一、技术简介

本技术采用浮式平台并设置与海连通的L型流道，在海洋波浪作用下装置发生多自由度运动，引起流道里的水体振荡，使水体上方的空气压强产生周期性变化，进而驱动空气透平机旋转带动发电机发电。开创性提出气动式波浪能发电的高效宽频技术、装置释能和锚系吸能联合减载的强安全系统，成功突破行业内波浪能转换效率低、频响宽度窄、生存力弱的核心瓶颈。图1 所示高效、宽频和高可靠气动式波浪能发电技术体系包含七大创新设计：

1. 艏底增效板显著减少装置迎浪面辐射波浪能，延长装置共振周期；

2. 鸭尾导流板扩大流道口取水范围，增加进出流道的海水方量，拓宽频响宽度；

3. 双翼浮力舱充分利用装置两侧波浪能量，增大有利于俘能的纵荡、纵摇和垂荡运动，减小不利于俘能的横摇，提高装置俘能效率；

4. 全流线型系统（流道+浮力舱）减少波浪能传递过程中的流动损失；

5. 高效冲动式空气透平降低启动扭矩，提高宽工况转换效率；

6. 呼吸阀系统自动释放高海况气室内高压气体，使气室内压强处于安全阈值内；

7. 吸能-弹性绳复合锚系吸收波浪对装置和系泊系统带来的冲击，大幅降低系泊系统荷载。

本技术显著提高了波浪能转换效率、响应波浪频带宽度和装置整体的可靠性及生存力，确保装置在宽海况内高效高可靠工作，显著提高年发电量和性价比。

图1 高效、宽频和高可靠气动式波浪能发电技术

二、主要技术指标

1. 波浪能俘获宽度比达103%，创行业新高。其中艏底增效板通过减少装置迎浪面辐射波浪能贡献13.8%提升，鸭尾导流板实现涡流抑制带来18.5%增益，全流线型流道降低湍流损耗提升11%，流线型浮力舱通过压力场重构提高15%效率，每延米双翼浮力舱则通过增加有效受波面积实现6%的增量改进。

2. 波浪能能俘获宽度比60%时的系统频响宽度扩展至1.89秒。艏底增效板使70%以上高俘获效率区间的波频响应宽度拓宽27.0%，鸭尾导流板则通过尾流调控技术将60%俘获效率的波频响应宽度提升至70％。

3. 波能至电能转化的整机效率达到26%。

4. 极端海况适应性显著提升，最大气动能与常海况平均气动能的比值低压缩至8.8。创新设计呼吸阀通过动态泄压机制将极端海况最大气动能与常海况平均气动能的比值降低73.3%。

5. 抗台风性能突破16级标准，锚系吸能部件和弹性绳系统将系泊系统荷载减少20%。

三、社会经济效益、应用情况及适用范围

（1）社会经济效益：

基于年平均波能流密度14.6kW/m的海域条件测算，采用本技术的1MW级波浪能发电站单站建设成本约1000万元，其成本随波能流密度提升呈指数型下降特征。年运营维护费用控制在5万以内，设计寿命周期20年内可实现年均发电量300万千瓦时，等效满负荷运行小时数达3000小时。经济性分析表明：在常规并网电价0.3-0.5元/千瓦时区间，项目静态投资回报期为6.9-11.7年，内部收益率5.7%-13.3%。对于岛礁、深远海平台、深海养殖等特殊场景，因替代柴油发电成本，电价通常达2.0元/千瓦时以上，此时投资回报期缩短至1.68年，内部收益率跃升至59.5%，经济效益显著。

（2）应用情况：

自2022年12月产业化应用以来，本技术已形成系列化气动式波浪能发电装置，累计签约北京科华华能、北京未来之盾等7家企业20余个项目，累计合同额8.22亿元，拉动产业链经济效益13.18亿元。其中联合体项目（广州星际海洋、杭州浙富核电等6家单位）完成6台套装置制造，合同额8259万元；北京中海华清等企业通过技术授权实现120万元级小型化应用，验证了技术方案的模块化适配能力； 

（3）适用范围：

本技术适用于全球主要海洋经济带，包括我国黄海、东海、南海及海上丝绸之路沿线海域。本技术在波高0.3米以上的海域可稳定发电，在年平均波能流密度大于2.0kW/m（即波高大于0.8米）的海域具备经济价值，在年平均波能流密度大于14.6kW/m（即波高大于2.2米）的海域具有显著经济效益，在16级台风等极端海况下亦能正常发电。特别适用于：①海上风波互补电站，通过波浪-风能协同提升供电稳定性；②远海岛礁微电网，较柴油发电降本60%以上；③深远海经济作业（如养殖、采矿、制氢等），实现能源就地转化。16级台风工况下的持续发电能力为极端环境应用提供了技术保障。

四、技术图片

图2 30kW波龙®气动式波浪能发电装置(第一代)在黄海斋堂岛海域运行

图3 100kW气动式波浪能发电装置“华清号”(第二代)在南海万山岛海域运行

  五、其他

  技术持有单位：清华大学

  技术联系人：张永良，教授，15101182728，010-62785566， yongliangzhang@tsinghua.edu.cn