集成波能转换功能的方箱—挡浪板式浮式防波堤水动力特性研究

纪巧玲，徐成浩，刘庆凯

(山东科技大学，山东 青岛 266590)

世界能源委员会调查显示，全球可利用的波浪能达20亿kW，但波浪能发电占比仅为0.4%，利用率极低。在当今化石能源逐渐枯竭，环境污染日益加剧的大环境下，如何开发利用潜力巨大的波浪能是解决当下能源问题的重要一环。张亚群等[1]对国内外波浪能发电技术及其发展现状做了综述分析，发现离岸漂浮振荡浮子式波浪能发电装置最能代表波浪能俘获装置未来的发展方向。Madhi等[2]提出了一种振荡浮子式波浪能发电装置(Berkeley-Wedge型)，可同时具有较高的波能转换效率和较好的防波性能。由于相较于传统的坐底式防波堤，浮式防波堤安装方便且便于堤内外水质交换，而建设专门的波浪能发电装置成本较高，将浮式防波堤与振荡浮子式波浪能转换装置相结合作为一种集成发电系统是较为合理的波浪能开发利用方式。

为探究此种集成系统水动力特性和能量转换效率，国内外学者开展了大量研究。Ning等[3]首先对方箱式浮式防波堤—能量转换集成系统在规则波作用下的透射系数、反射系数、浮获宽度比和垂荡响应幅值进行了初步试验研究，结果表明，适当调整PTO阻尼，可以更有效地产生电能且具有良好的防波性能。随后Zhao等[4]基于线性势流理论和特征函数匹配法，对类似的集成结构进行了数值模拟，研究了最佳PTO阻尼下集成系统的水动力特性，得到与Ning等[3]试验相同的结论。毛艳军等[5]基于OpenFOAM程序对同样的集成系统在PTO装置影响下的水动力特性进行了研究，研究发现在一定范围内适当增大PTO阻尼系数可提高集成系统的波能俘获宽度比。……