全球发展态势
世界上波浪能发电设备开发最早的国家是法国,后来英国、挪威、印度、日本等相继进行了开发。最早的波浪能利用机械发明专利是1799年法国人吉拉德父子获得的。在最近几十年里,受石油价格不断上涨和全球气候变暖的影响,对以波浪能为代表的可再生能源研究蓬勃发展。除了上述国家,还有美国、印尼、西班牙、葡萄牙、瑞典、丹麦等30多个国家和地区也在研究波浪能装置。人们设计了很多类型的波浪能发电装置,到目前为止总数已达上千种。但总体上来说,除个别技术外,波浪能开发装备和技术目前尚未实现普遍商业化。
目前波浪能利用技术有振荡水柱式、点头鸭式、摆式、越浪式、点吸收式等方式。振荡水柱式又分为岸基式和漂浮式两种类型,装置的主体是一个下端开口的气室结构,上端有通气管道连接空气涡轮。气室将波浪能转换为空气流的能量,称为能量的一次转换;空气涡轮将气流的动能转换为涡轮的机械能,称为能量的二次转换;最后发电机将涡轮的机械能转换为电能,称为能量的三次转换,因此振荡水柱式能量转换效率较低。后弯管技术可以充分利用装置的摇、荡运动,装置具有“聚波”效应,俘获宽度比较高,同样需要经过三次能量转换将波浪能转换为电能,因此后弯管技术效率也不高。摆式技术适合波浪大推力和低频的特点,频率响应范围宽、能量转换效率较高,但其机械和液压系统的维护较为困难;筏式技术具有较好的整体性,抗波浪冲击能力较强,能量传递效率较高,发电稳定性好,但装置迎浪面积较小,捕获波浪的能力较弱,造成其单位功率成本较高;鸭式技术能量转换效率高,但抗浪能力弱,极易遭到破坏;点吸收式技术捕获波浪效率和能量转换效率均较高,装置建造相对简单,但同样存在装置抗浪能力不强的缺点;越浪式技术能量转换效率较高,所使用的水轮机技术在水电行业已经较为普遍,装置的生存性较高,但其工程造价较大。由此,目前各种波浪能的开发技术都存在一定的局限性。
据欧洲海洋能中心(EMEC)统计,全球已经试验和在运行的波浪能实验装置有224套,其中美国有87套,占比达到38.8%;英国有25套,占比达到11.1%;中国6套,占比为2.7%。全球有24个国家进行了相关实验研究,其中衰减器类型占14.3%(包括M 4、DUCK、EAGLE、Pelamis等,图11-13为Pelamis波浪能装置),点吸收式占33.9%(如哪吒2号、Wave Train、Ocean Harvester、eBuoy等),振荡水柱式占5.36%(如greenWAVE、WAG Buoy、Pico OWC等,图11-14为Oceanlinx),越浪式占6.7%(如Wave Dragon、AWSⅢ、Seawave Slot-Cone Generator等,图11-15为Wave Dragon),振荡波涌转换器占5.4%(如WaveRoller、Ocean WaveFlex等)。

图11-13 Pelamis波浪能装置(https://www.daowen.com)

图11-14 Oceanlinx振荡水柱式波浪能装置

图11-15 Wave Dragon波浪能装置
国外振荡水柱式波浪能利用的主要几个有代表性的装置包括澳大利亚Oceanlinx振荡水柱式波浪能装置,此装置既可漂浮又可固定安装在海底或者岸边。目前该公司已有greenWAVE、blueWAVE、ogWAVE等多个定型产品。英国Wavegen公司的LIMPET功率达到500千瓦。此外英国、挪威、美国等国都有相关波浪能利用装置研制的相关报道。