筏式波浪能装置波能转换液压能效率的数值研究

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1、第32卷第5期水力发电学报Vol．32No．52013年10月JOUＲNALOFHYDＲOELECTＲICENGINEEＲINGOct．，2013筏式波浪能装置波能转换液压能效率的数值研究陈文创，张永良(清华大学水利水电工程系，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084)摘要:现有筏式波浪能转换装置的研究，集中于针对大西洋沿岸欧洲海域，尚未有针对中国海域特点的应用成果。中国海域与欧洲海域的波况相比具有波周期短和波高小的特点，需要设计一个适用于短周期和小波高条件下的筏式波浪能发电装置，使其在中国海域中实现较高波能转换液压能的效率。为此，结合中国海况特点

2、，基于一阶斯托克斯波理论和牛顿运动方程，对椭圆截面发电浮体装置的波能转换液压能效率进行数值模拟研究，该研究采用速度势、结构运动方程和流体－结构界面的耦合条件来计算压力场和速度场，分析了波浪周期和波高对浮体筒波浪能转换液压能效率的影响，并优化了一个典型中国海域波况条件下的筏式装置。关键词:波浪水力学;波浪能;筏式波浪能转换装置;液压能;转换效率中图分类号:P743.2文献标识码:ANumericalstudyonconversionefficiencyfromwaveenergytohydraulicenergybyraft-typewaveenergyconve

3、rtorsCHENWenchuang，ZHANGYongliang(DepartmentofHydraulicEngineering，StateKeyLaboratoryforHydroscienceandEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084)Abstract:Currentlywaveenergyconvertors(WEC)arestudiedandappliedmainlytoEuropeanseasaroundtheAtlanticOceanratherthantheChinaseas．Wavesint

4、heChinaseashaveshorterperiodsandsmallerheightsthanthoseintheEuropeanseasandthisiswhyweshouldstudyaraft-typeWECtobeusedintheChinaseasandtoachievehighconversionefficiencyfromwaveenergytohydraulicenergy．Forthispurpose，anumericalstudyofenergyconversionefficiencywasconductedforarafttypeWE

5、CwithovalcrosssectioninthelightofthecharacteristicsofChinesewaters．Inthisstudy，thepotentialflowtheoryoffirst-orderStokeswave，Newton'sequationofmotionandcouplingconditionsonfluid-structureinterfaceswereusedandvelocityandpressurefieldswerecalculated．Theeffectsofwaveperiodandwaveheighto

6、ntheconversionefficiencywereanalyzedandthewaveenergyconvertorswereoptimizedfortypicalwaveconditionsintheChinaseas．Keywords:wavehydraulics;waveenergy;raft-typewaveenergyconvertor;hydraulicenergy;conversionefficiency0前言21世纪以来，人们越来越关注海洋能源的利用。其中，波浪发电成为英国、瑞典、葡萄牙、中国、日本等国关注的焦点。波浪能转换装置(WEC)的

7、机械结构一般都可分为三层，每一层都是一级能量转换系统(见图1)。第一级波浪能转换系统中，装置直接与波浪发生作用，将波浪能转换成气压能、液压能或水位能等;一般情况下，在第二级波浪能转换系统中，装置利用第一级转换所获得的气压能、液压能、水位能等转换成旋转装置的机械能;在［1］第三级能量转换系统中借助发电机将第二级转换而来的机械能转换成电能，从而实现波浪能到电能的转换。收稿日期:2013-05-20基金项目:水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自主课题资助(2013-KY-3);国家自然科学基金(51079072，51279088);863计划(2012AA05260

8、2);清华大学自主科研计