波浪是能量傳遞的現象，也是複雜的水質點運動，不論是波高、前進方向、或是週期都具隨機性，因此任何水面上的載具，都會因波浪作用之故，產生六個自由度的運動。這麼複雜的運動，我們如何從中擷取能量，轉換成人類恐需的電能呢？

複雜的波浪運動帶給人類許多發想的空間，許多不同的形式和構想就這樣問世了，而且顯然還沒完沒了，更多的創新發想還繼續在誕生之中。對於這麼多種的形式，就有許多的分類方式，其中最為人所知的乃是歐洲海洋能中心（European Marine Energy Center；簡稱EMEC）的分類，該中心根據運轉方式，把波浪能轉換器分為九種類型，包括波浪削減式、點吸收式、波浪擺盪衝擊式、振盪水柱式、越頂式、沉浸壓差式、蛇形波浪式、轉動質量式、以及其它不屬於上述八類的形式，讀者若有興趣，可前往該中心網站細看（http://www.emec.org.uk/marine-energy/wave-devices/）。

為說明波浪能的擷取原理，在本文中，我們將把上述的九類整合成三大類，分別為使用位能、動能、以及機械能。在說明之前，我們必須指出從波浪能到電能，中間通常需有幾道的轉換程序，首先是攔截波浪、接著擷取其中的能量、再逐步轉換成電能，我們這裡所討論的僅侷限於波浪的攔截與能量的擷取。

第一類是使用位能，基本的代表形式是越頂式。如圖1所示，越頂式的波浪能轉換器涵蓋斜坡結構物、貯水槽、以及低水頭的渦輪機。透過斜坡結構，波浪漫上，進入貯水槽，貯水槽把漫入的水暫時儲存起來，創造出水位落差，因此水可從一個裝有渦輪機的水道流出，帶動渦輪機，繼而轉動發電機發電。這種方式類似平常看到的水力發電，是一種非常成熟的技術，因此開發的成本和風險都不高。

圖1 利用位能發電的模式（越波式）。

第二類是使用動能或壓力能，基本的代表形式是振盪水柱式。如圖2所示，振盪水柱式的波浪能轉換器是由一個中空的半潛式結構體建構而成，此結構體可以是浮動式、坐底式、或是岸基式，水沒入結構體的下半段，形成一個水柱，而自由液面上方則一個氣室，當波浪來時，水柱會跟著上下震盪，藉此推動中空氣室內的空氣從結構體上方開口進出，於是在開口處形成一股氣流，推動裝置於該處的渦輪機旋轉，進而帶動發電機發電。若中空氣室經過適當的設計，水柱的震盪會產生共振，提高氣流速度，進而提升發電能力。

由於震盪水柱形式的結構體（通常是鋼筋混凝土構造）可以供適當的保護，而發電系統又通常建置在空氣中，因此整個發電機系統比較不畏極端天氣，這是目前比較成熟的波浪能發電形式，許多應用多半結合防波堤。

第三類是使用波浪的機械能，種類包括EMEC分類中的其餘各類，如點吸收式、沉浸壓差式、波浪削減式、波浪擺盪衝擊式等；與上面兩類不同的是，這些系統直接與波浪接觸，並透過波浪機械能的作用，使系統組件之間產生某幾個自由度的相對運動，然後發電機系統就透過這些相對運動來發電。

圖2 利用動能發電的模式（震盪水柱式）。

我們以點吸收式波浪能轉換系統的發電為例來說明。點吸收式轉換器有兩個組件，一個是動件，另一個是不動件，前者是浮在水面上的浮筒，後者則是固定在海床、或是錨繫在水下的支撐結構體，內裝設有發電系統，兩者透過連桿或其他套件相連，如圖3所示。浮筒在水面上隨著波浪的起伏上下運動（位能與動能交換），就形成與下面固定不動的支撐結構體之間的相對運動，此等相對運動就可用來推動不動件內的發電系統來發電。

點吸收式波浪能轉換系統的特色是：其特徵長度遠小於波長，波浪通過的方向對此等機組並不敏感，因此可以吸收各個方向的波浪能量，這也是此等系統的優勢。根據理論推導，對於對稱的點吸收式轉換器，最高的擷取量是50%；而若適當地設計成不對稱的系統，則最高擷取量可達100%，英國愛丁堡大學Salter教授的點頭鴨波浪能轉換器具在實驗上證實了此一理論推導。

圖3 點吸收式的波能擷取模式。

再舉波浪擺盪衝擊式轉換器為例，同樣的，此等系統也有一個動件和一個不動件，前者是一片板子，後者則是固定在海床上的結構體。當波浪入射時，板子就隨著波浪前後擺盪（如圖4所示），和固定的結構體產生相對運，推動連桿，進行類似模式的發電。這片板子的設計對波浪能的擷取量具舉足輕重的地位，相關的參數包括板子的幾何形狀、重心位置、重量等，如果能根據在地波浪特性，進行最佳設計，並匹配發電系統的特性，最高的擷取量可達50%。

圖4  波浪擺盪衝擊式的波能擷取模式。