波浪能发电装置

大力发展海洋可再生能源发电技术（如波浪能、浮式风电、潮汐能等）对于我国加快建设海洋强国及实现2060年“碳中和”目标具有重要意义。波浪能发电装置的研发和应用在促进海洋经济发展的过程中具有现实价值。目前，波浪能发电技术仍处于起步阶段，积极推动其发展将有助于我国成为该领域的技术输出国，并提升我国在全球海洋可再生能源领域的国际地位。本书系统地介绍波浪能发电装置的发展历程、现状及相关研究方法，旨在满足读者对波浪能发电、海洋工程及海洋开发等领域深入了解的需求。全书共7章，内容涵盖绪论、波浪能理论、波浪能发电装置的概述、波浪能发电装置的水动力特性、波浪能发电装置的数值仿真试验、波浪能发电装置的几何优化、波浪能发电装置与多能互补。

金思雅博士，西北工业大学海洋研究院教授，主要研究方向如下：海洋新能源发电装置的开发与应用（包括：波浪能、浮式风电、浮式光伏）、流固耦合的实验与数值研究、控制算法在海洋新能源装置上的应用、极端海况及在其作用下的结构负载与响应研究。

第1章 绪论 1
1.1 研究意义与背景介绍 1
1.2 波浪能发电技术的应用潜力 11
1.3 波浪能发电技术面临的挑战 21
本章参考文献 22
第2章 波浪能理论 26
2.1 概述 26
2.2 规则波理论 31
2.3 不规则波理论 37
2.3.1 不规则波的时域表达 37
2.3.2 不规则波的频域表达 39
2.4 波浪能资源的分布 41
2.4.1 波浪能资源数据库 41
2.4.2 全球波浪能资源分布 44
2.4.3 中国波浪能资源分布 49
本章参考文献 52
第3章 波浪能发电装置的概述 54
3.1 概述 54
3.2 波浪能发电装置分类 56
3.2.1 按工作原理分类 56
3.2.2 按工作方向分类 65
3.3 功率取出系统和电力系统 67
3.3.1 功率取出系统 68
3.3.2 电力系统 73
3.4 波浪能发电装置的理论发电容量 76
3.4.1 根据工作原理分类 77
3.4.2 根据工作方向分类 82
本章参考文献 84
第4章 波浪能发电装置的水动力特性 88
4.1 概述 88
4.2 线性弹簧阻尼振荡模型 89
4.3 单自由度波浪能转化器的线性理论 91
4.3.1 线性理论的频域表达 92
4.3.2 线性理论的时域表达 94
4.4 单自由度波浪能发电装置的状态空间模型 95
4.4.1 辐射力卷积项的状态空间模型 95
4.4.2 波浪激励力卷积项的状态空间模型 95
4.4.3 波浪能发电装置的线性水动力响应模型 96
4.5 波浪能发电装置的非线性水动力响应模型 97
本章参考文献 101
第5章 波浪能发电装置的数值仿真试验 102
5.1 概述 102
5.2 完全非线性CFD模型 104
5.2.1 波浪能发电装置的CFD建模技术 104
5.2.2 CFD实例 106
5.3 圆柱形垂荡点吸式波浪能发电装置的线性及部分非线性模型 118
5.3.1 基于边界元方法的频域水动力参数 118
5.3.2 线性辐射力及波浪激励力的状态空间模型 120
5.3.3 非线性黏滞力阻尼系数 122
5.3.4 MATLAB/Simulink模型 123
5.4 双体铰接式波浪能发电装置的线性及部分非线性模型 128
5.4.1 WEC-Sim模型修正 128
5.4.2 双体铰接式波浪能发电装置的响应特性 132
本章参考文献 135
第6章 波浪能发电装置的几何优化 137
6.1 概述 137
6.2 几何外形及阻尼参数的设计 138
6.2.1 波浪能发电装置的几何外形设计 138
6.2.2 PTO系统的阻尼系数 139
6.3 几何外形对波浪能发电装置运动响应的影响 140
6.3.1 几何外形对水动力参数的影响 140
6.3.2 几何外形对自由运动动力学参数的影响 143
6.3.3 几何外形和PTO系统阻尼参数对功率捕获的联合效应 146
本章参考文献 153
第7章 波浪能发电装置与多能互补 154
7.1 概述 154
7.2 波浪能发电装置的功率追踪控制 154
7.2.1 系统参数 155
7.2.2 控制模型 156
7.2.3 目标函数 159
7.2.4 受控系统表现 160
本章参考文献 163