基于主客观权重集成法的OWC装置波能转换效率评价

OWC装置的结构形式繁多,共振周期也各不相同,全面合理地评价OWC装置的工作性能具有重要的现实意义。为优化OWC装置的工程选型,文章基于主客观权重集成法,分别采用层次分析法和熵值法计算峰值波能转换效率、一级衰减和二级衰减3个指标的主观权值和客观权值,并通过优化模型进行组合,从而确定综合权值;利用3个指标的综合权值,对4种不同结构的OWC装置的平均波能转换效率进行评分,并对评分结果进行验证和分析。研究结果表明:在所选的4种装置结构中,圆截面U-OWC的评分最高,即具有最高的平均波能转换效率;与传统OWC结构相比,U-OWC结构的平均波能转换效率较高,在实际工程中有更好的表现,在满足条件时宜优先采用。     

不同地形下单浮子集成装置水动力性能研究

为探讨不同地形特征对单浮子集成装置水动力特性的影响,本文基于黏性计算流体动力学理论,应用Star-CCM+软件建立二维数值波浪水槽,研究了规则波作用下受不同地形影响的单浮子式防波堤与波能转换装置集成系统的水动力性能.结果表明:在低频区,不同地形下单浮子集成系统的波能转换效率均大于无地形影响下单浮子集成系统的波能转换效率...     

一种浮摆式波能发电装置摆板运动响应的数值模拟

海况是影响波浪能发电装置运行效率的因素之一。以浮摆式波能发电装置为基础,描述了其中摆板系统的收集原理;并基于AQWA(advanced quantitive wave analysis)水动力学计算软件,仿真计算了三种波况下各摆板的运动响应,发现波向为45°角是摆板系统的最佳运行角度;当波高不超过0.6 m时,摆板的运动状态较易趋于平衡。另外,提出了一种估算摆板采集波能的平均转换效率的方法,并基于相关拟合函数软件,计算了5种较理想波况下摆板采集波能的平均能量转换效率,结果发现,波浪的周期和波高越大,摆板的波能采集效率越低。     

带纵摇前墙的新型振荡水柱式波浪能装置转换效率以及水动力性能数值研究

提出了一种带纵摇前墙的新型振荡水柱式波浪能(OWC)装置,借助Open FOAM开源代码平台和waves2Foam工具包,数值模拟研究带纵摇前墙OWC装置的水动力性能和转换效率。主要研究前墙吃水d_1、前墙密度ρ、后墙吃水d_2、旋转约束力(用无量纲弹簧系数K表示)对该装置的反射系数C_r、透射系数C_t、耗散系数C_d和波能转换效率ξ的影响规律。结果表明,纵摇前墙能有效减少能量耗散,提高波能转换效率ξ;无量纲弹簧系数K对装置转换效率的影响主要集中在短波区域,且在K为0时装置具有最大的转换效率和最宽的高效频率带;前墙的密度和吃水深度对水动力系数影响不大;后墙的吃水深度对水动力系数影响较大,增加吃水深度能有效提高装置对于中短波和中长波段的波能转换效率,但对系统整体的能量耗散系数影响不大。     

动力输出系统(PTO)对集成波能转换装置式防波堤消波性能及波能捕获率影响研究

针对波浪能转换装置(WEC)研究重点主要集中在能量捕获效率方面,而忽略其附带的消波功能的问题。基于Open FOAM程序,建立垂荡浮子式波浪能发电装置与桩式约束的浮式防波堤的集成系统(OBC-FB)。主要研究WEC中的重要组件动力输出系统(PTO)对集成系统波能捕获效率及消波性能的影响。分析流体黏性影响下线性PTO系统的最优PTO阻尼特性。开发非线性电磁阻尼模型与线性PTO系统性能进行比较。结果显示,考虑黏性影响下线性的最优PTO阻尼系数略大于无黏的理论值;适当增大PTO阻尼系数可以获得更大的波能捕获宽度比(CWR),从而可以保证装置单位特征尺寸的波能转换效率更高,同时可以在更宽波况范围保证消波性能;相较于线性PTO阻尼系统,非线性电磁PTO阻尼系统可以更好地兼顾波能捕获效率和消波性能。因此,在OBC-FB集成系统的优化设计中,PTO阻尼系统是一个重要的优化参数。     

摆式波能转换装置水动力特性频域分析

基于势流理论,建立波浪与摆式波能转换装置作用的三维频域分析模型。应用数值模型对两种质量的摆式波能转换装置进行水动力分析,在考虑粘性阻尼作用的条件下,计算传动系统的最优扭阻系数。在最佳工况下,开展了波浪频率对摆板运动响应和俘获能量影响的系统研究,给出了波浪最佳频率范围、摆板振幅、能量俘获效率以及摆板表面的波动压强。     

一种铰接摆式波浪能转换装置结构性能分析及优化

对一种海底铰接摆式波浪能转换装置进行了模型建立及控制优化。分析了装置的水动力特性,考虑黏性阻尼,研究了压载和负载阻尼的控制对装置的波能转换功率和效率的影响。指出对海底铰接摆式波能转换装置而言,由于多数周期附加转动惯量较装置本身的转动惯量大很多,因此压载控制对波能转换功率和效率的影响较小,而负载阻尼的控制则表现出较好的效果和可行性。     

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

为了研究真实海域中振荡水柱（OWC）波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。     

相交圆柱摆式波能装置俘获效率数值分析

摆式波能装置具有结构简单和转化效率高等特点,本文应用AQWA 软件基于势流理论对相交圆柱摆式波能装置进行了数值模拟研究,分析了轴间距比、结构阻尼、净浮力比、水深、波浪特性及吃水深度等主要参数对相交圆柱摆式波能装置俘获效率的影响,并与直板摆式波能装置的俘获效率进行了对比。结果表明：同样条件下,相交圆柱摆式波能装置往往比直板摆式波能装置的俘获效率更高;在研究范围内,轴间距比越大俘获效率越高;潮汐导致的水深变化对底铰摆式波能装置的俘获效率具有明显的影响,在工程应用中应采取适当的措施进行处理。     

并联式后弯管波力发电浮体模型性能试验研究

对并联式后弯管波力发电浮体模型的波能转换性能和锚泊力进行了试验研究。结果表明并联式后弯管浮体模型的最佳响应周期基本不变，各单元浮体性能略有差异，位于中间的单元浮体性能略低于两侧的浮体，波能转换性能随浮体数量增加而下降，多点系泊使并联式后弯管装置效率提高。并联式后弯管波力发电装置采用标准化单元设计，灵活组成不同装机容量的装置，将大大降低锚泊系统、海底电缆系统的费用。     

摆式波浪发电装置一级转化效率模型试验研究

一级转换装置是一个波浪能发电装置中的关键技术,而如何提高能量转化效率,是一级转换过程研究的重点问题。为确定一级转换装置的能量转化效率与哪些因素有关,对摆式波浪能发电装置的摆板机构进行了模型试验研究,测试了摆板模型在多种波浪条件下的动力响应参数,确定了摆板的动力输出特性及其控制因素;测试了在极限波浪作用下,摆板模型装置的受力状况。通过试验,为摆式波浪能发电装置的设计提供了必要的参考依据。     

An Experimental Study on A Trapezoidal Pendulum Wave Energy Converter in Regular Waves

Experimental studies were conducted on a trapezoidal pendulum wave energy converter in regular waves. To obtain the incident wave height, the analytical method (AM) was used to separate the incident and reflected waves propagating in a wave flume by analysing wave records measured at two locations. The response amplitude operator (RAO), primary conversion efficiency and the total conversion efficiency of the wave energy converter were studied; furthermore, the power take-off damping coefficients corresponding to the load resistances in the experiment were also obtained. The findings demonstrate that the natural period for a pendulum wave energy converter is relatively large. A lower load resistance gives rise to a larger damping coefficient. The model shows relatively higher wave energy conversion efficiency in the range of 1.0?1.2 s for the incident wave period. The maximum primary conversion efficiency achieved was 55.5%, and the maximum overall conversion efficiency was 39.4%.     

摆式波力电站中几个重要参数的设计

本文利用有限差分方法分析了摆式波力电中的摆板工作原理,建立了摆板运动方程的有限差分形式,通过计算机辅助设计,提出了一种最优化设计,包含有波浪力矩的推导,限位边界条件的考虑及最优化方程组。     

Design of a hydraulic power take-off system for the wave energy device with an inverse pendulum

This paper describes a dual-stroke acting hydraulic power take-off （PTO） system employed in the wave energy converter （WEC） with an inverse pendulum. The hydraulic PTO converts slow irregular reciprocating wave motions to relatively smooth, fast rotation of an electrical generator. The design of the hydraulic PTO system and its control are critical to maximize the generated power. A time domain simulation study and the laboratory experiment of the full-scale beach test are presented. The results of the simulation and laboratory experiments including their comparison at full-scale are also presented, which have validated the rationality of the design and the reliability of some key components of the prototype of the WEC with an inverse pendulum with the dual-stroke acting hydraulic PTO system.     

一种计算有限水深波能功率的新方法

海洋波浪能平均功率的准确计算是波浪能开发和利用的基础。实践中，波浪能转换装置一般安装在有限水深区域。对于随机波，只有当详尽的波浪谱已知的时候，有限水深区的波能功率才能被准确计算出来。由于种种原因，实践中波浪的实测数据大多以散点图或有义波高和统计波周期的形式给出，而波浪谱信息有时则很难获得。基于这种情况，传统上人们利用无限水深条件下的相关公式来估算有限水深区域的波能功率，但这种做法会造成较大的误差。本研究显示，对于50 m水深的理论波谱JONSWAP谱来说该误差高达14.6%。为了提高波能功率计算的准确性，本文提出了一种基于能量频率的一阶和二阶近似算法，可以在未知波浪谱的情况下较为准确地计算不同水深时的波能功率。针对两种理论波浪谱的计算结果表明，本方法在计算有限带宽内的波能功率时计算误差低于2.8%。     

基于多星融合高度计数据的中国海波浪能资源评估

Wave energy resources are abundant in both offshore and nearshore areas of the China's seas. A reliable assessment of the wave energy resources must be performed before they can be exploited. First, for a water depth in offshore waters of China, a parameterized wave power density model that considers the effects of the water depth is introduced to improve the calculating accuracy of the wave power density. Second, wave heights and wind speeds on the surface of the China's seas are retrieved from an AVISO multi-satellite altimeter data set for the period from 2009 to 2013. Three mean wave period inversion models are developed and used to calculate the wave energy period. Third, a practical application value for developing the wave energy is analyzed based on buoy data. Finally, the wave power density is then calculated using the wave field data. Using the distribution of wave power density, the energy level frequency, the time variability indexes, the total wave energy and the distribution of total wave energy density according to a wave state, the offshore wave energy in the China's seas is assessed. The results show that the areas of abundant and stable wave energy are primarily located in the north-central part of the South China Sea, the Luzon Strait, southeast of Taiwan in the China's seas; the wave power density values in these areas are approximately 14.0–18.5 k W/m. The wave energy in the China's seas presents obvious seasonal variations and optimal seasons for a wave energy utilization are in winter and autumn. Except for very coastal waters, in other sea areas in the China's seas, the energy is primarily from the wave state with 0.5 m≤H s≤4 m, 4 s≤T e≤10 s where H s is a significant wave height and T e is an energy period; within this wave state, the wave energy accounts for 80% above of the total wave energy. This characteristic is advantageous to designing wave energy convertors(WECs). The practical application value of the wave energy is higher which can be as an effective supplement for an energy consumption in some areas. The above results are consistent with the wave model which indicates fully that this new microwave remote sensing method altimeter is effective and feasible for the wave energy assessment.     

浙江近海波浪能资源的初步研究

以2000年为例,采用SWAN波浪数值模型对浙江近海海域的波浪进行了全年模拟计算,并计算获得年、月平均波功率密度分布。研究表明,浙江近岸海域年平均波功率密度约为2~6 kW·m^-1,往外海逐渐增大;同时季节变化明显,秋、冬季节波功率密度较大,春、夏季节较小。另外,通过对浙北、浙中和浙南3个近海海区的波浪出现频率和波功率密度随波高和周期变化的分析可知,浙北海域波功率密度比较高的波高及周期范围和波浪出现频率较高范围较为接近,而其对应平均波功率密度相对较低;浙南海域波功率密度比较高的范围所对应的平均波功率密度较高,而与波浪出现频率较高的范围则略有差异;浙中海域居两者之间。总体而言,浙江近海波浪能资源丰富,且全年中可开发与利用的波浪能出现频率较高。     

点吸收式波浪能发电装置姿态特性分析

点吸收式波浪能发电装置是一种最简单的振荡体式波浪能发电装置, 但其安装成本高、生存能力较差。本文针对点吸收式波浪能发电装置的姿态稳定性问题, 开展了其在波浪作用下的运动姿态和发电功率之间的关系研究。首先介绍了点吸收波浪能发电装置的工作原理; 然后,根据我国南海海域的自然资源条件, 划定波况范围, 利用相似理论在实验室中模拟波浪参数,选定工况, 建立模型, 设计测量系统, 开展物理模型试验; 最后, 利用试验结果分析了发电装置的最佳发电周期、波高对装置发电功率的影响, 装置姿态对发电功率的影响等。本文为点吸收式波浪能发电装置设计及测试提供了参考。     

A 10-year wave energy resource assessment and trends of Indonesia based on satellite observations

Wave energy resource assessment and trends around Indonesian's ocean has been carried out by means of analyzing satellite observations. Wave energy flux or wave power can be approximated using parameterized sea states derived from satellite data. Unfortunately, only some surface parameters can be measured from remote sensing satellites, for example for ocean surface waves: significant wave height. Others, like peak wave period and energy period are not available, but can instead be estimated using empirical models. The results have been assessed by meteorological season. The assessment shows clearly where and when the wave power resource is promising around Indonesian's ocean. The most striking result was found from June to August, in which about 30–40 kW/m(the 90 th percentile: 40–60 kW/m, the 99th percentile: 50–70 kW/m) wave power energy on average has been found around south of the Java Island. The significant trends of wave energy at the 95% level have also been studied and it is found that the trends only occurred for the extreme cases, which is the 99th percentile(i.e.,highest 1%). Wave power energy could increase up to 150 W/m per year. The significant wave heights and wave power have been compared with the results obtained from global wave model hindcast carried out by wave model WAVEWATCH III. The comparisons indicated excellent agreements.