海洋中“无风三尺浪”。风只是波浪的主要成因之一,还存在着许多作用力可以使海水振荡起来形成波浪。
地球表面有超过70%以上面积是海洋,广大面积的海洋(可以说是世界上最大的太阳能收集器)在吸收太阳辐射之后,温暖的地表海水,造成与深海海水之间的温差,由于风吹过海洋时产生风波,这种风波在宽广的海面上,风能以自然储存于水中的方式进行能量转移,因此波浪能可以说是太阳能的另一种浓缩形态。
同时,波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,它实质上是吸收了风能而形成的,它的能量传递速率和风速有着非常紧密的关系。
波浪能的无穷威力
海浪的破坏力大得惊人。扑岸巨浪曾将几十吨的巨石抛到20米高处,也曾把万吨轮船举上海岸。海浪曾把护岸的二三千吨重的钢筋混凝土构件翻转。许多海港工程,如防浪堤、码头、港池,都是按防浪可怕的海啸标准设计的。
在海洋上,波浪中再大的巨轮也只能像一个小木片那样上下飘荡。
大浪可以倾覆巨轮,也可以把巨轮折断或扭曲。假如波浪的波长正好等于船的长度,当波峰在船中间时,船首船尾正好是波谷,此时船就会发生“中拱”。当波峰在船头、船尾时,中间是波谷,此时船就会发生“中垂”。一拱一垂就像折铁条那样,很快就可以把巨轮拦腰折断。
20世纪50年代就发生过一艘美国巨轮在意大利海域被大浪折为两半的海难。此时,有经验的船长只要改变航行方向,就能避免厄运,因为航向改变即改变了波浪的“相对波长”,就不会发生轮船的中拱和中垂现象。
波浪能的特点
综合来看波浪能具有如下特点:
1.能量密度小、运动速度较慢波浪能是一种散布在海面上的低密度不稳定能源,其1米波前的能量通常在20~80千瓦之间,而且波浪的运动速度比较慢,由波浪形成的水头一般只有2~3米,不防浪堤适于直接用来驱动原动机。
基于以上特点,要利用波浪能,就要求波浪能发电装置能够充分地吸引分散在海面上大面积的波浪能,并转换成集中的能量,以驱动发动机、带动发电机而发电。在这方面已经研制的方法有:将波浪能变为高速气流的动能驱动空气涡轮机;
或变为高压油的压力驱动油马达;
或变为高水头水流的热能驱动水轮机等等。
有趣的波浪运动
波浪是一种短周期的海水运动形式,每个周期内海水的运动方向循环一次,传递给波浪能转换装置的力的方向也改变一次。
通常发电机的转向在工作期间是不变的,因此要利用特定的装置将这种往复式的运动转变成转向不变的圆周运动。
2.不稳定
波浪能受风的影响,其能级变化大,且不规则。因此,波浪能发电应并入当地电网,和其他发电站所发的电能一并使用。
3.工作环境恶劣
波力发电的另一个困难之处在于波浪的狂暴和反复无常,使得波力发电装置必须在极其恶劣的工作条件下运转,这就要求所设计的波浪能发电装置从外部到内部结构都能适应恶劣的工作环境。这样就带来一系列技术上的、经济上的问题。
此外,还存在海水对机组及水工建筑物的腐蚀以及海洋生物的附着等问题,处理方法和潮汐能开发装置相仿。