人們對(duì)海浪的認(rèn)知通常是從海浪災(zāi)害開啟的。在所有海洋災(zāi)害中，海浪所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失位居前列。然而，如果能夠掌握海浪特征，充分利用波浪能，同樣可以化弊為利，給人類帶來(lái)福祉。波浪能可以用來(lái)做什么呢？波浪能如何產(chǎn)生電呢？“海上絲綢之路”的波浪能優(yōu)勢(shì)區(qū)域又分布在哪里？本文將帶大家一起認(rèn)識(shí)“海上絲綢之路”的波浪能。
海上絲綢之路
從鄭和七下西洋到21世紀(jì)的“海上絲綢之路”，海洋見證著中華民族對(duì)外和平交往的優(yōu)良傳統(tǒng)?！昂Ｉ辖z綢之路”是構(gòu)建“人類命運(yùn)共同體”的重要舉措，是惠及沿線國(guó)家的民心工程，更是連接“中國(guó)夢(mèng)”與“世界夢(mèng)”的藍(lán)色紐帶。其主要涉及兩大水域：首先是南海，其次是印度洋。南海，素有“第二波斯灣”之稱，也是太平洋和印度洋之間的海上走廊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球超級(jí)油輪有一半以上航經(jīng)南海，每年有一半多的世界商船隊(duì)駛過(guò)南海。每年有4萬(wàn)多艘船只經(jīng)過(guò)南海海域。日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，90％以上的石油輸入要依賴南海這個(gè)航道；經(jīng)過(guò)南海航道運(yùn)輸?shù)囊夯烊粴?，占世界總貿(mào)易額的2/3。就我國(guó)來(lái)講，通往國(guó)外的近40條航線中，超過(guò)一半的航線經(jīng)過(guò)南海。印度洋，則具有“世界海權(quán)中心”的美譽(yù)，是連接太平洋和大西洋以及貫通亞洲、非洲、大洋洲的交通與石油輸送的紐帶。印度洋瀕臨歐亞非洲，南端與南極洲接壤，通過(guò)亞丁灣—蘇伊士運(yùn)河連接西歐—亞洲、馬六甲海峽，勾連太平洋、好望角，連通大西洋—印度洋，擁有全球1/9的海港、世界1/6的貨物吞吐量、近1/10的貨物周轉(zhuǎn)量，國(guó)際能源運(yùn)輸?shù)?條主要航線都經(jīng)過(guò)該海域?！昂Ｉ辖z綢之路”的重要性不言而喻。
“海上絲綢之路”的電力困局及應(yīng)對(duì)
隨著“海上絲綢之路”不斷延伸，電力瓶頸日益凸顯，嚴(yán)重制約著海上交通的高效開展。如孟加拉國(guó)農(nóng)村電力普及率僅為40％，斯里蘭卡的城市農(nóng)村用電普及率分別為80％和40％，僅新加坡等極少數(shù)國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善。
地球70％以上的面積被海洋覆蓋，海洋不僅具有全球氣候變化的重要調(diào)節(jié)作用，更是人類生命的搖籃、巨大的資源寶庫(kù)。在全球變暖導(dǎo)致資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)峻、常規(guī)能源（如煤、石油等）日益緊缺的大背景下，人類將目光聚焦能源蘊(yùn)藏豐富的海洋，這無(wú)疑是應(yīng)對(duì)氣候變化和常規(guī)能源緊缺的最佳選擇，也是各個(gè)國(guó)家采取的共同策略之一。無(wú)污染、儲(chǔ)量大、可再生、分布廣、全天候等諸多優(yōu)點(diǎn)使得波浪能成為各發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)，也將是解決“海上絲綢之路”電力瓶頸的有效措施之一。
化弊為利，用好波浪能
惡劣的海況（風(fēng)作用下的海面狀況）往往給人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅，船毀人亡的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。但是，如果能夠掌握海浪特征，同樣可以化弊為利，給人類帶來(lái)福祉。海浪巨大的能量可用于海浪發(fā)電，還可應(yīng)用于海水淡化、制氫等。海浪發(fā)電可以幫助邊遠(yuǎn)海島、海洋平臺(tái)打破電力困局，還可以為無(wú)人艇提供移動(dòng)充電，為水下航行器提供移動(dòng)充電，有著廣闊前景。
海浪發(fā)電的主要用途
邊遠(yuǎn)海島是人類邁向深藍(lán)海域的關(guān)鍵支撐，但其往往遠(yuǎn)離大陸，所面臨的電力困境一直是世界性難題。通常的做法是用船舶補(bǔ)給的柴油進(jìn)行發(fā)電，但這種做法存在兩個(gè)顯著不足：首先是惡劣海況會(huì)影響補(bǔ)給，存在供電緊張的風(fēng)險(xiǎn)；其次，柴油發(fā)電會(huì)釋放有害氣體，容易破壞周圍環(huán)境，不利于島礁可持續(xù)發(fā)展。因地制宜在島礁周邊展開海浪發(fā)電，為邊遠(yuǎn)海島供電，有助于打破電力困局。尤其是在海況較差的季節(jié)，利用波浪能可化弊為利。
在全球變暖、資源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)峻的大背景下，海洋資源利用將是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。海洋平臺(tái)是推動(dòng)海洋開發(fā)建設(shè)的重要依托，然而其輸配電卻是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工程。在近岸時(shí)，可采用海底光纜，但成本高昂、維護(hù)困難；在離岸時(shí)，電力供應(yīng)尤為困難，一般由3～5臺(tái)船用柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)供電，存在惡劣海況威脅補(bǔ)給、污染環(huán)境等難題。因此，因地制宜開發(fā)海洋平臺(tái)周邊的波浪能，有利于在保護(hù)海洋環(huán)境的前提下為海洋平臺(tái)提供電力供應(yīng)。
利用海浪還可以為海洋牧場(chǎng)和邊遠(yuǎn)海島的燈塔供電。隨著捕撈強(qiáng)度不斷加大，漁業(yè)資源日益衰退，海洋牧場(chǎng)是應(yīng)對(duì)這一困境的有效措施之一；而燈塔則是人類遠(yuǎn)洋航海的關(guān)鍵支撐，尤其是一些邊遠(yuǎn)海島的燈塔，由于遠(yuǎn)離大陸，燈塔的電力供應(yīng)一直是世界性難題。利用清潔、無(wú)污染、可再生的波浪能為海洋牧場(chǎng)和海島燈塔供電，不僅可以保護(hù)海洋環(huán)境，海浪發(fā)電自身也是一道風(fēng)景，有利于旅游業(yè)，將對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出積極貢獻(xiàn)。
海浪源源不絕之能也為海洋浮標(biāo)提供了充足“儲(chǔ)備”。海洋觀測(cè)是海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、海洋資源開發(fā)的重要組成。目前，大多數(shù)海洋浮標(biāo)是利用蓄電池供電，更換電池不便，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。利用波浪能為浮標(biāo)供電，有利于維護(hù)保養(yǎng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，未來(lái)還可以向著觀測(cè)—牧場(chǎng)—發(fā)電—休閑—觀光—人工魚礁一體化建設(shè)的方向發(fā)展。
此外，利用海浪，我們還可以實(shí)現(xiàn)為救援設(shè)備、水下航行器供電等，有助于人類更加安全、便捷地深入海洋，了解世界，共謀發(fā)展。
波浪能的優(yōu)勢(shì)與不足
波浪能的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：全天候、分布廣，以機(jī)械能形式出現(xiàn)，是海洋能中能量—功率密度最高的，在海洋中無(wú)時(shí)不有、無(wú)處不在；海浪發(fā)電裝置可懸浮于海表，不占用寶貴的海島土地資源；抵抗臺(tái)風(fēng)打擊、船舶撞擊能力強(qiáng)（如英國(guó)LIMPET電站在艾萊島安裝后的第1個(gè)冬季，經(jīng)歷50年一遇大浪而安然無(wú)恙）；能量供應(yīng)比太陽(yáng)能穩(wěn)定；邊遠(yuǎn)海島生態(tài)脆弱，開發(fā)無(wú)污染可再生的波浪能，有利于在保護(hù)島礁脆弱生態(tài)的前提下幫助其打破電力困局。
波浪能也有它的不足之處：資源的季節(jié)性、周期性變化顯著，增加了利用難度，這就要求充分掌握資源特征；材料要求高，要求抗海水腐蝕、廉價(jià)、有較好的耐久性和可靠性，因此投資造價(jià)高；海浪發(fā)電裝置的效率容易受浮游生物的影響；與陸上資料相比，海洋資料稀缺，制約著波浪能評(píng)價(jià)，包括海浪發(fā)電精準(zhǔn)選址、業(yè)務(wù)運(yùn)行、長(zhǎng)期規(guī)劃等。
波浪能如何產(chǎn)生電
海浪發(fā)電裝置種類繁多，按能量中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)主要分為氣動(dòng)式、機(jī)械式和液壓式三大類；按固定方式主要分為漂浮式和固定式，固定式還可以根據(jù)投放地點(diǎn)分為岸式和離岸式。整體來(lái)說(shuō)，發(fā)電原理主要是通過(guò)海浪直接或間接推動(dòng)發(fā)電機(jī)切割磁力線，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在此?jiǎn)要以浮子式海浪發(fā)電裝置為例說(shuō)明一下：浮子隨著海浪上下起伏，通過(guò)鏈條帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁力線，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電力?wèn)題解決后，海水淡化等問(wèn)題也可隨機(jī)展開。邊遠(yuǎn)海島面臨的電力和淡水困境等可得到解決。
人類利用波浪能的歷史也算是比較長(zhǎng)了。1799年，法國(guó)的吉拉德父子，獲得了利用波浪能的首項(xiàng)專利。1910年，法國(guó)的波契克斯·普萊西克，建造了一套氣動(dòng)式海浪發(fā)電裝置，供應(yīng)自家住宅1千瓦的電力。1965年，日本的益田善雄發(fā)明了導(dǎo)航燈浮標(biāo)用汽輪機(jī)波浪能發(fā)電裝置，率先展開了商品化的波浪能開發(fā)……人們對(duì)海浪發(fā)電進(jìn)行了大量探索，微小型海浪發(fā)電技術(shù)也日趨成熟。我國(guó)對(duì)波浪能資源的開發(fā)始于1975年在浙江省嵊山島試驗(yàn)，20世紀(jì)80年代以后發(fā)展較快，大萬(wàn)山島的波力電站、“汕尾100千瓦”岸式波力電站相繼問(wèn)世。海浪發(fā)電正向著產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展。
“海上絲綢之路”的波浪能可利用率
在波浪能開發(fā)中，通常有效波高大于1.3米時(shí)可用于波浪能開發(fā)，4.0米以上有效波高具有較大的破壞能力，不利于波浪能裝置的運(yùn)行與安全。當(dāng)然，隨著波浪能裝置吸波能力、防災(zāi)減災(zāi)能力的不斷增強(qiáng)，未來(lái)可用波高的范圍將相應(yīng)擴(kuò)大。不難理解，可用波高出現(xiàn)的頻率直接反映著波浪能的可利用率，是波浪能開發(fā)最為關(guān)注的要素之一。尤其是遠(yuǎn)離大陸、補(bǔ)給困難的邊遠(yuǎn)海島，對(duì)資源的可利用率要求更高，以盡可能提高其電力自給自足能力。
我們利用近40年逐6小時(shí)的海浪數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了“海上絲綢之路”可用波高出現(xiàn)的頻率?！昂Ｉ辖z綢之路”的波浪能可利用率整體樂觀，南海和阿拉伯海大部分海域全年有40％以上的時(shí)間可用，大值中心的可利用率在60％以上，孟加拉灣大部分區(qū)域全年有50％以上的時(shí)間可用，大值中心甚至達(dá)到90％以上。目前，太陽(yáng)能技術(shù)成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了家用，由于受到白天黑夜及陰雨天氣的限制，可利用率基本在50％以內(nèi)。相比太陽(yáng)能，波浪能的可利用率更為樂觀。
“海上絲綢之路”的波浪能優(yōu)勢(shì)區(qū)域
本文作者和氣象學(xué)家李崇銀院士曾對(duì)“海上絲綢之路”的波浪能展開等級(jí)區(qū)劃，發(fā)現(xiàn)孟加拉灣的波浪能等級(jí)最高（等級(jí)越高越有利于波浪能開發(fā)），阿拉伯海次之，南海的波浪能等級(jí)相對(duì)最低?！昂Ｉ辖z綢之路”最顯著的波浪能優(yōu)勢(shì)區(qū)域?yàn)樗估锾m卡東南海域（近似圓形的海域，富集區(qū)）、索馬里海域（較富集區(qū)—富集區(qū)）、呂宋海峽（可用區(qū)）。
南海，大部分海域?qū)儆诳捎脜^(qū)，優(yōu)勢(shì)區(qū)域分布于呂宋海峽（屬于較富集區(qū)）。孟加拉灣，大部分海域?qū)儆谳^富集區(qū)，南部大部分海域?yàn)閮?yōu)勢(shì)區(qū)域（屬于富集區(qū)）。阿拉伯海，大部分海域?qū)儆谳^富集區(qū)，優(yōu)勢(shì)區(qū)域分布于索馬里近海小范圍海域（屬于較富集區(qū)—富集區(qū)）。
由此可見，波浪能這一“海上絲綢之路”的資源寶庫(kù)擁有著巨大的挖掘潛力，其資源的開發(fā)和利用前景無(wú)限廣闊。
