潮汐能、波浪能發(fā)電專利技術(shù)綜述

曠玉芬 師光飛 陳勝

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢 430070；2.武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北武漢 430070）

潮汐能、波浪能發(fā)電專利技術(shù)綜述

曠玉芬1師光飛2陳勝1

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢 430070；2.武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北武漢 430070）

通過分析國內(nèi)外專利申請量來研究潮汐能、波浪能發(fā)電領(lǐng)域各分支的技術(shù)發(fā)展路線，并就目前國內(nèi)潮汐能、波浪能發(fā)電領(lǐng)域存在的不足提出相應(yīng)的意見，以期促進(jìn)潮汐能、波浪能的開發(fā)利用。

波浪能；潮汐能；發(fā)電；專利技術(shù)

海洋占據(jù)了地球表面70%的面積，蘊(yùn)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(guān)注并加以開發(fā)利用，在先進(jìn)技術(shù)的支持下，對這兩項(xiàng)海洋能的開發(fā)利用已經(jīng)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(chǎn)生的一種周期性海水自然漲落現(xiàn)象，是人類最早認(rèn)識和利用的一種海洋能。潮汐能發(fā)電最早，技術(shù)最為成熟，其與水力發(fā)電的原理、組成基本相同，也是利用水的能量使水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電［1］。

波浪能發(fā)電是繼潮汐發(fā)電之后發(fā)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(fēng)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(fā)電的核心技術(shù)在于波浪能轉(zhuǎn)換裝置，目前研究開發(fā)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(chǎn)生的水面位置變化引起容器內(nèi)的空氣容積發(fā)生變化，壓縮容器內(nèi)的空氣，用壓縮空氣驅(qū)動葉輪，帶動發(fā)電裝置發(fā)電；二是機(jī)械型，利用波浪的運(yùn)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(zhì)，通過中間介質(zhì)推動轉(zhuǎn)換發(fā)電裝置發(fā)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(qū)動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。本文主要針對潮汐能、波浪能發(fā)電進(jìn)行專利技術(shù)綜述研究。

1 在華專利申請發(fā)展趨勢

潮汐能、波浪能發(fā)電已有50多年的歷史，自20世紀(jì)80年代以來逐漸獲得發(fā)展，并在2004年和2005年開始快速發(fā)展，隨后在2006-2007年發(fā)展逐漸放緩，2008-2014年潮汐能、波浪能發(fā)電發(fā)展勢頭良好，國內(nèi)潮汐能、波浪能發(fā)電領(lǐng)域的專利申請量節(jié)節(jié)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(fā)電主要技術(shù)發(fā)展路線

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

圖1 專利申請趨勢

圖2 潮汐能、波浪能發(fā)電的技術(shù)分支

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

圖3 潮汐能發(fā)電、波浪能發(fā)電兩大分支的發(fā)展趨勢

此外，從圖3中不難看出，雖然潮汐能發(fā)電和波浪能發(fā)電技術(shù)都在迅猛增長，但是在大多數(shù)時候關(guān)于波浪能發(fā)電的專利申請量比潮汐能發(fā)電的專利申請量多。這與波浪能占據(jù)海洋能量的比重有關(guān)，波浪能占據(jù)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(jìn)行發(fā)電的條件有關(guān)，一般潮差不小于3m才會產(chǎn)生發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，具有實(shí)際應(yīng)用價值。解決波浪能發(fā)電的核心技術(shù)在于波浪能轉(zhuǎn)換裝置，目前研究開發(fā)比較成熟的有3種類型：振蕩水柱型、機(jī)械型、水流型。接下來將對這3種波浪能發(fā)電進(jìn)行專利技術(shù)綜述研究。在3種類型的波浪能發(fā)電裝置中，機(jī)械型波浪能發(fā)電裝置一直占據(jù)著舉足輕重的地位，這與機(jī)械型波浪能發(fā)電裝置又包括筏式波能裝置、點(diǎn)吸收（浮子）式裝置和鴨式裝置等有關(guān)；其次是水流型，而振蕩水柱型發(fā)展相對較為緩慢（見圖4）。

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

圖4 波浪能發(fā)電各分支發(fā)展趨勢

圖5 潮汐能、波浪能發(fā)電技術(shù)功效圖

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

3 國內(nèi)潮汐能、波浪能發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展見解

我國海洋資源豐富，海岸線蘊(yùn)藏著豐富的潮汐能、波浪能資源，據(jù)估計(jì)，我國的潮汐能可達(dá)30億kW，波浪能可達(dá)700億kW。曾有科學(xué)家計(jì)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(fā)電量的2倍。如果將波浪的能量轉(zhuǎn)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(fā)和利用，究其原因，主要有以下2點(diǎn)：技術(shù)不成熟，經(jīng)濟(jì)效益差。潮汐能、波浪能發(fā)電是多學(xué)科的綜合，涵蓋了動力、結(jié)構(gòu)、材料等一系列學(xué)科，只要其中某一項(xiàng)技術(shù)達(dá)不到要求，都會使潮汐能、波浪能發(fā)電技術(shù)受到制約；也正是由于技術(shù)不成熟，才導(dǎo)致潮汐能、波浪能發(fā)電裝置較傳統(tǒng)的發(fā)電裝置所需要投入的成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。

［1］周善元.21世紀(jì)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(lǐng)域發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查（第二作者等同第一作者）。