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    海洋中的波浪的絕大部分是由風對海面的擾動引起的。風的能量來自太陽。所以說海洋波浪能是一種可再生能源。據世界能源委員會的調查顯示，全球可利用的波浪能達到20億千瓦，相當于目前世界電產量的2倍。
    波浪能具有以下優點：1.波浪能以機械能形式出現，是海洋能中品位最高的能量；2.波浪能的能流密度最大，在太平洋、大西洋東海岸緯度40～60°區域，波浪能可達到30～70kW/m，某些地方達到100kW/m；3.波浪能是海洋中分布最廣的可再生能源——大海里很難找到沒有波浪的地方。這意味著：（1）波浪能可通過較小的裝置實現其利用；（2）波浪能不僅可以提供可觀的廉價能量；（3）波浪能可以為邊遠海域的國防、海洋開發等活動提供能量。因此，世界各海洋大國均十分重視波浪能利用研究。

    一、波浪能利用技術

    關于波浪能轉換的各種專利已超過1500項。波浪能裝置千變萬化，但通常具有兩個部分：第一部分為采集系統，作用是俘獲波浪能；第二部分為轉換系統，即把俘獲的波浪能轉換為某種特定形式的機械能或電能。采集系統的形式有振蕩水柱式（OWC）、振蕩浮子式（Buoy）、擺式(Pendulum)、鴨式(Duck)、筏式(Raft)、收縮坡道式(Tapchan)、蚌式(Clam)等，提高波浪能俘獲量的技術有通過波浪繞射或折射的聚波技術，以及通過系統與波浪共振的慣性聚波技術。轉換系統有空氣葉輪、低水頭水輪機、液壓系統、機械系統以及發電機等，提高轉換效率的方法有可控葉片、變阻尼、整流、定壓等，提高能量質量的方法有能量緩沖和調勵磁等。

    目前最常見的是振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置，裝機容量1kW以下的大約有1000多個，用于為導航浮標供電，已經走向商業化（圖1）；裝機容量數十到數百kW的波浪能裝置大約有10座左右。最大的一座是歐盟建造的2MW裝置Osprey，可惜在下水時破損。成功建成的有英國和挪威的500kW裝置各一座（圖2），葡萄牙400kW裝置一座，日本120kW裝置一座、40kW裝置一座、1kW以下裝置600余個，我國100kW裝置一座、20kW裝置一座、1kW以下裝置700余個。該裝置的優點在于采用空氣傳遞能量，避免波浪對脆弱的發電系統的直接打擊；其缺點是空氣葉輪轉換效率不高，特別是在小浪時；而且發電不穩定，對于10kW以上的波浪能裝置須與柴油機或電網并聯才能正常工作。

振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置

振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置

     除了振蕩水柱+空氣葉輪之外，目前較為成功的波浪能裝置還有振蕩浮子式、擺式、筏式與液壓系統的組合。

    英國的Pelamis裝置（圖3）采用筏式+液壓系統，裝機容量達到700kW，是目前世界上裝機容量最大的波浪能裝置。該裝置的優點在于采用了蓄能器，輸出穩定，抗風浪沖擊能力強。缺點為俘獲波浪能效率不高。

振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置

    振蕩浮子+液壓系統是目前發展勢頭最猛的波浪能裝置。該技術采用浮子俘獲波浪能，通過與浮子連接的液壓裝置將波浪能轉換成液壓能，再通過發電機轉換成電能，或通過其它設備制造淡水或冰。
 
    振蕩浮子技術發展迅速的原因是：1.俘獲波浪能效率以及轉換效率均高；2.振蕩浮子制造相對最為簡單；3.采用液壓系統，能量容易匯集，形成大規模發電系統；4.可以提供電力，也可以提供非電力的動力，實現一機多用。

    英國、美國、荷蘭、瑞典、丹麥、中國均開展了振蕩浮子式波浪能裝置的研究。其中，英國Wavebob公司研制的裝置有望在2005年實現小比例的實海況實驗，2006年開始正式發電，預計把電送上岸的電價為3～5歐分（eurocents）/kWh。荷蘭的Teamwork Tech nology BV公司正在研制的AWS振蕩浮子式波能裝置（圖4）裝機容量為2MW。英國Cork大學和女王大學研究的McCabe Wave Pump（MWP）波力裝置可以為制淡提供能量，當然也可用來發電。該裝置有望每年提供純凈水27.5萬立方米，運行成本為0.25美元/m3。美國的Ocean Power Technolog（OPT）公司研制的PowerBuoy點吸收式波力裝置，單個裝置的裝機容量為20～50 kW ，多個裝置構成的群可滿足兆瓦級用戶的需求，預計該裝置發電運轉成本對于100MW 規模的電站為3～4美分/kWh，1MW規模的電站為7～10美分/kWh。

振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置

     我國政府“十五”期間共投入經費435萬，其中國家“十五”“863”計劃支持120萬，中國科學院知識創新工程支持300萬，廣東省科技計劃項目支持15萬，由中國科學院廣州能源研究所研制一座波浪能獨立發電系統（圖5）。該系統由一個振蕩水柱裝置和一個振蕩浮子裝置俘獲波浪能，通過具有能量緩沖器的液壓系統，波浪能被轉換成穩定的液壓能，用于發電、海水淡化和制冰。2004年9月在實驗室成功地將平均功率8kW、波動值為8kW的不穩定的液壓能轉換為穩定的電能。2005年1月，成功地實現了把不穩定的波浪能轉化為穩定電能。預計振蕩浮子式波浪能裝置將于2005年12月完工，屆時，該系統將提供用戶可直接使用的穩定電力，多余能量將用于制淡和制冰。

振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置

　　二、國內波浪能研究存在問題及解決辦法

    全球波浪能能流密度相差懸殊：最豐富的地區，其能流密度達100kW/m以上；而最不豐富的地區，其能流密度接近于0。中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為2～7kW/m。 英國、葡萄牙等國家的波浪能能流密度達到40～60kW/m，波浪能發電成本有可能降到目前風能發電的水平。因此，這些國家可以大規模開發波浪能。其關鍵問題是提高波浪能發電效率、裝置的建造技術、降低成本，以求獲得最佳經濟利益。采用技術為在大浪下具有較高可靠性的波能轉換技術以及并網技術，如振蕩水柱技術、變勵磁、變速恒頻發電系統等。

    中國的波浪能發電成本要昂貴得多。從目前技術水平看，其發電成本要降到目前風能發電的水平是不可能的。因此現在應著重于在波浪能是最便宜的能源的邊遠海島、鉆井平臺、深海采礦等常規能源難以供應的場所發展。關鍵是在降低發電成本的同時，提高發電的穩定性，發展波浪能獨立發電系統，使用戶直接使用波浪能。

    （一）波浪能裝置的穩定輸出問題

    要實現波浪能獨立發電系統，首先要解決的是波浪能裝置的穩定輸出問題。對于裝機容量小的波浪能裝置，如我們研制的10W波力發電航標燈，可以采取向蓄電池充電，再從蓄電池中輸出穩定的電能到用戶。如果需要交流電，則需要配備逆變系統。但這一方法不適用于平均功率較大的波浪能裝置。解決這一問題的關鍵是發明一種技術使得波浪能變成穩定的，直接被用戶使用，多余的存入蓄電池，不足的從蓄電池補充，就可以大大減小蓄電池的容量（及發電成本）。這就是波浪能獨立發電系統的概念。

    這種可以將波浪能轉換成穩定的電能的技術是波浪能獨立發電系統的關鍵技術。“十五”期間，我們在“863”項目和中科院創新方向性項目支持下開展了這方面的研究，取得了突破性進展，率先提出并研制成蓄能穩壓系統。有了蓄能穩壓系統，就可以按照平均功率而不是峰值功率來設計蓄電池組，蓄電池組的容量便可以大大下降。

    （二）波浪能裝置的效率問題

    從2000年起，我們開始研究振蕩浮子式+液壓系統的波能裝置。振蕩浮子式+液壓系統的波能裝置的工作原理是，通過振蕩浮子將波浪能轉換成驅動液壓泵的往復（不穩定）機械能，再通過蓄能穩壓系統將不穩定的液壓能轉換成穩定的液壓能，通過液壓馬達驅動電機發電。在任何波況下的整個轉換效率為50%左右，明顯比振蕩水柱式波能裝置的轉換效率高；從建造成本和難度上看，上述轉換系統也低于同等容量的振蕩水柱波能系統。

    （三）波浪能制淡問題

    解決海島缺水問題的一個有效方法是利用海洋里的波浪能進行海水淡化，制造淡水。海水淡化需要能量，正好成為波浪能獨立發電系統能量調節的手段之一。從季節看，冬季波浪能較大，雨水較少，用波浪能制淡剛好可以補充雨水的不足；在夏季偶然出現大浪時，也可以將多余的波浪能用于海水淡化，解決能量過剩問題。
反滲透海水淡化是一個效率最高的制淡方法，制造每噸淡水大約需要10MJ機械能。將波浪能轉換成所需的機械能便可以供給反滲透海水淡化設備，得到淡水。

    為了實現這一目的，我們研制了波浪能驅動的海水淡化裝置。該裝置可日產2噸淡水，可以為班排一級的守島部隊提供充足的淡水。

    （四）尚未解決的問題

    對于波浪能研究來說，目前存在以下主要技術問題：

    1.材料問題——波浪能裝置的材料應該具有（1）抗海水腐蝕的特性；（2）廉價；（3）較好的耐久性和可靠性。不銹鋼滿足第1、3兩條，不滿足第2條；工程塑料在強度上已有了顯著提高，但其耐久性和可靠性還未能滿足要求。因此，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，耐久性差強人意。
 
    2.工業產品系列太少——目前并不存在專門為波浪能利用而發展的工業產品，只能逐漸發展。但我國目前許多產品的系列太少，迫使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。例如小型電機，明顯缺乏低轉速、功率100W以下的發電機，或低轉速、100kW以上的大功率發電機。齒輪等機械，液壓泵、液壓馬達等也存在類似的問題。

    3.投入研發經費不足——我國從“七五”開始研究波浪能。從“八五”到“十五”，國家科技部、中國科學院等對波浪能研究開展了持續的支持，3個五年計劃共支持了約1000萬，用于研制20kW、100kW岸式振蕩水柱波能裝置各一座，8kW、30kW擺式波能裝置各一座，5kW漂浮式波能發電船一座，50kW波浪能獨立發電與制淡系統一座。這些研究使我國的波浪能研究水平逐漸發展起來，特別是“十五”期間，我國在波浪能轉換效率、波浪能穩定輸出和波浪能裝置建造技術上有了顯著的提高，處于世界先進水平。

    但相對國外的波浪能研究，我國的研發經費太少了。3個五年計劃共支持了約1000萬，研建了6個波浪能裝置，全部加起來僅相當于英國近5年投入研究費用的1/60。上述項目均有較大缺口，需要部門、省、地方匹配才能完成。研究費用的欠缺，對我國波浪能研究進展有負面影響。

    總的來說，我國的波浪能轉換研究進步是明顯的，在世界上也有一定影響，目前可以進入示范階段，但尚未進入商業開發階段。波浪能利用在技術上并未完全成熟，還需要國家進一步的支持。