底铰摆式波浪能转换装置实验研究

海洋波浪能的开发利用对解决当今社会环境压力、能源危机具有重要的现实意义。通过对一种底部铰接摆式波浪能转换装置的实验,研究装置不同能量转换阶段的效率特点。以电阻负载作为摆板波浪能转换的载体,代替常规动力负载阻尼进行能量吸收;以测量传动链条拉力和位移代替常规测量转轴扭矩和角度计算波浪能功率吸收,并给出由电阻负载换算为动力负载阻尼的公式。结果显示,以电阻为波浪能吸收的负载载体简单有效;摆式波浪能转换装置的一次转换效率较高,中间转换效率相对较低,因此总转换效率表现不是太高。     

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。     

鹰式一号波浪能装置频域运动分析与优化设计

波浪能发电装置的波能转换通常分为两级能量转换:第一级能量转换是波浪作用下波浪能装置部件发生相对运动驱动PTO做功捕获波浪能;第二级能量转换为将捕获的波浪能转换为电能。其中一级波浪能转换系统的优化设计是提高波浪能装置能量转换效率的重要手段和关键技术。波浪作用下波浪能装置的运动与PTO做功运动相互耦合和影响,本文通过对不同波浪要素环境下、不同PTO阻尼下波浪能装置的频域运动模拟,以迎波宽度比为尺度对波浪能装置的一级能量转换系统进行优化设计,获得波浪能装置的最优做功阻尼,为实型装置负载加载设计提供设计依据,提高波浪能装置能量转化效率。鹰式一号波浪能装置的实海况运动证明,通过对一级能量转换系统的优化设计,能够有效提高装置的发电效率和提高装置对波浪响应频带宽度。     

双浮子点吸收式波能转换装置参数研究

点吸收式波能转换装置是具有较好应用前景的一种波浪能开发利用装置,其参数设计直接影响到波浪能开发利用的可行性与有效性。作者针对青岛斋堂岛目标海域海况,通过数值模拟首先应用单因素敏感性分析法分析了双浮子点吸收式波能转换装置的结构尺寸、锚固形式、波流夹角、PTO阻尼、PTO刚度等参数对装置俘能功率的独立影响规律。之后考虑多参数的综合影响,通过运用稳健设计方法,以上述参数为控制因子并确定合理的变动水准,将俘能功率作为评价标准,选取合理的正交实验L矩阵,得到了不同参数组合情况下的装置俘能功率并进行统计分析。结果表明,浮子尺寸、PTO阻尼、波流夹角对装置俘能功率影响较大,而PTO刚度、锚链与铅垂线夹角、锚链与波浪在水平面内的夹角对俘能功率影响不明显。提出的参数研究方法可为其他海域点吸收式波能转换装置参数设计提供参考。     

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。     

新型浮力摆式波浪能发电装置波-电动力学建模和时域特性分析

主动共振浮力摆式波浪能发电装置通过调节内部配重位置实现共振发电。本文以基于机械式动力输出系统（Power Take-off, PTO） 的主动共振浮力摆式波浪能发电装置为研究对象,构建波-电时域动力学模型并验证模型可行性, 该模型的非线性特征主要体现在正弦函数形式的静水回复力矩及止动力矩中。进一步, 研究自振周期同不规则波能量周期一致的共振状态下,不同负载形式及取值大小对装置时域响应曲线、时均功率和效率的影响。研究结果表明： 不同负载设置对俘获宽度比的影响大于PTO 传动效率。阻性负载值过大或过小均会削弱俘获宽度比, 使有功时均值和发电效率下降, 共振状态下, 负载的感性或容性成分会使发电机产生大量无功, 且无功有正有负, 感性或容性成分能有效削弱俘获宽度比、有功时均值和发电效率。     

从正反两个角度探讨摆式波力电站的吸能机制

本文主要论述了摆式波力电站的吸能机制,提出了吸能原理,从力和作功的角度探讨了吸能的实质,分析比较了几种摆板运动方程形式之间的联系和区别。给出了波能转换效率的定义,并进一步分析了波能转换效率的组成和性质。     

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。     

10kW漂浮点吸收直线发电波力装置

点吸收式是目前世界上发展较多、转换效率较高的一种波浪能利用技术,介绍我国自主研发的一台10 kW漂浮点吸收波浪能直线发电装置。该装置主要由4 m直径蝶形振荡浮子、6 m直径水下阻尼板、1 t重直线发电机组成,整个装置漂浮在海面上,是一个钢结构体。装置外形为煤油灯形,采用共振聚波和阻尼匹配技术提高装置的转换效率,有效发电时间不受来波方向和潮位的影响,针对构成装置的不同材料采用不同的防腐技术提高装置的整体抗海水腐蚀能力,采用下潜方式躲避台风打击,采用蓄能技术提高锚泊系统抗走锚和断链能力。直线发电机是一个圆筒型结构体,具有较高的转换效率和防海水腐蚀能力。发电装置进行了实海况试验,为后续的研究工作提供了相关经验。