收稿日期：2022-02-25

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金（ZR2021ZD23）；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019JZZY010902）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB1501900）；泰山學(xué)者

工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助（ts20190914）

通信作者：史宏達(dá)（1967—），男，博士、教授，主要從事海洋可再生能源利用及實(shí)用化技術(shù)開(kāi)發(fā)、港口海岸及近海工程方面的研究。

hongda.shi@ouc.edu.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0217 文章編號(hào)：0254-0096（2023）06-0454-07

摘 要：近年來(lái)，隨著傳統(tǒng)化石燃料消耗日益增多和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日漸嚴(yán)峻，海上可再生能源的發(fā)展越來(lái)越受到重視，海上風(fēng)能和波浪能利用技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。該文提出一種基于固定式四腳導(dǎo)管架海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)的振蕩浮子式波浪能裝置，從能量守恒角度進(jìn)行理論分析，開(kāi)展幾何比尺1∶8的物理模型試驗(yàn)，研究海上風(fēng)能和波浪能耦合利用的可行性，分析波浪能裝置對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)周邊波浪場(chǎng)的影響并總結(jié)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：應(yīng)針對(duì)特定海域的波高和周期條件挑選合適的浮子，且單個(gè)側(cè)面浮子比單個(gè)正面浮子的能量吸收率更高、對(duì)波浪場(chǎng)的遮蔽作用更明顯，為海上風(fēng)浪耦合利用提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：波浪能轉(zhuǎn)換；海上風(fēng)電機(jī)組；浮子；綜合利用；固定式基礎(chǔ)；能量守恒

中圖分類(lèi)號(hào)：P743"""""""""""" """""" """"""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

近年來(lái)，隨著傳統(tǒng)能源供需矛盾的加劇和環(huán)境問(wèn)題的凸顯，發(fā)展可再生清潔能源、減少碳排放成為許多國(guó)家的基本國(guó)策。海洋能由于儲(chǔ)量大、類(lèi)型多而備受關(guān)注。其中，海上風(fēng)能和波浪能作為海洋能的重要組成部分，已成為許多國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容和研究熱點(diǎn)，具有非常重要的意義。

海上風(fēng)力發(fā)電和波浪能發(fā)電雖然在技術(shù)成熟程度方面有差異，但是在降低成本、保證極端海況下的可靠性、優(yōu)化能量轉(zhuǎn)化效率、提高單位海域的能量產(chǎn)出等方面面臨同樣的挑戰(zhàn)［1-3］。研究表明除歐盟外，中國(guó)和美國(guó)的海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)潛力最大［4］。中國(guó)學(xué)者綜合考察了中國(guó)波浪能的能流密度、總儲(chǔ)量和有效儲(chǔ)量等研究指標(biāo)，證實(shí)中國(guó)大部分海域波浪能資源均較為豐富［5］。基于此，本文提出一種海上風(fēng)能和波浪能耦合利用的裝置，以期降低度電成本，促進(jìn)海上風(fēng)能和波浪能綜合利用的進(jìn)一步發(fā)展。

1 機(jī)組能量模型

目前，海上風(fēng)浪能耦合互補(bǔ)裝置按共同利用的方式，可分為3種：獨(dú)立互補(bǔ)型、液壓儲(chǔ)能型和機(jī)械耦合型，其中獨(dú)立互補(bǔ)型是目前應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最為成熟的技術(shù)［6］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)風(fēng)浪能綜合利用開(kāi)展了較多研究，提出諸多綜合利用裝置型式，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的不同可分為固定式和漂浮式兩大類(lèi)。固定式基礎(chǔ)風(fēng)浪耦合裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，代表型式有：基于導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)合振蕩水柱式波浪能裝置［7］，基于單樁基礎(chǔ)結(jié)合振蕩水柱式波浪能裝置［8］，基于單樁基礎(chǔ)結(jié)合呈星形放射狀分布的三列擺臂式振蕩浮子波浪能裝置（Wave Star）［9］，基于單樁基礎(chǔ)結(jié)合兩個(gè)鋼臂和兩個(gè)振蕩浮體波浪能裝置（Wave Treader）［10］，分別對(duì)應(yīng)的概念示意圖及樣機(jī)如圖1a～圖1d所示。

本文提出的風(fēng)浪耦合利用裝置（圖2），基于海上風(fēng)電機(jī)組四腳導(dǎo)管架基礎(chǔ)，擬在樁腿之間建立橫梁，搭建波浪能發(fā)

電設(shè)備安裝平臺(tái)，并利用鉸接約束波浪傳遞力臂，力臂另一端與水中浮子相連。

初步設(shè)定安裝3個(gè)小型浮子，浮子隨波浪上下運(yùn)動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換為浮子的機(jī)械能。浮子帶動(dòng)與之相連的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及后續(xù)液壓裝置，將浮子機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，最終通過(guò)電機(jī)及整流設(shè)備等轉(zhuǎn)換為電能輸出。海上風(fēng)電機(jī)組和振蕩浮子式波浪能裝置共用固定式導(dǎo)管架基礎(chǔ)。

波浪能裝置的浮體是獲能裝置，其幾何形狀是影響其運(yùn)動(dòng)特性及俘能特性的重要因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同形狀和尺寸的浮子進(jìn)行了諸多水動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)特性研究［11-19］。其中，有在不同條件和計(jì)算前提下，研究不同形狀浮子的水動(dòng)力特性［11-14，17］，也有某種特定形狀浮子在不同參數(shù)條件下的優(yōu)化，目前研究中常見(jiàn)的浮子形狀有：（平底）圓柱形［15］、半球底圓柱形［16-17］、錐底圓柱形［18-19］。在已有的研究基礎(chǔ)上，本研究提出的波浪能裝置的浮體形狀采用水動(dòng)力性能較優(yōu)的錐底圓柱形，下部錐角120°，浮體大小和重量隨著圓柱的直徑不同而變化。

從單個(gè)浮子的動(dòng)力學(xué)角度分析，浮子的運(yùn)動(dòng)方程為：

[Mx=F]" （1）

式中：[M]——質(zhì)量（或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）矩陣，kg（kg·m2）；[x]——浮體的運(yùn)動(dòng)位移（或角位移），m（rad）；[x]——浮體的加速度（或角加速度），m/s2（rad/s2）；[F]——浮子所受外力，包含入射波、繞射波、輻射波所對(duì)應(yīng)的波浪力和靜水恢復(fù)力、約束力或其他外力，N。

入射波、繞射波所對(duì)應(yīng)的波浪力為：

[Fe=Fkw+Fdw=Refkw+fdw×e-iωt]" （2）

式中：[Fe]——波浪激勵(lì)力，N；[Fkw]——弗勞德-克雷洛夫力，是不計(jì)浮體存在的影響得到的入射波浪對(duì)浮體的作用力，N；[Fdw]——繞射力，是不計(jì)浮體運(yùn)動(dòng)的繞射波浪對(duì)浮體的作用力，N；[ω]——波浪圓頻率，rad/s；[fkw]和[fdw]——以上兩種力的復(fù)數(shù)形式；[Re]——取復(fù)數(shù)的實(shí)部；[t]——時(shí)間，s。

[Fkw]和[Fdw]均可由入射勢(shì)[ΦI]和繞射勢(shì)[ΦD]對(duì)應(yīng)的一階流體動(dòng)壓力[p=-ρ?Φ?t]采用格林函數(shù)通過(guò)對(duì)浮體濕表面直接積分求得，其中[ρ]為水的密度，kg/m3。

輻射波對(duì)應(yīng)的波浪力為：

[Fr=-mx-λx]""" （3）

式中：[Fr]——浮體所受與輻射勢(shì)對(duì)應(yīng)的流體作用力，N；[m]——附加質(zhì)量系數(shù)，kg；[λ]——附加阻尼系數(shù)，N/（m/s），根據(jù)浮體形狀和流場(chǎng)邊界確定；[x]——浮體的運(yùn)動(dòng)速度（或角速度），m/s（rad/s）。

靜水恢復(fù)力[FS]可表示為：

[FS=cx] （4）

式中：[c]——靜水恢復(fù)力系數(shù)矩陣，N/m。

將上述對(duì)浮體的作用力（矩）代入式（1）中，整理得到浮體在波浪作用下的動(dòng)力學(xué)方程為：

[M+mx+λx+cx=Fe+FPTO]"" （5）

式中：[FPTO]——浮體受到的能量傳輸系統(tǒng)（power take-off，PTO）反力（矩），N（N·m），一般為常數(shù)或線性阻尼的形式。

即使限定運(yùn)動(dòng)在某一自由度方向上，式（5）亦是復(fù)雜的時(shí)變動(dòng)力方程，沒(méi)有解析解，一般需采用數(shù)值方法求解。

從能量守恒角度分析，裝置前方波浪入射的總能量，與振蕩浮子的機(jī)械能、能量傳輸系統(tǒng)發(fā)出的電能、裝置損耗的能量及裝置后方波浪的能量總和相等，表達(dá)式為：

[EMOV+EPTO+Eloss=Ebe-Eaf]"" （6）

式中：[EMOV]——振蕩浮子式波浪能裝置的機(jī)械能，含動(dòng)能和勢(shì)能，J；[EPTO]——波浪能裝置能量傳輸系統(tǒng)的能量，J；[Eloss]——波浪能裝置損耗的能量，J；[Ebe]——裝置前方波浪入射總能量，J；[Eaf]——裝置后方波浪的能量，J。

其中，裝置損耗能量[Eloss]的具體表達(dá)方式不確定，但可近似認(rèn)為不同工況下?lián)p耗的能量大小相近，并通過(guò)不同工況的結(jié)果利用消元法去除；裝置前方和后方的波浪能量[Ebe]、[Eaf]可根據(jù)波高由式（7）、式（8）計(jì)算，振蕩浮子的機(jī)械能[EMOV]可通過(guò)浮子的運(yùn)動(dòng)情況，由式（9）確定。

[Ebe=18ρgH2beLB]"" （7）

[Eaf=18ρgH2afLB]"" （8）

[EMOV=12m1v21=m1gh1]""" （9）

式中：[Hbe]、[Haf]——波浪入射前、后的波高，m；[m1]——振蕩浮子的質(zhì)量，kg；[v1]——振蕩浮子運(yùn)動(dòng)到平衡位置的最大速度，m/s；[h1]——振蕩浮子運(yùn)動(dòng)到頂點(diǎn)時(shí)相對(duì)最低點(diǎn)的最大高度，m；[L]——入射波波長(zhǎng)，m；[B]——波浪能浮子的迎浪寬度，m；[g]——重力加速度，N/kg。

2 機(jī)組物理模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究提出的風(fēng)浪耦合開(kāi)發(fā)裝置是依據(jù)海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的典型基礎(chǔ)參數(shù)和海上風(fēng)能、波浪能資源特性提出的，在優(yōu)化設(shè)計(jì)后，制作了幾何比尺為1∶8的試驗(yàn)物理模型（圖3），并于中國(guó)海洋大學(xué)山東省海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平面隨機(jī)波流耦合水池中進(jìn)行了試驗(yàn)。

試驗(yàn)水深取1.00 m，圖4為試驗(yàn)裝置平面布置。在距離造波板約30 m處放置波浪能裝置，在裝置和造波機(jī)之間放置1號(hào)波高儀，在中間浮子迎浪面?zhèn)让娣胖?號(hào)波高儀，在裝置后方放置3號(hào)波高儀，在裝置迎浪面正中放置4號(hào)波高儀，在裝置近岸處放置六分量?jī)x，采集水池不同位置的波高信息和振蕩浮子的位移。其中，依據(jù)1號(hào)波高儀和3號(hào)波高儀的數(shù)據(jù)[Hbe]、[Haf]可以計(jì)算入射前后波浪能，依據(jù)六分量?jī)x的采集數(shù)據(jù)[h1]可以計(jì)算浮子的機(jī)械能。

根據(jù)擬投放海域的波浪條件、固定式海上風(fēng)電機(jī)組的尺度以及試驗(yàn)室的造波條件，確定幾何比尺為1∶8，并遴選出可能影響裝置能量吸收的因素：入射波浪（波高、周期）、浮子直徑、浮子吃水、負(fù)載（阻尼）大小、蓄能初始?jí)毫歪尫艍毫Φ?，試?yàn)工況為130余種，本文將從能量守恒角度就典型工況進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

振蕩浮子總共有3組浮子，每組有3個(gè)，直徑分別為0.50、0.625、0.75 m；質(zhì)量分別為7.40、8.10、13.60 kg，可通過(guò)配重塊改變其重量從而改變吃水深度。根據(jù)上述基于能量守恒公式的理論分析，整理裝置前方和后方的波高儀記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算波浪場(chǎng)入射前后的能量差，定義為：

[Ebe-Eaf=ΔE]"" （10）

以入射波周期[T=1.50] s，入射的規(guī)則波波高[H=0.10] m為例，裝置前后波高儀記錄的液面高度變化如圖5所示。

波高儀記錄數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，裝置后方的波高比入射波高還高，這顯然不符合能量守恒定律，這主要是因?yàn)樗啬┒讼瞬煌耆?，波高儀3的記錄數(shù)據(jù)疊加了后方波浪反射的結(jié)果造成的。為了消除該因素的影響，需要結(jié)合率波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本試驗(yàn)率波時(shí)，僅將固定式基礎(chǔ)模型放置在水池中，此時(shí)的波高儀數(shù)據(jù)未受波浪能裝置影響，但依然受水池末端反射波的影響，可據(jù)此進(jìn)行有無(wú)波浪能裝置的對(duì)比分析。

1）無(wú)波浪能裝置時(shí)：

[H21=H2i+H2re1] （11）

[H23=H2l+H2re2] （12）

式中：[H1]——無(wú)波浪能裝置時(shí)1號(hào)波高儀的波面高程，m；[Hi]——入射波高，m；[Hre1]——固定式基礎(chǔ)的反射波高，m；[H3]——無(wú)波浪能裝置時(shí)3號(hào)波高儀的波面高程，m；[Hl]——經(jīng)過(guò)裝置后的波高，m；[Hre2]——水池末端的反射波高，m。

2）有波浪能裝置時(shí)：

[H'21=H2i+H2re1+H2ra1]" （13）

[H′23=H′2l+H2re2+H2ra2]"" （14）

式中：[H′1]——有波浪能裝置時(shí)1號(hào)波高儀的波面高程，m；[Hra1]——波浪能裝置的輻射波高，m；[H3′]——有波浪能裝置時(shí)3號(hào)波高儀的波面高程，m；[Hl′]——經(jīng)過(guò)裝置后的波高，m；[Hra2]——波浪能裝置的輻射波高，m。

其中，波高儀的波面高程數(shù)據(jù)[H1]、[H3]、[H1′]、[H3′]均已知，由于波浪能裝置距1號(hào)和3號(hào)波高儀的距離近似相等，故：

[Hra1=Hra2] （15）

由式（11）、式（13），結(jié)合式（15）可得：

[H′21-H21=H2ra1=H2ra2] （16）

本試驗(yàn)采用兩點(diǎn)法［20］進(jìn)行入、反射波高的分離。根據(jù)無(wú)波浪能裝置時(shí)率波文件采集的2號(hào)波高儀和3號(hào)波高儀的數(shù)據(jù)，可求出水池末端的反射波高[Hre2]。再將[Hre2]和式（16）計(jì)算出的[Hra2]代入式（14），可求出有波浪能裝置時(shí)的裝置后方波高[Hl′，]從而計(jì)算出由波浪能裝置引起的波浪入射前后的能量差為：

[Ebe-Eaf=ΔE=18ρgLBH21-H′2l]" （17）

為使結(jié)果更有可比性，計(jì)算該能量差與入射波浪的能量之比，定義為能量吸收率，用[η]表示，即：

[η=ΔEEbe=H21-H′2lH21]""" （18）

[η]越大，表明波浪能裝置對(duì)波浪場(chǎng)的影響越大，反之亦然。

4 裝置與波浪場(chǎng)的相互作用

分別計(jì)算不同工況條件、不同浮子引起的波浪入射前后的能量差。

4.1 浮子對(duì)波高、周期的敏感程度

首先假設(shè)入射波浪的周期不變（均為1.50 s），改變?nèi)肷洳ǖ牟ǜ?，使其分別為0.100、0.125、0.150、0.175、0.200 m，然后假設(shè)入射波高不變（均為0.15 m），改變?nèi)肷洳ǖ闹芷诜謩e為1.25、1.50、1.75、2.00 s，對(duì)比浮子在3種不同半徑下的參數(shù)[η]，結(jié)果如下。

由圖6可知，在入射波周期相同（T=1.50 s）的條件下，浮子的能量吸收率隨波高的增大整體趨于增大；不同種浮子呈現(xiàn)出的規(guī)律大致相同，入射波高較小時(shí)，中等浮子（[r=0.625 m]）吸收率更高，入射波高大的時(shí)候，較大浮子（[r=0.750 m]）更有優(yōu)勢(shì)，且不同大小的浮子均對(duì)入射波高敏感。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中等浮子出現(xiàn)了最小能量吸收率的波高拐點(diǎn)。因此并不是波高越大，能量吸收率越高；也并不是浮子越大，能量吸收率越高。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)結(jié)合出現(xiàn)頻率較高的波高條件，對(duì)振蕩浮子的半徑尺度進(jìn)行優(yōu)化。

由圖7可知，同種浮子在入射波高相同（[H=0.150] m）的條件下，浮子的能量吸收率整體隨波周期的增大先減少后增加；不同種浮子呈現(xiàn)出的規(guī)律大致相同，較小浮子（[r=0.500 m]）吸收率隨入射波周期的變化不大；中等和較大浮子能量吸收率的變化較大，對(duì)入射波周期較為敏感。因此在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于入射波周期較短的海域，可選擇較小浮子，獲能較穩(wěn)定；對(duì)于入射波周期較長(zhǎng)的海域，可選擇較大浮子，使能量吸收率維持在較高水平。

4.2 單浮子與多浮子對(duì)波浪場(chǎng)的影響

對(duì)于加載于固定式風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)上的波浪能裝置，本文考慮了單個(gè)側(cè)面浮子、單個(gè)正面浮子和3個(gè)浮子同時(shí)獲能的情況。首先針對(duì)較大浮子（[r=0.75]m），假設(shè)入射波浪的周期不變（均為1.75 s），改變?nèi)肷洳ǖ牟ǜ撸蛊浞謩e為0.100、0.150、0.200 m，對(duì)比參數(shù)[η]，結(jié)果如下：

由圖8可知，單個(gè)浮子的能量吸收率隨著波高的增大而增大，且單個(gè)側(cè)面浮子比單個(gè)正面浮子的能量吸收率更高，對(duì)波浪場(chǎng)的遮蔽作用更明顯。這是因?yàn)檎娓∽釉诠潭ㄊ交A(chǔ)之前，正面入射的波浪能經(jīng)導(dǎo)管架反射、繞射之后部分波浪能被遮蔽，而側(cè)面浮子振動(dòng)輻射的能量可直接影響后方波浪場(chǎng)，正面浮子振動(dòng)輻射的能量亦要經(jīng)過(guò)導(dǎo)管架，故對(duì)后方波浪場(chǎng)的影響減弱。

多個(gè)浮子同時(shí)工作時(shí)，能量吸收率較為穩(wěn)定，不隨著波高不同而有明顯的變化，對(duì)后方波浪場(chǎng)的遮蔽作用也變化不大。選取較小浮子（[r=0.50]m），入射波周期為1.50 s，波高分別為0.100、0.125、0.150 m，進(jìn)行對(duì)比。由圖9對(duì)比圖8可看

出，較小浮子與較大浮子呈現(xiàn)出的規(guī)律一致，即單個(gè)浮子的能量吸收率隨波高的增大而增大，側(cè)面浮子比正面浮子的能量吸收率更高，對(duì)波浪場(chǎng)的遮蔽作用更明顯；多個(gè)波浪能浮子同時(shí)工作時(shí)，能量吸收率較為穩(wěn)定，不隨波高不同呈現(xiàn)明顯的變化。

同樣針對(duì)較大浮子（r=0.75 m），假設(shè)入射波高不變（均為0.150 m），改變?nèi)肷洳ǖ闹芷诜謩e為1.25、1.50、1.75 s，對(duì)比參數(shù)[η]，結(jié)果如圖10所示。選取中等浮子（r=0.625 m），入射波高0.200 m，周期分別為1.25、1.50、1.75 s，進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖11所示。

由圖10、圖11可知，單個(gè)側(cè)面浮子比正面浮子能量吸收率更高，對(duì)波浪場(chǎng)的遮蔽作用更明顯。多個(gè)波浪能浮子同時(shí)工作時(shí)，能量吸收率較為穩(wěn)定，對(duì)后方波浪場(chǎng)的遮蔽作用變化不大。圖11顯示中等浮子在入射波高較大、入射波周期較長(zhǎng)的條件下，正面浮子的能量吸收率曲線與側(cè)面浮子的吸收率曲線有交叉，這說(shuō)明在個(gè)別試驗(yàn)工況下，單個(gè)正面浮子振動(dòng)的能量吸收率可能超過(guò)單個(gè)側(cè)面浮子。

5 結(jié) 論

綜上，雖然浮子的能量吸收率隨波高的增大整體趨于增大；但并不是波高越大、浮子越大，能量吸收率越高。在入射波高較小時(shí)，中等浮子吸收率更高，入射波高較大時(shí)，較大浮子更有優(yōu)勢(shì)，且不同大小的浮子均對(duì)入射波高敏感。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)結(jié)合出現(xiàn)頻率較高的波高條件對(duì)振蕩浮子的半徑尺度進(jìn)行優(yōu)化。

浮子的能量吸收率整體隨波周期的增大先減少后增加；中等和較大浮子能量吸收率的變化較大，對(duì)入射波周期較為敏感。因此在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于入射波周期較短的海域，可選擇較小浮子，獲能較穩(wěn)定；對(duì)于入射波周期較長(zhǎng)的海域，可選擇較大浮子，使能量吸收率維持在較高水平。

單個(gè)浮子的能量吸收率隨波高的增大而增大，且單個(gè)側(cè)面浮子比單個(gè)正面浮子的能量吸收率更高，對(duì)波浪場(chǎng)的遮蔽作用更明顯。多個(gè)浮子同時(shí)工作時(shí)，能量吸收率較為穩(wěn)定，不隨著波高或周期不同而有明顯的變化，對(duì)后方波浪場(chǎng)的遮蔽作用也變化不大。

此外，在個(gè)別試驗(yàn)工況下，出現(xiàn)了單個(gè)正面浮子振動(dòng)的能量吸收率超過(guò)單個(gè)側(cè)面浮子的現(xiàn)象，但由于浮子種類(lèi)和試驗(yàn)條件所限，針對(duì)此種個(gè)例尚未發(fā)現(xiàn)特定規(guī)律。對(duì)裝置前后波浪場(chǎng)的研究方法及試驗(yàn)設(shè)計(jì)將在今后的補(bǔ)充試驗(yàn)中繼續(xù)優(yōu)化和完善。

［參考文獻(xiàn)］

［1］" PEREZ-COLLAZO C， GREAVES D， IGLESIAS G. A review" of" combined" wave" and" offshore" wind" energy［J］. Renewable and sustainable energy reviews， 2015， 42： 141-153.

［2］" 周斌珍， 胡儉儉， 謝彬， 等. 風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)水動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展［J］. 力學(xué)學(xué)報(bào)， 2019， 51（6）： 1641-1649.

ZHOU B Z， HU J J， XIE B， et al. Research progress in hydrodynamics of wind-wave combined power generation system［J］." Chinese" journal" of" theoretical" and" applied mechanics， 2019， 51（6）： 1641-1649.

［3］" 熊舒浩. 用于風(fēng)能與波浪能發(fā)電的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究［D］. 北京： 華北電力大學(xué)， 2016.

XIONG S H. Study on design and simulation of hydraulic transmission system applied for power generation from wind and wave energy［D］. Beijing： North China Electric Power University， 2016.

［4］" SIEGFRIEDSEN S， LEHNHOFF M， PREHN A. Primary markets for offshore wind energy outside the European Union［J］. Wind engineering， 2003， 27： 419-430.

［5］" 鄭崇偉，蘇勤，劉鐵軍. 1988—2010年中國(guó)海域波浪能資源模擬及優(yōu)勢(shì)區(qū)域劃分［J］. 海洋學(xué)報(bào)，2013， 35（3）： 104-111.

ZHENG C W， SU Q， LIU T J. Wave energy resources assessment and dominant area evaluation the China sea from 1988 to 2010［J］. Acta oceanologica sinica， 2013， 35 （3）： 104-111.

［6］" 紀(jì)德恒. 海上風(fēng)浪能耦合互補(bǔ)發(fā)電平臺(tái)研究［D］. 青島： 山東科技大學(xué)， 2017.

JI"" D"" H."" Research""" of""" wind-wave""" energy""" coupling complementary generation platform［D］. Qingdao： College of Mechanical and Electronic Engineering， 2017.

［7］" PEREZ-COLLAZO C， GREAVES D， IGLESIAS G. A novel hybrid wind-wave energy converter for jacket-frame substructures［J］. Energies， 2018， 11， 637.

［8］" PEREZ-COLLAZO C， PEMBERTON R， GREAVES D， et al. Monopile-mounted wave energy converter for a hybrid wind-wave system［J］. Energy conversion and management， 2019， 199， 111971.

［9］" MARQUIS L. Performance evaluation of the wavestar prototype ［EB/OL］. http：//wavestar-energy.com/concept， 2011.

［10］" Green Ocean Energy. The green ocean energy Wave Treader Project， UK［EB/OL］. https：//www.powertechnology. com/projects/greenocean-energywav/， 2011.

［11］" SHI H D， HUANG S T， CAO F F. Hydrodynamic performance and power absorption of a multi-freedom buoy wave energy device［J］. Ocean engineering， 2019， 172： 541-549.

［12］" 胡緣， 楊紹輝， 何宏舟， 等. 半潛式多浮體波浪能發(fā)電裝置的水動(dòng)力性能分析［J］. 水利發(fā)電學(xué)報(bào)，2019，38（9）：91-101.

HU Y， YANG S H， HE H Z， et al. Hydrodynamic performance analysis of semi-submersible multi-body wave power plant［J］. Journal of hydro-electric engineering， 2019， 38 （9）： 91-101.

［13］" 孫科， 謝光慈， 周斌珍. 波能裝置浮子選型及水動(dòng)力性能分析［J］. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 42（1）： 8-14.

SUN K， XIE G C， ZHOU B Z. Type selection and hydrodynamic performance analysis of wave energy converters［J］. Journal of Harbin Engineering University， 2021， 42 （1）： 8-14.

［14］" 劉延俊， 王偉， 陳志， 等. 波浪能發(fā)電裝置浮體形狀參數(shù)對(duì)俘能性能影響［J］. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2020， 50（6）： 1-8.

LIU Y J， WANG W， CHEN Z， et al. The influence of shape parameters of wave energy device floating body on energy" capturenbsp; characteristics［J］. Journal" of" Shandong University （engineering science）， 2020， 50 （6）： 1-8.

［15］" ZANG Z P， ZHANG Q H， QI Y， et al. Hydrodynamic responses and efficiency analyses of a heaving-buoy wave energy converter with PTO damping in regular and irregular waves［J］. Renewable energy， 2018， 116： 527-542.

［16］" TAMPIER G， GRUETER L. Hydrodynamic analysis of a heaving wave energy converter［J］. International journal of marine energy， 2017， 19： 304-318.

［17］" 賴文斌， 李德堂， 謝永和， 等. “海大1號(hào)”搖臂式波浪發(fā)電裝置水動(dòng)力性能研究［J］. 船舶力學(xué)，2021， 25（3）：328-335.

LAI W B， LI D T， XIE Y H， et al. Research on hydrodynamic performance of “ Haida 1” rocker type wave power generator［J］. Journal of ship mechanics， 2021， 25 （3）： 328-335.

［18］" GAO H， YU Y. The dynamics and power absorption of cone-cylinder wave energy converters with three degree of freedom in irregular waves［J］. Energy， 2018， 143： 833-845.

［19］" 陳啟東， 曹燦， 顧澤堃， 等. 基于AQWA的錐底振蕩浮子水動(dòng)力特性研究［J］. 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置， 2019， 4： 3-6.

CHEN Q D， CAO C， GU Z K， et al. Research on hydrodynamic characteristics of conical bottom oscillating float" based" on" AQWA［J］." Industrial" instrumentation" amp; automation， 2019， 4： 3-6.

［20］" 孫巨才. 關(guān)于入、反射波高分離推算法實(shí)用問(wèn)題的探討［J］. 海岸工程， 1988， 7（1）： 1-9.

SUN J C. Discussion on the practical problem calculation method for separating the incident and reflected wave heights［J］. Coastal engineering， 1988， 7（1）： 1-9.

EXPERIMENTAL STUDY OF PHYSICAL MODEL OF WAVE ENERGY CONVERTERS ON FIXED WIND TURBINE FOUNDATION

Gao Renjie1，2，Shi Hongda1，3，4，Li Jian3，Yang Jinpei1，Sun Longlong2，Cao Feifei1，4

（1. College of Engineering， Ocean University of China， Qingdao 266100， China；

2. Qingdao Hanhai Marine Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China；

3. Qingdao Marine Science and Technology Center， Qingdao 266237， China；

4. Qingdao Municipal Key Laboratory of Ocean Renewable Energy， Qingdao 266100， China）

Keywords：wave energy conversion； offshore wind turbines； buoys； comprehensive utilization； fixed foundation； energy conservation