1.4.4　波浪能發電面臨的問題

（1）波浪能發電目前面臨的問題

目前波浪能發電成本高昂、發電功率小、質量差，所以降低發電成本，提高功率，增強發電的質量是波浪能發電普及的必經之路。

發電效率低是因為波浪時刻變化，波浪能量不集中，如何使發電裝置適應這種工作狀況，是目前波浪能發電亟待解決的問題。

穩定性問題。受技術限制，波浪能發電裝置只能將吸收來的波浪能轉化為不穩定的液壓能，這樣再轉化的電能也是不穩定的。英國、葡萄牙等歐洲國家采用昂貴的發電設施，仍無法得到穩定的電能。

控制問題。由于波浪的運動沒有規律性和周期性，浪大時能量有剩余，浪小時能量供應不足。這就需要有一種設備在浪大時將多余的波浪能儲存、再利用。

材料問題。現有的波浪能裝置只是采用普通鋼材，靠表面涂層提高抗腐蝕能力，耐久性不盡如人意。目前不存在專門為波浪能利用而開發的工業產品，在波浪能研究上改變設計，犧牲效率、合理性，用現有產品拼湊成波浪能發電設備。

工作環境問題。因為發電裝置放置在海中，工作環境惡劣，減少海水中的部件和抗風浪都是目前遇到的難題。

（2）波浪能發電研究方向

①流體動力特性計算　波浪能發電裝置布放入海后，實際上面臨的是不規則的復雜海況變化。目前的理論研究主要基于線性波浪理論開展，但對非線性隨機問題的研究仍然不成熟。非線性波之間的相互作用以及它們與波浪能發電裝置之間的作用在一定程度上是隨機變化的，因此，實際海況中發電裝置的流體動力特性不能精確計算。

挪威的Ankit Aggarwal等人使用開源計算流體動力學（CFD）模型REEF3D對規則和不規則波與垂直圓柱的相互作用進行了模擬。該模型在整個域上解決了雷諾平均Navier Stokes（RANS）方程，提供了流體壓力、速度以及自由面等流體動力學信息，可以用于對圓柱體周圍的流體情況進行分析和可視化。Muk Chen Ong等人運用湍流模型解非連續RANS方程，對兩個部分沉入水中的圓柱體結構進行了二維數字仿真分析。同時，通過垂直波浪力的變化和自由表面的升降，得到了兩個圓柱體之間距離對流場的影響。Pol D.Spanos和Felice Arena提出一種統計線性化技術，用于對單浮子振蕩捕能系統進行快速隨機振動分析。

②發電穩定性和高效性設計　波浪的不穩定性以及能流密度低、轉換效率低的特點，是制約其利用技術發展的主要原因。因此，需要提高波浪能發電裝置的適應性，增大捕能頻寬，從而提高穩定性和發電效率。其中，儲能裝置的設計和系統的功率控制非常重要。

許多振蕩體式波浪能發電裝置都是將浮子的動能轉化為液壓能再帶動發電機發電。Falc?o在時域內研究了氣體蓄能器體積和工作壓力對電力輸出穩定性的作用。鄭思明基于三維波浪繞射輻射理論，提出了一個計算鉸接雙筏體最大波浪能俘獲功率的數學模型，可用于計算裝置在特定參數下的最大波浪能俘獲系數。Jeremiah Pastor、Yucheng Liu基于邊界元方法建立了點吸收式波浪能轉換器的線性模型并進行數值仿真和頻域分析，得出了不同浮子形狀、直徑、吃水深度等參數變化對浮子垂蕩運動性能的影響，從而得到優化的參數設計。

③陣列發電場設計　波浪能轉換裝置的陣列化有利于充分利用單位海域面積內的波浪能量，在一定程度上實現經濟成本的最優化。陣列式波浪能轉換裝置的研究主要集中在運行特性和波浪能俘獲效果兩個方面：運行特性研究浮體或固定結構在波浪作用下受到的波浪力、輻射力、繞射力等以及結構反作用于波浪場所引起的變化；波浪能俘獲效果是指通過對比陣列式裝置的單體平均功率與單個裝置的發電功率以及它們的俘獲寬度比，分析所設計的陣列布局的優化效果。

陣列發電場的研究，目前主要針對單一類型振蕩浮子式裝置。Andres等人考慮了陣列布局、單體之間距離、裝置數量以及波浪入射方向的影響，發現增加波浪能轉換裝置的數量可以提高它們之間的相互作用力，不同的波浪方向對于波浪能俘獲的影響很大，單體之間距離為入射波長的一半時，俘獲效率較高。Kara運用數值仿真方法在時域內計算了兩種運動模式下的垂直圓柱體陣列的波浪能吸收功率，同時研究了單體裝置之間距離以及入射波角度的影響。Konispoliatis和Mavrakos運用多重散射方法研究了振蕩水柱式波浪能轉換裝置陣列在波浪作用下的繞射和輻射效應。國內方面，香港大學的Motor Wave、浙江海洋大學的“海院1號”、集美大學的“集大1號”，均是陣列式發電場的嘗試。

④多元化綜合利用　海洋中除了波浪能，還蘊藏著海流能、潮汐能、溫差能、鹽差能等多種形式的能量，而且其開發技術也在逐步發展，再加上相對成熟的太陽能和風能利用技術，使得在海洋中進行多種能源綜合利用成為可能。多能互補，通過共享基礎平臺、海底電纜等方式來降低成本，全方位開發所在海域能源；另外，也可以構建分布式發電網絡，利用多能互補系統實現電力的穩定輸出，提高海洋能的穩定性和利用率。