比点头鸭更好的波浪能捕获原理

在以前的愽文里我曾讲了点头鸭捕获波浪能的秘密，实际上很简单，如下面图一所示。图中的Float相当于鸭头，在波浪作上下运动而捕获波能，后面的Fixed body是固定在水中的物体，相当于点头鸭的尾部，迫使波浪反射。正是由于这个Fixed body（鸭尾）的存在，Float（鸭头）的波浪能捕获能力能提高近四倍，从而Salter’s Duck四十年前闻名于世。数年前中国科学院花了大力气copy，但是没有成功，更确切地说，成功了，却因造价太高发电能力有限而成不了一个有实际用途的产品。倾国之力有时候也不一定会成功，或者说中国科学院的研究人员也许懂＂科学＂但不一定懂技术懂经济效益回报率，他们只知道要达到的目的是外国有的中国也要有，有媒体报道他们的科研成果让读者为他们点赞聪明为中国争气就行了。

能让点头鸭高效率运行的先决条件是要有一条在海中固定的横轴，使得点头鸭能够绕着它在波浪力的作用下摇动做功发电。Salter教授在他的专利中假设利用一个支撑浮体来固定那根横轴，但是后来在具体设计和模型测试中发现那个所需要的支撑浮体的造价将会非常的昂贵而使得点头鸭没有实用价值。后来他想出了一个解决方案，就是制造一条一千米左右的可稍微弯曲的脊梁，让几十个点头鸭绕着那条脊梁摇动，见下面图二。因为海洋波是不规则的，所以那些点头鸭作摇晃运动时它们之间的相位差就变得随机，这样所有点头鸭作用于那条脊梁上的力和力矩就相互抵消，从而脊梁能够保持相对的静止，相当于那根所需要的固定在海中的横轴。这个解决方案使得总造价降至可接受的价位。

言归正题，那比点头鸭更好的波浪能捕获原理应该是怎样的？借用图一中那个与点头鸭等效的波浪能捕捉装置，把那个Fixed body改成Movable body，也就是说让它在海中可以作上下左右移动和摇动。但是这个Movable body必须有有这样的运动特性，即Float在波浪力的作用下朝上运动时它向下并同时向左摇动、反之亦然，这样能最大程度地捕获波浪能。要得到这样的运动特性关键在于设计，不仅外部几何形状还有内部结构材料的分布。以我三十多年船舶技术和海洋工程方面的工作经验可以这样说，只要投入足够的时间，你将会取得不止一个设计方案，但是决不能投机取巧，那将会一无所有。

上面这个原理究竟比点头鸭好在那里？我们知道，点头鸭如此著名是因为它的波浪能捕获率可以达到百分之八十，甚至更高一些。按照上面原理设计的波浪转换装置，其波浪捕获率可以超过百分之一百。有人会反驳，超过百分之一百不附合能量守恒定律。那我告诉你，这个原理利用了海洋波浪的衍射特性（diffraction）。另外，它在建造成本，海上运行可靠性及维修保养等方面也要胜过点头鸭设计。

今天在欧美搞波浪能利用的人，一般的是老祖宗留下的或做生意成功赚到的钱没处花才玩玩波浪能技术，要么就是工作了几十年利用积累的经验和知识做点新的东西，总的来讲是受兴趣爱好所驱动。而中国不同，国家投入资金，这让西方那些人嫉妒。所以我希望国内有人有所作为，做出外国人没有的东西。

图一  点头鸭的等效图示。

图二 串联在一起的点头鸭。