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海洋波浪能的研究及应用

秦辉
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波浪能是一种非常清洁的可再生能源，世界各国的研究人员均已高度重视这一项清洁再生能源，并且也已经取得一些研究成果。要研究波浪能首先需要研究的就是波浪的运动关系与波浪力的组成，目前对海浪研究多采用力学方法与统计学方法的结合。本文从波能的定义、发电原理出发，简单的介绍了常用的波浪能源发电装置，通过对国内外关于波浪能发电研究现状与存在问题进行了分析与研究。

清洁再生能源；波浪能；发电原理；波浪能的应用

一、引言

随着世界经济的不断发展、社会不断进步、人口不断增长，导致了世界各国对能源需求量的大大增加，石油能源与煤矿能源是目前世界上最主导的能量资源，但是石油、煤矿资源已经日益短缺，人们也已经意识到了寻找新型能源的重要性。通过科学家的不断研究与发现，地球上的水资源占据了大约70%,地球是一个水资源非常丰富的星球，其中肯定包括了很多宝贵的资源，海洋中蕴含着丰富的能源，如：石油、天然气、水产资源，可再生能源等，可再生资源在今后的能源发展中将会占据不容小觑的地方，海洋中的可再生能源主要包括海洋风能、潮汐能、波浪能、海流能、温差能等。本文主要对波浪能的开发与利用进行了分析与探究。波浪能是一种可再生的清洁能源，波浪能的开发不会对环境造成很大的影响，并且能源形势是以机械能的形式存在的。根据科学家的据调查分析，波浪能的存储量很大，全世界大约存储了将近10KW量级的能量，相比于世界发电量要高出将近数百倍，全世界波浪能的理论值大约为10KW量级，是现在世界发电量的数百倍，同时海洋波浪能也存在着非常广阔的开发利用价值，因此波浪能源也成为了各国海洋能源研究发开的重点。波浪能的开发与利用是一个较为复杂的过程，其中包含了多种的学科知识已经综合理论知识，包括了机械设计和制造，以及空气动力学、流体力学、物理学、数学模型、计算机模拟、海洋科学等各领域的学科知识。

二、波浪能的概述及特点

海洋波浪因为某种因素而具有的动势能被称之为波浪能。其能量的大小与波浪高度H的平方、波浪运动周期T和迎波面的宽度L之间成正比例关系。在目前的科技水平下波浪能仍然是一种不易控制的不稳定能源，但是海洋中的分布着大面积的波浪能。海洋波浪吸收了风的动能后就产生了波浪能，波浪能会随着海洋与风产生摩擦与湍懂而慢慢在消散。海洋表面的波浪因风而产生了动能与势能，势能的产生是由于波浪发生上下浮动从而与海平面产生了相对高度差，动能的产生是由风的动能带动波浪水质发生运动从而使得波浪具有了动能。在太平洋周围的某些区域，波浪能的功率密度可达到60千瓦每米左右，一些地方甚至能可以达到100千瓦每米以上，据调查显示，中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为6.5千瓦每米左右。

波浪能相对于其他海洋能具有着以下的几项优点：1.波浪能是一种具有较高品质的能力，其能量的变现形势为机械能，方便将其进行提取与转化；2.波浪能的能流密度很大；3.波浪能在海洋中分布广泛；4.能量提取与转换步骤简单，提取装换所需要的设施便于修建与维修，有些设施建筑或设备可在已经修建的基础设上的进行再次安装利用，方便快捷且减少建造费用。

三、波浪运动与波浪力的分析

波浪能是由风能进一步转化而成的，其质上是吸收了风能而形成的，风速的大小与其之间的相互作用距离大小将直接影响到波浪能的能量传递速率有着。波浪能属于一种不稳定的能源，天气的不定性因素与风向的不确定因素早就了海洋波浪能的不确定性质。计算波浪能是一件不容易的事情，首先需要进行漂浮体测试，通过漂浮体的运动来研究波浪推动漂浮体时产生的波浪力，再通过波浪力进一步计算出波浪能，目前这方面的计算方法包括切片压力积分法、理论法、及能量动量守恒法，这些都是通过数值计算的方法进行的，但是计算工作量较大。弗汝德一克雷洛夫假定法常作为波浪能计算解析的常用方式，其假定方法就是入射波动场原来的波压强分布不因潜体的存在而改变。期初我们需要测试出那些没有被干扰的波浪对浮体造成的作用力，然后经过对附体运动所受的附加质量效应进行不断添加与修正，最后通过多次地反复试验才能确定绕射系数的最终结果。

四、波能的应用与开发

波浪能发电方式是运用波能的运动来带动电动机发电，能量转化形式是由机械能转化电能。通常波浪能要经过三次转换：第一次是波浪吸收风动能；第二次是吸收风能后自身将风的动能转化为波浪的动能与势能，从而产生了波浪能；第三次就是运用发电设施将自身的波浪能再次转化为动能与势能，从而带动发电机发电产生电能。波浪能转换电能设施一般分为两部分：波浪能采集系统设施、波浪能转换处理系统设施。现如今世界上已经拥有超过一千五百项的波浪能转换专利。波浪能的利用开发具有非常重大的开发价值与能源发展前景，海浪发电装置不仅能够为海上岛屿、海水养殖、浮标、探照灯塔、石油平台等海上设备设施供电，还可以为城市供电。开发利用波浪的主要目的是降低发电成本、提高发电的稳定性，在未来科技的不断发展中，还需要能够发展出独立稳定的波能发电系统，这样就可以让用户方便快捷的利用波能发电。波浪能是一种稳定差、分布广、污染小、再生性高、储量大、利用难的能源。目前波浪能的利用地点大都局限在海岸附近，受到海洋灾害性气候的侵袭几率较高，较为不安全，并且波浪能现如今的开发难度大、建设耗资高、设施规模小，社会效益较好但是经济效益却一般，资源的投资与回收期相对较长，这些是严重的阻碍了波浪能的经济市场与能源科技发展，随着人民对海洋波浪能的不断认识与了解，波浪能科学的理论和实践方面也在不断的向前发展，波浪能开发利用是具有巨大意义与价值的。

五、结束语

随着我国的综合国力不断上升，但是目前我国在波浪能的利用与开发技术上仍有很多东西没有掌握，波浪的发展利用并没有应用到我国的实际生活中去，其科技术的普及程度也不高，由此看来我国在波浪能发电技术上还有很长的一段路要走。近几年中，我国在波浪能转换研究方面取得也较大的科学水平突破，但是相比其他发达国家来说还存在着诸多不足，需要继续加强研究与发展。世界能源正在面临枯竭，我们必须要研发出新型清洁能源来填补能源枯竭这一难题，波浪能源的研究与利用则是一项有价值且有前景的新型能源。

[1]于丽波.我国加紧海洋能研究与开发利用[N].证券时报,2008.

[2]任建莉,钟英杰,张雪梅等.海洋波能发电的现状与前景[J].浙江工业大学学报,2006,34.