如何利用海浪进行发电？ - 海洋电力生成

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“碳”作为当前社会最主要的能源载体，人类社会越发达，对于能源和碳的需求就越大，这也导致着全球变暖和厄尔尼诺等一系列生态危机。为此在2020年9月22日第七十五届联合国大会上，中国政府在提出，力争于2030年前碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和。

想要实现碳达峰和碳中和，就必须逐步改变原有能源结构，用更加清洁的能源去代替石油和煤炭。想必很多人都知道一些清洁能源，比如太阳能，风能，水力发电。虽然在目前的可再生能源市场中，占据主导地位是风能和太阳能，但在实际的使用过程中它们大概只有20-30%的时间可用，所以还必须开发其他清洁能源加以补充。其中一种便是利用海浪将其转化为电能，那么这种名为海浪发电机的机器到底有何神奇之处，它是怎么发电的，未来可能大规模普及吗？

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1.海浪冲击力产生的能量具有巨大的潜力

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海浪能是清洁、可靠和可再生能源中最有前景的来源之一。据估计，全球每年沿海海浪冲击力产生的能量约为1TW（10的12次方瓦），因此尚未得到完全开发的海浪蕴藏着巨大能量。而且相比其他能源，海浪能源具有能量密度高，稳定性强和平均可用时间长等优点。

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早在2010年，瑞士ABB就曾投资1260万美元在苏格兰建立了当时全球规模最大、运作最成功的波浪发电机组——“牡蛎” (Oyster)，并且首度实现了海浪发电的商业化运营。

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2016年美国海军在夏威夷海岸边，放置了 2 个可以利用海浪的起伏发电的巨大浮标，并通过海底电缆将电力传送至欧胡岛的军事基地。这也是海浪发电项目首次在美国并网。

但是海浪发电的开发过程中还存在海洋环境复杂、利用率低等问题，所以如何让海浪能量转化为电能的研究，始终未见大规模商业应用。

目前收集海浪能量较为常见的实验方法是通过“点吸收器”的浮标式转换器，但是这种转换器必须和海浪进行精确同步的运动，才能有效地收集能量。而海浪具有复杂的运动频谱，所以收集能量效率很低，而且这种制备成本和安装成本也比较高。

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此次发明的双涡轮波能转换器则避开了上述缺点，它主要由水下双涡轮、浮标和动力发电系统三部分构成，并通过一个皮带传动机构进行连接，因为具有反转双涡轮分别连接电机的定子和转子，因此发电机提供双倍相对转速。使用时，也无需和海浪同步运动，因为设备始终会随着海浪上下浮动，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量。

通过转换器收集到的能量有两种方式可将其输送到电网：第一种是使用海底电缆连接到电网，这也是最可行的一种方案。第二种是用电来电解海水并产生氢气，再将氢气收集到储罐中，这两种方案都可以产生清洁的能源。

海浪发电机目前在实验室中测试到的发电效率尚可，未来若可以进一步降低成本和减少海水腐蚀的问题，想必海浪发电机也会走进沿海城市，为人类产生持续清洁的能源。

2.小河中也能发电的水流发电机

其实除了海浪能量，自然界中还有很多潜藏的能源，只要利用合适的工具就可以将这些能源为人类所用。为此有一家加拿大公司开发了一种水涡轮发电装置Waterotor，这种发电装置跟一般配有螺旋桨或旋转叶片的发电系统极为不同，它是利用外型波浪状的滚筒装置转动来转换成能量，不仅可以用低流速水流发电，同时也能够避免水中的生物被卷入装置中受到伤害。

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而且Waterotor可以在水流流速极低的情况下发电，只要水能够覆盖Waterotor，那么就算在每小时只有3.2kph的慢速流水中也可以发电，因此 Waterotor在江河湖泊和海洋里均可适用。

3.结语

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目前沿海城市正大规模推行风力发电，而如果海浪发电机可以得到大规模应用。想必这两者可以实现完美互补，为人类源源不断地产生清洁能源。

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