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。     

点吸收式波浪能发电技术的研究现状与展望

通过分析波浪能利用背景,提出点吸收式波浪能发电技术是波浪能开发利用的一种重要方式。以安装位置、能量传递方式和振荡浮子个数对点吸收式波浪能发电装置进行了分类。结合研究现状,对各类点吸收波浪能收集、转化和传递方法及其应用的优缺点进行了综合比较和分析。结果表明:安装于离岸10~25 m处,以多个振荡浮子组成的浮子阵列为能量摄取机构,以液压或直线电机为能量传递方式是目前点吸收波浪能发电技术的研究热点,在波浪能利用领域具有广阔的发展前景。     

点吸收式波浪能摩擦纳米发电系统输出性能的仿真研究

为了寻求低成本、结构简单、无污染、输出电压高的波浪能发电系统,本文提出了一种新型点吸收式波浪能摩擦纳米发电系统,该系统包括振荡浮子、具有纳米摩擦层的连杆套筒和固定在海底的支架。首先利用AQWA软件对该装置进行水动力仿真得出在波浪周期为5 s,不同波浪高度时浮子对应的振荡位移情况,然后进一步建立数学仿真模型,分析了垂直滑动摩擦纳米发电机的开路电压、转移电荷量、电流以及电容随位移和时间的关系,得到了外接不同负载时发电机的最大功率和最大功率对应的电压电流情况。通过数据分析发现:随着波浪高度和纳米摩擦层绝对摩擦位移的增加,电能输出稳定后的最优匹配电阻在109Ω左右,此时摩擦纳米发电机的发电性能最佳,对应波浪高度为0.5 m时最大发电功率为173.6 W。     

浮子式波浪能转换装置研究概述

文章介绍了几种浮子式波浪能转换装置及其工作原理,总结国内外学者对其中几种装置的优化研究,并对浮子式波浪能转换装置的发展前景进行了分析。     

多点吸收式波浪能海水淡化技术分析及其结构设计

从波浪能和海水淡化技术的研究现状出发,指出了波浪能海水淡化技术未来发展的趋势。提出并设计了多点吸收式波浪能海水淡化装置,讨论了该装置的结构组成与运行原理,指出该种波浪能海水淡化技术能够大规模捕获波浪能,减少波浪能转化环节,提高波浪能的采集效率和淡化水产量。     

波浪能采集装置技术研究综述

波浪能采集是波浪能发电利用技术的研究核心。文章评述了几种典型波浪能采集装置的技术原理及其优缺点,并介绍了当前关于提高波浪能采集系统效率的若干研究。     

筏式波浪能发电装置浮体水动力相互作用与能量俘获研究

基于三维势流理论,建立筏式波浪发电装置多浮体水动力模型。利用AQWA水动力软件研究多浮体水动力相互作用对发电装置浮体单元水动力系数的影响;将能量转换系统等效成刚度-阻尼模型后,对其进行不规则波时域模拟,对比分析方向谱和频率谱波浪模型对波浪发电装置能量吸收的影响。结果表明:浮体之间的水动力相互作用对浮体单元纵荡方向上的附加质量与辐射阻尼系数有明显的影响,对垂荡和纵摇方向上的水动力系数影响较小;不同的波浪模型下,能量俘获功率有着较大的差别,特别是在迎浪状态下。     

鹰式波浪能装置旋转碰撞的结构损伤过程研究

鹰式波浪能装置发电效率较高但抗浪性能较差,在实海况运行时出现门型限位梁被撞坏的情况。为防止装置被进一步破坏,本文研究了限位梁被撞坏的损伤机理,并改进了装置的限位方案。利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA对鹰头吸波体背部的5个防撞块与限位梁的旋转碰撞过程进行了仿真分析,吸波体、限位梁及橡胶防撞块分别采用刚体、弹塑性材料和橡胶材料进行模拟,并考虑了吸波体及限位梁运动惯性的影响,获得了能量分布曲线、结构应力分布及变形图等结果,仿真结果与限位梁实际损坏情况较吻合。分析可知,利用碰撞对吸波体进行限位容易使限位梁发生屈服失效,并提出了改进方案,即通过增设蓄能器将吸波体多余的动能有效吸收,从而保护装置不被破坏。     

摆式波浪能发电装置水动力学研究

对实际工程中的浮力摆式波浪能发电装置进行水动力学研究和优化设计,得到提升波浪能发电能力的方法。首先建立波浪能水动力性能的评估体系,其核心是估算浮力摆波浪能发电装置俘获效率,其中波浪输运能量根据实际海况条件,利用随机波浪理论进行估算,浮力摆俘获能量估算则根据水动力学模型时域计算结果;然后依据建立的水动力性能评估体系,以浮力摆摆板宽度和后端负载为变量进行优化设计,总结了提高波浪能俘获能力的方法,即增大浮力摆宽度,并相应提高匹配负载;最后分析了两套浮力摆的交互作用,计算结果表明,如果将两套设备俘获能量通入同一组蓄能装置中,输入能量更加平稳,即利用浮力摆俘获波浪能的相位差,可以显著提升波浪能发电装置的发电能力。     

点吸收柔性泵波浪能装置的设计与试验研究

点吸收波浪能转换技术是一重要研究方向,其模型试验是该技术的重要基础。文中介绍了一种新型点吸收柔性泵波浪能转换装置,其能量转换主体由振荡浮子和柔性泵组成。建立了该装置的模型水槽试验,分析了波浪要素和柔性泵结构对系统功率转换特性的影响。试验结果表明柔性泵的进出口面积比例和面积大小对模型的转换效率影响较大,柔性泵的进出口面积比值为0.6,出口面积为7.85 cm～2时,装置的平均转换效率较大。该模型试验可以为同类型装置转换效率评估方法提供参考。     

海滩修复工程影响下的低能海岸波浪能量时空分布特征研究

本研究基于第三代海浪模式SWAN(Simulating Wave Nearshore),对茅尾海及其邻近海域波浪场进行了为期la的数值模拟,利用实测资料验证了该模型的可靠性.根据模型计算结果分析了茅尾海海域波浪要素的时空分布特征,在此基础上进一步探讨了波浪能量的输入耗散过程以及海滩修复对波浪能量空间分布的影响.研究发现...     

海滩碎波带波能振荡的多尺度分析

对不同波况条件下实测的一岬间海滩碎波带两个测站的波面数据 ,通过小波变换方法计算了小波能谱 ,并作了显著性检验。结果表明 :( 1 )碎波带波能存在典型的多尺度振荡特性 ;( 2 )在正常波况下 ,波能主要分布于风浪频域 ,入射波自外测站向内测站传播过程中 ,能量具有向低频方向转移的趋势 ;( 3)在高能波况下 ,能量均向长重力波频带增加 ,在长重力波显著尺度 ,二测站之间存在良好的位相一致关系     

渤海海域冰水共存期的波能流密度推算

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT (model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。     

海岛周边波浪能资源精细化勘查与分布特征分析方法研究

为海岛供电,是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前,需对波浪能资源进行精细化勘查,并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征,以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标,结合对历史数据和水动力理论分析,制定精细化勘查方案,并通过代表性验证试验,对方案进行修正,再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法,更适用于小区域波浪要素的精细化观测,且在保证观测质量的前提下,有效降低了观测成本。另一方面,针对波向四季变化明显,且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点,本文利用改进的SWAN（simulating waves nearshore）数值模型计算目标海域波浪能资源,并结合统计学方法,研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法,得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。     

以海浪波要素表示的外频谱形式

孙孕等（１９９４）提出了外频谱的概念,并推导出外频谱的理论形式,但其控制参量是由内频谱导出的,不便于实际应用,通过对实测海浪数据的分析,得到了控制外频谱的３个和内频谱有关的参量与波浪要素之间的关系,进而将外频谱表示以有效波高和有效波周期作为控制参量的形式,应用实测资料将本文得到的外频谱形式与理论外频谱进行了比较,发现二者符合良好。     

赤道重力陷波在近赤道区海流运动中的作用

对小风天气条件下表层海流观测资料进行能谱密度分析,指出:东分量海流具有很明显的0.51d、3.9d和7.7d周期。0.51d是半日潮周期,即12h25min的周期;3.9d周期恰与赤道重力陷波n=2相对应,这是南纬3°～4°范围内一个重要波动;7.7d则是大小潮周期。而在北分量海流能谱中,则只有潮流0.51d和7.7d周期,3.9d周期消失,它进一步说明陷波的特征。此外,还用7m和40m层流资料与表层流进行对比,两者变化规律基本一致。     

基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析

波浪能资源是一种重要的海洋可再生能源,开发利用波浪能资源可以有效的缓解常规能源短缺问题带来的能源问题以及环境污染问题。对波浪能资源进行科学评估是进行海洋能资源利用的前提条件,本文利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF）第五代再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5 ERA5）,采用新的波浪能评估公式,对黄渤海海域1980—2018年间波浪能资源展开评估,主要计算指标包括波浪能可开发量频率、富集量频率、变异系数以及可利用波高占比等,结果显示：黄渤海区波浪能资源具有明显的季节性,秋冬季节较高,春夏季节较低,冬季是波浪能资源开发的最佳季节;波浪能富集区域主要集中在渤海海峡外侧、成山头东部以及长江口外海区域。在此基础上确定了波浪能资源的重点开发利用区,为后续的波浪能开发提供参考。     

考虑波能耗散的近岸波浪传播数学模型

基于考虑能耗的定常缓坡方程，推导得出包含波能耗散的近岸水域波浪传播变形数学模型，并用所得模型对浅水中波浪的传播进行了计算，将计算结构与Berkhoff的实验数据进行比较，表明二者吻合很好。该数学模型能较好地解决波浪在浅水中的传播变形问题。     

改进波浪发电浮标性能的试验研究

为了改进波浪发电浮标为性能，以及推广使用，使之能适用于波浪周期短波高小的海区，对上海航标厂的波浪发电浮标为浮体进行了试验研究。试验测量了气室压力、内波高、浮体升沉等物理量。通过输出功率的比较，提出了浮体设计方案的建议。     

岸式振荡水柱波能装置的波浪载荷及保护措施探讨

本文对振荡水柱波能装置的水柱做了时域计算，研究了内水柱在气室处于封闭状态、有阻尼状态和无阻尼状态下的动力响应。得出了相应的波浪载荷，并对波能装置的几种保护措施作了探讨。数值结果表明，带有阻尼的气室不能有效地阻止内水柱的运动，将使结构承受危险载荷的打击；全封闭的气室能有效地阻止内水柱的运动，但可能使气室里产生高压；收缩口与破浪锥联合作用，可以消耗水柱的动能，大大地减少载荷，是一种有前途的保护措施。