波浪能

海浪的破壞力大得驚人。撲岸巨浪曾將幾十噸的巨石拋到20米高處，也曾把萬噸輪船舉上海岸。海浪曾把護岸的兩、三千噸重的鋼筋混凝土構件翻轉。許多海港工程，如防浪堤、碼頭、港池，都是按防浪標準設計的。

在海洋上，波浪中再大的巨輪也只能像一個小木片那樣上下漂蕩。大浪可以傾覆巨輪，也可以把巨輪折斷或扭曲。假如波浪的波長正好等於船的長度，當波峰在船中間時，船首船尾正好是波谷，此時船就會發生“中拱”。當波峰在船頭、船尾時，中間是波谷，此時船就會發生“中垂”。一拱一垂就像折鐵條那樣，幾下子便把巨輪攔腰折斷。20世紀50年代就發生過一艘美國巨輪在義大利海域被大浪折為兩半的海難。此時，有經驗的船長只要改變航行方向，就能避免厄運，因為航向改變即改變了波浪的“相對波長”，就不會發生輪船的中拱和中垂了。

波浪能量如此巨大，存在的如此廣泛，自古吸引著沿海的能工巧匠們，想盡各種辦法，企圖駕馭海浪為人所用。

波浪所蘊涵的能量主要是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪能是由風把能量傳遞給海洋而產生的，它實質上是吸收了風能而形成的。能量傳遞速率和風速有關，也和風與水相互作用的距離（即風區）有關。水團相對於海平面發生位移時，使波浪具有勢能，而水質點的運動，則使波浪具有動能。貯存的能量通過摩擦和湍動而消散，其消散速度的大小取決于波浪特徵和水深。深水海區大浪的能量消散速度很慢，從而導致了波浪系統的複雜性，使它常常伴有局地風和幾天前在遠處產生的風暴的影響。波浪可以用波高、波長（相鄰的兩個波峰間的距離）和波周期（相鄰的兩個波峰間的時間）等特徵來描述。

波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。颱風導致的巨浪，其功率密度可達每米迎波面數千kW，而波浪能豐富的歐洲北海地區，其年平均波浪功率也僅為20~40kW/m中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為2~7kW/m。

全世界波浪能的理論估算值也為109kW量級。利用中國沿海海洋觀測台站資料估算得到，中國沿海理論波浪年平均功率約為1.3X107kW。但由於不少海洋台站的觀測地點處於內灣或風浪較小位置，故實際的沿海波浪功率要大於此值。其中浙江、福建、廣東和台灣沿海為波能豐富的地區。

將波浪能收集起來並轉換成電能或其他形式能量的波能裝置有設置在岸上的和漂浮在海里的兩種。按能量傳遞形式分類有直接機械傳動、低壓水力傳動、高壓液壓傳動、氣動傳動4種。其中氣動傳動方式採用空氣渦輪波力發電機，把波浪運動壓縮空氣產生的往複氣流能量轉換成電能，旋轉件不與海水接觸，能作高速旋轉，因而發展較快。波力發電裝置五花八門，不拘一格，有點頭鴨式、波面筏式、波力發電船式、環礁式、整流器式、海蚌式、軟袋式、振蕩水柱式、多共振蕩水柱式、波流式、擺式、結合防波堤的振蕩水柱式、收縮水道式等十餘種[2]。

全世界波浪利用的機械設計數以千計，獲得專利證書的也達數百件，因此波浪能利用被稱為“發明家的樂園”。

最早的波浪能利用機械發明專利是1799年法國人吉拉德父子獲得的。1854－1973年的119年間，英國登記了波浪能發明專利340項，美國為61項。在法國，則可查到有關波浪能利用技術的600種說明書。

早期海洋波浪能發電付諸實用的是氣動式波力裝置。道理很簡單，就是利用波浪上下起伏的力量，通過壓縮空氣，推動汲筒中的活塞往複運動而做功。1910年，法國人布索．白拉塞克在其海濱住宅附近

建了一座氣動式波浪發電站，供應其住宅l000瓦的電力。這個電站裝置的原理是：與海水相通的密閉豎管中的空氣因波浪起伏而被壓縮或抽空稀薄，驅動活塞做往複運動，再轉換成發電機的旋轉運動而發出電力。

60年代，日本研製成功用於航標燈浮體上的氣動式波力發電裝置。此種裝置已經投入批量生產，產品額定功率從60瓦到500瓦不等。產品除日本自用外，還出口，成為僅有的少數商品化波能裝備之一。

該產品發電的原理就像一個倒置的打氣筒，靠波浪上下往複運動的力量吸、壓空氣，推動渦輪機發電。

有關專家估計，用於海上航標和孤島供電的波浪發電設備有數十億美元的市場需求。這一估計大大促進了一些國家波力發電的研究。70年代以來，英國、日本、挪威等國為波力發電研究投入大量人力物力，成績也最顯著。英國曾計劃在蘇格蘭外海波浪場，大規模布設“點頭鴨”式波浪發電裝置，供應當時全英所需電力。這個雄心勃勃的計劃，后因裝置結構過於龐大複雜成本過高而暫時擱置。80年代，日本“海明”波浪發電試驗船取得年發電19萬度的良好成績，實現了海上浮體波浪電站向陸地小規模送電。日本已將“海明”波浪發電船列為“離島電源”的首選方案，繼續研究改進。

中國波力發電研究成績也很顯著。70年代以來，上海、青島、廣州和北京的五六家研究單位開展了此項研究。用於航標燈的波力發電裝置也已投入批量生產。向海島供電的岸式波力電站也在試驗之中。

南半球和北半球40°～60°緯度間的風力最強。信風區（赤道兩側30°之內）的低速風也會產生很有吸引力的波候，因為這裡的低速風比較有規律。在盛風區和長風區的沿海，波浪能的密度一般都很高。例如，英國沿海、美國西部沿海和紐西蘭南部沿海等都是風區，有著特別好的波候。而我國的浙江、福建、廣東和台灣沿海為波能豐富的地區。

雖然大洋中的波浪能是難以提取的，因此可供利用的波浪能資源僅局限於靠近海岸線的地方。但即使是這樣，在條件比較好的沿海區的波浪能資源貯量大概也超過2TW。據估計全世界可開發利用的波浪能達2.5TW。我國沿海有效波高約為2～3m、周期為9s的波列，波浪功率可達17～39kw/m，渤海灣更高達42kw/m。

波浪能的大小可以用海水起伏勢能的變化來進行估算，即 P＝0.5TH2（P為單位波前寬度上的波浪功率，單位kw/m；T為波浪周期，單位s；H為波高，單位m，實際上波浪功率的大小還與風速、風向、連續吹風的時間、流速等諸多因素有關)。因此波浪能的能級一般以kw/m表示，代表能量通過一條平行於波前的1m長的線的速率。

波浪能發電是通過波浪能裝置將波浪能首先轉換為機械能(液壓能)，然後再轉換成電能。這一技術興起於上世紀80年代初，西方海洋大國利用新技術優勢紛紛展開實驗。

波浪能具有能量密度高、分佈面廣等優點。它是一種取之不竭的可再生清潔能源。尤其是在能源消耗較大的冬季，可以利用的波浪能能量也最大。小功率的波浪能發電，已在導航浮標、燈塔等獲得推廣應用。我國有廣闊的海洋資源，波浪能的理論存儲量為7000萬千瓦左右，沿海波浪能能流密度大約為每米2千瓦~7千瓦。在能流密度高的地方，每1米海岸線外波浪的能流就足以為20個家庭提供照明。

波浪能的大小可以用海水起伏勢能的變化來進行估算，即P=0.5TH2（P為單位波前寬度上的波浪功率，單位kw/m；T為波浪周期，單位s；H為波高，單位m，實際上波浪功率的大小還與風速、風向、連續吹風的時間、流速等諸多因素有關。)。因此波浪能的能級一般以kw/m表示，代表能量通過一條平行於波前的1m長的線的速率。

波浪發電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用於抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能利用的關鍵是波浪能轉換裝置。通常波浪能要經過三級轉換：第一級為受波體，它將大海的波浪能吸收進來；第二級為中間轉換裝置，它優化第一級轉換，產生出足夠穩定的能量；第三級為發電裝置，與其它發電裝置類似。

[1] 《前行的動力來自於哪裡——能源的開發與利用》 作者：周萬程 出版時間：2007年6月 光明日報出版社

[2] 大英百科全書（Britannica）

[3] 溫州網 http://news.66wz.com/system/2008/09/25/100787330.shtml