振盪水柱波浪發電防波堤最佳化設計考量

振盪水柱波浪發電系統為目前最廣泛的波能擷取系統之一。若能結合防波堤設置，可減少海底電纜之運用，也可方便日後之維修，並達到海洋能源開發功能多元化之目標。為了使振盪水柱波浪發電防波堤之能量擷取最大化，並滿足防波堤穩定性要求，本研究藉由數值模擬分析振盪水柱波浪發電防波堤在特定波浪條件下的水動力特性，以提出振盪水柱波浪發電防波堤的最佳化設計之建議。本研究參考鍾智印(2014)所建立之FLOW-3D數值模型設置方法及網格配置，如圖1，模擬二維振盪水柱波浪發電防波堤氣室內水氣交互反應，以八種振盪水柱波浪發電防波堤幾何形狀，三組波高、六組週期之波浪條件，探討前牆沒水深度、氣室寬度、氣孔寬度以及波高對振盪水柱波浪發電防波堤氣室內之自由液面振盪、氣體流速、氣體壓力以及結構側向力之影響。本研究藉由分析波長比L/lc'與波浪振幅放大率a/a0之關係，探討不同入射波條件進入不同幾何形狀之氣室時之自由液面振盪幅度。由模擬結果可知，波浪振幅放大率隨波長比增加，如圖 2所示。本研究透過數值模擬所得之氣室內空氣壓力與自由液面，計算八種振盪水柱波浪發電防波堤幾何形狀對氣動能擷取之影響。分析結果顯示，影響波能擷取效率之因素依序為氣孔寬度、波高、氣室寬度及前牆沒水深度。

圖1 模型示意圖

圖2 不同氣室寬度之波長比與振幅放大率之關係圖