前 言

随着人类生活水平的不断提高，人们对自然资源及能源的消耗量也在与日俱增。这样一来，全球性环境污染状况也就变得愈加严重。在矿物燃料消耗的同时，从火力发电厂排出的有害气体对大气环境构成恶劣影响。在此背景下，人们在急切地盼望着清洁能源的出现。

生产清洁能源有多种方法。就目前而言，海浪发电远不及水力和风力发电那样普及，但就其配电系统的分布密度及稳定性而言，同风力发电相比，海浪发电有一定优势。海浪是通过风的推力而形成的，而风是在受到日光的影响才产生的。海浪推动了本来无风区域的海水，进而产生了能量。能量积聚在海洋表面，要想截取到它，仅仅需要在靠近海岸边的海水表面安装一台能量转换器就能达到发电目的。这比直接采用日光更具优势。由于发电设施可以就近安装在海洋沿岸地区，因此还可期望为海水脱盐设备提供动力电。另外，科学家们还预测，在沿海道路一侧建设充电站，以便能服务于不久的将来可能广泛投入使用的电动汽车。这样，发电过程中的能耗则有可能大大降低，而无需建设远距离输变电设施。本文拟就普通型海浪发电系统及其电能转换系统做一粗略介绍。

主要转换系统及其问题

海浪发电系统大致可以分为三种类型：类型1是利用气-水封室中的水面振幅达到发电目的，这种振幅受海浪波动引发；类型2靠海浪推动物体产生运动达到发电目的；类型3则利用海洋深处水封液室受海浪推力致使部件表面变形后所发生位移而达到发电目的。类型3设施存在有安装和维修方面的困难，这种类型属于海底结构，据认为不适宜搞大规模的能量转换。下述内容仅就类型1和类型2系统分述其优劣。

类型1系统由一台倒置于海洋表面的容器所组成。在海面上，海浪会在容器内外产生一种压差，进而使气流形成涡旋。由于该系统传动部件少，因此不必过多考虑结构强度问题。该系统可能是建造大规模能量转换装置的最佳选择，据认为最适宜投人商业化运营。

另一方面，在广阔的海平面液位变化的情况下，若想大规模截取能量并进行转换时，需要将容器分成若干个气-水封室，因此有必要花费大量的人力材力进行加工，尤其是当需要在防波堤上进行安装时，还需要根据潮汐的升降程度，考虑到空气室能覆盖大范围内的水位变化。其工艺过程包括对材料的废物利用。能量增量的获取需要压差的产生，而这又直接取决于容器内的水位的变化，因此容器内外的压差起决定作用。根据海浪条件，即目前状态的海浪高度和循环周期，计算压差往往是很困难的。

在类型2系统中，物体被安装在海水表面。海洋表面出现的海浪波动引起物体移动，这种移动被依次转换成旋转移动。目前该系统已经设计出来了。一般来说，类型2系统从浮力下移动的物体上截取能量，因此能量增量可根据波浪实际循环程度及高度通过动态计算进行微机控制。这样做则能很容易地设计出一种高效发电系统。

不过，利用移动物体本身的旋转运动作动力会存在严重的问题，即有可能对移动部件和旋转轴施加损坏性扭力。例如，如果负责输送旋转移动的动力轴未能与波浪保持一致，而出现偏差时，则移动部件和运动支点就会受到扭力的影响，结果势必会导致旋转轴发生弯曲。既然在重力和浮力之间存在偏差，且这种偏差会作用于移动部件上，一种垂直向下的力便会出现，并会连续不断地对轴施加一定程度的弯曲压力，而且由于每天还会出现不同时段内水位的瞬时变化，其偏差也会随之变化。如果系统被固定在地面，因受波浪运动影响，施加在移动物体上垂直力的变化就会使支撑整个系统的地面受可变负荷的影响。

如上所述，传统的类型2系统会产生有害的扭力，造成结构强度出现问题。

新建议

以下是一种新系统。该系统是在2型系统基础上开发出来的，但系统的要害问题，即有害的扭力可以受到阻止，且系统本身没有严格的安装地点限制，海浪的运行方向也没有特别要求。下面是该系统鸟瞰图（参见图1）。

图1海浪发电系统平面示意图

浮体和平衡块附着在受拉条（如绳子）的两端，绳子被悬架在滑轮上。该滑轮随海平面的升降交替旋转。这种移动过程通过棘轮被转换成一对反向运动，然后再随着两输出轴的转动将其输出。这是一个基本

元件的工作原理，多个基本元件连接后构成一个系统。来自整个基本元件上的循环能量合并后，就会形成一种不定向的旋转运动，之后通过输送加速使发电机工作。为了平衡海平面上升与下降时间段之间的能量增量，浮体和平衡块的重量比应调整至2 :1。刚好在发电机激活前通过输送使旋转得以加速，这样可最大限度地降低因大量快动件在整个机械系统中通过旋转加速或减速所产生的能耗。

由于该系统在物体旋转动作时不利用水位变化量，如上面所提及的扭力就可能受到阻止。因此，只要消除受拉条、滑轮支架及整个系统支架上的强度就可以了。由于机械部件均被安置在海平面上，且移动浮体和输变电元器件是分开安装的，因此更换部件很容易。系统可以安装在一个支撑架上，而该支撑架即可以装在桥墩上，也可安装在类似于船壳浮标两侧的位置上。支架作为一种辅助设施也可安装在桥底下。

试验模型

上述系统模型已经制造出来，并通过了简单的性能试验。该试验是在日本文理大学大学海洋工程试验基地的水池中进行的。该模型由四组基本原件构成 :发电机采用的是反向直流电机；通过上述系统所产生的旋转运动来驱动直流电机轴；通过测量连接于电机端子板上电阻两端电压来计算综合能量；模型浮体基本上呈矩形状，外形尺寸为0.51×0.51×0.45 m，辅助浮体为圆柱形以便能使浮体水线面变换成0.51×1.11 m。浮体和平衡块被交替安置在相邻的基本的元件上，这样做的目的是为了平衡整个系统，且利于其间距的调整。试验是在重量有所变化的情况下进行的，即带辅助浮体和平衡块时做过一次，未装辅助浮体和平衡块时再做一次。水表面波浪循环周期为T=1~8秒，海浪高度20 cm以下。

〔Science & Technology（日）1997年第60期〕