风浪是指当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态；涌浪则指海面上由其他海区传来的或者当地风力迅速减小、平息，或者风向改变后海面上
遗留下来的波动。
为便于对风浪成长的讨论，引进风时和风区两个概念。
所谓风时，系指状态相同的风持续作用在海面上的时间；所谓风区，是指状态相同的风作用海域的范围。
习惯上把风区的上沿，沿风吹方向到某一点的距离称为风区长度，简称为风区。
风浪的成长还与其他因子有关，例如海洋水深、地形、岸线形
如图1.2所示，假定风速一定的风沿0x方向吹，O点为风区上沿，0A为风区内
某点A的风区长度。
观察A点风浪成长以及其他各处风浪成长的过程
图1.2风浪随风区长度的分布
波浪在成长过程到达一定尺度后，由于内摩擦等原因所消耗的能量比它摄取的能量增加得快，当摄取与消耗的能量达到平衡时，波浪尺寸便不再增大。
此时的风浪称为充分成长状态，达到成长状态所对应的风时与风区，称为充分成长的
风时与风区。
图1.3为风速15m/s,波浪成长与风时、风区的关系。
图1.3波浪成长与风时、风区的关系
涌浪在传播过程中的显著特点是波高逐渐降低，波长、周期逐渐变大，从而
波速变快。
一方面由于内摩擦作用使其能量不断消耗所致，另一方面是由于在传
播过程中发生弥散和角散所致。
实际的海浪可视为是由许多不同波长、不同周期和振幅的分波组成的。
当波浪传至浅水及近岸时，由于水深及地形、岸形的变化，无论其波高、波长、
波速及传播方向等都会产生一系列的变化。
诸如波向的折射、波高增大而能量集中，波形卷倒、破碎和反射、绕射等。
2、国内外波能转换装置原理及转化技术
波浪能开发原理
波浪能利用的早期想法产生于人们对波浪运动的观察。
这种观察告诉人们，波浪是往复运动的，因此，设计波浪能装置也应该是往复运动的，让波浪在波能装置运动的过程中做正功，才能将波浪能有效地转换成有用的能量。
根据这种想法，人们构思了许多波浪能装置，图2.1是波浪能装置的原理示意。
这些装置的工作原理具有如下共同点。
图2.1波浪能装置工作原理图
（1）具有一个在波浪中运动的物体1。
（2）具有一个与物体1相对运动的物体2。
（3）具有一个能量转换器，将物体1与物体2之间相对运动的机械能转换成所而的能量。
波浪能装置的分类及优缺点
波浪能装置的结构形式、工作原理是多种多样的。
每一种波浪能装置都有其优缺点。
设计者应根据实际情况的需要设计合理的波浪能装置。
因而，对波浪能装
置作适当的划分，说明每一种波浪能装置适宜于体积波况及固定模式，对设计者
有很好的参考价值。
⑴按固定方式划分
从固定方式划分，波浪能装置可以分成固定式（floating）的和漂浮式（fixed）0
固定式装置主要结构被固定，不随波浪而运动。
漂浮式波浪能装置则漂浮在水面上，随波浪运动而运动。
装置一般通过锚或重块与海底连接，如图2.2所示。
固定式还可以根据投放地点划分成岸式（on—Shore或者Shoreline刑离岸式（off一shore〉岸式波浪能装置固定于岸边（见图2.3（a））,其优点是便于管理、维护及进一步研究，便于电力输送，当选址及装置设计得当的，具效率一般较高：
缺点是岸边的波浪能能流密度往往偏小
离岸式波浪能装置固定在海底（见图2.3（b））,其优点是周围的波浪能流较大，但有一部分绕射到装置背后。
缺点是转换效率较低、管理、输电成本较大及不利于研究。
固定式波浪能装置的建造成本受其周边环境因素（如水深、地质、坡度、距岸距离等）的影响很大。
漂浮式的波浪能装置通常可以在船厂建造、下水，然而安放到合适的地方。
因此，漂浮式比固定式建造难度小。
其缺点是其效率一般没有固定式波浪能装置高，遇到大浪，其结构、锚泊系统及输电线往往容易被破坏，其成本与电力输送
的距离以及对结构、锚泊系统的要求有关。
图2.3波浪能装置纵剖视图
（2）按能量传递方式划分
按能量传递方式划分，可以分成气动式（pneumatic'液压式（hydraulic）和机械式（mechanical）的波浪能装置。
气动式波浪能装置的某一个环节通过气体传递能量。
例如图2.4（a）、图2.4（b）
所示的振荡水柱式波浪能装置就是通过空气，将波浪的能量传给空气透平（图中
的能量转换器）。
图2.4波浪能装置纵剖视图
液压式波浪能装置的某一个环节通过液体传递能量〕。
例如图2.3、图2.4（a）所示的浮子吸收波浪能之后通过液压装置将能量转换成液压能。
常见的液压式波浪
能装置有浮子式（图2.5（a））、点头鸭式（图2.6）及摆式
图2.6点头鸭式波浪能装置
（3）按装置的能量提取方式划分
按装置的能量提取方式划分，可以分成能量直接转换和能量间接转换两大
类，依固定方式的不同和系统结构又可分成图2.7所示的11种。
（4）按波浪能装置对波浪能能流影响的结果划分
按波浪能装置对波浪能能流影响的结果划分，可以分成截止型（terminatedk口
消耗型（attenuate的波浪能装置。
截止型的波浪能装置将波浪能挡在其迎浪的一侧，使其背浪的一侧儿乎无波浪能。
消耗型的波浪能装置则仅吸收一部分人射波的能量，背浪一侧仍有绕射的波浪。
（5）按吸取波浪能的结构形式来划分
从吸取波浪能的结构形式来划分，可以分成振荡水柱式（oscillatingwater
column,常缩写为OWC）、浮子式（huoy）、摆式（pendulum）点头鸭式（noddingduek）、筏式（raft）、蚌式（lam）、聚波水车式（tapedchannel常缩写为TAPCHAN）等。
图2.7波浪能装置示意图
波浪能转换技术
“点头鸭”式波浪能转换装置
Salter在他1974年的论文中介绍了一种独特的波能转换方法，使二维正弦波的转换效率可接近90%左右，如图2.7中⑤所示。
由于该装置的形状和运行特性酷似鸭的运动，因而称其为“点头鸭”。
人射波的运动使得动压力可有效地推动
鸭身绕轴线旋转。
另外，除动压力外，流体静压力的改变也使接近鸭嘴的浮体部分做上升和下沉往复运动。
由于这两种压力所产生的运动是同相位的，在波浪运
动的一个周期内，点头鸭将动能和位能两者同时通过液压装置转化出去然后再由液力或电力系统把动能转换为电能。
在设计点头鸭波能转换装置时，注意到如果把点头鸭质量重心的位置做成可调的，那么就可使其固有周期与波浪周期相匹配，从而最大程度地利用波浪能。
Mynett等对二维正弦波中运行的点头鸭装置特性作了分析，研究结果表明，在理想运行条件下，点头鸭效率接近90%。
Serfnan等对Myrlett的研究作了发展，对不规则波作用下的点头鸭性能进行了研究，研究结果表明，在不规则波作用下，系统效率要低许多。
Salter点头鸭虽然是一种有效的波能转换装置，但它的严重不足在于装置可靠性差，在恶劣的海洋环境下，装置极易损坏所以Salter点头
鸭没有得到广泛推广。
（2）振荡浮子式波能转换装置
振荡浮子式装置是在振荡水柱式装置的基础上发展起来的波能发电装置，它用
一个放在港中的浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过一个放在岸L的机械或液压装置转换出去，用来驱动电机发电。
它由浮子、连杆、液压传动机构、发电机和保护装置等几部分组成。
振荡浮子式波能装置从工作原理上看，与图2.7中的①②③④⑨相类似，都是利用浮体的相对运动来发电。
图2.9垂荡驱动的齿条一链轮波能转换系统
（3）我国波浪能转换装置
我国政府从“八五”到“十五”持续支持海洋波浪能研究。
“八五”期间科
技部投人200万元支持3个科技攻关项目，研建ZOkW岸式振荡水柱波能装置、5脚漂浮式振荡水柱波能装置和skw摆式波能装置各一座，其中ZOkw岸式振荡水柱波能装置可以与柴油发电机并联发电；“九五’，期间共投人603万元，支持2个科技攻关项目，研建IO0kw岸式振荡水柱装置、3OkW摆式装置各一座，其中IO0kw岸式振荡水柱装置发电并入电网，3OkW摆式装置与风能装置并联发电，为岛上居民供电：
“十五”期间共投入经费435万元，由中国科学院广州能源研究所研制一座波浪能独立发电系统。
该系统由一个振荡水柱装置和一个振荡浮子装置俘获波浪能，通过具有能量缓冲器的液压系统，波浪能被转换成稳定的液压能。
2005年1月，研究人员在振荡水柱装置对波浪能独立发电系统作了实海况试验，成功地实现了把不稳定的波浪能转化为稳定的电能，其发电频率可控
制在（50±2%）Hz,电压控制在370—390V之间。
关于波浪能转换的设想极多，具装置千变万化，但通常具有两个部分：
第一部
分为采集系统，该系统的作用是俘获波浪能：
第二部分为转换系统，该系统把俘获的波浪能转换为某种特定形式的机械能或电能。
采集系统的形式有振荡水柱式（OwC）、振荡浮子式（Buoy）、摆式（Pendulum）、鸭式（Duek）、筏式（Raft）、收缩波道式（Tapehan）蚌式（Clam）等，提高波浪能俘获量的&术有通过波浪绕射或折射的聚波技术，以及通过系统与波浪共振的惯性聚波技术。
转换系统有空气叶轮、低水头水轮机、液压系统、机械系统以及发电机等，提高转换效率的方法有可控叶片、变阻尼、整流、定压等，提高能量质量的方法有能量缓冲和调励磁等。
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