島建設有重要的現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義。

波浪能;波力發(fā)電;軍事利用

在國際原油價格持續(xù)飄漲及能源被逐漸消耗的今天，世界各國紛紛開始從事各項替代性能源的評估與開發(fā)，期待能夠解決能源短缺問題并減緩對地球的污染。海洋能源通常指海洋中所蘊藏的、清潔的、可再生自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、溫差能及鹽差能，更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質能等。

1 波浪能資源概況

廣闊的海洋吸收太陽輻射后所產(chǎn)生的熱能，通過風將其傳遞給海洋表面形成波浪能(波浪所具有的動能和勢能) ，其具有無污染、分布廣、可再生、密度大、儲量大等優(yōu)點，由于開發(fā)過程中對環(huán)境影響最小且以機械能的形式存在，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、政府投資項目最多和最被重視的一種能源。據(jù)估計，全世界波浪能的理論儲量約為 109 kW/m級，是現(xiàn)在世界發(fā)電量的數(shù)百倍，有著廣闊的商用前景。波浪能豐富的歐洲北海地區(qū)，年平均波浪功率為 20 -40 kW/m 。我國有廣闊的海洋資源，波浪能的理論存儲量約為 7000 kW，中國海岸大部分的年平均波浪功率為2-7 kW/m ，在能流密度高的地方，每1m海岸線外波浪的能流就足以為20 個家庭提供照明。

2 波浪能資源研究現(xiàn)狀

2.1 波浪能資源評估。波浪能的有效利用首先需要對波力資源的特點和分布進行分析和評估。阜在 20 世紀 70 年代后期，歐洲人就利用有限的大洋船舶報資料和浮標資料，計算和評估了全球海洋沿岸波浪能資源的分布。指出全球波浪能的富集區(qū)主要集中在大西洋東北部、蘇格蘭和愛爾蘭西部沿岸、太平洋東北部北美西海岸、澳大利亞南部沿岸以及南美洲的智利和南非的西南部沿岸。這些研究對推動全球波浪能的開發(fā)和利用起到巨大作用隨著海洋探測技術的發(fā)展和大規(guī)模海洋調查的開展，特別是海浪數(shù)值模式的進步，越來越多的海洋浮標資料、衛(wèi)星反演資料和數(shù)值模式的后報資料以及模式后報資料與觀測資料相結合的再分析資料被普遍應用到波浪能資源的評估中。

2.2 波浪特征對波浪能的影響。波浪的周期和波向等因素對波浪能的開發(fā)和利用也有重要影響，如在建造后彎管漂浮式波力電站(一種空氣式波力發(fā)電裝置)中，浮體縱軸與主波向一致時發(fā)電裝置可在安全條件下運行較長時間。對于岸式振蕩水柱發(fā)電裝置，當入射波頻率(周期)與固有頻率(周期)相近時，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振而吸收大部分的波浪能，大大提高波浪能的采集和轉換效率。此外，波浪能的季節(jié)變化、穩(wěn)定性等特征都會對波浪能的采集和轉換有較大影響。眾所周知，大洋中的波浪由風浪和涌浪組成，涌浪不同于風浪，涌浪源自遼闊海域持續(xù)時日的風能，不受局部天氣的影響，不易驟起驟止，相對易于預測。涌浪不僅蘊藏巨大的能量而且海洋環(huán)境比惡劣的風浪環(huán)境有較大改善，利于發(fā)電設備的正常工作和維護。因此，近年來國際上對波浪能中涌浪發(fā)電的研究和開發(fā)十分重視。

3 外國波浪能的應用

3.1 波力發(fā)電應用現(xiàn)狀。1964 年，日本研制成功只有 60 發(fā)電能力的航標燈，開創(chuàng)了人類利用海浪發(fā)電的新紀元。20 世紀 70 年代，英國愛丁堡大學的工程師索爾特發(fā)明了"愛丁堡鴨"海浪發(fā)電裝置；80 年代英國、日本、美國、加拿大、芬蘭、丹麥、法國等相繼建20 個左右波浪能轉換裝置或電站，并相繼提出了數(shù)百種發(fā)電裝置設計方案，其中尤以英、日、挪威等國的研究最為踴躍，技術也較為成熟。但是，由于轉換效率及成本維護等問題，波浪發(fā)電的利用-直沒有大規(guī)模推廣，直到今天，波浪能的利用仍然落后于風能和潮沙能。目前，波浪能利用技術歷經(jīng)了裝置發(fā)明、實驗室試驗研究、實海況應用示范等幾個階段，其設計和建造中的問題已陸續(xù)得到解決，已具備應用條件。國內波浪發(fā)電雖然起步較晚，但發(fā)展勢頭良好。微型波力發(fā)電技術和岸式波力發(fā)電技術已進入世界先進行列[劇。但是，從全球波浪能資源的分布來看，中國近海的波浪能資源實屬較匱乏的海域，發(fā)電成本較高。我國海域有居民的海島能源十分緊張，這些海島大多遠離大陸難以進行輸電，且海島植被脆弱，元法解決薪材問題，居民生活和生產(chǎn)受到嚴重限制。海洋能開發(fā)利用是解決海島電力供應的有效途徑，也是海島開發(fā)的重要前提。然而目前國內的波力發(fā)電項目主要建立在沿岸部分，真正需要并且經(jīng)濟效益和社會效益也高的邊遠海島、鉆井平臺和深海采礦等常規(guī)能源難以供應的場所，波力發(fā)電項目卻沒有開發(fā)。

3.2 波力發(fā)電的軍事應用。近年來，美國軍方也曾多次發(fā)布聲明要拋棄對原油的信賴性。在一份美國五角大樓的報告中指出，美國國防部有必要應用新的能源開發(fā)技術應對緊張的能源供應，同時更有效地減少各種軍事操作的能源消耗。美軍各軍種正在注意能源工作和能量來源，并把它們看作是國家防御和安全問題。截至到 2005 年，國防部設備的能量使用有9% 是可再生資源。美海軍除了繼續(xù)開發(fā)利用核能以外，還大力開發(fā)利用海洋能，尤其是海洋波浪能。

4 開發(fā)南海波浪能的軍事需求

眾所周知，南海對我國有著重要的政治、經(jīng)濟和軍事意義。這些島嶼依靠大陸供應能源，供應線太長，且補給船等易受風浪等影響，南海群島有較豐富的太陽能和風能，當?shù)卣灿媱澰谟琅d島發(fā)展 -5 MW 以可再生能源為核心的發(fā)電系統(tǒng)。但需要指出的是這些能源受氣象條件影響較大，不穩(wěn)定，特別是太陽能和風能的采集裝置，需占用大量寶貴的海島陸地面積，在軍事上目標過大，隱蔽性能差，戰(zhàn)時易受到打擊。而波力發(fā)電易于預測，占用較少的、甚至不占用陸地面積，隱蔽性好，更具有軍事利用的價值和潛力。波浪能海水淡化技術現(xiàn)已逐漸成熟，對于西沙等波浪能豐富但淡水短缺的海島也有著重要的意義，可徹底解決駐島官兵的用水問題。

[1] 任建莉海洋波能發(fā)電的現(xiàn)狀與前景[J].浙江工業(yè)大學學報， 20,34(1),69 -73

[2] 李成魁，廖立俊，王宇鑫世界海洋波浪能發(fā)電技術研究進展[J].裝備機械， 2010 ,2 ,68 - 73

[3] 朱念波浪發(fā)電的轉換機理及開發(fā)前景 [J].新能源， 199618(3) 33 36

趙克平，男，漢族，山西朔州人，學生(本科)，單位：中北大學(朔州校區(qū))能源與動力工程 研究方向：能源發(fā)電方向。楊宇田，男，漢族，山西太原人，學生(本科)，單位：中北大學(朔州校區(qū))能源與動力工程專業(yè)，研究方向 ：能源發(fā)電方向。

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1672-5832(2016)03-0281-01