摘 要

由于现今化石能源燃料的日趋减少，环境污染问题也迫在眉睫，世界上各个国家纷纷在不断地探索和寻找新能源，人们不断地把眼光聚集在储存量大且清洁环保的海洋能源上。近些年来，各国展开了对波浪能的转换装置的研究，其中海蛇式波浪转换装置是近些年兴起的大功率发电系统。

本文首先介绍了波能发电的研究现状、海蛇式波能发电装置的发电原理及其装置相较与其他发电系统的优点。

然后运用水动力软件分析软件AQWA的频域模块，将海蛇系统简化成两节浮筒模型，进行结构装置的仿真，得到了频域下该装置的波浪激力、附加质量和辐射阻尼随频率的变化曲线，并使用WEC-Sim软件分析其装置的转化效率，研究不同波浪参数、阻尼参数以及装置参数对发电效率的影响。

关键词：海蛇装置； 水动力分析； 时域分析； 转化效率

Abstract

With the decrease of fossil fuels and the serious environmental pollution, many countries in the world are constantly exploring and searching for new energy sources. In this context, people are constantly focusing on marine energy with large storage capacity and clean environmental protection. In recent years, researching on wave energy conversion devices has been carried out in various places. Sea snake wave converter is a high-power power generation system which has been rising in recent years. The work introduces some aspects about the generation, such as the research status, power generation principle, and advantages. The factors affecting the generation efficiency of "sea snake" are simulated and analyzed.

In this paper, the frequency domain module of AQWA software is used to simplify the sea snake system into two buoy models, and the simulation of the structure device is carried out. The amplitude operator, additional mass and radiation damping curves of the wave-induced motion response of the device in frequency domain are obtained. The conversion efficiency of the device is analyzed by WECs software, and different wave parameters and resistances are studied. The influence of Nepal parameters and device parameters on generation efficiency.

Key Words: attenuator-type device； hydrodynamic analysis； time domain analysis； conversion efficiency；

目录

第一章 绪论 1

1.1研究的背景和意义 1

1.1.1研究的背景 1

1.1.2研究的意义 2

1.2海蛇式发电装置 3

1.3国内外研究现状 3

1.3.1国外研究现状 5

1.3.2国内研究现状 7

1.4研究内容 8

第二章 基本原理和软件介绍 10

2.1引言 10

2.2微幅波理论 10

2.3 边界元法 12

2.4功率方程 12

2.5 软件介绍 13

2.5.1关于AQWA软件介绍 13

2.5.2关于WEC-SIM软件介绍 14

2.6 本章小结 15

第三章 水动力分析 16

3.1引言 16

3.2运动响应 16

3.3软件流程 17

3.4建立模型 18

3.5数据分析对比 19

3.5.1 方箱激振力 19

3.5.2 附加质量与辐射阻尼 22

第四章 转化效率分析 26

4.1 引言 26

4.2 WEC-SIM软件流程 26

4.3 数据对比 26

4.3.1单浮体运动 26

4.3.2双浮体运动 28

4.4 特定参数对转化效率的影响 34

4.4.1阻尼参数的影响 34

4.4.2波浪参数的影响 36

4.4.3几何参数的影响 38

第五章 结论与展望 42

参考文献 43

致谢 45

第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.1.1研究的背景

能源是人类社会生存和发展中最必要的基础物质之一，同时每一次重大的革命都源自于能源的获取与使用方式的改变，所以能源问题一直都是社会邻域里的热点话题之一。传统能源如煤炭等都是在地球上经过很漫长时间的沉积和不断地分解形成的可燃烧物^[1]，其开采的环境比较危险，并有以下几个危害：

（1）大量的开挖会引起地面塌陷，且塌陷的面积大约比开挖煤炭的面积大一倍；

（2）煤炭开采利用排放的过程中会使用到许多水资源，其过程的废水排放会对人和环境都造成严重的危害

（3）煤炭燃烧会产生大量的污染气体，排放到空气中产生酸雨，会伤害植被、腐蚀建筑，对人体健康也会造成影响。

图1.1 煤炭开采形成地表塌陷

图1.2 火力发电排放有害气体

煤炭资源虽然被人们视为“黑色金子”，被广泛的运用，可近年研究表明：由于碳排放带来的气候变化对经济和环境的影响远超过于人们先前的预测，这种变化将会直接影响导致所有国家的发展，特别是发展中国家，各国对因化石能源的消耗而产生的二氧化碳排放量都做了严格的限制，因此从解决能源危机以及保护环境两个方面来看，寻找无污染的可再生能源是能源发展的大趋势。

众所周知，海洋占地球面积大约70%，资源丰富，通过各种物理过程接收、储存和散发可以产生很多能源，如潮汐能、温差能、盐差能、波浪能等等。波浪的形成是源于风的推动，但是能量密度比风能高很多。波浪能与其周期T成正比，与波高平方H²成正比^[2]。