波浪能吸能器的应用与发展

波浪能吸能器吸收波浪能量，并将其转换成机械能推动与发电机耦合的水轮机，或者直驱式直线发电机的活塞运动。通常来说，机械能通过发电机转换为电能。本节将讨论在不同的应用中使用的波浪能吸能器。

当浮体高于或低于水位时，恢复力试图将浮体带回到原来的平衡位置。使浮体恢复到平衡位置的作用力产生了势能，而动能则与物体的运动有关^[4]。

为了有效地提取波浪系统的能量，应该考虑式（4.1）给出的机械能。波浪能吸能器的基本原理是利用波浪可被转换成机械能的电能。泵、飞轮、压缩机、水轮机、直线或旋转发电机都可以作为机械能转换装置用于波浪能的提取^[4]。

有文献报道，在收集波浪能方面已经有若干研究成果^[17-19]。艾萨克斯（Isaacs）^[13]概述了包括斯克里普斯（Scripps）波浪泵在内的波浪能吸能装置的工作模式。在参考文献^[20]中，理查兹（Richards）评价了浮标式波浪驱动式水轮发电机。增田（Masuda）、麦考密克（McCormic）、萨克斯（Isaacs）、凯泽尔（Kay-ser）（见图4.16和图4.17）以及法奈斯（Falnes）的设计分别为此类设计之一。

在这些装置中，使用一个圆柱形浮标的上升下潜运动来提供压力水头，随后该水头又通过液压或气动方式驱动涡轮发电机。图4.16给出了日本海上保安厅使用的70W和120W增田机组。增田还提出了一个外径为120m八面体形状的浮标方案（见图4.17），预计将产生3～6MW的电能。

伍利（Wooley）和普氏（Platts）提出了一种波面筏方案（见图4.18），其连接是由依靠所连各筏运动差异而工作的液压泵所形成的。参考文献[4]对这种方法进行了详细的讨论。这种方法已经通过英国南安普敦Wavepower有限公司的实验。各筏的长度为波浪平均波长的1/4，这种波长能够提供最大的能量。波面筏一般会略宽于它在前进方向上的长度。

圆柱形浮标更为可取，因为它们具有从超出其自身直径的波浪系统中提取能量的能力，而且它们对波浪方向也不敏感。

图4.16 法奈斯（Falnes）浮标式波浪驱动型涡轮机(www.xing528.com)

图4.17 环形气压浮标

a）水位提升，空气从上部出口排出 b）水位下降，空气从上部入口吸入

图4.18 波面筏

波浪能或能通量约为波阵面的H²T。因为波浪的衍射和辐射作用，浮体可以提取的能量值要大于靠浮体直径拦截的波浪能。

将这些设备组合成一个阵列，并使用适当的装置来控制它们的相互运动及其入射波，可以捕捉到更多的波浪能。据参考文献[21]报道，一个分布在波长范围内的浮体阵列能够以两种模式协同工作，比如上升下潜和横摇等，它们可以100%地提取入射波的能量。