近日，哈工程船舶學(xué)院周宇、耿敬教授團(tuán)隊(duì)在Nature旗下首個工程領(lǐng)域子刊《Communications Engineering》發(fā)表重要研究成果，系統(tǒng)揭示了拋物線型聚能海岸與振蕩水柱（Oscillating Water Column, OWC，一種將波浪能轉(zhuǎn)換為電能的主流裝置，簡單來說就像“水下打氣筒”，利用波浪上下運(yùn)動壓縮空氣推動渦輪發(fā)電的設(shè)備）波能裝置耦合下的能量傳遞與俘獲機(jī)理，為解決我國近海波浪能流密度偏低的工程化利用難題提供了全新技術(shù)路徑。

拋物線型聚能海岸聚焦點(diǎn)布置OWC波浪能發(fā)電裝置

波浪能是海洋可再生能源家族中極具開發(fā)潛力的“潛力股”，和我們熟悉的潮汐能、海上風(fēng)電相比，它的能量密度更高、分布范圍更廣，就像海上隨處可見的“移動充電寶”，隨時隨地都能提供清潔能源。我國海域波浪能資源總量豐富、覆蓋范圍廣，但大部分海域的波浪能分布比較分散，就像細(xì)小的水流很難推動水車發(fā)電一樣，傳統(tǒng)的波浪能發(fā)電裝置很難高效捕獲這些分散的能量，這也成了波浪能大規(guī)模普及應(yīng)用的主要障礙。

振蕩水柱（OWC）技術(shù)憑借結(jié)構(gòu)簡單、不容易損壞、適合海上長期運(yùn)行的優(yōu)勢，是當(dāng)前波浪能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域最有可能率先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)路線之一。不過傳統(tǒng)的OWC裝置有個明顯的短板：它只對特定頻率的波浪“感興趣”，只有當(dāng)波浪的起伏頻率和裝置自身的共振頻率匹配時，才能高效工作，就像秋千只有按照固定節(jié)奏推才能蕩得高。但實(shí)際海洋里的波浪頻率是多變的，時大時小，時快時慢，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)裝置的實(shí)際發(fā)電效率大打折扣。

聯(lián)排雙氣室OWC波能裝置俘能性能優(yōu)化

團(tuán)隊(duì)圍繞拋物線聚能海岸耦合OWC裝置在匯聚波場中的高效俘能問題，構(gòu)建了基于勢流理論的二階時域高階邊界元數(shù)值模型，并結(jié)合模型試驗(yàn)分階段驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，建立了適用于不同尺度及多氣室耦合條件的非線性氣動模型，突破了傳統(tǒng)依賴單一工況反復(fù)標(biāo)定的局限，為后續(xù)同類研究提供了重要的方法支撐。

團(tuán)隊(duì)提出的新型單/雙氣室OWC波能裝置構(gòu)型，顯著提升了能量俘獲效率和有效工作頻帶寬度，有效解決了我國近海波浪能流密度偏低的工程化利用難題，為我國海洋可再生能源開發(fā)利用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，對推動波浪能發(fā)電技術(shù)的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，讓更多家庭用上來自海洋的清潔能源，具有重要意義。

團(tuán)隊(duì)簡介

海洋可再生能源團(tuán)隊(duì)是我國最早從事海洋能利用理論和技術(shù)研究的優(yōu)勢團(tuán)隊(duì)之一。團(tuán)隊(duì)依托學(xué)校船舶與海洋工程國家重點(diǎn)學(xué)科、智能海洋航行器技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及船舶與海洋工程力學(xué)國際聯(lián)合研究中心等科研平臺，已形成了一支由船海工程、流體力學(xué)、機(jī)械、電控、人工智能等專業(yè)方向組成的多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，擁有非常完備的基礎(chǔ)設(shè)施條件和軟硬件資源，具有完善的海洋工程和潮流拖曳水池試驗(yàn)條件。在波浪能、潮流能及海上風(fēng)能等領(lǐng)域已形成了一套完整的線性頻域、非線性時域水動力及運(yùn)動耦合的模型及計(jì)算方法。在潮流能、 波浪能發(fā)電裝置研發(fā)及與可再生能源系統(tǒng)集成與控制領(lǐng)域形成了多項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研究成果和創(chuàng)新性技術(shù)。

期刊簡介

Communications Engineering 《通訊-工程》（2022年底建刊）為Nature旗下首本專注在工程學(xué)科各個領(lǐng)域的開放獲取期刊，致力于發(fā)表工程領(lǐng)域內(nèi)的高質(zhì)量研究、綜述和評論。

編輯、審核：吳佳陽

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