楊澤華，李 猛,2,?，伍儒康，李 果

振蕩水柱波浪能發(fā)電技術(shù)研究進(jìn)展*

楊澤華1，李 猛1,2,?，伍儒康3，李 果1

（1. 南京工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，南京 211167；2. 中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3. 南京工程學(xué)院 燕山大學(xué)?南京工程學(xué)院聯(lián)合研究院，南京 211167）

振蕩水柱（OWC）波浪能轉(zhuǎn)換裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠和裝置壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種主流的波浪能發(fā)電裝置。通過對(duì)OWC技術(shù)的發(fā)展過程進(jìn)行分析總結(jié)，全面介紹各類OWC技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)氣室腔體的工作狀態(tài)不同，將OWC裝置分成固定型OWC和振蕩型OWC，其中固定型可細(xì)分成岸基固定型、近岸固定型和漂浮錨固型。根據(jù)OWC裝置工作原理的不同，分類探討了OWC技術(shù)相關(guān)的研究成果，并總結(jié)了OWC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。分析了OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置中三種不同空氣透平的優(yōu)缺點(diǎn)，并介紹了一種高效可靠的雙單向透平系統(tǒng)。最后提出三種提高OWC發(fā)電效率的建議，并展望了OWC技術(shù)的發(fā)展前景。

波浪能；振蕩水柱；空氣透平；氣室腔體

0 引 言

隨著石油危機(jī)的爆發(fā)和化石能源的不斷消耗，人類對(duì)清潔可再生能源的需求迅速增長(zhǎng)。地球表面70%以上的面積都是海洋[1]，海洋上的可再生能源種類眾多且儲(chǔ)量巨大，其開發(fā)利用前景廣闊。

大多數(shù)波浪能發(fā)電裝置可根據(jù)其工作原理不同分成振蕩水柱式（oscillating water column, OWC）、越浪式和振蕩浮子式三種。其中OWC發(fā)展最早也較為成熟，應(yīng)用也相對(duì)廣泛。OWC技術(shù)以空氣為能量轉(zhuǎn)換的媒介，利用氣室內(nèi)水柱來推動(dòng)空氣往復(fù)流動(dòng)，從而推動(dòng)空氣透平旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。本文介紹OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置的基本原理和目前OWC發(fā)電裝置的分類，并對(duì)OWC發(fā)電裝置中的空氣透平結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行概述，最后對(duì)未來OWC波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行展望。

1 OWC波浪能轉(zhuǎn)換原理及分類

OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置屬于氣動(dòng)式波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其工作原理是海水在氣室里上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)來壓縮和膨脹氣室內(nèi)空氣使其與外部大氣產(chǎn)生壓力差，從而迫使氣室內(nèi)的氣體通過與外界大氣相接管道流出或流入，管道中空氣透平被空氣推動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。波浪能從捕獲到發(fā)電需要經(jīng)過三級(jí)能量轉(zhuǎn)換：一級(jí)轉(zhuǎn)換為波浪能被捕能裝置捕獲，二級(jí)轉(zhuǎn)換為將捕能裝置捕獲的能量通過能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)所需的能量形式（機(jī)械能），三級(jí)轉(zhuǎn)換為通過發(fā)電機(jī)等發(fā)電設(shè)備將能量以電能形式輸出[2]。振蕩水柱能級(jí)轉(zhuǎn)換如圖1所示。

圖1 振蕩水柱能級(jí)轉(zhuǎn)換圖

OWC波浪能裝置（圖2）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，將空氣作為能量轉(zhuǎn)換媒介，受控容易，通過低成本的氣室將波浪的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)換成氣體的動(dòng)能，透平發(fā)電機(jī)組不直接與海水接觸，避免了海水腐蝕和機(jī)組密封等問題[3]，提高了裝置在海洋環(huán)境下的壽命，且安全可靠，維護(hù)方便。但是OWC設(shè)備體積較大，這導(dǎo)致其在安裝和運(yùn)輸方面的不便。OWC以氣體為能量轉(zhuǎn)換媒介，氣體頻繁地被壓縮和膨脹導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低。

圖2 振蕩水柱原理圖

按照OWC裝置工作狀態(tài)的不同，可將其分成固定型OWC和振蕩型OWC。固定型OWC在工作時(shí)裝置本身是基本不動(dòng)的，通過波浪作用于氣室內(nèi)部的水柱形成振蕩水柱，從而使氣室內(nèi)空氣往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)空氣透平旋轉(zhuǎn)。固定型OWC主要考慮氣室內(nèi)部水柱在波浪作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，水柱主動(dòng)振蕩運(yùn)動(dòng)，可以作為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。振蕩型OWC裝置整體漂浮在海上，在工作時(shí)會(huì)隨著波浪搖蕩運(yùn)動(dòng)，其氣室體積變化受浮體和水柱雙重運(yùn)動(dòng)影響輸出氣動(dòng)功率，從而驅(qū)動(dòng)空氣透平旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[4]。振蕩型OWC不僅要考慮氣室下方水柱的振蕩運(yùn)動(dòng)，還應(yīng)著重考慮整個(gè)浮體在波浪作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，重點(diǎn)研究水柱與氣室管道間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可作為多自由度受迫振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

2 OWC波浪能發(fā)電技術(shù)進(jìn)展

2.1 OWC裝置起源

據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》（）報(bào)道，最早應(yīng)用OWC技術(shù)的裝置是1885年美國(guó)在沿海海岸部署的34個(gè)用作導(dǎo)航的吹氣式浮標(biāo)[5]。日本海軍軍官益田善雄（Yoshio Masuda）被稱為現(xiàn)代波浪能之父。他開發(fā)了一種通過波浪能供電的導(dǎo)航浮標(biāo)，其工作原理就是OWC技術(shù)[6]。該浮標(biāo)也成為第一個(gè)成功部署到海上并投入商業(yè)化使用的OWC裝置，但由于設(shè)計(jì)浮子時(shí)約束其運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致效率不高。

從20世紀(jì)70年代開始，OWC技術(shù)研發(fā)先后經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段，包括初期階段（1998年之前）、發(fā)展階段（1998—2012年）、低谷階段（2012—2016年）、重新發(fā)展階段（2016年至今）[7]。日本[8]、英國(guó)[9]、澳大利亞[10]和中國(guó)[11]等許多沿海國(guó)家都完成了OWC波浪能發(fā)電裝置的示范，系統(tǒng)功率從10 W到2 MW不等，多安裝于海岸線的固定結(jié)構(gòu)上，后來也發(fā)展了近海錨系的漂浮裝置。

2.2 OWC裝置分類

根據(jù)OWC裝置工作時(shí)氣室結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同將其分為固定型OWC和振蕩型OWC。固定型OWC可以按照其離岸遠(yuǎn)近細(xì)分為岸基固定型、近岸固定型和漂浮錨固型；振蕩型OWC包括后彎管式（backward bent duct buoy, BBDB）、中心管式、U型管式和斜管式。后彎管式和中心管式因其轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)成為目前的研究熱點(diǎn)，本文主要對(duì)這兩種裝置進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 固定型OWC

岸基固定型OWC依據(jù)海岸的有利地形建造安裝，氣室前墻面朝波浪前進(jìn)方向，1999年葡萄牙在其亞速爾群島皮科島的海岸邊建成Pico發(fā)電裝置，額定功率為400 kW，但由于Pico發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)缺陷，且安全性和環(huán)境條件均不足，該裝置在2018年停止運(yùn)行[12]。我國(guó)于2001年在廣東省汕尾市建成100 kW岸線OWC示范電站，該電站是我國(guó)第一座并網(wǎng)波浪能電站，電站采用岸式振蕩水柱波浪能發(fā)電技術(shù)，裝機(jī)功率達(dá)到100 kW[13]。固定型OWC轉(zhuǎn)換效率不高，對(duì)地形要求高，選址難度大。因此研究人員提出將電站結(jié)構(gòu)整合到用于海岸或港口保護(hù)的防波堤中的想法，這樣設(shè)計(jì)既共享成本，又使波浪能電站的施工、運(yùn)行和維護(hù)變得更加容易。西班牙北部Mutriku港口實(shí)施了防波堤OWC項(xiàng)目（圖3），在防波堤上設(shè)計(jì)建造OWC設(shè)備，該設(shè)備有16個(gè)氣室和16個(gè)威爾斯渦輪機(jī)，并且每個(gè)渦輪機(jī)的額定功率為18.5 kW[14]。

圖3 西班牙Mutriku港口防波堤[14]

近岸固定型OWC安裝在海岸附近海水較淺的海域，其底部為直立結(jié)構(gòu)。由澳大利亞Oceanlinx公司建造的“綠波”（Green Wave）位于水深10 m的近海處[15]。根據(jù)海床的巖土特性，使用鋼筋和混凝土將裝置固定在海底。2015年韓國(guó)在其濟(jì)州島Yongsoo建造了額定功率為500 kW的立式電站，該電站底部與海床固定相連[16]。在近海海域的沉箱式防波堤也可以和OWC相結(jié)合，日本坂田港首次成功建造OWC與沉箱防波堤的集成裝置（圖4），并于1989年開始發(fā)電。該裝置波浪能到空氣能的轉(zhuǎn)換效率為40% ～ 80%，總效率為10% ～ 30%[17]。

圖4 日本坂田港沉箱式防波堤[17]

漂浮錨固型OWC位于遠(yuǎn)海海域，設(shè)備體積較大，用多條錨鏈將其系泊在海面，保持設(shè)備整體基本不運(yùn)動(dòng)。雖然設(shè)備漂浮在海洋中，但其工作時(shí)依靠其內(nèi)部水柱的上下振蕩，因此將其劃分為固定型OWC。由日本海洋科學(xué)技術(shù)中心建造部署到海上的大型OWC設(shè)備——“海明”號(hào)（Kaimei），屬于漂浮錨固型，如圖5（a）所示?！昂Ｃ鳌碧?hào)是一艘大型船舶（80 m ×12 m，排水量820 t），在船體中建造了13個(gè)OWC敞底艙，每個(gè)艙的水平面面積為42 ～ 50 m2。1978—1980年，8臺(tái)單向空氣渦輪機(jī)在“海明”號(hào)上進(jìn)行了測(cè)試，其具有各種整流閥布置；1985—1986年，3臺(tái)單向渦輪機(jī)和兩臺(tái)自整流渦輪機(jī)進(jìn)行了測(cè)試[18-19]。后來的“巨鯨”號(hào)（Mighty Whale）也是這一類型，如圖5（b）所示，其外形酷似一條鯨魚（50 m × 30 m，排水量4 400 t），迎浪方向有3個(gè)氣室，每一個(gè)氣室配備有一個(gè)威爾斯透平，該裝置的額定功率為110 kW[4,20]。

圖5 日本“海明”號(hào)（a）與“巨鯨”號(hào)（b）波浪能發(fā)電裝置[4,20]

2.2.2 振蕩型OWC

振蕩型OWC可位于遠(yuǎn)海海域，整個(gè)浮體參與波浪能的俘獲，屬于振蕩單浮體也可歸為振蕩浮子技術(shù)，浮體隨著波浪運(yùn)動(dòng)，其氣室內(nèi)的水柱由于受波浪影響小以及受到慣性的作用，導(dǎo)致水柱與浮體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而將波浪能轉(zhuǎn)換成氣室內(nèi)氣體的氣動(dòng)能，接著通過能量攝?。╬ower take-off, PTO）系統(tǒng)將氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能[21-22]。

在1987年益田善雄提出后彎管技術(shù)之前，研究人員先設(shè)計(jì)了管道開口面朝入射波的裝置，但是在測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，發(fā)現(xiàn)前彎管的轉(zhuǎn)換效率并不理想，后來發(fā)現(xiàn)后彎管的設(shè)計(jì)能獲得更好的性能[23]。后彎管由一個(gè)L形導(dǎo)管、一個(gè)浮力室、一個(gè)氣室和一個(gè)PTO系統(tǒng)組成（圖6）[24]，海水淹沒下方的管道，管道開口背向入射波。后彎管裝置的縱蕩、垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)以及水柱相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成多自由度共振響應(yīng)，擴(kuò)大了有效轉(zhuǎn)換的波周期范圍[25]，使得后彎管在較寬的周期范圍內(nèi)具有高捕獲寬度比（capture width ratio, CWR）。WU等[26]設(shè)計(jì)測(cè)試的BBDB波浪動(dòng)力船利用單一結(jié)構(gòu)的縱蕩、垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)來捕獲波浪能，具有很高的CWR和很高的材料利用率，在同等規(guī)模下，BBDB波浪動(dòng)力船的建造費(fèi)用約為“巨鯨”號(hào)的三分之一（圖7）。

圖6 后彎管波浪能發(fā)電裝置[24]

圖7 后彎管式波浪動(dòng)力船[26]

中心管最早出現(xiàn)在1885年的吹氣式航標(biāo)燈上，如圖8（a）所示。1947年日本人益田善雄發(fā)明了第一個(gè)基于中心管OWC原理的導(dǎo)航航標(biāo)燈。圖8（b）即為當(dāng)時(shí)基于OWC原理生產(chǎn)的浦賀航標(biāo)燈。其成本和穩(wěn)定性都達(dá)到了商用標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)備還設(shè)有自我保護(hù)裝置和充放電池，當(dāng)產(chǎn)出的電能超過使用量時(shí)就被儲(chǔ)存在電池內(nèi)以備不時(shí)之需。雖然這些裝置額定功率只有60 W，只能滿足一只航標(biāo)燈的用電需求，但其為最早實(shí)現(xiàn)商品化的波浪發(fā)電裝置[27]。中心管裝置相較于其他OWC裝置具有獨(dú)特的性質(zhì)，即軸對(duì)稱性和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這使得裝置在工作時(shí)對(duì)于波的方向不敏感，可轉(zhuǎn)換任意方向的波浪能[28]。中心管OWC是眾多OWC裝置中進(jìn)行深入開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)最低、最經(jīng)濟(jì)的選擇[27]。我國(guó)在1992年設(shè)計(jì)建造的中水道1號(hào)燈船波力發(fā)電裝置采用前開口直管和后彎管兩種振蕩水柱波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，經(jīng)過水池模型試驗(yàn)后，在瓊州海峽中水道1號(hào)標(biāo)位成功進(jìn)行了海上試驗(yàn)，實(shí)測(cè)裝置的輸出功率超出了額定功率，運(yùn)行良好[29]。

圖8 中心管（a）和浦賀航標(biāo)燈（b）波浪能發(fā)電裝置[27]

3 空氣透平技術(shù)

OWC裝置的傳動(dòng)主角為空氣透平。在OWC裝置早期（益田善雄發(fā)明航標(biāo)燈時(shí)期）使用的是傳統(tǒng)的單向空氣透平，OWC裝置上必須配備單向閥的整流系統(tǒng)。但是在后來的OWC大型機(jī)械中，傳統(tǒng)單向透平的工作效率并不理想，“海明”號(hào)上的單向空氣透平工作效率就證明了這一缺點(diǎn)。隨后發(fā)明的自整流空氣透平就被用于適配OWC裝置的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，目前提出和測(cè)試的大多數(shù)帶有自整流結(jié)構(gòu)的空氣透平分為威爾斯透平、丹尼斯透平和沖擊式透平三種類型[30]（圖9）。

圖9 三種空氣透平[33]

3.1 威爾斯透平

威爾斯透平由艾倫·阿瑟·威爾斯（Alan Arthur Wells）博士在1976年發(fā)明。其轉(zhuǎn)矩對(duì)空氣流動(dòng)方向并不敏感，制造成本較低。威爾斯透平在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)有兩排引流格柵，對(duì)稱放置在轉(zhuǎn)子兩側(cè)。引流格柵可以改變空氣流動(dòng)方向，將兩個(gè)方向的空氣流動(dòng)都轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的同一方向的轉(zhuǎn)矩[31]。威爾斯透平的自整流性質(zhì)很好地解決了OWC裝置的能量轉(zhuǎn)換時(shí)空氣雙向流動(dòng)的難題，且威爾斯透平的轉(zhuǎn)矩受空氣流動(dòng)方向的影響很小，其峰值轉(zhuǎn)速較高，峰值效率也隨著高峰值轉(zhuǎn)速具有一定優(yōu)勢(shì)。但是威爾斯透平的啟動(dòng)性能差，在工作時(shí)產(chǎn)生的噪音污染是不可避免的[32]。

3.2 丹尼斯透平

丹尼斯空氣透平由澳大利亞Oceanlinx公司研究開發(fā)，是在轉(zhuǎn)子葉片上增加可變角度來讓空氣透平對(duì)于兩個(gè)方向的氣流實(shí)現(xiàn)同一方向的旋轉(zhuǎn)[33]。但是由于丹尼斯空氣透平的葉片增加了許多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及角度改變需要額外消耗能量，這導(dǎo)致了丹尼斯透平因使用壽命縮短以及故障率增加等問題而沒有被廣泛采用。

3.3 沖擊式透平

沖擊式透平與威爾斯透平的工作原理相似，但其旋轉(zhuǎn)軸線是與氣流方向?qū)R的，轉(zhuǎn)子葉片之間形成通道，氣流從中間通道流動(dòng)。兩端導(dǎo)葉的出口氣流角度與葉片的出口角度需要相等，這樣才能保證氣流在流經(jīng)沖擊式空氣透平時(shí)，動(dòng)能損失降到最小。葉片的離心力較小，噪音也相對(duì)小。在不規(guī)則波中，沖擊式透平的轉(zhuǎn)換效率和啟動(dòng)性能都優(yōu)于威爾斯透平[34]；沖擊式透平相比于威爾斯透平還存在著過度沖角的問題，這就需要對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行優(yōu)化，增加可變幾何結(jié)構(gòu)來改善這一問題[35]。沖擊式透平與威爾斯透平相比，其轉(zhuǎn)速較低。

3.4 雙透平系統(tǒng)

RODRíGUEZ等[36]研究發(fā)現(xiàn)，OWC裝置配備雙單向透平（圖10）可以成為替代自整流透平的可靠且具有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。兩個(gè)單向透平組裝在同一旋轉(zhuǎn)軸上。在這種布置中，兩個(gè)透平根據(jù)大氣和OWC氣室之間的壓差交替發(fā)揮作用：第一種情況（出氣模式）是空氣透平1在氣室排出空氣時(shí)轉(zhuǎn)換能量，此時(shí)空氣透平2起止回閥的作用，防止空氣逆流；第二種情況（吸氣模式）是空氣透平2在氣室吸入空氣時(shí)被驅(qū)動(dòng)，此時(shí)空氣透平1起防止空氣逆流的作用。雙單向透平可以減少空氣流入時(shí)的負(fù)扭矩影響，并且在特定情況下優(yōu)化了轉(zhuǎn)子葉片后提高的效率甚至高于自整流透平。

圖10 雙透平圖[36]

4 OWC裝置發(fā)展趨勢(shì)

在OWC裝置發(fā)電的研發(fā)和探索階段，如何提高波浪能轉(zhuǎn)換效率以增加電能的產(chǎn)出很重要。對(duì)此提出三個(gè)建議：一是OWC裝置從固定型單氣室向振蕩型雙氣室或多氣室發(fā)展；二是對(duì)OWC裝置幾何結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化；三是將OWC裝置與海洋工程結(jié)構(gòu)結(jié)合。

通過增加氣室的數(shù)量來提高OWC裝置俘獲波浪能的效率是最簡(jiǎn)單直接的方法。NING等[37]研究了固定并排雙氣室的性能，其由一對(duì)前后豎著排列的開放氣室組成（朝向入射波方向），相對(duì)于單氣室，雙氣室的設(shè)計(jì)提高了整體的功率輸出。NING等[38]還提出了雙室浮動(dòng)同心圓柱形OWC波浪能轉(zhuǎn)換器，并且通過建模分析得出內(nèi)室與外室分別影響不同的波浪能頻域，合理的腔室寬度能增加裝置的俘獲能力，且浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)對(duì)于提升效率有一定作用。

相關(guān)研究結(jié)果表明，在一定的波頻作用范圍內(nèi)，較寬大的氣室結(jié)構(gòu)、迎浪側(cè)較淺的浸沒深度和較薄的墻體厚度、背浪側(cè)較深的浸沒深度和較厚的墻體厚度的組合，能夠有效地降低反射波能和透射波能的量，極大地促進(jìn)在更加寬闊的頻率帶范圍內(nèi)波能提取效率的提高[39-40]。對(duì)OWC裝置幾何結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化可以從這幾個(gè)方面入手。

OWC裝置與海上風(fēng)力發(fā)電裝置相結(jié)合方面，REN等[41]提出了一種將單樁式風(fēng)力渦輪機(jī)和OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置相結(jié)合的設(shè)計(jì)，通過仿真計(jì)算得出裝置波功率特性和OWC的最大PTO阻尼力。ZHOU等[42]研究發(fā)現(xiàn)OWC裝置的引入可以顯著降低單樁海上風(fēng)力渦輪機(jī)的水平力和傾覆力矩，并且在共振時(shí)波浪波高對(duì)OWC效率有顯著影響。

5 結(jié)束語

可再生能源在未來的能源結(jié)構(gòu)布局中必定占有舉足輕重的地位，合理分配使用傳統(tǒng)能源，著力開發(fā)新型可再生能源是發(fā)展大趨勢(shì)。波浪能作為可再生能源的一種，應(yīng)用前景十分廣闊，波浪能發(fā)電技術(shù)也將隨著科技的進(jìn)步得到更加成熟的開發(fā)和利用。

目前已經(jīng)投入發(fā)電應(yīng)用的OWC發(fā)電裝置，很好地證明了OWC波浪能發(fā)電的可行性和商業(yè)性，但仍存在發(fā)電成本過高的難題。因此提高波浪能發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率以及降低制造、安裝和運(yùn)行成本是未來研究和發(fā)展的方向。

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Research Progress of Oscillating Water Column Wave Power Generation Technology

YANG Zehua1, LI Meng1,2,?, WU Rukang3, LI Guo1

(1. School of Mechanical Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China;2. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China;3.Yanshan University-Nanjing Institute of Technology Joint Research Institute, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)

The oscillating water column (OWC) wave energy conversion device has the advantages of simple structure, reliable working performance, and long device life, making it one of the mainstream wave energy generation devices. This article analyzes and summarizes the development process of OWC technology, giving a comprehensive introduction of various OWC technologies and their development trends. The OWC devices are divided into fixed type OWC and oscillating type OWC based on the different working states of the air chamber. The fixed type is further divided into shore based fixed type, nearshore fixed type, and floating anchor type. According to the different working principles of OWC devices, the research achievements related to OWC technology are classified and discussed, and the development trends of OWC technology are summarized. The advantages and disadvantages of three different air turbines in the OWC wave energy conversion device are analyzed, and an efficient and reliable dual unidirectional turbine system is introduced. Finally, three suggestions are proposed to improve the efficiency of OWC power generation, and the development prospects of OWC technology are prospected.

wave energy; oscillating water column; air turbine; air chamber

2095-560X（2023）04-0381-07

TK79

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.011

2022-11-18

2023-04-24

中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（E129kf0801）；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK20201045）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U20A20106，51906099）

李 猛，E-mail：limeng@njit.edu.cn

楊澤華, 李猛, 伍儒康, 等. 振蕩水柱波浪能發(fā)電技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 新能源進(jìn)展, 2023, 11(4): 381-387.

： YANG Zehua, LI Meng, WU Rukang, et al. Research progress of oscillating water column wave power generation technology[J]. Advances in new and renewable energy, 2023, 11(4): 381-387.

楊澤華（1998-），男，碩士研究生，主要從事海洋波浪能轉(zhuǎn)換利用技術(shù)研究。

李 猛（1988-），男，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事海洋波浪能轉(zhuǎn)換利用技術(shù)研究。