Experimental investigation of a novel rotary wave energy converter under regular wave conditions in a controlled wave flume

Abstract

Bu çalışmada, geleneksel sürüklenme ve kaldırma temelli enerji dönüştürücülerinin bazı sınırlamalarını aşmak için tasarlanan, basitliklerini ve verimliliklerini birleştiren yeni bir döner tip dalga enerji dönüştürücüsü (WEC) prototipinin dalga enerjisi dönüşüm performansı incelenmiştir. Sistem, dalga kaynaklı torku yakalamak için menteşeli, simetrik hidrofoiller kullanmıştır ve düzenli sığ ve orta su derinliğindeki dalga koşulları altında kontrollü bir dalga kanalında test edilmiştir. Deneylerde, optimum çalışma koşullarını belirlemek amacıyla dalga yükseklikleri, dalga periyotları, daldırma seviyeleri ve dönme hızları sistematik olarak değiştirilmiştir. Dönüştürücü, 10 cm dalga yüksekliği, 2 s dalga periyodu, serbest yüzeyin 10 cm altındaki daldırma seviyesi ve dalga frekansının %50'sine ayarlanmış bir dönme hızı altında maksimum %8,31 verimlilik sağlamıştır. Verimlilik, beşinci dereceden doğrusal olmayan dalga modelleri kullanılarak hesaplanmış ve rotorsuz bir sayısal dalga kanal modeli ile doğrulanmıştır. Çalışma, verimlilikle ilgili operasyonel parametreleri analiz etmek için geliştirilen bir derin öğrenme modeliyle desteklenmiş ve dalga periyodunun en etkili faktör olduğu belirlenmiştir. Bu çalışma, önerilen dönüştürücünün teknik uygulanabilirliğini göstererek tasarım optimizasyonu ve gerçek dünya uygulamaları için ölçeklenebilirliği artırmaya yönelik bir temel oluşturmuştur. Çalışma, yenilenebilir enerji teknolojilerini ilerletmeye katkı sağlayarak okyanus enerjisinden yararlanmaya yönelik maliyet etkin ve sürdürülebilir bir yol sunmaktadır.

This study investigated the wave energy conversion performance of a novel rotary wave energy converter (WEC) prototype designed to overcome some of the limitations of traditional drag- and lift-based converters by combining their simplicity and efficiency. The system utilized hinged, symmetrical hydrofoils to harness wave-induced torque and was tested in a controlled wave flume under regular shallow and intermediate water wave conditions. Experiments systematically varied wave heights, wave periods, submergence levels, and rotational speeds to identify optimal operating conditions. The converter achieved a maximum efficiency of 8.31% under a wave height of 10 cm, a wave period of 2 s, a submergence level of -10 cm below the free surface, and a rotational speed set at 50% of the angular wave frequency. Efficiency was calculated using fifth-order nonlinear wave models and validated against a rotor-free numerical simulation. A deep learning model was developed to analyze the operational parameters relative to efficiency, and the wave period was identified as the most influential factor. By demonstrating the technical viability of the proposed converter, this study established a foundation for optimizing design and improving scalability for real-world applications. It contributes to advancing renewable energy technologies, offering a cost-effective and sustainable pathway toward harnessing ocean energy.