波浪能：蓝色海洋中的能源密码如何破解？

全球海洋表面积占据地球总面积的 71%，这片广阔水域中蕴藏的波浪能，被视为可再生能源家族的重要成员。数据显示，全球波浪能理论储量达 20-30 太瓦，而当前人类文明总能耗仅约 17 太瓦，其开发潜力不言而喻。这种由风与海水相互作用产生的能量，以动能与势能的形式存在于波浪运动中，既具备稳定性强、能量密度高的特点，又能实现零碳排放，成为各国能源转型的重点探索方向。

波浪能的利用核心在于能量转换，即通过特定装置将波浪的机械能转化为电能或其他可用能源形式。行业内主流转换路径分为三类：气动式、液动式和水库式，各类技术均需经过受波体吸收、中间转换优化及常规发电三级流程。气动式作为最常用的技术路线，通过波浪推动气室内水柱振动形成气流，驱动空气涡轮机发电，其优势在于转动机构不与海水接触，防腐性与维护便利性突出。液动式则借助摆体等结构将波浪能转化为液压能，再通过液压电机发电，转换效率较高但机械维护难度较大。水库式利用收缩波道聚波储水，通过水位落差实现水力发电，系统出力稳定却对地形有严格要求。

不同技术路线催生出多样化的波浪能装置。振荡水柱式装置以空气为转换介质，气室下部与海水连通，上部通向大气，波浪作用下的水柱振动形成往复气流，推动透平与发电机运转。摆式装置通过摆体随波浪摆动获得动能，搭配相位控制技术可吸收装置迎波宽度外的能量，进一步提升效率。振荡浮子式装置则以浮子为能量吸收载体，通过机械或液压装置将能量传递至岸上发电机，兼具转换效率与成本优势。近年来，中国原创的摩擦纳米发电机（TENG）技术实现突破，其在低频、微幅条件下的高效工作特性，完美适配波浪能的自然属性，输出峰值功率密度已提升至 114.8 瓦每立方米。

波浪能开发的实践探索已在全球范围内展开。中国自 20 世纪 80 年代起启动相关研究，1985 年广州能源研究所研发出航标灯用波浪发电装置，1990 年珠海 3kw 波浪电站建成投产，后续又陆续建成汕尾 100kw 振荡水柱电站和青岛即墨 100kw 摆式电站，为技术迭代积累了宝贵经验。在产业化应用层面，TENG 技术已实现实质性突破：2023 年温州洞头海域的两代样机海试成功驱动航标灯，2024 年青岛田横岛 16 个 TENG 监测浮标组成的网络稳定运行，2025 年大连海域 1 立方米级 TENG 海洋浮标初试告捷，标志着中国在该领域的领先地位。

欧洲国家则在波浪能的综合利用方面展现创新思路。葡萄牙科学家提出在西北部埃斯波森德建造 500 兆瓦波浪能园区，通过合理布置转换器，不仅每年可发电超 34 万兆瓦时供 10 万户家庭使用，还能降低 25% 以上的波高，减少风暴期间的海岸侵蚀。意大利那不勒斯港的 OBREC 原型项目更将波浪能技术与防波堤结合，波浪漫过堤岸时驱动低水头涡轮机发电，实现能源生产与海岸防护的双重价值。这些实践表明，波浪能开发可超越单一发电功能，形成多效益协同的产业模式。

波浪动力技术的应用场景正不断拓展。波浪滑翔器作为创新型设备，通过浮体与水下翼型的联动将波浪能转化为推进力，成为海洋科研、环境监测的理想平台，其续航持久、姿态平稳的特点已在海试中得到验证。在智慧海洋领域，TENG 技术构建的 “发电 – 管理 – 储能” 集成装置，可为物联网节点持续供能，支撑海洋环境立体化监测。葡萄牙的波浪能园区还计划为近海水产养殖、海水淡化厂提供电力，推动沿海经济多元化发展。这些应用不仅彰显了波浪能的技术潜力，更勾勒出其与海洋产业深度融合的发展图景。

尽管技术进展显著，波浪能开发仍面临多重挑战。海洋环境的腐蚀性、波浪运动的不规则性，对装置的材料性能与结构稳定性提出极高要求。成本控制始终是产业化的核心瓶颈，从装置制造、海上安装到后期维护，每环节的投入都需技术创新来优化。环境影响的精准评估同样关键，施工期海床扰动、水下电缆电磁场等潜在风险，需要通过精细化设计与管理予以规避。如何在技术可靠性、经济可行性与环境安全性之间找到平衡，成为检验波浪能开发成熟度的重要标尺。

波浪能的价值不仅在于其能源属性，更在于为人类应对能源危机与环境挑战提供了新路径。当摩擦纳米发电机的微小电流点亮海洋浮标，当波浪能装置在抵御海岸侵蚀的同时输送清洁能源，这些场景都预示着蓝色能源的巨大潜力。这种蕴藏于海浪中的能量，既承载着古代哲人对摩擦起电的最初认知，也凝聚着当代科学家的创新智慧。人类与波浪能的互动，终将在科技与自然的对话中，书写出怎样的可持续发展篇章？

波浪能常见问答

1. 问：波浪能与风能、太阳能相比有哪些独特优势？

答：波浪能具有更高的能量密度，且受自然条件影响的波动性更小，能提供更稳定的持续供能。其能量来源与风能存在间接关联但时空分布更均匀，可与风电、光伏形成互补，降低综合能源系统的不稳定性。

2. 问：摩擦纳米发电机（TENG）技术为何适合波浪能收集？

答：波浪能普遍具有低频、能量密度低的特点，而 TENG 技术的核心优势在于能在低频、微幅、弱力条件下高效工作，与波浪能的自然属性高度匹配。同时其结构简单、材料成本低，且可组成网络实现规模化发电。

3. 问：波浪能装置在海洋中如何抵御恶劣环境？

答：行业通过多维度技术设计提升装置耐受性：材料选用耐腐蚀合金与高分子复合材料；结构采用模块化设计与缓冲机制，减少波浪冲击；部分装置采用水下密封技术，避免关键部件与海水直接接触，如振荡水柱式的空气透平便处于气室上部。

4. 问：波浪能开发会对海洋生态造成哪些影响？

答：潜在影响主要包括施工期海床扰动、运行期沉积物输送变化及水下电缆电磁场干扰。但合理设计可降低风险，部分装置还能为海洋生物创造新栖息地，实际影响需结合具体海域生态特征开展专项评估。

5. 问：当前波浪能发电成本较高，有哪些降低成本的路径？

答：成本优化可从三方面推进：一是通过技术迭代提升转换效率，如 TENG 技术通过结构优化实现功率密度提升；二是发展多功能集成系统，如波浪能与海岸防护、海水淡化结合以分摊成本；三是扩大规模化应用，通过批量生产降低装置制造成本。