023 年 9 月 2 日，第 9 号台风“苏拉”沿着广东沿海海域一路向西发展，“苏拉”过境珠海海域期间，海面最大风力达到 18 级超强台风等级，风速达到 61.5 米/秒，在海面掀起了 5 到 6 米高的巨浪，海洋气象预报部门发布了海浪红色预警，海上的许多结构物遭到了重大损坏。
此时，位于珠海市东澳岛北侧约 1.5 公里的“观海一号”波浪能供电观测平台，也面临着“苏拉”的威胁。
“观海一号”投放运行
“苏拉”台风过境后的“观海一号”
“观海一号”台风前后的对比，图片来源：中国科学院广州能源研究所
“观海一号”位于“苏拉”超强台风路径珠海的中心，但它不仅成功抵御台风危害，还全程录得超强台风“苏拉”过境期间相关海洋观测数据和实海况视频，完整记录了超强台风在途经该区域的生成、发展和消退过程，获得了宝贵的实况数据和视频资料。
“苏拉”即将到来时“观海一号”录得的海面大浪视频截图，图片来源：中国科学院广州能源研究所
“苏拉”经过珠海海域时掀起的滔天巨浪（波浪已经淹没了上部平台），图片来源：中国科学院广州能源研究所
“观海一号”是如何
做到姿态稳定的？
“观海一号”是一台以波浪能供电为主、太阳能作为补充，给海洋观测仪器供电的海洋浮标平台。该平台高约 14 米，直径 6 米，吃水 8 米，采用 4 点锚泊系统，保证了平台在大浪下不会走锚，同时为安装水下仪器设备提供了便利，装置的锚泊线不会与水下仪器电缆缠绕。
“观海一号”平台还设置压载系统，通过压载系统调节平台的吃水，保证了平台在海洋中具有稳定的姿态，即使在大浪下，平台姿态依然很稳定。这些设计使得“观海一号”成功地抵御了 2023 年夏季数个台风的袭击，除了第九号台风“苏拉”外，还经历了第四号台风“泰利”。
图4观海一号全貌（图片来源：中国科学院广州能源研究所）
“观海一号”还有哪些“神通”？
“观海一号”除了具有优秀的抗台风能力外，还具备优秀的电力供应能力，其利用海洋中波浪能为平台的观测系统供电。
该套波浪能供电系统的关键在于采用了鹰式波浪能俘获及液压能量转换技术，基于中国科学院广州能源研究所多年在波浪能技术研究的成果，将鹰式波浪能吸波浮体与海洋平台结合，形成了整个观测平台的外形，利用鹰式吸波浮体与平台的相对运动，将波浪能转换为吸波浮体的机械能，内部安装液压能量转换系统，将吸波浮体的机械能高效稳定地转换成液压能，最后推动永磁发电机旋转，将液压能转换成交流电并通过整流逆变等电力变换过程储存至蓄电池。
鹰式吸波浮体，液压能量转换及电力变换系统舱， “观海一号”的三维模型示意图，物理模型试验图，图片来源：中国科学院广州能源研究所
此外，为了弥补在波浪较小时，波浪能发电系统功率供给不足的问题，该平台还安装了太阳能作为补充，确保平台上的观测仪器每时每刻都有稳定充足的电力供应。
“观海一号”正是因为有充足的电力供给，因此搭载了许多海洋观测仪器，不仅可以观测海面，如水上视频、气象参数据（包括风速、风向、温度、辐射等）、环境参数，还能观测海水中的一些参数（如波浪、海流等）和视频数据，如下图所示的是“观海一号”安装在水下观测东澳海洋牧场鱼群生长情况的视频。
“观海一号”搭载的水下观测系统传输的水下鱼群活动视频截图，图片来源：中国科学院广州能源研究所
因此，“观海一号”具备进行空中、水面、海底立体观测的能力，并可以通过无线网络开展数据通讯，将观测的数据和视频实时传输，下图为“观海一号”的数据实时显示系统的画面。此外，“观海一号”还设置了许多电压等级的备用接口，包括380V/220V/48V/24V/12V 等，方便外加更多不同种类的观测设备。
图7 “观海一号”海洋观测数据实时显示的画面（图片来源：中国科学院广州能源研究所）
海洋占据着地球 70% 的面积，是人类生产生活资料的重要来源地，要想更好的开发海洋资源，必须要深入地认识海洋、探索海洋，而海洋观测是认识海洋、探索海洋的必要手段，但目前制约海洋观测走向深远海的一个最为关键问题是各类观测设备的能源供给短缺，导致海洋观测难以走向深远海，难以长时间、不间断、大范围地对海洋进行观测。
中国科学院广州能源研究所针对目前海洋观测领域存在着的电力供给短缺问题，提出了利用波浪能等海洋可再生能源为海洋观测设备供电的新路径，并陆续研发出了包括“观海一号”“海聆号”“海星号”等多个系列的波浪能供电装置，供电功率覆盖了 100W-10kW，以满足不同海域不同观测仪器设备的电力需求，实现了海能海用、就地获能就地使用海洋观测原位供电新模式，为我国的海洋观测事业提供能源保障。
广州能源所研制的波浪能供电海洋观测浮标（左中分别是 750W、150W 海聆号浮标、右是海星号浮标），图片来源：中国科学院广州能源研究所
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作者丨叶寅 中国科学院广州能源研究所
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