點頭鴨波浪能機械裝置設計

① 目前全世界海洋波浪能發電的現狀（包括中國）及你對此項目前景的評估

波浪能發電頂級技術在中國,關鍵技術問題已突破,即將進入產業化發展.目前對波浪能儲量的估算是計算波浪沿海岸消散的功率,大洋的波浪具有更大的功率,開發前景相當廣闊.
海洋波浪具有巨大的能量，已成為世界各主要國家爭相研究開發的焦點之一，搶占這一技術領域的制高點，具有非常重大的戰略意義。
100多年來，世界各國科學家提出了許多設想，發明了各種各樣的波浪能發電裝置，提出的發明專利申請超過千項，尤其是近年來受能源危機和環境污染的巨大壓力，清潔無污染、可再生、環境友好、不消耗現有資源的海洋能技術更是受到各海洋國家政府和企業的普遍重視，西方國家利用其科技和技術優勢，紛紛投入巨資對各種裝置展開試驗，並且取得了一定的成績。比較著名的包括「點頭鴨」( Duck)式波能轉換裝置，海蛇號(Pelamis)波力裝置，AquaBuoy波能裝置Manchester_bobber 波能裝置，Fred_olsen_wec 波能裝置，Seavolt_wave_rider波能裝置，振盪水柱(Oscillating WaveConverter，簡稱OWC)式波能轉換裝置，OWEC波能裝置，三叉戟式波能裝置，海狗號(Seadog)波能裝置，收縮波道式波能轉換裝置，擺式波能轉換裝置，振盪浮子式波能轉換裝置，PS Frog and Frog波能裝置等。
我國也對國外的波浪技術展開了跟蹤研究，從20世紀80年代初開始對固定式和漂浮式振盪水柱波能裝置以及擺式波能裝置進行研究。1985年，中科院廣州能源研究所成功開發利用對稱翼透平的航標燈用波浪發電裝置。在山東大管島研製了一套擺式裝置.2005年初，在廣東省汕尾市遮浪半島，我國自主研發的波浪能獨立穩定發電系統（採用振盪水柱+液壓轉換裝置）實海況試驗獲得成功，這是世界首座波浪能獨立穩定發電系統。此外，我國還研製了一種波浪能發電系統，即振盪浮子岸式波能轉換裝置，採用振盪浮子作為波浪能的吸收載體，然後將浮子吸收的能量通過一個液壓裝置轉換出去，用來驅動電機發電。
從國內外試驗應用的情況來看，由於海洋環境的復雜性和波浪能源的多變性，普遍沒有達到預期的效果。主要表現在能源輸出的穩定性問題、能源匯集問題、能源利用效率問題、潮汐變化的影響、採用復雜結構產生的成本效益問題、裝置結構的安全性問題、裝置的抗腐蝕問題、海洋環境的建設安裝問題、與現有生產技術、設備的通用、配套等問題。導致波浪能利用技術多年來一直進展緩慢，沒有取得關鍵性的突破，也導致國內不少人對波浪能利用產生悲觀情緒。
長期以來，人們都知道波浪具有巨大的能量，但都普遍認為波浪能是最不穩定的能源，在應用中偏重於提高單次波浪的利用，從波浪能所固有的特點來看，這是十分不利的，我們正常所能應用的波浪能與暴風時所具有的波浪能往往相差幾個數量級，為了提高利用單次波浪的功率，往往把單個裝置做得很大，而一旦風暴來臨，則往往超出其結構、材料的應力，造成裝置的破壞，這些從英國製造的第一座（OSPREY），挪威的500 kW岸式波能裝置(MOWC)，中國3 kW岸式振盪水柱波力電站的研建過程中可以得到驗證。
實質上波浪能是一種隨機產生的能源，雖然單個波浪的波高，波長，周期，位置都隨時間而不同，但是一定水域內的波浪能量隨時間的變化是緩慢的，通過提高波浪能採集的覆蓋率和進行能量聚集，就可以得到強大穩定的能量輸出。上述難題都以基本解決,相信不久人們就能用上這一清潔環保,無消耗無排放,環境友好的再生電力.

② 海洋波浪能的開發利用

波浪能量如此巨大，存在如此廣泛，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是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。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。台風導致的巨浪，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復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、振盪水柱式、多共振盪水柱式、波流式、擺式、結合防波堤的振盪水柱式、收縮水道式等十餘種。
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，他們嘗試為一種可以附在漂浮船隻上的巨大杠桿申請專利，它可以隨海浪一起波動來驅動岸邊的水泵和發電機。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復運動而做功。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，驅動活塞做往復運動，再轉換成發電機的旋轉運動而發出電力。
1960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，靠波浪上下往復運動的力量吸、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。
1970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，後因裝置結構過於龐大復雜成本過高而暫時擱置。
1980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。1970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。

③ 波浪能發電類型

波浪能發電的方法繁多，主要分為三大類：機械式、氣動式和液壓式。

機械式發電裝置通過傳動機構，如齒條、齒輪和棘輪，將波浪的往復運動轉化為單向旋轉，驅動發電機。早期的機械裝置結構笨重，可靠性較低，尚未廣泛實用。例如，齒條與浮子聯動，帶動左右齒輪旋轉，再通過多級齒輪將能量傳遞至發電機。

氣動式則利用氣室和氣袋等裝置，將波浪能轉換為空氣能，進而驅動氣輪機發電。如浮漂式裝置，浮體中心管隨著波浪起伏，導致氣室容積變化，空氣進出氣輪機，驅動發電。日本益田善雄的導航燈浮標成功應用了氣動式裝置。1976年，威爾斯發明的對稱翼氣輪機簡化了氣動系統，成為主流技術。

液壓式通過泵液裝置，將波浪能轉化為液體壓能或位能，再驅動油壓馬達或水輪機發電。如點頭鴨裝置，通過波浪產生的動壓力和靜壓力驅動鴨嘴浮動，轉換為油壓，驅動發電機組。然而，點頭鴨裝置結構復雜，海上工作安全性較低，未廣泛採用。

最後是收縮斜坡聚焦波道式裝置，波浪在變窄的波道中增壓，轉化為海水位能，驅動低水頭水輪發電。這種裝置在挪威奧依加登島的發電站已取得成功，但對地形條件有較高要求。

總體來說，這三種類型的波浪能發電裝置各有優缺點，機械式和氣動式在技術上各有突破，而液壓式在能量轉換和穩定性上表現出色，但實際應用中還需考慮多種因素。

波浪能發電（wave power generation）是以波浪的能量為動力生產電能。海洋波浪蘊藏著巨大的能量，正弦波浪每米波峰寬度的功率P≈HT kW/m。式中，H為波高，m;T為波周期，s。通過某種裝置可將波浪的能量轉換為機械的、氣壓的或液壓的能量，然後通過傳動機構、氣輪機、水輪機或油壓馬達驅動發電機發電。全球有經濟價值的波浪能開采量估計為1～10億kW。中國波浪能的理論儲量為7000萬kW左右。

④ 波浪能發電的歷史

1799年，法國的吉拉德父子，獲得了利用波浪能的首項專利。1910年，法國的波契克斯·普萊西克，建造了一套氣動式波浪能發電裝置，供應他自己住宅1 kW的電力。1965年，日本的益田善雄發明了導航燈浮標用氣輪機波浪能發電裝置，獲得推廣，成為首次商品化的波浪能發電裝置。受1973年石油危機的刺激，從20世紀70年代中期起，英國、日本、挪威等波浪能資源豐富的國家，把波浪能發電作為解決未來能源的重要一環，大力研究開發。在英國，索爾特發明了點頭鴨裝置，科克里爾發明了波面筏裝置，國家工程試驗室發明了振盪水柱裝置，考文垂理工學院發明了海蚌裝置。1978年，日本建造了一艘長80 m、寬12 m、高5.5 m稱為「海明號」的波浪能發電船。該船有22個底部敞開的氣室，每兩個氣室可裝設一台額定功率為125 kW的氣輪機發電機組。1978～1986年，日本、美國、英國、加拿大、愛爾蘭五國合作，先後三次在日本海由良海域對「海明號」進行了波浪能發電史上最大規模的實海原型試驗。但因發電成本高，未獲商業實用。1985年，英國、中國各自研製成功採用對稱翼氣輪機的新一代導航燈浮標用的波浪能發電裝置，挪威在卑爾根附近的奧依加登島建成了一座裝機容量為250 kW的收縮斜坡聚焦波道式波浪能發電站和一座裝機容量為500 kW的振盪水柱氣動式波浪能發電站，標志著波浪能發電站實用化的開始。

⑤ 波浪能發電的類型

波浪能發電方式數以千計，按能量中間轉換環節主要分為機械式、氣動式和液壓式三大類。 通過某種泵液裝置將波浪能轉換為液體(油或海水)的壓能或位能，再由油壓馬達或水輪機驅動發電機發電的方式。點頭鴨液壓式裝置簡圖。波浪運動產生的流體動壓力和靜壓力使靠近鴨嘴的浮動前體升沉並繞相對固定的回轉軸往復旋轉，驅動油壓泵工作，將波浪能轉換為油的壓能，經油壓系統輸送，再驅動油壓發電機組發電。點頭鴨裝置有較高的波浪能轉換效率，但結構復雜，海上工作安全性差，未獲實用。圖6是收縮斜坡聚焦波道式裝置簡圖。波浪進入寬度逐漸變窄、底部逐漸抬高的收縮波道後，波高增大，海水翻過導波壁進入海水庫，波浪能轉換為海水位能，然後用低水頭水輪發電機組發電。聚焦波道裝置已在挪威奧依加登島250 kW波浪能發電站成功的應用。這種裝置有海水庫儲能，可實現較穩定和便於調控的電能輸出， 是迄今最成功的波浪能發電裝置之一。但對地形條件依賴性強， 應用受到局限。