3.3　波能的计算方法及装置转换效率计算

3.3.1　波能的计算方法

装置的核心是三级能量转换，一级能量转换装置直接与波浪作用，将波能转化为动能、水的势能或中间介质如液压油的压力能；二级能量转换是将一级能量转换得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平、液压马达等；三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换为电能。

波能流密度Pw是波能分析中的重要参数，用于衡量波能资源的丰富程度。根据美国电力研究院（EPRI，Electric Power Research Institute）和罗杰的波浪资源评估算法。

或

式中 Pw——波浪能流密度，kW/m；

H1/3——有效波高，m；

Tp——谱峰周期，s，Tp=1.2；

——平均周期，s。

波高在0.2～4.0m，风速小于13.9m/s（7级），Pw＞2kW/m时，视为波浪能资源开发的有效计量时间。

3.3.2　装置转换效率计算方法

（1）试验中关键参数的采集。

1）转矩测量。采用扭矩传感器，并输出电压信号，电压信号经信号采集仪导入工控机的数据采集卡，记录并保存，后经标定公式，将电压信号转换为转子轴上的转矩。

2）水轮机转子转速测量。试验时转子位于水面以下，转速传感器位于水面之上，用同步带传动与转子轴相连，输出RS485信号，最后由计算机串口采集。

（2）考察指标。试验需要对横轴转子水轮机水动力学特性进行研究，并对叶片转速、来流波浪变化等与水流发电装置获能系数之间的关系进行研究，是表征水轮机一级波能捕获效率的一个重要指标，即装置捕获的能量除单位宽度上的来波能量，由于装置随着转子直径的增大，效率增加（本研究中两个不同比尺模型的比较和数值模拟研究都说明了这一点）。所以模型的一级波能转化效率较低，而原型会有较高的效率。

式中 P——波能捕获功率，kW；

H——来波波高，m；

B——迎波面宽度，m；

T——来波周期，s；

N——转子轴上转矩，N·m；

ω——转子转速，rad/s。