我国潮流能、波浪能研究与试验和示范工程现状分析

我国海洋可再生能源正处于快速发展时期,自2010年国家设立海洋可再生能源专项资金以来,一大批的示范工程、研究与试验项目得到大力的支持与推广,形成了一批拥有自主知识产权的技术与装备。但是作为一个全新的能源领域,在项目实施过程中难免遇到一些问题,文章对2010—2011年立项的海洋能专项项目情况进行调研分析,对研究与试验项目和示范工程进行分类总结与概括,阐述当前海洋能专项项目在实施过程中的问题和不足,并对将来海洋可再生能源专项项目的发展提出一些建议。     

2.5kW海上仪器潮流能电能补充装置试验

随着陆地资源日益枯竭,海洋成为人类生存和发展的广阔空间。针对海洋的研究不断扩大,海洋观测仪器日益增多,决定海上仪器工作时间的关键就是其内部电源的供电能力。在国家海洋能专项资金课题支持下,设计了一种利用海洋潮流能发电的2.5 k W拖曳式水平轴潮流能发电装置,为大型海洋浮标装置提供可靠的水下电能补充,通过拖动试验及海上试验表明该装置启动流速低、可靠性高。     

潮流能发电装置测试平台结构设计浅析

目前我国已研制出潮流能发电装置,实海况试验是潮流能发电装置从工程样机走向规模产业化应用的关键环节,为此迫切需要建设发电装置试验测试平台以试验测试发电装置发电效率。文章就潮流能发电装置试验测试平台结构设计做进一步研究,以期为今后该类平台设计提供有益的参考。     

水平轴潮流能发电机组液压变桨技术研究与海试

变桨技术是水平轴潮流能发电机组的关键技术,对实现机组的功率控制和双向发电具有重要意义。在综合分析电气变桨方案和液压变桨方案的基础上,完成了120 k W水平轴潮流能发电机组变桨机构及其控制系统的设计,并进行了变桨距系统的厂内试验和海上试验,试验结果表明,该系统可以很好地实现机组的双向发电并实现发电机输出功率的有效控制,同时变桨距机构运行稳定,响应特性达到预期设计目标。     

山东近海潮流能电场建设环境影响分析

文章介绍了国内外潮流能的开发现状,分析了山东省近海潮流能资源概况,结合山东省沿海区域的功能分区情况,论述近海潮流场建设可能对周边敏感目标造成的环境影响,提出了近海潮流场的建设应因地制宜, 以达到合理有序开发潮流能资源的目的。     

海上试验场潮流能发电装置综合测试与评价方法分析

通过对潮流能装置的功率输出特性、年发电量、能量转换效率3项核心指标进行分析,提出指标的测试内容和评价方法,为实现潮流能海上试验与测试场建设提供技术依据;并根据对海上风电场的研究,提出了海上试验场潮流能装置的电能质量测试与评估方法;给出潮流能装置安全准入的测试内容,全面评估试验场潮流能装置的运行状态。     

潮流能水轮机仿真及尾流场分析

为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。     

海上试验场潮流能发电装置综合测试与评价方法分析(英文)

开展潮流能装置实海况试验、检测与评价方法研究,对海洋高科技成果的转化、海洋可再生能源开发提供了科学、有效的技术保障。文章通过对潮流能装置的功率输出特性、年发电量、能量转换效率三项核心指标进行分析,提出指标的测试内容和评价方法,为实现潮流能海上试验与测试场建设提供技术依据;并根据对海上风电场的研究,提出了海上试验场潮流能装置的电能质量测试与评估方法;给出潮流能装置安全准入的测试内容,全面评估试验场潮流能装置的运行状态。     

渤海、黄海、东海潮流、潮能通量与耗散的数值模拟研究

基于ROMS海洋数值模式,对渤海、黄海、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,模拟结果与91个沿岸验潮站的实测结果拟合较好。研究表明,渤、黄、东海内的潮波以半日潮为主,共有4个半日潮、2个全日潮和1个退化的半日潮旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;渤海的半日潮流主要呈顺时针方向旋转,全日潮流呈逆时针方向旋转,黄海的潮流以逆时针旋转为主,东海、朝鲜海峡潮流以顺时针旋转为主;半日分潮流共有13个圆流点,K1(O1)分潮流有10(9)个圆流点,但全日潮流的同潮时线分布较为复杂;太平洋传入东海的4个主要分潮潮能通量分别为118.341GW、19.525GW、5.630GW、3.871GW,一半以上的潮能耗散在南黄海,30%—40%的潮能耗散在东海,其次是北黄海,而渤海最小。     

轮缘驱动型潮流能发电系统启动特性研究与分析

轮缘驱动型潮流能发电系统将导流罩、叶轮和发电机集成为一体化设计,叶轮直接驱动发电机旋转发电。最小启动流速是衡量系统性能的一个重要指标,决定其启动性能的主要因素为叶轮启动力矩、系统摩擦力矩和发电机齿槽转矩。对影响系统启动性能的主要因素进行了分析,详细分析了叶轮启动转矩和发电机齿槽转矩特性。使用理论分析结合有限元仿真方法分析了轮缘驱动型潮流能发电样机系统的启动特性,并通过样机实验验证了理论分析的正确性。本文的分析结论可以为轮缘驱动型潮流能发电系统的设计和分析提供一定理论指导。     

潮流作用下海上风电群桩基础局部冲刷与防护试验研究

海上风电基础局部冲刷会影响风电结构的稳定,对海上风电的安全运行至关重要。以四腿群桩导管架基础为研究对象,对潮流条件下基础局部冲刷开展试验研究。试验结果表明：0°水流条件下,最大冲刷深度为1.05倍桩径;45°水流条件下,最大冲刷深度为0.97倍桩径。并探索了新型蜂巢结构在群桩基础防冲刷中的应用,设计了蜂巢格室防护方案,发现在蜂巢防护情况下,两个流向作用于四腿群桩基础时最大冲刷深度仅为无防护情况下的27.3%和25.9%,表明蜂巢格室在海上风电基础的冲刷防护方面具有良好效果,在实际工程中具有较大的应用潜力。     

横轴半潜式潮流能发电装置设计与试验研究

为了促进深远海养殖装备朝智能化方向发展,解决电能供给困难的问题,克服抗风浪网箱受波流耦合作用对太阳能和风能利用的局限性的问题,针对养殖区域的低流速海域,提出了一种适用于深远海可升降网箱的横轴半潜式潮流能发电装置,建立了Savonius型水轮机叶片受力数学模型,分析了叶轮中心与水面的距离对水轮机捕能效率的影响,利用Fluent软件数值模拟了导流增速浮体的速度场情况,设计了发电装置整体结构及锚泊系统,搭建了发电装置试验模型,开展了物理模型试验,测试了不同水流速度情况下与叶轮相对离水距有关的各参数变化情况,并对试验数据进行分析。试验结果表明,在不同的水流流速下,随着离水距的不断增加,捕获功率呈先增加后减小的趋势,当叶轮中心高出水面1/4个叶轮直径时,叶轮的输出功率最大。     

深水管道抗压承载力海上试验设想与分析

截至目前,国内外少有成功开展深水管道抗压承载力海上试验的案例,而海上试验对于验证室内压力舱模拟试验结果可靠性是非常必要的。对深水管道屈曲压溃及屈曲传播海上试验进行了设想和分析,并设计了试验流程。考虑到室内压力舱的加载特性,屈曲传播试验会受到若干因素影响,结合数值模拟,考虑屈曲传播海上试验中可能出现的各种加载条件对管道屈曲传播压力的影响进行了研究。数值模拟的结果与室内压力舱试验的结果之间存在一定差异,对该现象存在的原因进行了分析。还对试验中可能存在的问题及需要注意的关键难点提出了解决方案。     

电动变桨式潮流能水轮机获能分析与应用

我国具有丰富的潮流能资源,但是存在潮流流速偏低、难以高效利用等问题。潮流能水轮机变桨距技术的利用,可有效提高潮流能资源利用效率。以提高潮流能水轮机高效获能为目标,分析了水轮机叶片桨距角对潮流能水轮机获能的影响规律,研究了水轮机变桨距技术原理及控制策略。在20 k W潮流能水轮机中运用了电动变桨距技术,根据潮流流速的不同,使用最大功率点追踪控制算法控制桨距角,并对机组运行过程进行实时测试。机组运行数据表明,与非变桨水轮机相比,变桨式潮流能水轮机可有效提高其获能效率。     

低启动转矩直驱型潮流能发电机关键参数分析与研究

文中首先从理论上分析直驱型永磁电机的齿槽转矩数学模型,讨论影响电机齿槽转矩的主要因素和降低永磁电机齿槽转矩的关键参数设计方法,分析直驱型潮流能发电机组加工运行过程中容易出现的影响电机齿槽转矩的主要原因。最后采用有限元仿真方法,结合样机实验测试,对永磁电机齿槽转矩进行对比分析。样机及仿真分析结果表明,直驱型潮流能发电机的启动转矩主要受电机电磁方案设计、样机加工误差及运行环境等因素影响。     

一种新型鲸鱼式潮流能发电装置的设计与试验研究

为了进一步提高潮流能的利用率,提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理,利用结构力学、流体力学和CFD相关方法,对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究,从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计,并通过900 W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示,海流高潮期装置最大发电功率可达到980 W,一天内大约有4个缓潮期,此间发电功率明显下降,但持续时间不长,总体平均发电功率在800 W上下;同时潮流能轮机启动流速在0.41 m/s左右,有着良好的低速启动性能。