潮起潮落 波浪能--中國數字科技館

　　21世紀是海洋的世紀，人類從大海中利用資源已成為必然趨勢。海浪總是周而復始、晝夜不停地拍打著海岸，其中所蘊藏的波浪能是一種取之不盡的可再生能源，有效利用巨大的海洋波浪能資源是人類幾百年來的夢想。

　　　　波浪能：取之不竭的可再生清潔能源

　　海洋中有豐富的波浪能和水，波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，波浪能具有能量密度高、分布面廣等優點。它是一種最易於直接利用、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。

　　地球表面有超過70%以上面積是海洋，廣大的海洋面積在吸收太陽輻射之後，可以說是世界最大的太陽能收集器，溫暖的地表海水，造成與深海海水之間的溫差，由於風吹過海洋時產生風波，這種風波在寬廣的海面上，風能以自然儲存於水中的方式進行能量轉移，因此波浪能可以說是太陽能的另一種濃縮形態。

　　同時，波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。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，它的能量傳遞速率和風速有關。

　　　　人們利用波浪能的歷史悠久

　　早在1799年，一對法國父子嘗試為一種可以附在漂浮船隻上的巨大槓桿申請專利，它可以隨波浪一起波動來驅動岸邊的水泵和發電機。但當時蒸汽機的發明搶走了人們的注意力，這對法國父子的想法就漸漸的黯淡最後只留跡在製圖板上了。兩個世紀前，油料禁運重新刺激了海浪發電的設計，但最後還是因為油價下滑，把這個想法又扔進了廢紙簍。

　　1964年，日本研製成了世界上第一個波浪發電裝置——航標燈。雖然這臺發電機發電的能力僅有60瓦，只夠一盞燈使用，然而它卻開創了人類利用海浪發電的新紀元。1984年以來，英國、葡萄牙、挪威、印度、印尼等國相繼進行試驗，但成功的運行裝置並不多。1984年，挪威投資120萬美元在卑爾根市建造了一個500千瓦的波力電站，正常工作兩年後在一次強颱風中，該電站鋼結構被破壞，發電機組沒入海中。隨後，英國、印度、日本等國設計的這類裝置和電站也因土建或其他技術原因失敗或運行不良。其中比較成功的是英國於2000年11月在蘇格蘭建成的500千瓦岸式波浪能裝置，目前已上網發電，可以為當地400戶居民供電。

　　波浪能發電技術是關鍵

　　如何將波浪的動能轉化為電能，使製造災難的驚濤駭浪為人類服務，是人們多年來夢寐以求的理想。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。小功率的波浪能發電，已在導航浮標、燈塔等獲得推廣應用。

　　海洋中的波浪能量巨大，波浪能發電技術是通過波浪能裝置，將波浪能首先轉換為機械能，再最終轉換成電能。波浪發電是波浪能利用的主要方式，波浪能利用裝置大都源於幾種基本原理，即利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運動；利用波浪壓力的變化；利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉換成水的勢能等。經過上世紀70年代對多種波浪能裝置進行的實驗室研究和上世紀80年代進行的實況試驗及應用示範研究，波浪發電技術已逐步接近實用化水平，研究的重點也集中於3種被認為是有商業化價值的裝置，包括振蕩水注式裝置、擺式裝置和聚波水庫式裝置。波浪能發電裝置主要有固定式波浪能裝置。這種裝置又分為岸式、收縮波道式、擺式、沉箱式等多種形式。

　　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，與其他發電裝置類似。

　　我國豐富的波浪能資源

　　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。我國沿岸波浪能資源理論平均功率為1285．22萬千瓦，這些資源在沿岸的分布很不均勻。以臺灣省沿岸為最多，其次是浙江、廣東、福建和山東沿岸。

　　根據波浪能能流密度及其變化和開發利用的自然環境條件，首選浙江、福建沿岸應用為重點開發利用地區，其次是廣東東部、長江口和山東半島南岸中段。

　　中國波浪能發電方興未艾

　　1989年，我國在廣東珠海建成了第一座示範實驗波力電站，1996年又建成了一座新的波力實驗電站，專家們通過試驗積累了寶貴經驗。1996年，在廣東省汕尾市建設的100千瓦岸式振蕩水注波浪電站，被列為「九五」科技重點攻關項目。

　　「十五」期間，我國專家根據目前國內外波浪能現有技術基礎以及優缺點，提出了一種半飄浮、半固定的波浪能裝置——振蕩浮子式波浪能裝置。它具有漂浮式的浮子，固定式的浮子滑槽，其優點是在建造時難度和成本比其他固定式波浪能裝置低，而抗颱風能力又比其他漂浮式和固定式波浪能裝置高，目前我國已將這種波浪能裝置發展成為獨立的發電與制淡（水）先進系統。其主要優勢在於：能完全脫離大陸電網而獨立發揮效益，可以有效地採用蓄能手段，將波浪能轉換的電能儲存起來，供用戶隨時使用；並可根據用戶需要，將海水變成淡水；該系統在浪大時可持續穩定發電，在浪小時能間歇穩定發電，其獨立性、穩定性以及建設的簡便性極具實用價值。

　　2005年，世界首座波浪能電站落戶廣東省汕尾市。據悉，這是世界上首座能獨立穩定發電的波浪能系統，通過該系統，人類第一次實現了將波浪能轉換為穩定的電能。這個波浪能系統將波浪能發電、製造淡水和用戶直接用電三項功能結合起來，最終實現「三合一」。預計每年可以發電7萬度。按照我國偏遠農村家庭每戶每天用電0.8度計，可以供應240戶人家同時用電。

　　專家表示，預計在不久的未來，波浪能發電系統可實現模式化生產，並將設備裝箱推入海底，不佔用陸地資源，將大大降低成本，每度電控制在2元左右。

　　2008年，中國科學院研製成功了液態金屬磁流體波浪能直接發電的原理性演示裝置，提出了一種工作原理與常規波浪能發電系統完全不同的新型波浪能發電技術。其實質是系統採用了磁流體發電機，提供了一個與波浪吻合很好的機械阻抗。因此，系統轉換效率高、功率密度大、結構緊湊、成本低廉，而且移動性好。

　　未來：商用波浪能發電是趨勢

　　2008年，葡萄牙建造的世界第一座商用波浪能發電場首次亮相。通過3根140米長的「紅色海蛇」，連接在葡萄牙北海面海床處的圓柱型波浪能轉換器，該發電場的波浪能將會被轉化為電能。然後通過海底電纜中轉站，最終注入電網。這個外形細長、用金屬製作的奇妙裝置能隨著波浪起伏上下擺動，它裡面的活塞與海底相連，可保持固定不動，並不斷泵送液壓油，從而推動發電機發電。電站通過海底電纜把電能送到岸上。目前這座電站正利用恆久不變、用之不竭、可再生的波浪能為1500個。

　　誰能想到，海洋的波浪竟然蘊藏如此具大的能源？假如全球各個海洋都架設了這種橙黃色、140米長的奇妙裝置，發出電力可達2萬億瓦，相當於全球耗電量的兩倍，雖然這種設想不太現實，但是這種發電裝置小批量投入使用就已經表明，它是一種可供選擇的清潔能源，對我們這個能源匱乏的星球來說，它很可能成為備受歡迎的一種能源。

　　這項工程花費了約900萬美元，葡萄牙政府為此專門指定了「國家強制光伏上網電價」的政策對波浪能發電等可再生能源予以政策支持，「國家強制光伏上網電價」政策要求國家公用工程從更多家供應商處購得可再生能源。因此，波浪能發電站的積極支持者堅信波浪能在15年之內將會產生成本效益。