综述：越浪式防波堤波浪能转换（OBREC）进展概述：利用海岸动力实现可再生能源与增强海岸防护

　　本文系统综述了2014-2024年间越浪式防波堤波浪能转换（OBREC）技术的研究进展，该技术将海岸防护与可再生能源发电相结合，代表了海岸工程向多功能系统发展的趋势。文章综合了全球在实验、数值模拟和原型研究方面的成果，分析了各国研究特色，并指出在涡轮机集成、低水头（LH）技术适配间歇流态以及性能评估一致性等方面仍存在研究空白，为OBREC技术迈向实用化、高效化和可持续发展提供了全面基础。

　　

Abstract

海岸工程正日益朝着多功能系统发展，这些系统将海岸线防护与可再生能源发电相结合。在这些创新中，越浪式防波堤波浪能转换（OBREC）技术作为一种前景广阔的技术脱颖而出，它既能将波浪能转化为电能，又能增强海岸韧性。本文对2014年至2024年间进行的OBREC研究进行了系统回顾，综合了实验、数值模拟和原型研究方面的全球进展。分析指出了不同的国家研究路径，包括意大利的全尺寸实施、马来西亚基于计算流体动力学（CFD）的坡道优化、中国的多级MOBREC配置以及泰国和韩国的水动力敏感性研究。每种方法都为OBREC的性能和设计演变提供了宝贵的方法学见解。比较评估揭示了持续存在的研究空白，特别是在涡轮机集成以及低水头和极低水头技术适应OBREC间歇性流态方面。本综述还考察了功率预测模型、容量因子和经济指标，强调了性能评估中的不一致性。通过整合水动力学、涡轮机技术和环境影响方面的发现，本研究为推进OBREC技术走向实用、高效和可持续的海岸能源应用提供了全面的基础。

Introduction

纵观历史，文明始终寻求在利用海洋能量的同时，保护其海岸免受持续波浪的冲击。这一过程导致了防波堤的发展，这种重要结构是抵御海洋力量的屏障。早期的海岸防护尝试涉及简单的方法，例如使用岩石或木结构形成屏障，即现在所知的防波堤。尽管这些初步努力在一定程度上有效，但在承受波浪全部力量方面存在局限性。随着海洋勘探的扩展，对更复杂海岸防御的需求变得显而易见。

已知最早的结构化海岸防御形式之一是由腓尼基人创造的，这个古老的海洋文明大约在公元前1500年至300年在地中海地区繁荣发展。他们开发了一种以岩石波墙或雕刻防波堤为特征的创新技术，利用垂直墙前的雕刻凹槽和沟渠来减轻波浪越浪。这种古老的方法此后已演变为更复杂的策略，不仅解决消浪的越浪问题，还结合了能量采集，将这些结构转变为服务于多种用途的多功能解决方案。

如今，研究人员通过波浪破碎和部分波浪反射的组合来耗散波浪能量，从而减少对结构的影响，取得了先进的成果。近年来出现了一项防波堤设计的革命性创新，称为越浪式防波堤波浪能转换（OBREC）。与仅用于消散波浪能量的传统防波堤不同，OBREC被设计用于捕获并将这种能量转化为电能。在越浪方法中，入射波浪能量通过让水积聚在平均海平面以上的水库中来捕获，从而实现后续的能量提取。这种创新方法代表了海岸工程的范式转变，因为它将防波堤从被动屏障转变为主动能量发生器。

OBREC概念涉及创建一种波浪能量捕获的海岸结构。通过允许波浪越过结构，OBREC利用波浪中包含的势能，并通过涡轮机或其他能量转换装置将其转化为电能。这不仅提供了可再生能源，还增强了防波堤的整体水力性能。除发电外，OBREC技术还提供其他好处，例如改进的波浪消散、减少的波浪反射和增加的结构稳定性。

OBREC技术提供了若干好处，使其成为寻求增强海岸灾害韧性同时减少碳足迹的海岸社区的有吸引力选择，在相同规模比较中表现优于任何其他波浪能转换器（WEC）装置。已经进行了若干研究来评估OBREC技术的可行性和有效性。其中一个装置位于意大利那不勒斯港，一个OBREC结构已被集成到现有的海岸防御系统中。该原型作为进一步研究和开发的测试平台，为OBREC技术的实际应用提供了宝贵数据。

其他装置是集成到OBREC设备中的振荡水柱（OWC）电站。例如，1990年，一个OWC电站被集成到日本酒田港的防波堤中，额定功率为60 kW。该电站是OWC技术的早期原型之一，旨在利用波浪能发电。酒田OWC电站因其是波浪能转换领域的开创性项目之一而闻名，展示了将波浪能装置集成到现有海岸基础设施中的实际应用。世界范围内大多数防波堤建设都与OWC电站集成，如日本酒田港（1990年）和西班牙巴斯克地区穆特里库港（2008年）。这些集成利用组合技术更有效地利用波浪能。这些系统中的大多数已经投入运行，展示了海岸基础设施方面的显著进步。同时，另外的OBREC装置正在实验室中开发，为未来部署进行改进和优化。这种集成突显了混合解决方案在可再生能源和海岸保护领域的创新潜力。

The role of OBREC technology in environmental sustainability and climate change

防波堤是海岸和近海工程中的重要结构，主要用于保护海岸线、港口和水域免受波浪和侵蚀的破坏性影响。这些结构被广泛用于增强安全性、减少洪水并改善海上活动条件。

防波堤装置分为两种类型：淹没式防波堤和露出式防波堤。淹没式防波堤建在水面以下，使其视觉侵入性较小。

Analysis approaches and research methods evaluation

为了系统地调查和批判性评估关于OBREC技术的科学文献，本研究对2014年至2024年的出版物进行了全面回顾，捕捉了十年的研究和创新。该方法旨在追溯OBREC研究的演变，识别主要趋势和贡献，并突出在其开发和实际实施中发挥重要作用的国家。文献检索采用重复关键词。

Power prediction and economic viability of OBREC technologies

自意大利研究人员首次引入以来，OBREC科学和技术持续发展。然而，了解发电装置的功率预测（潜力）、效率和有效性对于评估其性能至关重要。越浪波浪功率使用奥尔堡大学的Jens Peter Kofoed提出的方法计算，该方法将越浪流量与水库水头相关联。

Overview of Low Head Turbine development

低水头（LH）涡轮机是小规模水力发电系统的关键组成部分，设计用于利用垂直落差低（通常小于30米）的水源能量。LH涡轮机的发展使得能够在流量和海拔差异不大的地点更有效地发电，为分散式可再生能源提供了灵活的解决方案。第一次重大进步发生在1913年，当时奥地利工程师Viktor Kaplan推出了卡普兰涡轮机。

Conclusion

本系统文献综述对OBREC技术作为结合海岸防护与可再生能源发电的混合解决方案进行了结构化和全面的评估。研究结果证实了OBREC作为一种可持续和多功能海岸基础设施的良好潜力。然而，几个关键空白仍然存在，必须加以解决以支持实际实施和更广泛的采用。关键结论概述如下：

• •
  对涡轮机集成关注有限
• •
  低水头涡轮机对间歇性流态的适应性需要进一步研究
• •
  性能评估指标需要标准化
• •
  不同国家的研究方法各具特色，提供了多样化的见解
• •
  需要更多的全尺寸原型测试和长期环境监测
• •
  经济可行性（如平准化能源成本LCOE）需要更精确的评估
• •
  需要进一步研究气候变化对OBREC性能的影响
• •
  多功能性（如生境创造）是潜在优势，需量化
• •
  与现有海岸基础设施的集成是一个关键发展领域
• •
  国际合作可以加速技术进步和部署。