波能

冬天站在面向西方的海岸,您可以通过脚感受到:每隔几秒钟,一道横跨大洋的水墙就会抵达并打破。 波浪是由风吹过数千公里的公海产生的,因此它们是一种集中、延迟形式的风能。 他们在风降低后不断抵达，无论是白天还是夜间，而且在冬季最为强烈，恰好是在太阳能电池板产生功率最少的时候。

是的,这是真实的应许。 这个页面,写的与我们的风扇墙研究一样诚实,是关于为什么承诺一直如此难以兑现。 简单的说: * * 物理学是有效的,资源是巨大的,但波浪机器必须收获普通海洋,同时生存风暴携带五十倍的力量。 经过半个世纪和许多公司的失败，波能仍然比太阳能昂贵好几倍，而且还没有赢得奖项的设计。 在电力昂贵且海洋是唯一邻居的地方,它可以首先获胜。 * *

什么是

波能转换器是将波动转化为电力的任何机器。 与风能不同，波浪能仍然有数百个竞争思想。 它们分为几个家族:

• 点吸收器: 浮标上下摇晃,并拉动锚或重浮标。 CorPower的C4就是其中之一。
• 减振器: 长, 蛇般的链条浮标沿着波浪的方向, 在关节弯曲. 佩拉米斯是著名的例子。
• 振荡波浪冲击变换器:在海岸附近的海底上来回摇摆的铰链式叶片。 水晶之力的牡蛎就是其中之一。
• 振荡水柱: 水线以下向海开放的室。 波浪将水推向上下,这样就可以通过涡轮机将空气推进和推出。 Mutriku in Spain has sixteen of them built into a harbour wall.
• 溢流装置: 坡道让波浪溢入一个高架盆地,然后通过低头涡轮排水回来。

! [ 两台长红色的Pelamis波浪机在奥克尼岛码头停泊 ] ( . . / . . / . . /assets/earth/wave-pelamis-lyness.jpg “两台180米的Pelamis P2波浪机停泊在奥克尼岛Lyness。 2014年,Pelamis Wave Power开始管理。 图片: Drnoble, CC BY 4.0 ” ( 共享资源)

它是如何工作的

波浪中的能量 波浪的能量部分储存在海平面以上的水中,部分储存在水的运动中。 对于以其显著波高H(大约是波浪最高的三分之一的平均高度)描述的不规则海洋,每平方米海面的能量为E = ρ g H² / 16,其中ρ是海水密度和g重力。 波高加倍,能量增加四倍。

功率,数量是重要的。 波能在深水中以群速度g T / 4π传播,其中T是波周期。 将能量乘以速度,沿波面每米到达的功率是 P = ρ g² H² T / 64π, 这是工作出来的 约0.49×H²×T千瓦/米. 2.5米的海面上,每隔9秒钟就会有大约28千瓦的电流经过海岸线的每一米:如果能够捕捉到这些电流,那么在一年内,每一米就可以供应几十个家庭的电力。 上面的解释让你尝试其他海域。

水的作用 在深水中,波浪中的水不会随着它移动:每个粒子都在一个圆圈内移动,并返回到几乎是从哪里开始。 圆圈随着深度的增加而迅速缩小;在半个波长下,运动仅为表面运动的4 % 。 深水波是长的:波长约为1.56 × T²米,所以一个9秒波从海脊到海脊有126米。 这就是为什么大部分波能靠近海面,以及为什么机器在浅水中浮动或停留的原因。

要吸收波,就要制造波。 一个波动机器通过移动来取消进入的部分波动,从而获得能量。 对于只能上下移动的浮标来说,这就设定了一个著名的限制:无论它多大,它所能捕捉到的力量都不会超过到达其宽度的力量。 λ / 2π,一个波长除以2π,约为9秒波的20米(2002年，法尔内斯). 要达到这一点,浮标的运动必须与海浪保持同步,这就是为什么控制系统能够调整机器以适应每次经过的海浪如此重要。 在实践中,经测量和建模的机器通常捕捉到自身宽度(巴巴里特，2015年).

慢,巨大的力量。 波浪以巨大的力量推动,但移动缓慢,每隔几秒钟就会移动一两米。 发电机喜欢快速、轻柔的运动,因此每台波浪机都需要一个 动力采取 将一个转换成另一个:液压动力和电机、风轮机、直接驱动线性发电机或机械齿轮箱。 许多工程,以及许多失败,都发生在这里。

限制:理论和实践

资源。 平均而言,全球海岸线上每年有2.1兆瓦的波浪能量,与世界平均电力消耗量3.4兆瓦相当。冈恩和斯托克-威廉姆斯，2012年). 只有一小部分能够被捕获：机器无法沿着每条海岸线划分，波浪到达浅水区时会损失能量，而且大部分资源都在偏远的南方海洋。 富裕的海岸面临着西风在大约40和60度之间的纬度:爱尔兰,苏格兰,葡萄牙,智利,澳大利亚南部,新西兰,太平洋西北美国。 地中海等封闭的海洋每米只能接收几千瓦。

风暴问题 解释者的风暴按钮使得中心难度可见。 A machine is designed to make most of its money in seas of 1 to 4 m, yet it must survive seas of 10 to 15 m, carrying fifty or more times the power, and single waves higher still. 为风暴设计一个结构会使它变得沉重和昂贵；为平常的海洋设计它会使它变得脆弱。 风力涡轮机通过将叶片转向风外来解决这个问题。 一个波浪机器不能从海中出来。

疲劳 一个机器在8秒的周期内满足约 每年四百万波,每一个弯曲,推动和扭转它的关节,密封件和锚系。 二十年后,这相当于在盐水中进行约八千万次负载循环。

进入和停泊。 像所有的海洋能源,波浪机只能在平静的天气下安装和维修,他们坐在天气最差的地方。 锚系设备必须在海浪冲击时保持船体不会发生碰撞或拖曳。

实际项目，计量

项目	哪里	类型和规模	发生了什么
佩拉米斯	葡萄牙阿古萨多拉，后来为奥克尼岛EMEC	衰减器，750千瓦，长120至180米	The first multi-machine wave farm: three machines, 2.25 MW, began exporting in July 2008 and were offline by November 2008 when the project’s owner ran into financial trouble. The later P2-001 machine completed more than 15,000 operating hours at EMEC. Pelamis Wave Power entered administration in November 2014 (Pelamis).
牡蛎属	欧洲海洋研究中心，奥克尼	近岸风扇，315千瓦，后来改为800千瓦	First machine installed in 2009, the second generation tested from 2012 to 2015. Aquamarine Power called in administrators in October 2015 (Aquamarine Power).
穆特里库	西班牙巴斯克地区	港口防波堤中的16个振荡水柱,296千瓦	Operating since July 2011. Over 3 GWh in total by the end of 2023; 266 MWh in 2023, a capacity factor of about 10%. Its Wells turbines convert about 30% of the air power into electricity. Cost €6.4 million (Mutriku; Tethys, PNNL).
关于我们	英格兰康沃尔	电网连接测试插座,适用于高达20MW的机器	2010年由公共资金安装,到2018年已不再发电;后来该场地转为海上浮动风力(Wave Hub ) 。
科力C4	阿古萨多拉	点吸收浮标,额定功率300千瓦,宽9米,高19米	Exporting since October 2023; survived 18.5 m waves in Storm Domingos in November 2023; reported peaks of up to 600 kW; type certification by DNV in 2026. A small array of further buoys is planned at the same site (CorPower Ocean; CorPower, 2026).

这个模式令人清醒。 The best-known machines of the 2000s, Pelamis and Oyster, both worked at sea, and both companies failed before reaching commercial arrays, largely because the next step cost more than investors would risk. 运行时间最长的发电厂穆特里库(Mutriku)非常小,建在一个无论如何都需要的防波堤上。 最新一代的电池,由CorPower等公司的设计引领,将生存和控制放在首位,并且只是现在才从单台机器转向第一个小型阵列。

什么是它的成本

目前还没有商业性的波浪场,所以每个成本数字都是从原型和模型中估算出来的。

来源	什么是	价格
Mutriku,我们从公布的数字计算	€6.4 million for 266 MWh in 2023, 20 years at 7% real, before any running costs	每千瓦时2欧元以上
海洋能源系统(2015年)	第二波阵列,平均开发人员数据	$0.21 to $每千瓦时0.67
海洋能源系统(2015年)	第一个商业规模的波浪场:开发商估计/独立参考研究	$0.12 to $0.28 / $0.28 to $每千瓦时0.48
海洋能源系统(2015年)	第一批阵列的安装费用	$4,000 to $18,100 per kW
我们的基准	建筑物屋顶太阳能,风扇墙模型;Lazard 2026商业和社区太阳能	每千瓦时0.19美元; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	新公用事业太阳能/陆上风力/离岸风力	每千瓦时$0.04 to $0.10/$0.04 to $0.10/$0.11 to $0.17

Mutriku不是成本的公平测试；它只是一个示范，小型涡轮机是为了可靠性而选择的。 但它显示了真实硬件与纸面估计有多远。 对于第一个小数组,今天的诚实范围是 大致 $0.30 to $每千瓦时0.70,两到四倍的屋顶太阳能。 行业内的研究表明,如果机器能够生存下来,商业农场可以达到$0.12 to $0.28,可用性很高,成本随产量降低。 海上尚未出现这些情况。

哪里可以赢,哪里不能

它可以赢得:

• 在海上,那里没有电网。 海洋传感器、导航浮标、水产养殖池、需要充电的水下车辆和离岸平台现在都使用电池、柴油或太阳能板,这些电池在冬天几乎不用。 在这里,小波机与昂贵的能源竞争,而不是廉价的太阳能。
• 海岸上的岛屿从赫布里底群岛到亚速尔群岛和太平洋,这些地方的电力已经来自进口柴油。
• 防波堤和海堤正在建设,如在Mutriku,那里的结构已经支付。
• 与海上风电场并行共享电缆、电网连接和维护船只,并在风降低但潮汐没有降低时生产。
• 作为冬季电源在高纬度, 当太阳能电池板做最少的波是最强.

它不能赢得:

• 作为便宜的散装电力,任何地方都可以建造太阳能和风力发电场。
• 在受保护的海岸和封闭的海洋,那里的平均资源是每米几千瓦。
• 不首先证明生存。 一个设计没有通过海上冬天仍然是一个模型,无论如何好它的坦克结果。

什么是证明,合理和推测

证明： 波能和功率通量的物理学；振荡体的捕获限制；波浪机器可以在海上发电并输出到电网；防波堤中的振荡水柱可运行十多年(Mutriku)；中纬度面向西方的海岸冬季资源最为丰富。

可能的： 新的控制方法和更轻的结构可以提高每千瓦采集和切割钢材;点吸收浮标可以经受住像CorPower公司C4在2023年遇到的那种风暴;阵列共享锚系设备和电缆可以降低成本;海洋观测和水产养殖市场将在电网之前支付小型机器。

**投机性:**以海上风力为代价的波浪能;一个单一设计赢得了三叶轮在风力方面的胜利;未来十年内数百兆瓦的大型阵列。

开放式研究问题

• 生存和控制一起。 如何调整一个机器,以捕捉从普通的波浪最大,同时在风暴中安全地调整它,可靠地,二十年。
• 动力输出 缓慢、巨大的力的高效、持久转换:液压系统、磁齿轮、线性发电机、本身就是发电机的柔性材料。
• 停泊和结构。 每千瓦的钢材更少,而且不会失败的停泊。
• 阵列。 机器如何在组中相互影子或互相帮助,以及如何共享基础设施。
• 收敛性 上述哪个家族,如果有的话,是最基本的廉价。 诸如Wave Energy Scotland等公共阶段门计划可以用共享数据来回答这个问题。
• 环境。 水下噪音、在锚系设备中海洋哺乳动物缠绕的风险以及大型阵列从波浪吸收能量时对沿海沉积物的影响。

一个工作原型需要什么

波浪能源从想法到海洋的路径是经过了漫长的征程，正因为如此，许多想法都在这条路上失败了。 下面的成本是我们对小型团队的粗略估计。

阶段	工作	它证明了什么	粗成本	时间
1. 数值模型	实际海洋状态下的机器频域和时间域模型(开放工具如 WEC-Sim)	理论上的捕获宽度,风暴中的负载	$10k to $40k	2至4个月
2. 波浪罐	大学波盆地中的1:50至1:20模型,正常和不规则的波浪,然后是极端的波浪,并在仪器上测量了模拟的起飞功率	测量捕获宽度比和存活负载	$30k to $150千	3至6个月
3. 海上庇护试验	1:4至1:10的机器在一个孵化场地,如EMEC的斯卡帕河或西班牙的BiMEP,输出到负载库	真正的电力,停泊,维护,海上冬天	$0.5 million to $3 million	1至2年
4. 全额	一个机器在公海电网连接的泊位	可供银行使用的业绩和存活数据	$10 million and up	几年

Stage 2 is where a pitch starts to be credible: a model in a wave tank with a measured power take-off, showing both what it catches and what it survives.

我们需要谁

• 海洋工程师和流体力学家,具有波浪结构相互作用和控制经验。
• 波箱设施在大学和国家实验室。
• 动力离合器专家:液压,线性发电机,磁齿轮。
• 停泊和海上结构工程师。
• 海上作业 谁已经安装和恢复的设备在海上的人。
• 海洋生态学家用于噪音和缠绕监测。
• 海上用户: 养鱼场、海洋观测站和岛屿公用事业,这些机构将购买第一批设备。

还有更好的主意吗?

基金会的一些成员可能有可以听到投票的联系人。 要想被投掷,一个想法需要一个 一个工作的,真实的模型,它能够产生电力,其输出测量的仪器上,没有声称:一个模型在波槽与记录动力采取起飞说比任何动画。 我们也欢迎您的论文想法:如果物理和数字是坚实的,我们可以在这里发布它们。 但没有一个工作模式,筹集资金是非常困难的,这里没有什么是融资、回报或介绍的承诺。

通过贡献表格发送您的想法,选择绿色倡议。 告诉我们它是为什么设计的,你期望捕获宽度和为什么,它如何在风暴中生存,每千瓦时的大致成本,以及可以证明它错误的最便宜的测试。 能源来源页面将波浪动力与其他十一个想法进行了比较。

来源

1. 冈恩,K. 和斯托克-威廉姆斯,C. (2012). 全球波浪能源资源的量化。 可再生能源44, 296-304.
2. 法尔内斯，J. (2002). 海浪和振荡系统:包括波能提取在内的线性相互作用. 剑桥大学出版社.
3. 巴巴里特，A. (2015). 波能转换器捕获宽度比的数据库。 可再生能源80, 610-628.
4. 海洋能源系统(2015年)。 海洋能源技术的国际平衡化能源成本。
5. 波动功率,维基百科:深水电流公式。
6. Pelamis波能转换器,维基百科。
7. 水晶之力,维基百科。
8. Mutriku防波堤波电厂,维基百科和太平洋西北国家实验室,Tethys,Mutriku波动发电厂。
9. 波浪中心维基百科
10. CorPower Ocean,维基百科,以及CorPower Ocean(2026 ) , 世界上第一个波能技术的DNV认证。
11. 波浪能源苏格兰. 公共图书馆的方案报告.
12. Lazard (June 2026). 能源成本的平衡,版本19.
13. Local Solar System 基金会。 风扇墙:开放模式和基准,屋顶太阳能在$ 0.19每千瓦时。