潮汐能、波浪能发电专利技术综述

旷玉芬 师光飞 陈胜

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉 430070；2.武汉交通职业学院，湖北武汉 430070）

潮汐能、波浪能发电专利技术综述

旷玉芬1师光飞2陈胜1

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉 430070；2.武汉交通职业学院，湖北武汉 430070）

通过分析国内外专利申请量来研究潮汐能、波浪能发电领域各分支的技术发展路线，并就目前国内潮汐能、波浪能发电领域存在的不足提出相应的意见，以期促进潮汐能、波浪能的开发利用。

波浪能；潮汐能；发电；专利技术

海洋占据了地球表面70%的面积，蕴涵着丰富的能量，海洋能主要有波浪能、潮汐能、温差能等。其中，潮汐能和波浪能较早引起人们关注并加以开发利用，在先进技术的支持下，对这两项海洋能的开发利用已经逐渐成熟。

潮汐能是海水受到月球、太阳等天体引力作用而产生的一种周期性海水自然涨落现象，是人类最早认识和利用的一种海洋能。潮汐能发电最早，技术最为成熟，其与水力发电的原理、组成基本相同，也是利用水的能量使水轮发电机发电［1］。

波浪能发电是继潮汐发电之后发展最快的一种海洋能源利用措施。波浪能是由大气层和海洋在相互影响的过程中，由于在风和海水重力作用下形成永不停息、周期性上下波动的波浪，这种波浪具有一定的动能和势能。解决波浪能发电的核心技术在于波浪能转换装置，目前研究开发较为成熟的主要有3种类型。一是振荡水柱型，用一个容积固定的、与海水相通的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化引起容器内的空气容积发生变化，压缩容器内的空气，用压缩空气驱动叶轮，带动发电装置发电；二是机械型，利用波浪的运动推动装置的活动部分——鸭体、筏体、浮子等，活动部分压缩油、水等中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电；三是水流型，利用收缩水道将波浪引入高位水库形成水位差，利用水头直接驱动水轮发电机组发电。本文主要针对潮汐能、波浪能发电进行专利技术综述研究。

1 在华专利申请发展趋势

潮汐能、波浪能发电已有50多年的历史，自20世纪80年代以来逐渐获得发展，并在2004年和2005年开始快速发展，随后在2006-2007年发展逐渐放缓，2008-2014年潮汐能、波浪能发电发展势头良好，国内潮汐能、波浪能发电领域的专利申请量节节攀升，相比之下国外的申请量则少之又少（见图1）。

2 潮汐能、波浪能发电主要技术发展路线

潮汐能、波浪能发电按照其利用的能源不同，可以分为潮汐能发电和波浪能发电，如图2所示。下面主要从潮汐能发电和波浪能发电2个分支出发研究各自技术的发展情况。

图1 专利申请趋势

图2 潮汐能、波浪能发电的技术分支

在潮汐能、波浪能发电发展的近30年间，前20年该技术一直处于不愠不火的状态，申请量较少，2004-2005年波浪能发电发展迅速，而随后2006-2007年潮汐能、波浪能发电发展变缓，但自2008年以后，潮汐能、波浪能发电呈现了爆发式的增长（见图3）。

图3 潮汐能发电、波浪能发电两大分支的发展趋势

此外，从图3中不难看出，虽然潮汐能发电和波浪能发电技术都在迅猛增长，但是在大多数时候关于波浪能发电的专利申请量比潮汐能发电的专利申请量多。这与波浪能占据海洋能量的比重有关，波浪能占据全部海洋能量的94%，是各种海洋能中的“首户”；也可能与利用潮汐能进行发电的条件有关，一般潮差不小于3m才会产生发电的经济效益，具有实际应用价值。解决波浪能发电的核心技术在于波浪能转换装置，目前研究开发比较成熟的有3种类型：振荡水柱型、机械型、水流型。接下来将对这3种波浪能发电进行专利技术综述研究。在3种类型的波浪能发电装置中，机械型波浪能发电装置一直占据着举足轻重的地位，这与机械型波浪能发电装置又包括筏式波能装置、点吸收（浮子）式装置和鸭式装置等有关；其次是水流型，而振荡水柱型发展相对较为缓慢（见图4）。

图5是潮汐能、波浪能发电技术功效图。从图5可以看出，在潮汐能、波浪能发电领域，根据专利申请量的相对多少，可以看出存在以下几个技术空白点：在振荡水柱型波浪发电/分类系统中提高装置的适用范围，在振荡水柱型波浪发电/分类系统中提高装机容量，在水流型波浪发电/分类系统中提高装机容量，在振荡水柱型波浪发电/分类系统中提高装置的使用寿命，在振荡水柱型波浪发电/分类系统中减小对环境的破坏，在水流型波浪发电/分类系统中减小装置占用的空间，在潮汐发电/分类系统中减小装置占用的空间等。

图4 波浪能发电各分支发展趋势

图5 潮汐能、波浪能发电技术功效图

然而，实际上仅通过专利申请量的相对多少判断技术空白点有时不是非常全面的，这一方面体现在某些技术手段的固有缺陷很难通过技术改进克服，该技术功效区域的专利申请量必然较少；另一方面体现在需要考虑技术改进的成本与技术改进效果之间的平衡。例如，减小水流型波浪发电装置的占用空间可能会造成发电效果的不理想；又或者提高水流型波浪发电装置和振荡水柱型发电装置的装机容量可能需要投入较多的研发力量和研发成本。因此，技术空白点的分析不仅需要结合技术功效图，还需要结合成本及企业技术特点等其他因素综合考虑。

3 国内潮汐能、波浪能发电领域发展见解

我国海洋资源丰富，海岸线蕴藏着丰富的潮汐能、波浪能资源，据估计，我国的潮汐能可达30亿kW，波浪能可达700亿kW。曾有科学家计算过，沿岸各国暂未被利用的潮汐能是目前世界全部的水力发电量的2倍。如果将波浪的能量转换为可利用的能源，那真是一种理想的巨大的能源。再试想一下，潮汐能、波浪能储量如此大，为何没有得到广泛的开发和利用，究其原因，主要有以下2点：技术不成熟，经济效益差。潮汐能、波浪能发电是多学科的综合，涵盖了动力、结构、材料等一系列学科，只要其中某一项技术达不到要求，都会使潮汐能、波浪能发电技术受到制约；也正是由于技术不成熟，才导致潮汐能、波浪能发电装置较传统的发电装置所需要投入的成本高，经济效益差。

［1］周善元.21世纪的新能源——海洋能［J］.能源研究与管理，2002（1）：38-41.

Research on Patent Technology of Tidal and Wave Applied to Power Generate

Kuang Yufen1Shi Guangfei2Chen Sheng1
（1.Patent Examination Cooperation Hubei Center of the Patent Office，SIPO，Wuhan Hubei 430070；2.Wuhan Technical College of Communications，Wuhan Hubei 430070）

Based on the analysis of domestic and international patent applications,this paper analyzed the develop⁃ment trend of the branches of tidal and wave applied to power generate,and some suggestions were put forward for the problems in the field of tidal and wave applied to power generate,in order to promote the development and utiliza⁃tion of tidal energy and wave energy.

wave energy；tidal energy；power generation；patent technology

TM612；P743

：A

：1003-5168（2017）01-0133-02

2016-12-11

旷玉芬（1988-），女，硕士，研究方向：喷射与雾化领域发明专利实质审查（第二作者等同第一作者）。