新能源发电技术
制作人：朱永强, 许郁, 丁泽俊
华北电力大学
海洋能发电
有测试表明，巨大的海浪可把13吨重的整块巨石抛到20米高处，能把1.7万吨的大船推上海岸。
1984年，西班牙的巴布里附近，一块重达1700 吨的巨石被海浪掀翻过来。
海洋的威力是巨大的，如果其中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也许再也不必为能源问题担忧了。
新能源与分布式发电
海洋能发电
§5.3 波浪发电
§5.3.1 波浪的成因和类型
波浪的能量来自于风和海面的相互作用，是风的一部分能量传给了海水，变成波浪的动能和势能。
风传递给海水的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程，表现为不同速度、不同“大小”的波浪。
海浪的波高从几毫米到几十米，
波长从几毫米到数千公里，
周期从零点几秒到几小时以上。
小知识：波长越长，波浪运动速度越快。
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海洋能发电
海浪的类型
（按形成和发展的过程）
风浪，指的是在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。
由于海浪会向远处传播，往往由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。
风浪可从其形成区域传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为涌浪。
涌浪包括传到无风海区的风浪和海风停息或风速、风向突变后的存留下来的风浪余波。
外海的风浪或涌浪传到海岸附近，受水深和地形作用会改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。新能源与分布式发电
海洋能发电
海浪的等级
（根据波高大小）
通常将风浪分为10 个等级，将涌浪分为5 个等级：0 级无浪、无涌，海面水平如镜；
5级大浪、6 级巨浪，对应4 级大涌，波高2～6 米；
7 级狂浪、8 级狂涛、9 级怒涛，对应5 级巨涌，波高6.1 米到10 多米。
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海浪的运动
水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；
水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭圆运动，如图5.6
所示。
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§5.3.2 波浪能资源的分布和特点
波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。
形成波浪的原动力主要来自于风对海水的压力以及其与海面的摩擦力，波浪能是海洋吸收了风能而形成的，其根本来源是太阳能（风能也来自于太阳能）。
波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽度等多种因素有关。因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定的一种。
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§5.3.2.1 全球波浪能资源
根据联合国教科文组织1981 年出版物的估计数字，全世界的波浪能的理论蕴藏量为30 亿千瓦。估计技术上允许利用的波浪能约占1/3，即10 亿千瓦。
另据国际能源理事会（IEA）估计，全世界可供开发利用的的波浪能资源为20亿千瓦，对应于年可利用能源17.5 万亿度电，几乎相当于全世界每年的用电量。
欧洲和美国的西部海岸、新西兰和日本的海岸均为利用波浪能有利地区。
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§5.3.2.2 我国波浪能资源
我国海岸线长，海域辽阔。根据海洋观测资料统计，我国沿海海域年平均波高在2~3m，波浪周期平均6~9 秒，波浪功率可达17~39 kW/m，渤海湾更高达42 kW/m。
据《中国新能源与可再生能源1999 白皮书》统计结果，进入岸边的波浪能理论平均功率为1285 万千瓦。
90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。
新能源与分布式发电
海洋能发电
新能源与分布式发电
海洋能发电
§5.3.2.3 波浪能的优点
在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：
1）以机械能形式存在，在各种海洋能中品位最高；
2）在海洋能中能流密度最大，在太平洋、大西洋东海岸纬度40～60°区域，波浪能可达到30～70 kW/m，某些地方达到100 kW/m；
3）海浪无处不在，波浪能在海洋中分布最广。
4）波浪能可通过较小的装置实现其利用；
5）波浪能可提供可观的廉价能量。
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§5.3.3 波浪发电装置的基本构成
波浪发电是波浪能利用的主要方式。
波浪发电，一般是通过波浪能转换装置，先把波浪能转换为机械能，再最终转换成电能。波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动……
目前国际上应用的各种波浪能发电装置都要经过多级转换。新能源与分布式发电
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§5.3.3 波浪发电装置的基本构成
波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换：
1）波浪能采集系统(即受波体)，捕获波浪的能量；
2）机械能转换系统(中间转换装置)，把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能（一般是某种工质如空气或水的压力能，或者水的重力势能）；
3）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。
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§5.3.4 波浪能的转换方式
波浪发电装置的种类很多……
但波浪能的转换方式，大体上可分为四类：
1）机械传统式
2）空气涡轮式
3）液压式
4）蓄能水库式
新能源与分布式发电
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§5.3.4 波浪能的转换方式
（1）机械传动式
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海洋能发电
（2
）空气涡轮式
这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。
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（3）液压式
波浪运动使海面浮体升沉或水平移动，从而产生工作流体的动压力和静压力，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压能或产生高压液体流，经油压系统输送，再驱动发电机发电。
这类装置结构复杂，成本也较高。但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机构能获得很高的压强，转换效率也明显高。
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海洋能发电
（4）蓄能水库式
蓄能水库式，其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电，类似潮汐发电。
这类装置结构相对简单，主要是一些水工建筑，然后是传统的水轮机房。而且由于有水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今最成功的波浪能发电装置之一。但一般获得的水位不高，因此效率也不高，而且对地形条件依赖性强，应用受到局限。
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§5.3.5 波浪能装置的安装模式
根据系留状态，波浪能转换装置可分为两大类：
（1）固定式
（2）漂浮式。
第一代装置，是最初在岸边发展的早期装置，
第二代装置，是后来近岸或海床锚碇式的，
第三代装置，创新的离岸波浪能转换装置。
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§5.3.5 波浪能装置的安装模式
各种波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。
根据主梁与波浪运动方向的几何关系，波浪能转换装置可分为三种不同的模式：
（1）终结型模式……
（2）减缓型模式……
（3）点吸收模式……
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§5.3.6 典型的波浪能发电装置
（1）振荡水柱式（OWC）
发展最早、研究最多也是目前最成熟的波浪能利用装置。新能源与分布式发电
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水注上升和下降时，经过气轮机的气流方向是相反的，气轮机的旋转方向如果来回变化，发电也时正时负……
Wells 涡轮机
1976 年，英国的威尔斯（Wells）发明了能在正反向交变气流作用下始终单向旋转做功的气轮机。
这是一种具有对称翼型叶片的气轮机。叶片截面与传统汽轮机叶片或螺旋桨叶片不同，而是呈对称形状。
当波浪起伏往返运动而使气室中的气流来回流动时，这种对称翼叶片可在相反方向气流作用下仍然保持旋转方向不变，从而特别适合于方向反复变化的气流运动。
具有这种叶片的气轮机已被广泛采用。
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（3）点头鸭式（Duck）
1983 年爱丁堡大学Stephen Salter 教授在英国波浪能研究计划资助下开发出Salter’s Duck。
鸭子的“胸脯”对着海浪传
播的方向，随着海浪的
波动，像不倒翁一样不
停地摆动。
摇摆机构带动内部的凸轮/
铰链机构，改变工作液
体的压力，从而带动工
作泵，推动发电机发电。
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（4）海蛇式（Pelamis）
图5.17 为苏格兰Ocean Power Delivery 公司开发的Pelamis（又名海蛇号）波浪发电装置。
由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。当波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，其内部的液压圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。新能源与分布式发电
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（5）摆式（Pendulum
）
日本室兰工业大学于1983 年在北海道室兰附近的内浦湾建造了一座推摆式波浪能电站，其工作原理如图5.18 所示。新能源与分布式发电
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（6）收缩坡道式（TAPCHAN）
TAPeredCHANnel意思是收缩坡道，有的文献称为楔形流道，即逐渐变窄的楔形导槽。
在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。
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收缩坡道式（TAPCHAN）的特点
（1）利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，可以提高能量密度；
（2）整个过程不依赖于第二介质，波能的转换也没有活动部件，可靠性好，维护费用低且出力稳定；
（3）由于有了水库，就具有能量储存的能力，这是其他波浪能转换装置所不具备的。
（4）不足之处，建造这种电站对地形要求严格，不易推广。新能源与分布式发电
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（7）阿基米德海浪发电装置（Archimedes Waveswing）利用海浪的起伏所产生的不同压力来发电。
由于水压的大小跟水深正比，海浪升高，水压增大，而当海浪降低时，水压又会减小。
其上半部分在海浪经过时被迫向下移动，而后又重新回到原有位置。这一过程会压缩中空结构内部空气，被压缩的空气将穿过装置内部的发电机。
在设计上，这些漂浮物至少要潜入水下6米。
AWS公司于2009年在苏格兰海域投放5个浮标用于测试，若效果理想，将在英国范围内大量普及。
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海洋能发电
波浪能转换发电系统的主要构造
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§5.3.7 代表性波浪能发电项目海洋能发电
（1）英国75kW 和500kW 的LIMPET
岸式海洋动力能源转换器LIMPET，有的文献称为“设计者引渠”式振荡水柱装置，实际上是一种振荡水柱型（OWC）波浪能装置，如图5.25所示。
北爱尔兰女王大学1991年在苏格兰爱雷岛上建成75kW。Wells涡轮机的发明人创立的WaveGen公司与英国女王大学合作，2000年又在同一岛屿上建成一座500 千瓦的LIMPET，这是目前世界上最成功的海浪发电装置。新能源与分布式发电
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（2）挪威350kW 的TAPCHAN
1986 年，挪威波能公司(Norwave)在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容量为350kW 波浪能电站。
特色：开口约60 m的喇叭形聚波器和长约30m的楔形导槽。电站从1986年建成后，一直正常运行到1991年，年平均输出功率约为75kW，是比较成功的一座波浪电站
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海洋能发电
（3）英国750kW 的海蛇（Pelamis）
“海蛇”由英国海洋动力传递公司(OPD)设计。漂浮式，由若
干圆柱形钢壳结构单元铰接而成。
第一个“海蛇”波能装置2002年3月完成。
承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪发电项目，
每条“海蛇”的装机容量为750 kW。
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（4）日本“海明”号
“海明”号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。
研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，长80米，宽12米，总重500吨，带有13个振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。
这艘发电船通常停泊在离岸3000米的海上，水深为42
米。新能源与分布式发电
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（5）日本“巨鲸”号（Mighty Whale）
“巨鲸”是日本海洋科学中心（JAMSTEC）于1990s初开始研建、继“海明”之后的
又一大型波浪能研究计划。
当入射波浪较小时，由于稳定性好，装置具有固定式系统的特性；当入射波较大时，则是一个漂浮式吸能系统。
一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计划。装置宽30 m，长50 m，安装1台10 kW、2台50 kW和2台30 kW的发电机组，1998年完成制造，投放于三重县外海。新能源与分布式发电
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（6）欧共体2MW 的OSPREY
OSPREY（Ocean Swell Powered Renewable EnergY）意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪能和风能
两用的近岸装置。
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（7）中国大万山岛3kW 和20kW 岸基OWC
1989 年，中国科学院广州能源研究所，在位于南海的珠海市大万山岛，建成中国第一座波浪能试验电站。
这座3 千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。
1989、1990及1991年对其三次海上运行试验表明，具有很好的实海况运行能力和良好的能量转换性能。
在该电站原有基础上，1996 年完成20 千瓦电站的建造。新能源与分布式发电
海洋能发电
（8）中国广东汕尾100kW 岸基OWC
2001 年建成的100 kW 岸式波力电站（如图5.32 所示）位于广东省汕尾市遮浪镇，是一座与电网并网运行的岸式振荡
水柱型波浪能电站。
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（8）中国广东汕尾100kW 岸基OWC
电站主体能抵抗50年一遇台风，设计工作寿命为15年。平均发电功率5~40 kW，最大发电功率可达到100 kW。
这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等各方面均有较大程度的提高，推进了波能装置的实用化进程，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。
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§5.3.8 波浪发电的发展
1799年，一对法国父子申请了世界第一个关于波浪能发电装置的专利。
20 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重视。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现，仅英国从1856 年至1973 年就有350 项相关专利。
1964年，日本海军士官益田善雄研制成世界上第一个海浪发电装置——航标灯。
1970s末，日本、美、英等国合作研制了“海明”号发电船，还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。新能源与分布式发电
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中国也是波浪能研发的主要国家之一。自1970s开始，1980s以来获得较快发展，在世界上有一定影响。
1989年，中国第一座波浪电站建成并试发电成功。1996年改建为20千瓦，总效率50%～20%，高于国外同类电站。2000年，广东汕尾市遮浪岛的100千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。
在2000年以前，就已有60W至450W的多种型号产品并多次改进，目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。
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海洋能发电
朱永强，
华北电力大学
电气与电子工程学院
本课程的配套教材：
《新能源与分布式发电技术》，朱永强主编，北京大学出版社，21世纪创新型人才培养规划教材
《可再生新能源发电技术》，尹忠东，朱永强主编，中国水利水电出版社
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制作人：朱永强, 许郁, 丁泽俊
华北电力大学
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有测试表明，巨大的海浪可把13吨重的整块巨石抛到20米高处，能把1.7万吨的大船推上海岸。
1984年，西班牙的巴布里附近，一块重达1700 吨的巨石被海浪掀翻过来。
海洋的威力是巨大的，如果其中蕴藏的丰富能源能够为人类所用，那人类也许再也不必为能源问题担忧了。
新能源与分布式发电
海洋能发电
§5.3 波浪发电
§5.3.1 波浪的成因和类型
波浪的能量来自于风和海面的相互作用，是风的一部分能量传给了海水，变成波浪的动能和势能。
风传递给海水的能量取决于风速、风与海水作用时间及作用路程，表现为不同速度、不同“大小”的波浪。
海浪的波高从几毫米到几十米，
波长从几毫米到数千公里，
周期从零点几秒到几小时以上。
小知识：波长越长，波浪运动速度越快。
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海洋能发电
海浪的类型
（按形成和发展的过程）
风浪，指的是在风的直接吹拂作用下产生的水面波动。
由于海浪会向远处传播，往往由风引起的波浪在靠近其形成的区域才被称为风浪。
风浪可从其形成区域传播开去，出现在距离很远的海面。这种不在有风海域的波浪称为涌浪。
涌浪包括传到无风海区的风浪和海风停息或风速、风向突变后的存留下来的风浪余波。
外海的风浪或涌浪传到海岸附近，受水深和地形作用会改变波动性质，出现折射、波面破碎和倒卷，这就是近岸浪。新能源与分布式发电
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海浪的等级
（根据波高大小）
通常将风浪分为10 个等级，将涌浪分为5 个等级：0 级无浪、无涌，海面水平如镜；
5级大浪、6 级巨浪，对应4 级大涌，波高2～6 米；
7 级狂浪、8 级狂涛、9 级怒涛，对应5 级巨涌，波高6.1 米到10 多米。
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海浪的运动
水面上的大小波浪交替，有规律地顺风滚动前进；
水面下的波浪随风力不同做直径不同、转速不同的圆周或椭圆运动，如图5.6
所示。
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§5.3.2 波浪能资源的分布和特点
波浪的前进，产生动能，波浪的起伏产生势能。
形成波浪的原动力主要来自于风对海水的压力以及其与海面的摩擦力，波浪能是海洋吸收了风能而形成的，其根本来源是太阳能（风能也来自于太阳能）。
波浪的能量与波浪的高度、波浪的运动周期以及迎波面的宽度等多种因素有关。因此，波浪能是各种海洋能源中能量最不稳定的一种。
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§5.3.2.1 全球波浪能资源
根据联合国教科文组织1981 年出版物的估计数字，全世界的波浪能的理论蕴藏量为30 亿千瓦。估计技术上允许利用的波浪能约占1/3，即10 亿千瓦。
另据国际能源理事会（IEA）估计，全世界可供开发利用的的波浪能资源为20亿千瓦，对应于年可利用能源17.5 万亿度电，几乎相当于全世界每年的用电量。
欧洲和美国的西部海岸、新西兰和日本的海岸均为利用波浪能有利地区。
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§5.3.2.2 我国波浪能资源
我国海岸线长，海域辽阔。根据海洋观测资料统计，我国沿海海域年平均波高在2~3m，波浪周期平均6~9 秒，波浪功率可达17~39 kW/m，渤海湾更高达42 kW/m。
据《中国新能源与可再生能源1999 白皮书》统计结果，进入岸边的波浪能理论平均功率为1285 万千瓦。
90%以上分布在经济发达而常规能源缺乏的东南沿海，主要是浙江、福建和广东沿海，以及台湾省沿岸。
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§5.3.2.3 波浪能的优点
在海洋能中，波浪能除可循环再生以外，还有以下优点：
1）以机械能形式存在，在各种海洋能中品位最高；
2）在海洋能中能流密度最大，在太平洋、大西洋东海岸纬度40～60°区域，波浪能可达到30～70 kW/m，某些地方达到100 kW/m；
3）海浪无处不在，波浪能在海洋中分布最广。
4）波浪能可通过较小的装置实现其利用；
5）波浪能可提供可观的廉价能量。
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§5.3.3 波浪发电装置的基本构成
波浪发电是波浪能利用的主要方式。
波浪发电，一般是通过波浪能转换装置，先把波浪能转换为机械能，再最终转换成电能。波浪上下起伏或左右摇摆，能够直接或间接带动水轮机或空气涡轮机转动……
目前国际上应用的各种波浪能发电装置都要经过多级转换。新能源与分布式发电
海洋能发电
§5.3.3 波浪发电装置的基本构成
波浪能利用的关键是波浪能转换装置，通常经三级转换：
1）波浪能采集系统(即受波体)，捕获波浪的能量；
2）机械能转换系统(中间转换装置)，把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能（一般是某种工质如空气或水的压力能，或者水的重力势能）；
3）发电系统，与常规发电装置类似，用空气涡轮机或水轮机等设备将机械能传递给发电机转换为电能。
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§5.3.4 波浪能的转换方式
波浪发电装置的种类很多……
但波浪能的转换方式，大体上可分为四类：
1）机械传统式
2）空气涡轮式
3）液压式
4）蓄能水库式
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§5.3.4 波浪能的转换方式
（1）机械传动式
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（2
）空气涡轮式
这种装置结构简单，而且以空气为工质，没有液压油泄露的问题。
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（3）液压式
波浪运动使海面浮体升沉或水平移动，从而产生工作流体的动压力和静压力，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压能或产生高压液体流，经油压系统输送，再驱动发电机发电。
这类装置结构复杂，成本也较高。但由于液体的不可压缩性，当与波浪相互作用时，液压机构能获得很高的压强，转换效率也明显高。
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（4）蓄能水库式
蓄能水库式，其实就是借助上涨的海水制造水位差，然后实现水轮机发电，类似潮汐发电。
这类装置结构相对简单，主要是一些水工建筑，然后是传统的水轮机房。而且由于有水库储能，可实现较稳定和便于调控的电能输出，是迄今最成功的波浪能发电装置之一。但一般获得的水位不高，因此效率也不高，而且对地形条件依赖性强，应用受到局限。
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§5.3.5 波浪能装置的安装模式
根据系留状态，波浪能转换装置可分为两大类：
（1）固定式
（2）漂浮式。
第一代装置，是最初在岸边发展的早期装置，
第二代装置，是后来近岸或海床锚碇式的，
第三代装置，创新的离岸波浪能转换装置。
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§5.3.5 波浪能装置的安装模式
各种波浪能转换装置，往往都需要一个主梁或主轴，即一种居中的、稳定的结构，系锚或固定在海床或海滩。
根据主梁与波浪运动方向的几何关系，波浪能转换装置可分为三种不同的模式：
（1）终结型模式……
（2）减缓型模式……
（3）点吸收模式……
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§5.3.6 典型的波浪能发电装置
（1）振荡水柱式（OWC）
发展最早、研究最多也是目前最成熟的波浪能利用装置。新能源与分布式发电
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水注上升和下降时，经过气轮机的气流方向是相反的，气轮机的旋转方向如果来回变化，发电也时正时负……
Wells 涡轮机
1976 年，英国的威尔斯（Wells）发明了能在正反向交变气流作用下始终单向旋转做功的气轮机。
这是一种具有对称翼型叶片的气轮机。叶片截面与传统汽轮机叶片或螺旋桨叶片不同，而是呈对称形状。
当波浪起伏往返运动而使气室中的气流来回流动时，这种对称翼叶片可在相反方向气流作用下仍然保持旋转方向不变，从而特别适合于方向反复变化的气流运动。
具有这种叶片的气轮机已被广泛采用。
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（3）点头鸭式（Duck）
1983 年爱丁堡大学Stephen Salter 教授在英国波浪能研究计划资助下开发出Salter’s Duck。
鸭子的“胸脯”对着海浪传
播的方向，随着海浪的
波动，像不倒翁一样不
停地摆动。
摇摆机构带动内部的凸轮/
铰链机构，改变工作液
体的压力，从而带动工
作泵，推动发电机发电。
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（4）海蛇式（Pelamis）
图5.17 为苏格兰Ocean Power Delivery 公司开发的Pelamis（又名海蛇号）波浪发电装置。
由一系列圆柱形钢壳结构单元铰接而成，外型类似火车。当波浪起浮带动整条装置时就会起动铰接点，其内部的液压圆筒的泵油会起动液压马达经过一个能量平滑系统。新能源与分布式发电
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（5）摆式（Pendulum
）
日本室兰工业大学于1983 年在北海道室兰附近的内浦湾建造了一座推摆式波浪能电站，其工作原理如图5.18 所示。新能源与分布式发电
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（6）收缩坡道式（TAPCHAN）
TAPeredCHANnel意思是收缩坡道，有的文献称为楔形流道，即逐渐变窄的楔形导槽。
在电站入口处设置喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入宽阔一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，转换成势能。水流从楔形流道上端流出，进入一个水库，然后经过水轮机返回大海。
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收缩坡道式（TAPCHAN）的特点
（1）利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，可以提高能量密度；
（2）整个过程不依赖于第二介质，波能的转换也没有活动部件，可靠性好，维护费用低且出力稳定；
（3）由于有了水库，就具有能量储存的能力，这是其他波浪能转换装置所不具备的。
（4）不足之处，建造这种电站对地形要求严格，不易推广。新能源与分布式发电
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（7）阿基米德海浪发电装置（Archimedes Waveswing）利用海浪的起伏所产生的不同压力来发电。
由于水压的大小跟水深正比，海浪升高，水压增大，而当海浪降低时，水压又会减小。
其上半部分在海浪经过时被迫向下移动，而后又重新回到原有位置。这一过程会压缩中空结构内部空气，被压缩的空气将穿过装置内部的发电机。
在设计上，这些漂浮物至少要潜入水下6米。
AWS公司于2009年在苏格兰海域投放5个浮标用于测试，若效果理想，将在英国范围内大量普及。
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波浪能转换发电系统的主要构造
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§5.3.7 代表性波浪能发电项目海洋能发电
（1）英国75kW 和500kW 的LIMPET
岸式海洋动力能源转换器LIMPET，有的文献称为“设计者引渠”式振荡水柱装置，实际上是一种振荡水柱型（OWC）波浪能装置，如图5.25所示。
北爱尔兰女王大学1991年在苏格兰爱雷岛上建成75kW。Wells涡轮机的发明人创立的WaveGen公司与英国女王大学合作，2000年又在同一岛屿上建成一座500 千瓦的LIMPET，这是目前世界上最成功的海浪发电装置。新能源与分布式发电
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（2）挪威350kW 的TAPCHAN
1986 年，挪威波能公司(Norwave)在挪威贝尔根附近一个小岛上，建造了一座装机容量为350kW 波浪能电站。
特色：开口约60 m的喇叭形聚波器和长约30m的楔形导槽。电站从1986年建成后，一直正常运行到1991年，年平均输出功率约为75kW，是比较成功的一座波浪电站
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（3）英国750kW 的海蛇（Pelamis）
“海蛇”由英国海洋动力传递公司(OPD)设计。漂浮式，由若
干圆柱形钢壳结构单元铰接而成。
第一个“海蛇”波能装置2002年3月完成。
承接建造了葡萄牙北部海岸“海蛇”波浪发电项目，
每条“海蛇”的装机容量为750 kW。
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（4）日本“海明”号
“海明”号波浪发电计划是由日本海洋科学技术中心牵头，美、英、挪威、瑞典、加拿大等国参加。
研究工作在一个由船舶改造的漂浮结构上进行，长80米，宽12米，总重500吨，带有13个振荡水柱气室，在船的内室里，安装了几台海浪发电装置。
这艘发电船通常停泊在离岸3000米的海上，水深为42
米。新能源与分布式发电
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（5）日本“巨鲸”号（Mighty Whale）
“巨鲸”是日本海洋科学中心（JAMSTEC）于1990s初开始研建、继“海明”之后的
又一大型波浪能研究计划。
当入射波浪较小时，由于稳定性好，装置具有固定式系统的特性；当入射波较大时，则是一个漂浮式吸能系统。
一个包括波浪发电、海上养殖和旅游业在内的综合利用计划。装置宽30 m，长50 m，安装1台10 kW、2台50 kW和2台30 kW的发电机组，1998年完成制造，投放于三重县外海。新能源与分布式发电
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（6）欧共体2MW 的OSPREY
OSPREY（Ocean Swell Powered Renewable EnergY）意思是海洋涌浪动力可再生能源，实际上是波浪能和风能
两用的近岸装置。
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（7）中国大万山岛3kW 和20kW 岸基OWC
1989 年，中国科学院广州能源研究所，在位于南海的珠海市大万山岛，建成中国第一座波浪能试验电站。
这座3 千瓦的岸式振荡水柱型波浪能电站，采用人造水道和Wells涡轮机。
1989、1990及1991年对其三次海上运行试验表明，具有很好的实海况运行能力和良好的能量转换性能。
在该电站原有基础上，1996 年完成20 千瓦电站的建造。新能源与分布式发电
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（8）中国广东汕尾100kW 岸基OWC
2001 年建成的100 kW 岸式波力电站（如图5.32 所示）位于广东省汕尾市遮浪镇，是一座与电网并网运行的岸式振荡
水柱型波浪能电站。
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（8）中国广东汕尾100kW 岸基OWC
电站主体能抵抗50年一遇台风，设计工作寿命为15年。平均发电功率5~40 kW，最大发电功率可达到100 kW。
这座电站的建设成功，使我国大型波能装置的设计、建造、保护等各方面均有较大程度的提高，推进了波能装置的实用化进程，使我国的波能转换研究基本达到国际同时期的先进水平。
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§5.3.8 波浪发电的发展
1799年，一对法国父子申请了世界第一个关于波浪能发电装置的专利。
20 世纪中叶以来，波浪能利用得到了越来越多的关注和重视。波浪能发电的设想在世界各地不断涌现，仅英国从1856 年至1973 年就有350 项相关专利。
1964年，日本海军士官益田善雄研制成世界上第一个海浪发电装置——航标灯。
1970s末，日本、美、英等国合作研制了“海明”号发电船，还有远离海岸的电力传输装置，并进行了海上试验。新能源与分布式发电
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中国也是波浪能研发的主要国家之一。自1970s开始，1980s以来获得较快发展，在世界上有一定影响。
1989年，中国第一座波浪电站建成并试发电成功。1996年改建为20千瓦，总效率50%～20%，高于国外同类电站。2000年，广东汕尾市遮浪岛的100千瓦岸式振荡水柱式电站建成发电。
在2000年以前，就已有60W至450W的多种型号产品并多次改进，目前至少已累计生产600多台在中国沿海使用，并出口到日本等国家。
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朱永强，
华北电力大学
电气与电子工程学院
本课程的配套教材：
《新能源与分布式发电技术》，朱永强主编，北京大学出版社，21世纪创新型人才培养规划教材
《可再生新能源发电技术》，尹忠东，朱永强主编，中国水利水电出版社
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