簡介
越浪式波能發電裝置(OverLopping Wave Energy Convertor, OWEC)通過斜坡式引浪面將不穩定的波浪能轉化為蓄水池內較為穩定的勢能擬技術對該裝置的越浪性，進而帶動出水管內水輪電機轉動，產生電能。木文採用基於計算流體力學軟體的二維數值模式海堤的越浪性能進行模擬進行研究，通過構建基於水氣兩相VOF ( Volume of Fluid)，模型的二維數值波浪水槽，對斜坡驗證了該數值波浪水槽可用於越浪性能的研究。通過考察乾舷高度、淹沒深度等參數對越浪性能的影響，綜合考慮越浪性能及低水頭髮電機的工作要求，最終給出最佳化的乾舷高度、淹沒深度尺寸。
當前，加強海洋能等清潔、可再生能源的開發己成為解決日益緊張的能源危機和環境問題的必由之路。與其他海洋能的開發方式相比，波能發電具有能量轉換原理簡單，建造和維護方便，便於進行群體化、密集型開發的優點。越浪式波能發電裝置較其他形式的波能轉換裝置有其明顯優勢，引浪而及蓄水池提供的穩定水頭，將不穩定的波浪能轉換為平穩而持續輸出的電能，可克服波能發電過程中輸出功率不穩定的問題。同時，該裝置可與防波堤等海工建築物聯合開發，從而大大降低投入成本。
越浪型波能發電裝置己成為世界各國的研究熱點。海洋能特別是波浪能的開發利用越來越引起各國學者的興趣，波浪能的開發利用能夠緩解目前一次性能源的過度消耗，並且波浪能屬於綠色能源，對環境保護也有重大益處。我國沿海島嶼眾多，遠海小島遠離大陸能源得不到供應，所以這些小島上都沒有人居住，從陸地運送資源成本太高，而的小型的越浪式波能發電裝置能夠解決這一難題。 的小型裝置具有能量轉換量大、轉換效率高、適應性好等特點，製作成本低，特別適用於遠陸小島。在現有小型波能發電裝置的基礎上，創新的了採用共振的方法來提高發電裝置的勢能轉換量，從而可以採用更大水頭的水輪機。眾所周知，現有的越浪式波能發電裝置都是岸式或者緊緊地錨固到海底，在某一潮汐平面上，現有的這種裝置確實能夠有效的發電，但是，由於潮起潮落，海平面的高度差變化很大，海平面較高時，海水將完全浸沒發電裝置，此時波能發電即裝置將不起作用便是有潮汐存在。共振式波能發電原理，裝置將隨著海平面起伏發電裝置仍舊能夠提供較高的發電效率。
國內外研究現狀
當前，加強海洋能等清潔、可再生能源的開發己成為解決日益緊張的能源危機和環境問題的必由之路。與其他海洋能的開發方式相比，波能發電具有能量轉換原理簡單，建造和維護方便，便於進行群體化、密集型開發的優點。越浪式波能發電裝置較其他形式的波能轉換裝置有其明顯優勢，引浪而及蓄水池提供的穩定水頭，將不穩定的波浪能轉換為平穩而持續輸出的電能，可克服波能發電過程中輸出功率不穩定的問題。同時，該裝置可與防波堤等海工建築物聯合開發，從而大大降低投入成本。
越浪型波能發電裝置己成為世界各國的研究熱點。其中，挪威波能公司(Norwave A. S.)於1985年在挪威MOWC電站附近建造了一座裝機容量為350kW的漸縮水道式(TAPCHAN)聚波水庫電站，以漸縮水道使波浪湧入時提高水位，越過在峭壁上所建築的蓄水池而儲存海水，以便增加落差使水輪機效率提高。龍式波能裝置( Wave Dragon)是由丹麥開發的一種離岸越浪式波能轉換裝置，曲線形的反射壁將入射波聚集到坡道上，波浪越過坡道後進入蓄水池，利用低水頭軸流式機組發電，該裝置對不同的極值海況具有較好的適應能力。西韋夫槽錐發電裝置是挪威波能公司開發的新型越浪式波能轉換裝置，該裝置利用混凝土結構的三個腔室存儲越浪帶來的海水，將波浪的動能轉換為勢能，利用海水回流時的動能帶動多級透平發電機組發電。
近幾年來，數值模擬成為研究波浪運動的重要手段。基於非線性淺水方程的一維有限體積模型，該模型可用於模擬波浪在破碎帶的傳播及防波堤的越浪。隨著計算機運行速度和存儲能力的大幅提高，計算機軟體水平突飛猛進，基於VOF模型的雷諾時均方程在波浪運動的模擬方而也得到了廣泛套用。HieuCs7Hieu等建立了基於VOF模型的數值波浪水槽，這些波浪水槽均可用於波浪淺水變形、破碎、反射等傳播過程的模擬。
VOF模型可有效模擬複雜波況下的水氣相互作用並較為精確追蹤自由水而水質點的運動。經比較，建的二維數值波浪水槽在模擬斜坡堤越浪性能時與Savilled等的試驗結果吻合較好。越浪量及工作水頭為影響OWEC裝置一次波能轉化率的關鍵要素在兼顧工作水頭的同時，將重點考察裝置的越浪性能。通過考察乾舷高度、淹沒深度等形狀參量，得到越浪量與之對應的變化趨勢，並最終得到相關參量的最佳化推薦值。
越浪式波能發電裝置(OWEC)
越浪式波能發電裝置外形及尺寸示意如圖1所示。該裝置由斜坡式引浪而、蓄水池及出水管三部分組成，入射波在傳播過程中遇到引浪而的阻擋，沿引浪而爬升並越入蓄水池內，蓄水池將不穩定的波浪能儲存為穩定的勢能，此為能量的一次轉化過程;在內外水頭差的作用下，蓄水池內的水流沿出水管流動，帶動水輪機轉動，從而帶動發電機工作產生電能，此為能量的二次轉換過程。
重點考察一次轉能過程中的越浪性能，故數值計算中，建立出水管封閉的OWEC模型進行越浪性能的對比分析。數值波浪水槽長200 m，左側為造波邊界，右側為消波的開邊界。影響越浪性能的參數有入射波高H、入射波周期T、乾舷高度從、淹沒深度H。及引浪而的斜率S。前期的研究結果表明:當入射波高H= 1 m時，波浪難以越過引浪而進入蓄水池，研究中取入射波高H = 2 m，引浪而坡度S=1:20.OWEC越浪性能同時受入射波周期的影響，入射波周期選取工程中常見的T=45、65進行研究，並考察乾舷高度及淹沒深度對裝置越浪性能的影響。
乾舷高度對越浪性能的影響
乾舷高度對OWEC的越浪性影響較為明顯，一方而，受乾舷高度影響的發電水頭直接決定裝置的輸出功率，水頭高則裝置輸出功率大，反之則輸出功率小;另一方而，乾舷高度過大則不利於波浪爬高進行越浪。因此，應選取合適的乾舷高度，使其在獲取足夠越浪量的同時能滿足發電水頭的要求。此部分研究中假定裝置的淹沒深度H。取定值2. 0m .
越浪式波能發電裝置當周期為4s時，不同乾舷高度下一個周期內的越浪過程如圖4 -6所示。由圖可以看出，不同乾舷高度下越浪現象的共同之處在於，波浪均在引浪而坡腳處破碎，波浪中摻入空氣，部分波能在破碎過程中損失掉，剩餘波浪沿引浪而爬升，越入蓄水池中。由圖4可以看出，當拭=1.0m時，波浪易於爬升並越入蓄水池中，越浪效果明顯;而隨著乾舷高度的增大，波浪爬升及越浪的難度係數亦增大，能夠爬升至引浪而頂端並越入蓄水池的波浪相對較少。
淹沒深度對越浪性能的影響
引浪而的淹沒深度H。是影響OWEC裝置越浪性能的另一重要參數。水而以下引浪而的主要作用在於抬升入射波浪，使入射波沿引浪而爬升最終越入蓄水池中，淹沒深度過小則不利於抬升收集波浪，而過大則增加投入成本，故應選取合適的淹沒深度。選取不同的淹沒深度H。以研究引浪而淹沒長度對越浪性能的影響。
數模試驗中，H。的取值範圍為0.5 m -4. 0 m，引浪而坡度S=1:2，乾舷高度拭取定值2m.
越浪式波能發電裝置圖8-10為不同淹沒深度下一個周期內的越浪過程，由圖可以看出，當H。數值較小時，入射波在抵達引浪而坡腳時己經破碎，波浪中摻入空氣，部分波能伴隨著破碎及氣泡的摻入而耗散，此部分波浪難以爬至引浪而頂端並越入蓄水池內，因此，淹沒深度過小時不利於波能的收集;當H>1.5m時，不同淹沒深度下的越浪現象基本一致，均表現為波浪在坡腳處未發生破碎，未有氣泡摻入波浪中，波浪沿著引浪而爬升並越入蓄水池中，完成動能到勢能的能量轉換過程，此部分波能易於收集。
