摘 要

在如今的时代，能源是社会的重要支柱，但是传统化石能源已经逐渐无法满足社会需求。因此，寻求能替代传统化石能源的新型能源成为了一项重大课题。而海洋波浪能作为一种储量大，分布广，无污染的新能源自然成为了开发热点。本文前两章详细介绍了目前比较热门的波能发电装置及其优缺点，重点介绍了振荡浮子式波能发电装置的发展现状，并简要的介绍了分析过程中所使用的两种软件。

论文主要进行的的模拟分析是借助水动力学软件ANSYS-AQWA分析了浮子吃水、形状以及直径进行水动力分析，得出相关结论，并根据结论建立优化浮子。再对优化浮子使用WEC-SIM软件进行时域分析，研究优化浮子的最适波浪周期、最佳PTO阻尼系数以及最佳刚度系数。

关键词：波浪能；振荡浮子式波能发电装置；ANSYS-AQWA；WEC-SIM

Abstract

In today 's era, energy is an important pillar of society, but the traditional fossil energy has gradually been unable to meet the needs of society. Therefore, it has become an important issue to seek new energy which can replace the traditional fossil energy. As a new energy with large reserves, wide distribution and no pollution, ocean wave energy has naturally become a hot spot of development. In the first two chapters of this paper, the popular wave energy conversion device and its advantages and disadvantages are introduced in details. The development status of the point absorber is emphasized, and two kinds of software used in the numerical analysis are briefly introduced.

In this paper, influence of the mass, shape and diameter of the hydraulic system is analyzed with the help of the hydrodynamic software ANSYS-AQWA and corresponding conclusions can be drawn. The point absorber with optimized geometry is investigated in time domain by software WEC-SIM to find optimal wave period, coefficients of PTO damping and stiffness.

Key Words：wave energy; point absorber; ANSYS - AQWA; WEC-SIM

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 波浪发电的概述 2

1.2.1波浪能的简介 2

1.2.2波浪能发电装置分类介绍 2

1.2.3国外研究现状与进展 5

1.2.4国内研究现状与进展 7

1.3 研究内容 7

1.3.1基本内容 7

1.3.2预期目标 8

第2章 基本理论 9

2.1 ANSYS-AQWA的工作原理 9

2.1.1ANSYS-AQWA简介 9

2.1.2ANSYS-AQWA理论介绍 9

2.1.3ANSYS-AQWA模块介绍 10

2.1.4ANSYS-AQWA水动力分析流程 11

2.2 WEC-SIM的理论基础 11

2.2.1WEC-SIM的相关理论 12

2.2.2坐标系统 12

2.2.3水动力系数定义 12

2.2.4时域运动方程 13

2.2.5WEC-SIM的仿真操作流程 13

2.2 本章小结 14

第3章 振荡浮子式波能发电装置的频域分析 15

3.1 浮子形状对水动力特性的影响 15

3.2 浮子吃水对水动力特性的影响 16

3.3 浮子直径对水动力特性的影响 17

3.4本章小结 18

第4章 振荡浮子式波能发电装置的转换效率分析 19

4.1 优化后的浮子运动模型 19

4.2 WEC-SIM的具体分析流程 19

4.3 优化后浮子在不同波浪状态下转换效率分析 20

4.3.1波浪周期对于优化后浮子发电功率的影响 21

4.3.2波高对于优化后浮子发电功率的影响 22

4.4 PTO参数对于转换效率影响的分析 22

4.4.1阻尼系数对于装置发电功率的影响 23

4.4.1刚度系数对于装置发电功率的影响 23

4.5 本章小结 24

第5章 结论与展望 25

5.1 主要结论 25

5.2 未来展望 25

参考文献 26

致谢 28

1. 绪论

1.1研究背景及意义

能源是人类社会生存和发展所不可或缺的物质基础，其在国民经济中具有极其重要的地位。能源就像国家的血液一样，驱动着国家的运转。可以说，没有能源推动，社会的发展就会陷入停滞，没有能源支撑，就没有现代发达的社会。近年来，随着经济全球化的持续推进，发展中国家的现代化进程也在加速。与之相伴的必定是能源需求的进一步加大。然而，石油、煤炭等传统化石能源作为不可再生能源，在能源需求还在不停增加的现代，其储量已经逐渐不能满足现代社会的长期发展了。根据2018年发布的《BP世界能源统计年鉴》 中的数据可以看出，全球石油的储采比仅仅为50.2年，而天然气已探明的储量只能满足生产52.5 年，而煤炭的储采比则只有39年。更加悲观的是，随着各国愈加无节制的开采，这个数字只会不停的变小。

自70年代石化危机以来，能源问题就始终是国际社会的关注焦点，传统化石能源存在着两个致命的缺点，一个是化石能源储量有限且正逐步走向枯竭，另一个缺点是传统化石能源的使用过程中会产生大量的二氧化碳，这些二氧化碳排放到大气中就会产生温室效应，因此传统化石能源的无节制使用正是全球变暖的一个重要原因。

随着传统能源的日趋枯竭和全球对于温室气体排放所引起的气候变化，越来越多的学者开始关注能源问题，各式各样的解决方案也陆续被提出。但是归根结底不过两条思路，一种是节能，通过更高效的生产技术和工艺，提高化石能源的利用率；第二种是寻找合适的新型能源，实现新能源对传统化石能源的代替。这两种方法，节能只能是饮鸩止渴，原因在于这种方法首先无法杜绝温室气体的排放，其次传统化石能源的储量有限，已经不能满足现代社会的长期发展。因此不同于传统能源的可再生能源将势必取代传统能源成为世界能源发展的主题。研究开发新的清洁可在生能源，一方面可以缓解甚至是解决能源危机，另一方面可以降低碳的排放，减少对环境的污染。

因此，研究开发新型清洁可再生能源，一方面可以解决能源危机，以防能源不足导致社会发展的停滞；而另一方面可以降低二氧化碳的排放，缓解全球范围内逐年严重的温室效应。同时，在国家竞争形式愈加呈现多领域趋势的现代，掌握了新能源就是掌握了一张意义深远的牌，这对我国在接下来的国际竞争中有着极其深远的意义。