一、技術簡介

本技術采用浮式平台並設置與海連通的L型流道，在海洋波浪作用下裝置發生多自由度運動，引起流道裏的水體振蕩，使水體上方的空氣壓強產生周期性變化，進而驅動空氣透平機旋轉帶動發電機發電。開創性提出氣動式波浪能發電的高效寬頻技術、裝置釋能和錨係吸能聯合減載的強安全係統，成功突破行業內波浪能轉換效率低、頻響寬度窄、生存力弱的核心瓶頸。圖1 所示高效、寬頻和高可靠氣動式波浪能發電技術體係包含七大創新設計：

1. 艏底增效板顯著減少裝置迎浪麵輻射波浪能，延長裝置共振周期；

2. 鴨尾導流板擴大流道口取水範圍，增加進出流道的海水方量，拓寬頻響寬度；

3. 雙翼浮力艙充分利用裝置兩側波浪能量，增大有利於俘能的縱蕩、縱搖和垂蕩運動，減小不利於俘能的橫搖，提高裝置俘能效率；

4. 全流線型係統（流道+浮力艙）減少波浪能傳遞過程中的流動損失；

5. 高效衝動式空氣透平降低啟動扭矩，提高寬工況轉換效率；

6. 呼吸閥係統自動釋放高海況氣室內高壓氣體，使氣室內壓強處於安全閾值內；

7. 吸能-彈性繩複合錨係吸收波浪對裝置和係泊係統帶來的衝擊，大幅降低係泊係統荷載。

本技術顯著提高了波浪能轉換效率、響應波浪頻帶寬度和裝置整體的可靠性及生存力，確保裝置在寬海況內高效高可靠工作，顯著提高年發電量和性價比。

圖1 高效、寬頻和高可靠氣動式波浪能發電技術

二、主要技術指標

1. 波浪能俘獲寬度比達103%，創行業新高。其中艏底增效板通過減少裝置迎浪麵輻射波浪能貢獻13.8%提升，鴨尾導流板實現渦流抑製帶來18.5%增益，全流線型流道降低湍流損耗提升11%，流線型浮力艙通過壓力場重構提高15%效率，每延米雙翼浮力艙則通過增加有效受波麵積實現6%的增量改進。

2. 波浪能能俘獲寬度比60%時的係統頻響寬度擴展至1.89秒。艏底增效板使70%以上高俘獲效率區間的波頻響應寬度拓寬27.0%，鴨尾導流板則通過尾流調控技術將60%俘獲效率的波頻響應寬度提升至70％。

3. 波能至電能轉化的整機效率達到26%。

4. 極端海況適應性顯著提升，最大氣動能與常海況平均氣動能的比值低壓縮至8.8。創新設計呼吸閥通過動態泄壓機製將極端海況最大氣動能與常海況平均氣動能的比值降低73.3%。

5. 抗台風性能突破16級標準，錨係吸能部件和彈性繩係統將係泊係統荷載減少20%。

三、社會經濟效益、應用情況及適用範圍

（1）社會經濟效益：

基於年平均波能流密度14.6kW/m的海域條件測算，采用本技術的1MW級波浪能發電站單站建設成本約1000萬元，其成本隨波能流密度提升呈指數型下降特征。年運營維護費用控製在5萬以內，設計壽命周期20年內可實現年均發電量300萬千瓦時，等效滿負荷運行小時數達3000小時。經濟性分析表明：在常規並網電價0.3-0.5元/千瓦時區間，項目靜態投資回報期為6.9-11.7年，內部收益率5.7%-13.3%。對於島礁、深遠海平台、深海養殖等特殊場景，因替代柴油發電成本，電價通常達2.0元/千瓦時以上，此時投資回報期縮短至1.68年，內部收益率躍升至59.5%，經濟效益顯著。

（2）應用情況：

自2022年12月產業化應用以來，本技術已形成係列化氣動式波浪能發電裝置，累計簽約北京科華華能、北京未來之盾等7家企業20餘個項目，累計合同額8.22億元，拉動產業鏈經濟效益13.18億元。其中聯合體項目（廣州星際海洋、杭州浙富核電等6家單位）完成6台套裝置製造，合同額8259萬元；北京中海華清等企業通過技術授權實現120萬元級小型化應用，驗證了技術方案的模塊化適配能力； 

（3）適用範圍：

本技術適用於全球主要海洋經濟帶，包括我國黃海、東海、南海及海上絲綢之路沿線海域。本技術在波高0.3米以上的海域可穩定發電，在年平均波能流密度大於2.0kW/m（即波高大於0.8米）的海域具備經濟價值，在年平均波能流密度大於14.6kW/m（即波高大於2.2米）的海域具有顯著經濟效益，在16級台風等極端海況下亦能正常發電。特別適用於：①海上風波互補電站，通過波浪-風能協同提升供電穩定性；②遠海島礁微電網，較柴油發電降本60%以上；③深遠海經濟作業（如養殖、采礦、製氫等），實現能源就地轉化。16級台風工況下的持續發電能力為極端環境應用提供了技術保障。

四、技術圖片

圖2 30kW波龍®氣動式波浪能發電裝置(第一代)在黃海齋堂島海域運行

圖3 100kW氣動式波浪能發電裝置“華清號”(第二代)在南海萬山島海域運行

  五、其他

  技術持有單位：清華大學

  技術聯係人：張永良，教授，15101182728，010-62785566， yongliangzhang@tsinghua.edu.cn