基于介电弹性体的漂浮式振荡水柱发电分析

为解决海洋监测微型传感器供能问题,设计新型波浪能捕获装置,在海面振荡浮筒气室产生空气气柱,驱动介电弹性体形变发电为传感器供能。建立振荡浮子式气柱数值模型,研究新型振荡水柱发电计算理论。利用水动力仿真软件AQWA求解浮子所受波浪力作用振荡幅值、辐射阻尼和附加质量。基于Simulink软件分别计算波浪作用下浮子位移和气室内水柱位移,根据两者的位移差计算气室体积变化所产生的空气压强、介电弹性体发电薄膜形变量和系统输出电能,单次循环周期最大发电量达到24.6 mJ。分析波浪周期、发电薄膜几何参数等对输出电能的影响。     

振荡浮子波能发电装置浮子运动性能的试验研究

振荡浮子是当下波浪能发电装置中的一种典型形式,其能量俘获装置的设计及水动力学分析是波浪能开发利用技术中的一项关键技术。振荡浮子波能发电装置采用液压机构驱动发电机作为PTO系统,研究通过水工物理模型试验的方法,以浮子的水动力性能为主要内容,讨论了浮子在波浪场作用下的运动状态,以及考虑PTO后浮子的运动特性。通过两者对比,得出了振荡浮子在液压式非线性PTO作用下运动性能,为该类装置的实用化设计提供了参考依据。     

一种波浪能振荡浮子转换方式的研究

提出了一种阵列式同步带传动波浪能振荡浮子转换方式发电装置,研制内容包括:将齿条传动改为同步带传动;对单个振荡浮子采用2套同步带和2个超越离合器组合,实现振荡浮子上下运行双向做功;设计了振荡浮子导向机构;采用桁架结构将8个水槽8个振荡浮子组成的8套能量转换装置连接成为一个整体;通过8个动力输出轴的串联,将动力叠加传递给一个发电机;将能量输出点采用逐级加载方式,串联叠加输出功率;对理论设计运行特性与实测运行特性进行比较分析;对该波浪能转换装置运行进行考核;结果证明由多个水槽组成的造波装置可行,用同步带传动振荡浮子波浪能转换装置可行。通过机械串联将多个独立能量转换装置输出动力合成发电,增加了动力平稳性;该项研究为进一步进行实海况振荡浮子波浪能发电提供了相关数据、参考实物和宝贵的经验。     

多点液压式波浪能海水淡化系统建模与仿真

为缓解淡水资源短缺及化石能源过度使用问题,提出多点液压式波浪能海水淡化系统,该系统主要由采能装置、液压传递系统与反渗透膜海水淡化设备组成。系统的采能装置采用振荡浮子式,可将波浪能转换为浮子振荡从而被液压系统吸收达到采集波浪能的目的。为了提高液压式波浪能海水淡化系统的采能效率及淡水率,利用AMEsim软件对液压传递系统进行建模与仿真,分析了蓄能器、浮子个数及波高对液压传递系统输出响应的影响。结果表明:蓄能器能够使液压马达的输出响应更加稳定;当浮子的数量增加时,液压系统达到稳定的运行状态所需的时间更短,从而有利于提高系统的效率;波高在2 m左右时,本系统的产水量达到最大。     

一种与采油平台结合的新型波浪发电装置

本文基于前期对振荡浮子式波能发电装置的研究,提出一种与采油平台结合的新型波浪能发电装置,并采用水动力学软件Ansys-AQWA进行数值模拟,计算了不同波况条件下的发电装置受力与运动响应。分析发电装置稳定性和输出功率表明:在振荡浮子与采油平台导管架相结合的状态下,装置运行正常,平台稳定,波能利用率并未受到显著影响,初步验证了设计的可行性。通过频域计算,发现装置发电理想波频区间为1.2~2.0Hz;通过时域计算,发现浮子垂向平均最大位移、最大速度、最大加速度与波浪波高成正相关,垂向平均最大加速度与波浪周期成负相关,垂向平均最大波浪力与波浪周期成正相关,上述成果将为后续研究与试验提供一定的数据支持。     

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。     

南海海况下振荡式波能发电装置的研究与分析

振荡浮子波浪能发电装置能量的转换效率较高,可以在不同水深条件（特别是超过４０ｍ 的深水区）下工作,南海海域属于深水区,振荡浮子波能发电装置更能较好地适应。文章在已有资料的基础上,根据线性波浪理论中随机波浪力的理论,结合南海海况,计算振荡浮子垂直方向的波浪力分布,再用ＡＱＷＡ 模拟计算不同形状的浮子在随机波浪力下的运动与受力分析。综合以上研究得出适合南海海况的浮子形状,完成装置的初步优化,为装置的海试以及推广应用提供依据,为三沙市在海洋能（波浪能）利用方面提供参考。     

振荡浮子阵列间距的数值模拟

振荡浮子式波浪能发电装置是一类重要波浪能利用设备。但是这类设备的单体功率较低,为提高总输出功率,阵列式开始出现并成为研究热点。阵列式是指将若干浮子按照一定规则排列在海域中,通过整流设备将所获取的能量进行整合,统一发电并利用。文中介绍的研究其目的就在于研究浮子阵列的布置方式。在研究过程中利用CFD软件FLOW3D进行三维数值模拟,获得了浮子在实际波况条件下的波浪场分布情况。通过多属性决策方法确定优选排列型式,计算空间尺度,并进行验证。实验结果表明:在实验条件下后方浮子应排列在前方浮子正后方(行列应垂直布置),同排和同列相邻浮子优选间距为6.9m。     

基于摩擦纳米发电机的波浪能发电技术研究进展

海洋波浪能具有储能巨大和能量密度高等优点,是最具有发展前景的海洋可再生资源之一。但是,传统波浪能发电技术往往存在维护成本高、结构笨重和转换效率低等缺点,使其应用范围受限。近年来,基于摩擦纳米发电机波浪能发电技术因成本低廉、结构简单和易制造等优点成为具有巨大潜力的新型发电技术。为促进利用摩擦纳米发电机对波浪能收集的技术研...     

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。     

风光互补无人监测船神经网络MPPT优化策略

为提高风光互补无人监测船长期作业的续航能力和工作稳定性,针对传统风光互补发电的优化最大功率点追踪(MPPT)控制策略需要对风力发电和光伏发电两个子系统分别进行MPPT控制而导致的综合输出功率不高问题,提出径向基函数(RBF)神经网络和单个升压(Boost)电路MPPT优化控制策略。该方案以风力发电和光伏发电两个子系统输出的电流和电压作为RBF神经网络的输入电流和电压,通过神经网络输出统一的占空比,经由单个Boost电路调整风光互补发电系统的输出电压,提高风光互补发电系统的综合输出功率。使用MATLAB仿真进行验证,结果表明此优化策略与传统MPPT控制策略相比综合输出功率更高且更稳定。     

浮标式波浪能压电发电技术研究

为了实现航标等海洋监测传感网络节点利用海洋供能,提出一种新型振荡浮子式波浪能压电发电装置。首先给出波浪能压电发电装置整体机构,然后结合微幅波理论、弗汝德-克雷洛夫假定法以及压电效应理论导出在波浪力作用下压电叠堆输出负载电压曲线。在海水深度5 m、浪高0.1 m、波数为0.64的海洋环境中,取垂直绕射系数1.1,设计浮体直径2 m,计算分析浮标获得最大波浪力1 500 N,比较分析了串联和并联两种安装模式的压电叠堆发电产生的电压曲线,并联压电叠堆输出功率达到53.7μW,可以为海洋监测无线传感网络节点供能。     

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。     

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。     

一种基于波浪能的海洋立体观测系统及应用

随着海洋波浪能发电技术的发展和成熟,其在海洋观测领域的应用受到关注和研究。自主设计并研制了一种集波浪能发电、海表/海底同步观测、实时4G 通信传输、远程无线控制于一体的海洋立体观测系统,于2021 年7 月在珠江口万山岛海域通过锚泊系留方式布放,开展海上波浪能供电和观测应用试验。海试期间连续获取了海底原位观测视频数据,以及海表波浪变化和波浪能发电参数等监测数据,并对波浪能发电电流、电压和功率进行了统计分析,讨论了波浪能发电水平受波浪变化的影响,分析了两者之间的相关性。试验结果表明：利用波浪能供电的海洋观测系统具备连续、长周期、全天候观测的优势和潜力,源源不断的波浪能可保障海洋观测系统的稳定观测和数据可靠传输,实现了海洋观测系统长期独立运行所需的绿色高效供能,验证了波浪能在海洋观测领域应用的可行性和先进性。     

波浪能振荡浮子转换方式实验装置的研究与设计

针对阵列式振荡浮子波浪能转换设备,提出一种在实验室进行测试研究的实验装置。该实验装置由一组阵列柱形水槽组成,水槽液面在水动力系统的驱动下,按照计算机设定的函数做升降运动;对该装置模型——柱形阵列水槽的假设,依据波浪理论进行了论证;对装置的工作原理、结构设计、技术参数、控制电路和操作运行等做了较详细的说明;对实验装置实际运行和测试情况做了介绍。结果表明:该实验装置设计合理可行,模拟波浪高度,远高于现有的造波水池,构成了一种专用的模拟造波装置;该装置为不同形式振荡浮子式波浪能转换设备的研制提供了一种多功能、大振幅、高效灵活的实验平台。     

波浪能发电装置液压模拟测试技术研究

文中针对波浪能发电装置液压系统测试需要,介绍了液压系统测试平台的研制工作。该平台采用由电液伺服阀和比例压力阀组成的液压系统模拟波浪能发电装置在波浪作用下往复运动,实现测试液压系统工作性能。建立系统传递函数,分析了系统稳定性;通过计算仿真分析,其结果表明所设计的波浪能发电装置液压检测平台能够满足模拟波浪输入条件的要求。     

半球形多向波聚合波道振荡水柱气室优化设计

为了解决振动水柱式波浪能转换装置收集多向波浪问题,本文设计了半球形多向聚合波道振荡水柱气室结构,以适合远海单点波浪能采集和发电。在规则波正向入射条件下,基于流体仿真分析软件(FLUENT)、流体动力学连续性假设和粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程(Navier-Stokes方程)建立半球形振荡气室和三维数值波浪水槽模型。仿真结果表明:增设气室后壁,合理设计波道开口角度实现多向迎波捕获波浪能,优化前壁形状可降低波浪触底反射带来的能量耗散,同时提高了气室内空气压强和出气口速度,有效提升波浪能俘获效率,为后续发电的二次能量转换提供高效的空气动力。     

基于蓄能器的液压传动系统研究

为充分利用海洋可再生能源,文章针对波浪能具有不稳定和不连续的特点,设计采用带有蓄能器的液压传动系统,保障波浪能发电装置稳定地输出电能;利用AMESim对液压系统进行仿真,分别研究蓄能器对电能输出的影响以及蓄能器的释放压力对永磁发电机的影响,并搭建应用蓄能器的摇臂式波能发电平台进行实验验证。仿真与实验结果表明:具有蓄能器的液压传动系统电能输出稳定,且合适的释放压力可优化液压系统和发电机的输出,可为实海况应用提供理论支持。     

振荡浮子式波浪发电装置物理模型试验研究

为了研究适合我国海况的波浪能发电装置,中国海洋大学工程学院对组合型振荡浮子式发电装置进行了研究,并于2012年12月在山东省海洋工程重点实验室的断面水槽中进行了物理模型实验。在这次实验中,建立了两种形状的浮子模型,即圆柱形和锥底圆柱形。实验室除了进行空载条件下的运动响应研究外,还利用齿轮齿条系统进行了有负载情况下的水动力性能研究。此外,还创造性地利用两组扭矩传感器和采集装置分别研究浮子上行和下行时的运动性能。经研究发现,浮子的效率至少与浮子的形状、质量、波浪的波高、周期以及负载有关。实验结果表明,锥底圆柱的运动性能优于平底圆柱(其中最优的锥角约为120°),浮子的质量与周期的共振关系要受到负载的影响,浮子的运动特性与波高近似呈正相关的关系。