综述：波浪能发电场用于海岸防护的有效性、方法及未来方向的系统综述

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【字体：大中小】 时间：2025年06月16日 来源：Ocean & Coastal Management 4.8

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　　这篇综述系统评估了波浪能发电场（WEC阵列）在海岸防护中的双重作用，通过分析23项研究指出其可降低10%-50%波高和15%-45%短期侵蚀，并强调近岸密集布局的优化配置效果最佳。文章揭示了当前数值模型（如SWAN/XBeach）的局限性，提出需开展长期形态动力学研究和多目标优化框架（兼顾LCoE降低与海岸保护）。

波浪能发电场作为海岸防护的创新解决方案

波浪能发电场（Wave farms）正从单纯的能源生产设施演变为兼具海岸防护功能的多功能系统。这种双重用途不仅能降低波浪能发电的平准化度电成本（LCoE），还能通过可适应海平面上升的动态防护结构提供持续保护。

波浪衰减与能量削减机制

研究表明，波浪能转换器（WEC）阵列可通过吸收和散射作用显著改变近岸波候。典型配置如WaveCat设备在西班牙和英国的案例中展现出25%-50%的波高削减能力，而Seabreath装置在哥伦比亚海岸更是达到37%-40%的衰减效率。这种效应与阵列布局密切相关：

近岸部署（1-2公里）比离岸布局（4-7公里）多产生15%-25%的波高削减
线性密集排列比半圆形布局更有效，尤其在风暴条件下可提升30%防护性能
设备间距为2倍直径时（2D配置）能最大化沉积物滞留，增加25.9m²
干滩面积

数值模拟的技术挑战

当前研究主要依赖SWAN和XBeach的耦合模型，通过传输系数（K_t
）和反射系数（K_r
）简化WEC表征。但这种方法存在明显局限：

长期形态动力学数据缺失，现有模拟仅覆盖2-5天的风暴事件
不同WEC类型（如振荡水柱与越浪式设备）的相互作用机制尚未统一建模
Delft3D等全耦合模型虽能模拟沉积物输运，但计算成本高昂

海岸响应与沉积动力学

波浪场的改变直接影响了沿岸输沙过程。在西班牙格拉纳达海滩的模拟中，WEC阵列使沿岸输沙量减少44.6%，干滩面积年均增加5400m²
。值得注意的是：

风暴期间侵蚀减缓效果提升15%-30%，如飓风"伊万"模拟显示净沙量损失降低15%
砾石海岸的反应与沙质海滩不同，需要XBeach-G模型特殊处理
波向影响显著，东风条件下防护效率比西风高5%-10%

未来发展方向

突破当前研究瓶颈需要多学科协同创新：

• 人工智能辅助优化：人工神经网络（ANN）可快速评估10⁵
量级的阵列配置组合
• 经济模型重构：将侵蚀减缓效益量化为LCoE的抵减项，可能使400€/MWh的离岸成本降低20%-30%
• 动态适应性设计：基于实时预报调整WEC间距和朝向，平衡能源输出与防护需求

这项技术仍需克服生态影响评估、社会接受度和海事法规等非技术障碍。随着气候变化加剧海岸侵蚀，这种"蓝色能源+蓝色防护"的协同方案或将成为沿海韧性建设的核心策略。

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