海上新山东丨把波浪变成电！我国首个气动式波浪能发电装置，让向海要电成为现实！

随着我国能源结构转型和海洋经济发展的需求，波浪能作为清洁可再生能源，在深远海供电、多能互补等领域展现出巨大潜力。当前，我国在深远海岛礁开发、海上平台运行、深海养殖等领域的发展对低价、绿色供电需求量巨大。

清华大学长聘教授、中国海洋工程研究院（青岛）海洋能方向首席科学家张永良领衔的波浪能技术团队研发的气动式波浪能发电装置很好地解决了这一需求。张永良介绍，未来项目有望每年产生百亿元经济效益。

日前，团队的百千瓦级双气室气动式波浪能发电装置已获批我国能源领域首台（套）重大技术装备，预示着该装备向产业化生产更进了一步。

将波浪能转化为电能，一小时发电100度

当下，在青岛斋堂岛附近的海域，总能看到一台长约16米的橙色船型装置，该装置就是张永良团队研发的第一代30千瓦气动式波浪能发电装置。

2024年，“华清号”在广东下水前合影，张永良教授（左三）在“华清号”前合影

张永良介绍，该设备于2021年由清华大学波浪能团队研发而成，是国际上首个气动式波浪能发电装置原型机，于当年在南海海域运行一年，期间曾经遭遇过“暹芭”台风仍保持完好无损，抗台性能得到验证，实测平均效率11.9%，比国际同业的效率提升了67.6%。

“2022年测试结束后，装备转而运到青岛海域进行持续性测试，为我们后期产品研发提供数据支撑，目前该设备每天发电量最高达720度。”张永良说。

随后，研发团队在第一代装置基础上研制100千瓦气动式波浪能发电装置“华清号”。“采用气压传动技术，这是国内首个能在台风环境下正常发电的气动式波浪能装置，平均效率在30千瓦装置的基础上又取得较大幅度提升。”

“我们目前正在与中国海洋工程研究院（青岛）进行第三代百千瓦级双气室气动式波浪能发电装置的研发，并于今年8月份，获批能源领域首台（套）重大技术装备，计划最早于明年年初建成。”张永良介绍，第三代设备额定输出功率为100千瓦，一小时发电量达100度，年发电量最高达30万度。

100kW 气动式波浪能发电装置“华清号”

气动式波浪能发电装置是什么呢？张永良介绍，其技术原理是利用波浪的起伏运动驱动空气在气室中往复流动，从而推动空气涡轮机旋转，最终带动发电机发电。其工作过程主要包含三级能量转换：一级转换为波浪的动能和势能通过浮子或气室的往复运动转换为气压能；二级转换为往复气流驱动空气涡轮机，将气压能转换为机械能（旋转运动）；三级转换为涡轮机通过传动轴驱动发电机，将机械能转换为电能。

“这种技术路线的主要优势在于通过气动方式传递能量，避免了波浪能直接对机械结构的剧烈冲击，传动系统不与海水接触，因此可靠性更高，维护成本相对较低，更有利于适应恶劣的海洋环境。”张永良说。

2030年我国波浪能发电市场规模将达1800亿元

在我国风电、光伏产业蓬勃发展并引领能源转型的当下，为什么还要研发气动式波浪能发电装置呢？

张永良给出了他的回答。

相较于风电、光伏更多地为陆域供电，气动式波浪能发电装置的供应对象则转向海域。“随着我国对海洋资源的开发力度不断加大，海上发电需求越来越大。”张永良介绍，装备的服务对象主要是深远海岛礁开发、海上浮标、海上勘测平台、深海养殖等。我国有1.1万多个海岛，无居民海岛占绝大多数，由于某些原因不宜大规模使用柴油发电，波浪能发电需求迫切。我国现有各种海洋作业、深海养殖等平台超过2万个，还有数万台海上监测仪器设备。以上这些应用场景的用电市场，预测国内装备规模需求量高达近万亿元，供电规模需求达千亿元。

张永良教授（右）向外国友人介绍装备

此外，相比于风电、光伏需要固定在某海域不同，气动式波浪能发电装置对环境要求较小，装置可以跟随需求方随时变动场域，使用场景更加灵活。只要将装置停靠在离岸附近，与当地的电网连接就可以。

除了需求巨大外，波浪能的供给也十分充足。全球海岸线长达45万公里，海岸带的波浪能密度高达10-100kW/m，理论可开发总量达到了惊人的7太瓦，这相当于310座三峡电站的装机容量。

随着“双碳”目标推进，波浪能作为清洁可再生能源，在深远海供电、多能互补等领域展现出巨大潜力，2030年我国波浪能发电装置系统的市场规模将达到1800亿元。全球波浪能装备市场规模达数十万亿元，售电市场规模每年达十万亿元。

张永良介绍，我国规划至2030年的装机规模为40万千瓦，如果一台装备的发电量按100千瓦算，就需要4000台设备。

每年将产生百亿元经济效益

2025年2月，自然资源部、国家发改委等六部委联合发布的《关于推动海洋能规模化利用 的指导意见》提出，“推进波浪能规模化利用。在波浪能资源富集区域 ，稳步推进建设兆瓦级波浪能规模化试点工程。支持波浪能与海上风电同场开发，共建共享配套基础设施，降低波浪能资源综合开发成本”。

张永良介绍，海上风电场域一般也是海上波浪能富集区，第三代百千瓦级双气室气动型波浪能发电装置目前正依托国华山东半岛南U2海上风电项目推进研发，可有效推进海上风电与波浪能一体化开发的商业化进程。

在核心技术方面，新型波浪能转换自整流冲动式空气透平系统将波浪能转换效率提升至53%。产业链方面，已形成从上游材料、中游制造到下游应用的初步协同，预计2030年有望实现40万千瓦装机目标。

项目成果可应用于远海用电需求的电力保障，预计将解决波浪能发电技术产业化发展的瓶颈问题，产生每年数十亿至数百亿元规模的经济效益。

波浪能开发正处于产业化前期，向规模化利用迈进的关键阶段。张永良也坦言，目前，波浪能发电技术路线较发散。如何实现高效可靠波浪能转换仍然是全球海洋能源领域亟待解决的重大科学问题，这也是他接下来攻克的方向。

张永良说，未来波浪能发电与海洋牧场、海上制氢基地等海上能源项目融合打造综合能源岛，将进一步实现深远海海上能源综合利用，并在能源结构转型和海洋经济发展领域形成显著社会价值，有效支撑我国实现“双碳”战略目标，促进海洋经济的壮大，对建设海洋强国和海上丝绸之路具有重要意义。

（半岛全媒体记者 王丽平）