1.4.4　波浪能发电面临的问题

（1）波浪能发电目前面临的问题

目前波浪能发电成本高昂、发电功率小、质量差，所以降低发电成本，提高功率，增强发电的质量是波浪能发电普及的必经之路。

发电效率低是因为波浪时刻变化，波浪能量不集中，如何使发电装置适应这种工作状况，是目前波浪能发电亟待解决的问题。

稳定性问题。受技术限制，波浪能发电装置只能将吸收来的波浪能转化为不稳定的液压能，这样再转化的电能也是不稳定的。英国、葡萄牙等欧洲国家采用昂贵的发电设施，仍无法得到稳定的电能。

控制问题。由于波浪的运动没有规律性和周期性，浪大时能量有剩余，浪小时能量供应不足。这就需要有一种设备在浪大时将多余的波浪能储存、再利用。

材料问题。现有的波浪能装置只是采用普通钢材，靠表面涂层提高抗腐蚀能力，耐久性不尽如人意。目前不存在专门为波浪能利用而开发的工业产品，在波浪能研究上改变设计，牺牲效率、合理性，用现有产品拼凑成波浪能发电设备。

工作环境问题。因为发电装置放置在海中，工作环境恶劣，减少海水中的部件和抗风浪都是目前遇到的难题。

（2）波浪能发电研究方向

①流体动力特性计算　波浪能发电装置布放入海后，实际上面临的是不规则的复杂海况变化。目前的理论研究主要基于线性波浪理论开展，但对非线性随机问题的研究仍然不成熟。非线性波之间的相互作用以及它们与波浪能发电装置之间的作用在一定程度上是随机变化的，因此，实际海况中发电装置的流体动力特性不能精确计算。

挪威的Ankit Aggarwal等人使用开源计算流体动力学（CFD）模型REEF3D对规则和不规则波与垂直圆柱的相互作用进行了模拟。该模型在整个域上解决了雷诺平均Navier Stokes（RANS）方程，提供了流体压力、速度以及自由面等流体动力学信息，可以用于对圆柱体周围的流体情况进行分析和可视化。Muk Chen Ong等人运用湍流模型解非连续RANS方程，对两个部分沉入水中的圆柱体结构进行了二维数字仿真分析。同时，通过垂直波浪力的变化和自由表面的升降，得到了两个圆柱体之间距离对流场的影响。Pol D.Spanos和Felice Arena提出一种统计线性化技术，用于对单浮子振荡捕能系统进行快速随机振动分析。

②发电稳定性和高效性设计　波浪的不稳定性以及能流密度低、转换效率低的特点，是制约其利用技术发展的主要原因。因此，需要提高波浪能发电装置的适应性，增大捕能频宽，从而提高稳定性和发电效率。其中，储能装置的设计和系统的功率控制非常重要。

许多振荡体式波浪能发电装置都是将浮子的动能转化为液压能再带动发电机发电。Falcão在时域内研究了气体蓄能器体积和工作压力对电力输出稳定性的作用。郑思明基于三维波浪绕射辐射理论，提出了一个计算铰接双筏体最大波浪能俘获功率的数学模型，可用于计算装置在特定参数下的最大波浪能俘获系数。Jeremiah Pastor、Yucheng Liu基于边界元方法建立了点吸收式波浪能转换器的线性模型并进行数值仿真和频域分析，得出了不同浮子形状、直径、吃水深度等参数变化对浮子垂荡运动性能的影响，从而得到优化的参数设计。

③阵列发电场设计　波浪能转换装置的阵列化有利于充分利用单位海域面积内的波浪能量，在一定程度上实现经济成本的最优化。阵列式波浪能转换装置的研究主要集中在运行特性和波浪能俘获效果两个方面：运行特性研究浮体或固定结构在波浪作用下受到的波浪力、辐射力、绕射力等以及结构反作用于波浪场所引起的变化；波浪能俘获效果是指通过对比阵列式装置的单体平均功率与单个装置的发电功率以及它们的俘获宽度比，分析所设计的阵列布局的优化效果。

阵列发电场的研究，目前主要针对单一类型振荡浮子式装置。Andres等人考虑了阵列布局、单体之间距离、装置数量以及波浪入射方向的影响，发现增加波浪能转换装置的数量可以提高它们之间的相互作用力，不同的波浪方向对于波浪能俘获的影响很大，单体之间距离为入射波长的一半时，俘获效率较高。Kara运用数值仿真方法在时域内计算了两种运动模式下的垂直圆柱体阵列的波浪能吸收功率，同时研究了单体装置之间距离以及入射波角度的影响。Konispoliatis和Mavrakos运用多重散射方法研究了振荡水柱式波浪能转换装置阵列在波浪作用下的绕射和辐射效应。国内方面，香港大学的Motor Wave、浙江海洋大学的“海院1号”、集美大学的“集大1号”，均是阵列式发电场的尝试。

④多元化综合利用　海洋中除了波浪能，还蕴藏着海流能、潮汐能、温差能、盐差能等多种形式的能量，而且其开发技术也在逐步发展，再加上相对成熟的太阳能和风能利用技术，使得在海洋中进行多种能源综合利用成为可能。多能互补，通过共享基础平台、海底电缆等方式来降低成本，全方位开发所在海域能源；另外，也可以构建分布式发电网络，利用多能互补系统实现电力的稳定输出，提高海洋能的稳定性和利用率。