本期文章我們將介紹目前國內(nèi)外主流波浪能發(fā)電機(jī)組的一些性能參數(shù)和特點：
一、主要類型和技術(shù)特點
• 振蕩水柱式 (Oscillating Water Column, OWC)：
• 通過波浪引起水柱在密閉氣室中上下運動，驅(qū)動空氣渦輪機(jī)發(fā)電。
• Pico、Mighty Whale、LIMPET和Mutriku等是知名的OWC原型機(jī)或商業(yè)化項目。
• UniWave200是一種OWC裝置，其波浪到電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換效率在有效波高超過1米時可達(dá)45%左右，比其他OWC裝置的效率高出一倍。
• “絕酷”波浪能轉(zhuǎn)換器(Drakoo Wave Energy Converter)是一種雙腔振蕩水柱系統(tǒng)，其波能-液壓能轉(zhuǎn)換效率在波峰時可超過80%，平均效率可達(dá)50%。商用型“絕酷”的總體轉(zhuǎn)換效率(波能-電能)接近50%。
• OWC系統(tǒng)在各種波浪條件下都能有效運行，能高效地將海洋波浪能轉(zhuǎn)化為電能。
• 雙腔或三腔OWC比單腔OWC性能更好，因為它們具有更寬的有效頻率帶寬。
• 振蕩浮體系統(tǒng) (Oscillating Body Systems)：
• 通過浮體與波浪的相互作用產(chǎn)生振蕩運動(如垂蕩、俯仰)，將能量轉(zhuǎn)化為電能。
• Pelamis是一種著名的衰減器型波浪能轉(zhuǎn)換器，其首個商業(yè)波浪能農(nóng)場于2008年在葡萄牙建成，裝機(jī)容量為2.25兆瓦，由三臺Pelamis設(shè)備供電。
• PowerBuoy是一種浮標(biāo)式波浪能轉(zhuǎn)換器，其典型裝置功率為150千瓦。
• 振蕩浮體系統(tǒng)在單位特征寬度下的效率最高。
• 中國科學(xué)院廣州能源所研制了100千瓦一基多體鷹式波浪能發(fā)電裝置和10千瓦漂浮點吸收直線發(fā)電波能裝置，并完成了實海況試驗。
• 中國自主研發(fā)的兆瓦級漂浮式波浪能發(fā)電裝置“南鯤號”已投入試運行，其整體轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22%，在滿負(fù)荷條件下，每天可產(chǎn)生2.4萬千瓦時電，可為3500戶家庭供電。
• 越浪式裝置 (Overtopping Devices)：
• 通過將波浪捕獲到水庫中，利用水位差驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電，類似于水力發(fā)電。
• “Wave Dragon”是知名的越浪式裝置，其最佳尺寸設(shè)計(260米寬，150米長)可產(chǎn)生高達(dá)4兆瓦的電力。
• 越浪式裝置的效率相對較低。
二、效率和成本
• 效率：
• 波浪能轉(zhuǎn)換器的效率通常分為氣動/水動力效率、渦輪/機(jī)械效率、電氣效率和傳輸效率。
• 提高效率的主要方法是使吸能部分與入射波浪產(chǎn)生共振，并采用主動和被動控制方法以及幾何優(yōu)化。
• 目前波浪能發(fā)電的整體轉(zhuǎn)換效率仍有待提高，例如“南鯤號”的整體轉(zhuǎn)換效率為22%。
• “絕酷”商用型總體轉(zhuǎn)換效率(波能-電能)接近50%。
• 成本：
• 波浪能發(fā)電的平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)是衡量其經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵指標(biāo)。
• 目前波浪能的度電成本普遍高于其他可再生能源，如風(fēng)能和太陽能。
• 2020年，波浪能的度電成本通常比海上風(fēng)電高出5-20倍。
• 專家預(yù)測，到2035年，波浪能的度電成本有望降至70歐元/兆瓦時以下，與海上風(fēng)電具有競爭力。
• 單臺750千瓦衰減器設(shè)備的成本約為750萬歐元。
• AW-Energy公司表示，每生產(chǎn)1000度電的成本約為100-150美元。
• 波浪能發(fā)電的初始成本和維護(hù)成本較高，每兆瓦可能需要400萬至800萬美元。
三、波浪能發(fā)電機(jī)組性能參數(shù)
由于波浪能技術(shù)仍在發(fā)展中，許多公司的數(shù)據(jù)可能處于保密狀態(tài)，或者僅在特定項目報告中披露。目前公開的主流波浪能發(fā)電機(jī)組的詳細(xì)信息整理如下：
1. 中國“南鯤號”
• 類型： 漂浮式波浪能發(fā)電裝置。
• 額定功率： 兆瓦級(1兆瓦)。
• 特點：
• 我國自主研發(fā)的首臺兆瓦級漂浮式波浪能發(fā)電裝置，標(biāo)志著我國兆瓦級波浪能發(fā)電技術(shù)正式進(jìn)入工程應(yīng)用階段。
• 裝置平面面積超過3500平方米，相當(dāng)于7個籃球場大小，重量達(dá)到6000噸。
• 每天最多可發(fā)電2.4萬千瓦時，可滿足3500戶家庭一天的用電量。
• 采用半潛平臺“吸收”波浪，通過自主研發(fā)的電能變換系統(tǒng)實現(xiàn)波浪能到液壓能再到電能的三級能量轉(zhuǎn)換。
• 整體轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22%。
• 具備自適應(yīng)波浪發(fā)電技術(shù)，可針對波浪大小自動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組。
• 具備抵御16級超強(qiáng)臺風(fēng)的能力，可通過自動注水增加裝置重量使其下沉。
• 為偏遠(yuǎn)海島提供穩(wěn)定綠色能源供應(yīng)，是全球同類裝置首次實現(xiàn)在偏遠(yuǎn)海島的應(yīng)用。
2. Hann-Ocean “絕酷”波浪能轉(zhuǎn)換器 (Drakoo Wave Energy Converter)
• 類型： 雙腔振蕩水柱系統(tǒng) (OWC)。
• 額定功率：
• “絕酷”-B0010 型號：10千瓦 (kWp)。
• 15千瓦“絕酷”水流能量轉(zhuǎn)換器：額定功率10千瓦 (rms)，峰值功率15千瓦。
• 特點：
• 波能-液壓能轉(zhuǎn)換效率在波峰時可超過80%，平均效率可達(dá)50%。
• 商用型“絕酷”總體轉(zhuǎn)換效率(波能-電能)接近50%。
• 通過英國國際再生能源中心(Narec)驗證。
• 采用雙腔體、單向?qū)Я鞲駯藕蛣恿敵鱿到y(tǒng)等關(guān)鍵要素。
• 能夠在不同高度和不同周期范圍的波浪中實現(xiàn)高效波浪能吸收。
• 是世界上第一個在非常小的波浪條件下有效工作的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。
• 可根據(jù)波浪條件定制不同型號，采用成熟的永磁發(fā)電機(jī)和水渦輪技術(shù)。
• 可用于固定式模塊化或浮動式模塊化部署。
3. AW-Energy WaveRoller
• 類型： 擺式波浪能轉(zhuǎn)換器，安裝在海底，通過波浪的往復(fù)運動驅(qū)動面板發(fā)電。
• 額定功率：
• 100千瓦 (kW) 的單臺WaveRoller裝置。
• 350千瓦 (kW) 的WaveRoller波浪能發(fā)電裝置。
• 特點：
• 在葡萄牙海域進(jìn)行過運行和測試。
• 在2.5米有效波高、24小時運行條件下，一臺100千瓦的WaveRoller裝置可產(chǎn)生500千瓦時電量。
• DNV GL 對其性能進(jìn)行了獨立驗證。
• 旨在開發(fā)一種完全無排放的近岸海底發(fā)電廠。
4. CorPower Ocean C4
• 類型： 點吸收式波浪能轉(zhuǎn)換器。
• 額定功率：
• 已確認(rèn)的峰值功率為600千瓦 (kW)。
• 通過升級，峰值功率有望提升至850千瓦 (kW)。
• 特點：
• 已在葡萄牙阿瓜薩杜拉(Agucadoura)完成第一階段海洋調(diào)試。
• 能夠根據(jù)海洋條件調(diào)整設(shè)備，限制在風(fēng)暴中的響應(yīng)，并在常規(guī)波浪中放大運動和能量捕獲。
• 通過了“有記錄以來最大大西洋風(fēng)暴”的考驗，證明了其在極端海況下的生存能力。
• 通過 WaveBoost 項目，其可靠性和性能得到提升，年度發(fā)電量增加了27%。
• 正在進(jìn)行陸上檢查和升級，以提高其運行范圍、功率容量和可靠性。
• 正在探索利用人工智能(AI)來提高性能和控制。
5. Ocean Energy OE35
• 類型： 浮動式波浪能轉(zhuǎn)換器，采用雙流空氣系統(tǒng)從波浪中獲取能量。
• 額定功率： 潛在輸出功率為1.25兆瓦 (MW)。
• 特點：
• 被認(rèn)為是世界上最大的浮動式波浪能裝置。
• 已在美國海軍波浪能測試場(夏威夷)部署。
• 正在歐洲海洋能源中心(EMEC)進(jìn)行并網(wǎng)示范，目標(biāo)是降低度電成本(LCOE)超過30%。
• 通過將波浪捕獲到內(nèi)部氣室，利用水柱振蕩驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)電。
6. Pelamis (海蛇)
• 類型： 衰減器型波浪能轉(zhuǎn)換器，由多個鉸接的圓柱體組成，隨波浪運動產(chǎn)生電力。
• 額定功率： 750千瓦 (kW)。
• 特點：
• 世界上第一個用于供電的海上波浪能轉(zhuǎn)換器，于2004年首次出現(xiàn)。
• 2008年在葡萄牙建成了首個商業(yè)波浪能農(nóng)場，裝機(jī)容量2.25兆瓦，由三臺Pelamis設(shè)備供電。
• 相比傳統(tǒng)筏式裝置，其鉸接處有更多自由度，使其在波浪中運動更靈活，提高了在狂風(fēng)巨浪中的生存能力。
7. PowerBuoy (OPT)
• 類型： 浮標(biāo)式波浪能轉(zhuǎn)換器，利用浮標(biāo)的垂蕩運動發(fā)電。
• 額定功率： PB150 型號額定輸出功率峰值為150千瓦 (kW)。
• 特點：
• 單點吸收式波浪能轉(zhuǎn)換裝置。
• 已在海洋部署中進(jìn)行了性能驗證。
• 適用于為海洋浮標(biāo)等小型設(shè)備供能。
8. Wave Dragon
• 類型： 越浪式波浪能轉(zhuǎn)換器，通過將波浪捕獲到高位水庫，利用水位差驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電。
• 額定功率： 最佳尺寸設(shè)計可產(chǎn)生高達(dá)4兆瓦 (MW) 的電力。
• 特點：
• 丹麥開發(fā)的一種離岸漂浮式波浪能轉(zhuǎn)換器。
• 其原理類似于水力發(fā)電站，具有較好的可靠性和穩(wěn)定的輸出響應(yīng)。
• 對地域特點有較高要求，限制了其發(fā)展。
9. UniWave200 (Wave Swell Energy)
• 類型： 振蕩水柱 (OWC) 波浪能發(fā)電裝置。
• 額定功率： 200千瓦 (kW)。
• 特點：
• 已實現(xiàn)24小時連續(xù)、自主發(fā)電。
• 在有效波高超過1米時，波浪到電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)45%左右。
其他值得關(guān)注的進(jìn)展：
• 中國科學(xué)院廣州能源研究所： 研制了100千瓦一基多體鷹式波浪能發(fā)電裝置和10千瓦漂浮點吸收直線發(fā)電波能裝置，并完成了實海況試驗。
• “澎湖號”： 由中國科學(xué)院廣州能源研究所自主研發(fā)的半潛式波浪能養(yǎng)殖平臺，配備了60千瓦波浪能和60千瓦海上光伏發(fā)電技術(shù)，已連續(xù)無故障運行三年多。
• “集大4號”： 我國首套發(fā)電功率達(dá)到100千瓦并通過中國船級社審核認(rèn)證的可自航波浪能發(fā)電平臺，具有更寬的波浪響應(yīng)頻帶寬度，提高了波浪能的轉(zhuǎn)換和傳遞效率。
需要注意的是，波浪能技術(shù)仍在不斷發(fā)展中，上述參數(shù)可能會隨著技術(shù)迭代和項目進(jìn)展而更新。如果您需要更詳細(xì)或最新的數(shù)據(jù)，建議直接查閱相關(guān)公司發(fā)布的官方報告或新聞稿。
下表為小編總結(jié)的國內(nèi)外主流波浪能發(fā)電機(jī)組性能參數(shù)對比情況。希望這份表格能幫助您更好地了解不同波浪能發(fā)電機(jī)組的性能參數(shù)。請注意，由于波浪能技術(shù)仍在快速發(fā)展中，部分?jǐn)?shù)據(jù)可能為估算值或早期測試數(shù)據(jù)，實際商業(yè)化產(chǎn)品的最終參數(shù)可能會有所調(diào)整。
國內(nèi)外主流波浪能發(fā)電機(jī)組性能參數(shù)對比
說明：
• 額定輸出功率 (kW/MW)： 指設(shè)備在設(shè)計條件下能夠穩(wěn)定輸出的最大電功率。
• 能量轉(zhuǎn)換效率 (%)： 指波浪能轉(zhuǎn)換為可用電能的效率。不同類型設(shè)備和測試條件下的效率可能有所不同，有些數(shù)據(jù)是特定階段的效率(如波能-液壓能)，有些是整體效率。
四、挑戰(zhàn)與前景
• 挑戰(zhàn)：
• 波浪力的波動性強(qiáng)，如何有效利用并提高轉(zhuǎn)換效率是一個難題。
• 惡劣的海洋環(huán)境對設(shè)備的生存能力、長期工作可靠性和高效能量轉(zhuǎn)換提出了挑戰(zhàn)。
• 波浪能技術(shù)仍處于發(fā)展早期階段，尚未普遍使用，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍有距離。
• 高昂的成本是波浪能普及和大規(guī)模利用的最大障礙。
• 前景：
• 波浪能具有巨大的潛力，全球海洋波浪能的理論值約為10^9千瓦，是目前世界總發(fā)電量的數(shù)百倍。
• 波浪能具有可再生、環(huán)保、利用范圍廣、可靠性高等優(yōu)點，且比風(fēng)能和太陽能更易預(yù)測，可以全天候不間斷獲取。
• 隨著技術(shù)進(jìn)步和研發(fā)投入，波浪能的成本有望大幅降低，未來有望與傳統(tǒng)能源競爭。
• 波浪能可以為遠(yuǎn)海島礁、海洋牧場等難以接入大電網(wǎng)的地區(qū)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。
• 中國在波浪能發(fā)電技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展，裝機(jī)容量穩(wěn)步提高，并計劃建設(shè)兆瓦級岸式波力電站。
總的來說，波浪能發(fā)電技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，雖然面臨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，但其巨大的資源潛力、環(huán)境友好性以及在特定應(yīng)用場景下的優(yōu)勢，使其成為未來可再生能源領(lǐng)域的重要組成部分。
