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研究生: 謝明諳
Shie, Ming-An
論文名稱: 擺錘式波浪能量轉換器之研究
Study on a Pendulum Type Wave Energy Converter
指導教授: 陳世雄
Chen, Shih-Hsiung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 178
中文關鍵詞: 波浪能波能轉換器擺動力學
外文關鍵詞: wave energy , wave energy converter, pendulum dynamics
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  • 摘要
    論文題目 : 擺錘式波浪能量轉換器之研究
    研 究 生 : 謝明諳
    指導教授 : 陳世雄
    在現今全球的波浪發電發展下,對於鄰海、海島型國家擁有天然的波浪資源,蘊藏著巨大的能量,因此本研究之目的為設計一種擺錘式波浪發電系統來擷取獲得波浪能。擺錘式波能轉換器是利用波浪上下運動的振幅能造成偏心擺錘旋轉,運用擺錘轉動產生機械能進而帶動發電機發電的一種發電方式。本研究重點為擺錘式波能轉換器的箱體外部造型設計以及在不同的波浪形式、波浪高度下對於擺錘運動軌跡之間的差異、能量轉換之效率以及擺錘式波浪發電的輸出功率比較,對於波浪形態做四種分析,分別為A/B (上升波時間A/下降波時間B)為1/7、2/6、3/5、4/4等四種型態,固定波浪週期8秒、波浪長度為20公尺、波高變化0.5公尺至2公尺,並使用MATLAB進行分析計算,對照討論各個參數影響擺錘的運動模式,結果顯示在不同的波高及四種設定的波形下運動模式,會有不同的輸出結果。其中在同樣的波高H下,以A/B 為 1/7具有較大的功率輸出量,A/B 為 4/4波型下,功率的輸出最小。參數H的影響比較明顯,由H = 0.5到2.0 m的輸出功率中基本上遵循功率 P∝H^2 的理論。

    Abstract
    Study on a Pendulum Type Wave Energy Converter
    Ming-An Shie
    Department of Aeronautics and Astronautics,
    National Cheng Kung University

    SUMMARY

    The ocean wave energy contains larger energy density than other ocean energies. This has thus attracted numerous developments in ocean wave energy converters (WEC) in recent years. The purpose of this research is to design a pendulum type WEC and understand the dynamics of pendulum in wave motion. The pendulum WEC is a power generation device that uses the up and down movement of the device to drive the eccentric pendulum to rotate. Its rotating mechanical energy then drives the generator to produce electricity. This research contains a conceptual design of the pendulum WEC, the pendulum motion behavior study and its associated power output under different wave forms and wave heights. For comparison, analyses are made for four wave patterns, namely, A/B (rising wave time A/falling wave time B) time ratio at 1/7, 2/6, 3/5, 4/4, etc., when the wave period is 8 seconds, The wave height varies from 0.5 to 2 meters. MATLAB is used in the analysis and calculation. The results are displayed in different wave heights and four time settings. Among them, under the same wave height H, the A/B=1/7 wave form has the largest power output, and the A/B=4/4 wave form has the smallest power output. However their difference is not very big. The influence of wave height H on power output is more obvious. The power output from H = 0.5 to 2.0m basically follows the wave theory of power at which power P is proportional to the square of wave height H.

    摘要 i Abstract iii 誌謝 vi 目錄 vii 表目錄 x 圖目錄 xi 符號說明 xxiv 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1-2 文獻回顧 2 1-2-1 波浪發電之原理與種類 2 1-2-2 國外波浪發電發展現況 5 1-2-3 國內波浪發電發展現況 8 1-2-4 PWEC的發展過程 10 1-3 研究動機 11 1-4 內容概要 12 第二章 物理模型 13 2-1 外造設計 13 2-1-1 內部結構 13 2-2 擺錘條件 15 2-3 擺錘質心位置 16 第三章 理論分析 19 3-1 波浪特性 19 3-1-1 波浪方程式 19 3-2 狀態假設 20 第四章 計算結果與討論 27 4-1 波浪波型 A/B = 1/7 28 4-1-1 波浪高度H = 0.5 m 28 4-1-2 波浪高度H = 1 m 29 4-1-3 波浪高度 H = 1.5 m 30 4-1-4 波浪高度H = 2 m 31 4-2 波浪波型 A/B = 2/6 32 4-2-1 波浪高度H = 0.5 m 32 4-2-2 波浪高度 H = 1 m 33 4-2-3 波浪高度 H = 1.5 m 34 4-2-4 波浪高度 H = 2 m 35 4-3 波浪波型 A/B = 3/5 36 4-3-1 波浪高度 H = 0.5 m 36 4-3-2 波浪高度 H = 1 m 37 4-3-3 波浪高度 H = 1.5 m 38 4-3-4 波浪高度H = 2 m 39 4-4 波浪波型 A/B = 4/4 40 4-4-1 波浪高度 H = 0.5 m 40 4-4-2 波浪高度 H = 1 m 41 4-4-3 波浪高度 H = 1.5 m 42 4-4-4 波浪高度 H = 2 m 42 4-5 計算結果討論 44 4-5-1 P-H 之關係 45 第五章 結論與未來工作 47 5-1 結論 47 5-2 未來工作 58 參考文獻 59

    [1] 經濟部能源局,“再生能源發展條例,” 2019.
    [2] European Marine Energy Center, “EMEC ORKNEY,” 2013.
    [3] Falcão, A. F. de O., “Wave Energy Utilization: A Review of the Technologies,” Renewable and Sustainable Energy Review, Vol.14, pp.899-918, 2010.
    [4] Drew, B., Plummr, A. P., and Sahinkaya, M. N., “A Review of Wave Energy Converter Technology,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A : Journal of Power and Energy, December 1, Vol.223, Issue:8, pp.887-902, 2009.
    [5] Heath, T. V., “The Development and Installation of the Limpet Wave Energy Converter,” World Renewable Energey Congress VI, Chapter.334, pp.1619-1622, 2000.
    [6] Tedd, J., and Kofoed, J. P., “Measurements of Overtopping Flow Time Series on the Wave Dragon, Wave Energy Converter,” Renewable Energy, Vol.34, pp.711-717, 2009.
    [7] Ling, B. A., Bosma, B., and Brekken, T. K. A., “Experimental Validation of Model Predictive Control Applied to the Azura Wave Energy Converter,” IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol.11, Issue:4, pp.2284-2293, 2019.
    [8] Sjolte, J., Sandvik, C. M. L., Tedeschi, E., and Molinas, M., “Exploring the Potential for Increased Production from the Wave Energy Converter Lifesaver by Reactive Control,” MDPI Journal, Energies, Vol.6, Issue:8, pp.3706-3733, 2013.
    [9] 中華民國物理協會雙月刊, “前談我國海洋能源之開發前,” 718-726頁, 2007年6月.
    [10] 陳韋銘, 黃子鴻, 藍振洋, 顏志偉,“瓩級波浪發電系統之研究,” 第33屆海洋工程研討會論文集, 841-851頁, 2011年12月.
    [11] 顏志偉, 陳韋銘, 黃子鴻, 羅聖宗, 張文綺, 財團法人工業技術研究院, “懸浮點吸收式波浪發電系統研究,” 2014台灣風能學術研討會暨NEPII離岸風力及海洋能源主軸成果發表會, 2014年12月16日.
    [12] Singer, J., and Wood, J. C., “Wave-motor,” U.S. Patent US524 490 A, August 14, 1894.
    [13] Boren, B. C., Lomonaco, P., Batten, B. A., and Paasch, R. K., “Design, Development, and Testing of a Scaled Vertical Axis Pendulum Wave Energy Converter,” IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol.8, No.1, January 2017.
    [14] Boren, B. C., Lomonaco, P., Batten, B. A., and Paasch, R. K., “Active Control of a Vertical Axis Pendulum Wave Energy Converter,” 2014 American Control Conference, 2014.
    [15] 楊鏡堂, 萬曉明, 許妙行, 陳建志, 游宗翰, 黃如薏, 蔡佳玲, 黃郁棻, 林佑俊, “我國前瞻能源技術探討,” 財團法人中技社, 2008.
    [16] 陳葳,“震盪水柱式波浪發電機之流場分析,” 國立成功大學航空太空工程學系碩士論文, 2014年7月.
    [17] 張金機, “海岸工程短期研習會講義,” 波浪概論.
    [18] 莫鈞維,“利用氣壓與震盪水柱轉換波浪能量,” 國立成功大學航空太空工程學系碩士論文, 2013年1月.

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