波浪能转换的原理与技术

　　波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项。因此，波能利用又被称为发明家的乐园。但这些装置大部源于几种基本原理，即：利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的实海况试验及应用示范研究，波浪发电技术已逐步接近实用化水平，研究的重点也集中于3种被认为是有商品化价值的装置，包括振荡水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置。

　　波浪发电装置大都可看作为一个包括三级能量转换的系统。一般说来，一级能量转换机构直接与波浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中间介质（如空气）的动能与压能等；二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平、液压马达等；三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换成电能。以下分别介绍上述三种最有前途的装置能量转换原理及过程。

　　振荡水柱波能装置

　　振荡水柱波能装置可分为漂浮式和固定式两种。目前已建成的振荡水柱波能装置都利用空气作为转换的介质。其一级能量转换机构为气室，二级能量转换机构为空气透平。气室的下部开口在水下与海水连通，气室的上部也开口（喷嘴），与大气连通。在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气室内作强迫振动，压缩气室的空气往复通过喷嘴，将波浪能转换成空气的压能和动能。在喷嘴安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相连，则可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便。其缺点是二级能量转换效率较低。

　　摆式波能装置

　　摆式波能装置也可分为漂浮式和固定式两种。摆体是摆式装置的一级能量转换机构。在波浪的作用下，摆体作前后或上下摆动，将波浪能转换成摆轴的动能。与摆轴相联的通常是液压装置，它将摆的动能转换成液力泵的动能，再带动发电机发电。摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特性。因此，摆式装置的转换效率较高，但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置的另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合。相位控制技术可以使波能装置吸收到装置迎波宽度以外的波浪能，从而大大提高装置的效率。

　　聚波水库波能装置

　　聚波水库装置利用喇叭型的收缩波道，作为一级能量转换机构。波道与海连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通至贮水库。波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波浪能转换成势能贮存在贮水库中。收缩波道具有聚波器和转能器的双重作用。水库与外海间的水头落差可达3一8m，利用水轮发电机组可以发电。聚波水库装置的优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，系统出力稳定。不足之处是电站建造对地形有要求，不易推广。

　　波浪能利用中的关键技术主要包括：波浪的聚集与相位控制技术；波能装置的波浪载荷及在海洋环境中的生存技术；波能装置建造与施工中的海洋工程技术；不规则波浪中的波能装置的设计与运行优化；往复流动中的透平研究等。

　　海洋温羌能的转换原理与捡求

　　除了发电之外，海洋温差能利用装置还可以同时获得淡水、深层海水、进行空调并可以与深海采矿系统中的扬矿系统相结合。因此，基于温差能装置可以建立海上独立生存空间并作为海上发电厂、海水淡化厂或海洋采矿、海上城市或海洋牧场的支持系统。总之，温差能的开发应以综合利用为主。

　　海洋温差能转换主要有开式循环和闭式循环两种方式。

　　开式循环发电系统

　　开式循环系统主要包括真空泵、温水泵、冷水泵、闪蒸器、冷凝器、透平一发电机组等部分。真空泵先将系统内抽到一定的真空，接着起动温水泵把表层的温水抽入闪蒸器，由于系统内已保持有一定的真空度，所以温海水就在闪蒸器内沸腾蒸发，变为蒸汽。蒸汽经管道由喷嘴喷出推动透平运转，带动发电机发电。从透平排出的低压蒸汽进入冷凝器，被由冷水泵从深层海水中抽上的冷海水所冷却，重新凝结为水，并排入海中。在此系统中，作为工作介质的海水，由泵吸入闪蒸器蒸发）推动透平作功一经冷凝器冷凝后直排人海中，故称此工作方式的系统为开式循环系统。在开式循环系统中，用海水作工作流体和介质，闪蒸器和冷凝器之间的压差非常小。因此，必须充分注意管道等的压力损耗、且使用的透平尺寸较大。开式循环的副产品是经冷凝器排出的淡水，这是它的有利之处。

　　闭式循环发电系统

　　闭式循环系统不以海水而采用一些低涕点的物质（如丙烷、氟利昂、氨等）作为工作介质，在闭合回路内反复进行蒸发、膨胀、冷凝。因为系统使用低沸点的工作介质，蒸汽的工作压力得到提高。

　　闭式循环与开式循环的系统组件及工作方式均有所不同，开式系统中的闪蒸器改为蒸发器。当温水泵将表层海水抽上送往蒸发器时，海水自身并不蒸发；而是通过蒸发器内的盘管把部分热量传递给低沸点的工作流体，如氨水。温水的温度降低，氨水的温度升育并开始沸腾变为氨气。氨气经过透平的叶片通道，膨胀作功，推动零平旋转。透平排出的氨气进入冷凝器、在冷凝器内由冷水泵抽上的深层冷海水冷却后重新变为液态氨，再用氨泵（工质泵）把冷凝器中的液态氨重新压进蒸发器，以供循环使用。

　　闭式循环系统由于使用低沸点工质，可以大大减小装置，特别是透平机组的尺寸。但使用低沸点工质会对环境产生污染。

　　温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度太低。温差能转换的关键是强化传热传质技术。同时，温差能系统的综合利用，还是一个多学科交叉的系统工程问题。