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摘要：基于相关数据库，通过检索、统计和分析摆式波浪发电的专利申请文献，阐述了摆式波浪发电的专利申请发展历程，追踪了摆式波浪发电的发展脉络，归纳出专利的研究方向，为实际审查提供帮助。
关键词：摆式；波浪发电；专利分析
中图分类号：P743 文献标识码：A
波浪能是海洋能利用中近期研究最多、政府投资项目最多且最重视的一种能源。 目前，波浪能开发利用技术趋于成熟，已进入商业化发展阶段，将向大规模利用和独立稳定发电方向发展。波浪发电是波浪能利用的主要方式，可以为边远海岛和海上设施等提供清洁能源。常见且具有商业化价值的波浪发电种类有摆式波浪发电、振荡水柱式波浪发电和聚波储能式波浪发电。其中，摆式波浪发电可方便的与相位控制技术相结合，相位控制技术可以使得波浪能装置吸收迎波宽度以外的波浪能，且摆体的运动适合波浪大推力好低频的特性，因此，摆式波浪发电装置的能量转换效率高。
1.摆式波浪发电基本概念
摆式波浪发电装置通过随波浪摆动的摆体将从波浪中吸收的能量转换成机械能或势能，再转化成电能。按照摆体状态摆式波能装置也可分为悬挂摆式和浮力摆式两种[1]，两者最大的区别就是摆体吸收能量的方式不同，但是它们大致也分为4个转化系统：
1） 波浪能到机械能（摆板）；
2） 机械能到水压力（液压缸）；
3） 水压力到机械能（水轮机）；
4） 机械能到电能（发电机）。
其中悬挂摆式利于近岸工作，浮力摆式适合离岸边有一段距离工作，同时，悬挂摆式的摆体运动很适合波浪大推力和低频的特性[2]。因此， 悬挂摆式波能装置的转换效率较高，但机械和液压机构的维护较为困难，并且受限于适用波况，对设计要求较高，在设计波况下具有较高的一次能量捕获效率；而在非设计波况下，悬挂摆式波浪能发电装置的一次能量捕获效率较低[3]。而浮力摆式波浪能发电装置由于结构本身造成整体可靠性较差，一旦遭遇诸如台风等恶劣的海洋状况，就易造成损坏影响系统稳定运行。
2.摆式波浪发电重点专利技术领域
为了展现摆式波浪发电领域整体专利技术的分布情况，本文采用了IPC作为分类标准进行分析，借此可以对该领域各公司技术研发的重心点和研发热点进行挖掘。对于检索到的专利文献按照 IPC 分类进行整理发现本领域主要的专利集中在F03B13/18，F03B13/00，F03B13/14，F03B13/12和F03B13/16。
从下表 1 中可以看到，前 10 个 IPC 分组涉及的技术内容基本上涵盖了摆式波浪发电内容，主要体现在相对运动，机械整体结构的设计之上。
3.专利技术发展技术演进
通过摆式波浪发电各个时期的专利文献进行梳理和分析，可以得到该领域的专利技术发展方向。在1980年左右已经有不少专利从第二个转化系统开始转变，即机械能到压力这一过程。由于摆板接触波浪直接转化成机械能效率较低，因此引入液压技术，使得转换效率更高，其中悬挂式最开始使用这一技术。悬挂式具有代表性的是1984年Kondo.H日本室兰工业大学申请的专利US4490621A。该悬挂摆式波浪能发电装置利用水室中的立波推动悬挂摆的摇摆运动捕获波浪能[4]。利用两台单向作用的液力泵驱动发电机吸收全周期的波浪能，并且由机械传输引入了液压技术，使得波能转化为机械能的过程更加高效。
随着时间的推移，液压技术在悬挂式中应用的越来越广泛。并且很快被浮子式采用，2004年，芬兰的AW能源公司（AW-Energy）申请了FI113685B的相关专利，该装置属于海底摆，海浪推动装置，活塞压缩油驱动液压马达，液压马达再带动一台发电机产生电能。2005年，英国Aquamarine电力公司（AQUAMARINE POWER LTD）申请了EP2292924A2，其同样属于海底摆，其采用摆动驱动液压缸将高压水送上岸，使高压水驱动水力发电机发电。这期间，相关专利开始从第三个转化系统开始改进，主要是在经过第二个转化后得到的压力是在原地转化成需要的机械能，还是在岸上得到需要的机械能。2006年，澳大利亚海洋能源公司申请了一系列专利，其中CN101263265A设计了可绕底座中心的竖直轴旋转的摆体来匹配波浪方向，在原地將高压海水驱动液压马达发电，产生的电能通过海底电缆输送到岸上。该专利很好的解决了上一个问题，用电缆在原地将转化的电能输上岸，并且在第一转化系统中做了相应的改进，引入了智能匹配波浪方向，使得提高了第一转化系统的效率。
在2009年-2012年中间，有不少类似于专利US2008093858 A1，US7755224 B2的申请，它们的共同特点是载体漂浮在海面上，真正实现发电的装置不接触海浪，利用海浪的晃动使得发电装置旋转或摆动，实现发电，在此期间，也有一些专利申请走向了集群化，实现多个发电装置串并联实现发电。
5.总结
摆式波浪发电发展比较缓慢，这与全球能源技术发展有关，随着科技的发展，在有其他更加廉价的替代能源的情况下，波浪能发电不是很受重视，但是随着人类对海洋的认识的加深，摆式波浪发电装置的专利会逐渐增加；摆式波浪发电装置专利申请发展方向是提高摆体的能量吸收效率以及液压系统的能量转换效率上。
参考文献
[1] 朱念. 波浪发电的转换机理及开发前景[ J ] . 新能源， 1996 ， 18 （3）： 33- 36.
[2] 李远林. 波浪理论及波浪载荷[M]. 广州： 华南理工大学出版社， 1994.
[3] 王忠 王传崑 我国海洋能开发利用情况分析[J]，海洋环境科学，2006，25（4）：78-80.
[4]Sonal Patel.海洋能源的利用与开发[J].可再生能源利用，2009，1：32-38.
作者简介：
陈黎（1987.2-），女，硕士，研究方向：流体机械发明专利实质审查工作。
关键词：摆式；波浪发电；专利分析
中图分类号：P743 文献标识码：A
波浪能是海洋能利用中近期研究最多、政府投资项目最多且最重视的一种能源。 目前，波浪能开发利用技术趋于成熟，已进入商业化发展阶段，将向大规模利用和独立稳定发电方向发展。波浪发电是波浪能利用的主要方式，可以为边远海岛和海上设施等提供清洁能源。常见且具有商业化价值的波浪发电种类有摆式波浪发电、振荡水柱式波浪发电和聚波储能式波浪发电。其中，摆式波浪发电可方便的与相位控制技术相结合，相位控制技术可以使得波浪能装置吸收迎波宽度以外的波浪能，且摆体的运动适合波浪大推力好低频的特性，因此，摆式波浪发电装置的能量转换效率高。
1.摆式波浪发电基本概念
摆式波浪发电装置通过随波浪摆动的摆体将从波浪中吸收的能量转换成机械能或势能，再转化成电能。按照摆体状态摆式波能装置也可分为悬挂摆式和浮力摆式两种[1]，两者最大的区别就是摆体吸收能量的方式不同，但是它们大致也分为4个转化系统：
1） 波浪能到机械能（摆板）；
2） 机械能到水压力（液压缸）；
3） 水压力到机械能（水轮机）；
4） 机械能到电能（发电机）。
其中悬挂摆式利于近岸工作，浮力摆式适合离岸边有一段距离工作，同时，悬挂摆式的摆体运动很适合波浪大推力和低频的特性[2]。因此， 悬挂摆式波能装置的转换效率较高，但机械和液压机构的维护较为困难，并且受限于适用波况，对设计要求较高，在设计波况下具有较高的一次能量捕获效率；而在非设计波况下，悬挂摆式波浪能发电装置的一次能量捕获效率较低[3]。而浮力摆式波浪能发电装置由于结构本身造成整体可靠性较差，一旦遭遇诸如台风等恶劣的海洋状况，就易造成损坏影响系统稳定运行。
2.摆式波浪发电重点专利技术领域
为了展现摆式波浪发电领域整体专利技术的分布情况，本文采用了IPC作为分类标准进行分析，借此可以对该领域各公司技术研发的重心点和研发热点进行挖掘。对于检索到的专利文献按照 IPC 分类进行整理发现本领域主要的专利集中在F03B13/18，F03B13/00，F03B13/14，F03B13/12和F03B13/16。
从下表 1 中可以看到，前 10 个 IPC 分组涉及的技术内容基本上涵盖了摆式波浪发电内容，主要体现在相对运动，机械整体结构的设计之上。
3.专利技术发展技术演进
通过摆式波浪发电各个时期的专利文献进行梳理和分析，可以得到该领域的专利技术发展方向。在1980年左右已经有不少专利从第二个转化系统开始转变，即机械能到压力这一过程。由于摆板接触波浪直接转化成机械能效率较低，因此引入液压技术，使得转换效率更高，其中悬挂式最开始使用这一技术。悬挂式具有代表性的是1984年Kondo.H日本室兰工业大学申请的专利US4490621A。该悬挂摆式波浪能发电装置利用水室中的立波推动悬挂摆的摇摆运动捕获波浪能[4]。利用两台单向作用的液力泵驱动发电机吸收全周期的波浪能，并且由机械传输引入了液压技术，使得波能转化为机械能的过程更加高效。
随着时间的推移，液压技术在悬挂式中应用的越来越广泛。并且很快被浮子式采用，2004年，芬兰的AW能源公司（AW-Energy）申请了FI113685B的相关专利，该装置属于海底摆，海浪推动装置，活塞压缩油驱动液压马达，液压马达再带动一台发电机产生电能。2005年，英国Aquamarine电力公司（AQUAMARINE POWER LTD）申请了EP2292924A2，其同样属于海底摆，其采用摆动驱动液压缸将高压水送上岸，使高压水驱动水力发电机发电。这期间，相关专利开始从第三个转化系统开始改进，主要是在经过第二个转化后得到的压力是在原地转化成需要的机械能，还是在岸上得到需要的机械能。2006年，澳大利亚海洋能源公司申请了一系列专利，其中CN101263265A设计了可绕底座中心的竖直轴旋转的摆体来匹配波浪方向，在原地將高压海水驱动液压马达发电，产生的电能通过海底电缆输送到岸上。该专利很好的解决了上一个问题，用电缆在原地将转化的电能输上岸，并且在第一转化系统中做了相应的改进，引入了智能匹配波浪方向，使得提高了第一转化系统的效率。
在2009年-2012年中间，有不少类似于专利US2008093858 A1，US7755224 B2的申请，它们的共同特点是载体漂浮在海面上，真正实现发电的装置不接触海浪，利用海浪的晃动使得发电装置旋转或摆动，实现发电，在此期间，也有一些专利申请走向了集群化，实现多个发电装置串并联实现发电。
5.总结
摆式波浪发电发展比较缓慢，这与全球能源技术发展有关，随着科技的发展，在有其他更加廉价的替代能源的情况下，波浪能发电不是很受重视，但是随着人类对海洋的认识的加深，摆式波浪发电装置的专利会逐渐增加；摆式波浪发电装置专利申请发展方向是提高摆体的能量吸收效率以及液压系统的能量转换效率上。
参考文献
[1] 朱念. 波浪发电的转换机理及开发前景[ J ] . 新能源， 1996 ， 18 （3）： 33- 36.
[2] 李远林. 波浪理论及波浪载荷[M]. 广州： 华南理工大学出版社， 1994.
[3] 王忠 王传崑 我国海洋能开发利用情况分析[J]，海洋环境科学，2006，25（4）：78-80.
[4]Sonal Patel.海洋能源的利用与开发[J].可再生能源利用，2009，1：32-38.
作者简介：
陈黎（1987.2-），女，硕士，研究方向：流体机械发明专利实质审查工作。