阵列筏式波浪能发电装置建模与仿真分析

为了提高阵列筏式波浪能发电装置采能效率,对不同排列方式的振荡浮子与不同楔形角的试验平台模型进行组合,优化水动力结构模型装置。建立了振荡浮子和采能装置试验平台三维模型,并进行了仿真分析。分别分析了由3种排列方式的振荡浮子和3种楔形角情况下的9种模型在水深15 m、平台吃水1.2 m、振荡浮子吃水0.5 m海况下垂直方向的时域响应和频域响应,结果发现当模型的振荡浮子以错开方式排列且试验平台楔形角为60°时,振荡浮子在垂直方向的振荡速度最快,其RAO值也最大,说明该组合模型更有利于提高筏式波浪能发电装置的采能效率。     

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。     

鸭式波浪能转换装置的水动力特性及效率研究

为了更加切合实际地研究鸭式波浪能转换装置的水动力特性及效率,考虑了鸭式装置可绕定轴转动以及装置的附加质量和附加阻尼,以ANSYS14.0软件为平台建立二维数值波浪水槽,对装置在不同波浪条件作用下的受力情况与运动情况进行了数值模拟与分析。结果表明:(1)在相同波高条件下,随着波浪周期的增大,装置受到的水动力力矩增大,转换效率下降,转换效率最高可达到70%;(2)在相同周期条件下,随着波高的增大,鸭式装置受到的水动力力矩也随之增加,波浪在经过装置后波高会发生衰减;(3)装置转换效率总体可维持在70%左右,但由于波峰到达装置时会有部分波浪从其顶部越过,随着波浪波高增大转换效率缓慢下降。为该装置的实际应用提供理论支持。     

浮力摆式波浪能发电装置结构设计与强度优化

波浪能作为一种蕴藏丰富、可再生的清洁能源,在世界上受到了广泛关注。文中提出了一种浮力摆式波浪能发电装置,简要介绍了该装置的工作原理以及基本组成,并对其关键技术进行了研究;建立了装置动力响应特性模型,结合站址海域波浪环境条件对装置进行了水动力特性分析,获取装置对波浪的响应状况,确定了关键设计参数;利用该参数对装置进行了结构设计,并对其关键受力部位进行强度计算与优化。结果表明,装置在规则波条件下具有较高的能量转换效率,同时满足其在极限波况下的强度要求。     

浮筒式波浪能发电装置中轴流式水轮机能量特性研究

当今世界,全球资源严重匮乏,环境日益恶化,波浪能作为一种清洁、可再生海洋能源,有利于贯彻我国可持续发展战略。文中针对南海某海域,根据国家海洋局提供的波浪周期和波高数据,通过计算流体力学(CFD)数值模拟,研究不同时期波浪周期和波高的变化对轴流式水轮机效率的影响。计算结果表明,因波浪参数变化,浮筒式波浪能发电装置水头变化范围为11~17 m,优选设计水头为13 m。通过改变水轮机叶片安装角度,优化水轮机效率,并对水轮机转轮及出水流道流动特性进行研究。最终得出:在优选设计水头为13 m时,水轮机在叶片相对安放角为-4°,最高效率达85.67%,水轮机转轮及出水流道流态平直,水轮机工作性能稳定,满足浮筒式波能发电装置工作要求。文中研究工作,为优化浮筒式波能发电平台及提高平台投资回报率奠定理论基础。     

波浪能发电平台系泊系统耦合动力响应及水动力分析

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡运动响应进行对比分析,结果表明,在正常海况下,平台与发电浮子垂荡运动相对幅值满足捕能系统的发电需求。应用Flow3D软件对平台整体进行水动力分析,结果表明,平台与发电浮子相对运动振幅在0.3～0.4m间,可满足发电需求。在此基础之上,应用Orcaflex软件,通过时域耦合动力分析的方法,计算了平台在自存工况和作业工况下的运动响应和系泊缆动张力响应,结果表明:在自存工况下,平台锚泊线的安全系数符合规范要求,平台具有良好的安全性能,能够适应恶劣的海洋环境;在作业工况下,平台的垂荡运动响应对波浪方向变化并不敏感,捕能系统不受波浪方向变化的影响,满足发电需求。另外,本文的研究结果能为类似的海洋平台的研究提供建议和参考。     

主动共振浮力摆式波浪能发电装置水动力性能研究

为实现海洋浮标持续稳定发电这一目标,本文提出了一种布放于浮标下的主动共振浮力摆式波浪能发电装置。该装置与海洋浮标相结合,调整其配重位置可实现多海况共振高效发电,为海洋浮标提供充足可靠的电力;发电装置主体除摆体外其他运动部件不与海水接触,可避免海水冲击和腐蚀,同时还可有效阻止水生物的附着;摆体工作时淹没在海水中,其吸收波...     

国外波浪能发电装置的研究进展

海洋波浪能是一种清洁环保并且可再生的新型能源。在当今能源短缺的情况下,作为绿色能源的海洋波浪能受到了世界多国的重视。世界许多国家对波浪能发电技术已经研究多年,并取得很大的成果。本研究将重点介绍近年来国外在海洋波浪能发电技术方面的研究成果。     

波浪能发电装置的发展与展望

海洋中所蕴藏的波浪能源因为其环保性和可持续性等特点,已经得到越来越多国家和地区的关注,并取得了一定的研究成果。通过对波浪能发电装置的分类,对当今主流的4种发电装置进行了分析,并在此基础上对世界主要波浪能开发强国和我国的发展状况进行了梳理。基于上述,对今后世界波浪能发电装置的发展与研制方向进行了展望,并指出了亟待解决的几个问题,具有一定的应用价值。     

浮力摆式波浪能发电装置模型试验

设计了一种浮力摆式波浪能发电装置,并根据其原理在实验室中开展比例模型试验。介绍了该装置的设计原理、试验原理,试验设计以及数据处理与结果分析,并在实验室模拟波况下,绘制出了波浪能装置的转换效率曲线。试验显示,该波浪能发电装置具有性能稳定,能量转换效率较高,能适应小波浪发电等特点。     

同轴双浮子波能装置水动力特性研究

本文对同轴双浮子波能发电装置进行了深入研究。采用Fortran语言对AQWA进行二次开发,并施以线性及非线性PTO反力,实现了装置的运动模拟,获得了双浮子装置的水动力特性及捕能情况。研究表明,波浪周期及内外浮子质量对装置获能影响显著,建议选用质量比为0.8的双浮子装置,并将其放置于周期与外浮子固有周期接近的海域中以实现最优捕能。     

Study of Hydrodynamic Characteristics of A Sharp Eagle Wave Energy Converter

According to Newton''s Second Law and the microwave theory, mechanical analysis of multiple buoys which form Sharp Eagle wave energy converter (WEC) is carried out. The movements of every buoy in three modes couple each other when they are affected with incident waves. Based on the above, mechanical models of the WEC are established, which are concerned with fluid forces, damping forces, hinge forces, and so on. Hydrodynamic parameters of one buoy are obtained by taking the other moving buoy as boundary conditions. Then, by taking those hydrodynamic parameters into the mechanical models, the optimum external damping and optimal capture width ratio are calculated out. Under the condition of the optimum external damping, a plenty of data are obtained, such as the displacements amplitude of each buoy in three modes (sway, heave, pitch), damping forces, hinge forces, and speed of the hydraulic cylinder. Research results provide theoretical references and basis for Sharp Eagle WECs in the design and manufacture.     

Experimental Investigation on the Hydrodynamic Performance of A Wave Energy Converter

Wave energy is an important type of marine renewable energy. A wave energy converter (WEC) moored with two floating bodies was developed in the present study. To analyze the dynamic performance of the WEC, an experimental device was designed and tested in a tank. The experiment focused on the factors which impact the motion and energy conversion performance of the WEC. Dynamic performance was evaluated by the relative displacements and velocities of the oscillator and carrier which served as the floating bodies of WEC. Four factors were tested, i.e. wave height, wave period, power take-off (PTO) damping, and mass ratio (R_M) of the oscillator and carrier. Experimental results show that these factors greatly affect the energy conversion performance, especially when the wave period matches R_M and PTO damping. According to the results, we conclude that: (a) the maximization of the relative displacements and velocities leads to the maximization of the energy conversion efficiency; (b) the larger the wave height, the higher the energy conversion efficiency will be; (c) the relationships of energy conversion efficiency with wave period, PTO damping, and R_M are nonlinear, but the maximum efficiency is obtained when these three factors are optimally matched. Experimental results demonstrated that the energy conversion efficiency reached the peak at 28.62% when the wave height was 120 mm, wave period was 1.0 s, R_M was 0.21, and the PTO damping was corresponding to the resistance of 100 Ω.     

一种新型六自由度波浪能装置的水动力学分析

浮子的能量收集效率对于装置发电效率的提升具有重要作用。针对传统浮子式装置仅具有一个自由度的问题,提出了一种新型六自由度波浪能装置。基于线性波理论和MMG(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group)方法,建立了新型装置的水动力学模型。分析了此装置的浮子在线性波浪作用下的位移和速度。结果表明:新型六自由度装置可以同时收集浮子六自由度方向的动能,具有较高的波浪能收集效率。另外,浮子在垂荡方向上的动能远大于横荡、纵荡方向上的动能。分析了波浪能收集效率随波浪遭遇角与弹簧系数之间的变化规律,文中工作为新型波浪能装置的优化设计提供了有益参考。     

Hydrodynamic Performance and Power Absorption of A Coaxial DoubleBuoy Wave Energy Converter

As an important wave energy converter(WEC),the double-buoy device has advantages of wider energy absorption band and deeper water adaptability,which attract an increasing number of attentions from researchers.This paper makes an in-depth study on double-buoy WEC,by means of the combination of model experiment and numerical simulation.The Response Amplitude Operator(RAO) and energy capture of the double-buoy under constant power take-off(PTO) damping are investigated in the model test,while the a...     

波浪发电装置浮筒的水动力特性及参数研究

针对我国波浪发电的发展现状,介绍了“海蛇”波浪发电装置的发电原理,并应用OrcaFlex 软件建立了装置的水动力数值模型,研究了“海蛇”装置浮筒的水动力特性.根据“海蛇”装置的结构特点,通过对活塞运动的时程曲线进行傅里叶变换,给出此装置一级转化总势能计算的简易方法.另外,通过改变浮筒的直径和长度,以装置的效率/体积比作为衡量系统经济性的指标,研究浮筒几何参数对装置一级能量转化效率的影响.结果表明,装置一级能量转化效率随浮筒长度和直径增加而变大,进一步分析表明,适当增加浮筒长度比增大直径更具经济效益.装置的效率/体积比随着浮筒直径增加存在先增加后减少的拐点,这可以为“海蛇”的初始设计提供一定的理论依据.     

波浪能发电装置海上选址的分析研究

海上选址是波浪能发电装置进行现场试验以及电站投产建设的基础工作,是装置正常运行的先决条件。文章基于层次分析法原理,对波浪能发电装置海上选址的影响因素进行分析,将选址问题的定性分析转化为定量计算,通过计算找出最优的选址方案,为波浪能发电装置海上选址提供了科学的决策依据。     

碟形越浪式波能发电装置的系统研究

碟形越浪式波能发电装置是一种新型的波能发电装置,其利用蓄水池将不稳定的入射波能转换为稳定的淹没出流动能,势能转换为动能带动水轮机运转实现发电。该装置具有输出功率平稳、适应各种海况、可靠度好的的特点,对其进行深入研究,对于边远海域的岛屿经济开发、国防及海水淡化等具有十分重要的意义。     

Hydrodynamic Performance of A Porous-Type Land-Fixed Oscillating Water Column Wave Energy Converter

A hybrid, porous breakwater-Oscillating Water Column(OWC) Wave Energy Converter(WEC) system is put forward and its hydrodynamic performance is investigated using the fully nonlinear, open-source computational fluid dynamics(CFD) model, OpenFOAM. The permeable structure is positioned at the weather side of the OWC device and adjoined to its front wall. A numerical modelling approach is employed in which the interstices within the porous structure are explicitly defined. This permits the flow fiel...     

Capture Performance of A Multi-Freedom Wave Energy Converter with Different Power Take-off Systems

Among the wave energy converters (WECs), oscillating buoy is a promising type for wave energy development in offshore area. Conventional single-freedom oscillating buoy WECs with linear power take-off (PTO) system are less efficient under off-resonance conditions and have a narrow power capture bandwidth. Thus, a multi-freedom WEC with a nonlinear PTO system is proposed. This study examines a multi-freedom WEC with 3 degrees of freedom: surge, heave and pitch. Three different PTO systems (velocity-square, snap through, and constant PTO systems) and a traditional linear PTO system are applied to the WEC. A time-domain model is established using linear potential theory and Cummins equation. The kinematic equation is numerically calculated with the fourth-order Runge–Kutta method. The optimal average output power of the PTO systems in all degrees of freedom are obtained and compared. Other parameters of snap through PTO are also discussed in detail. Results show that according to the power capture performance, the order of the PTO systems from the best to worst is snap through PTO, constant PTO, linear PTO and velocity-square PTO. The resonant frequency of the WEC can be adjusted to the incident wave frequency by choosing specific parameters of the snap through PTO. Adding more DOFs can make the WEC get a better power performance in more wave frequencies. Both the above two methods can raise the WEC’s power capture performance significantly.