海洋环境监测站盐度传感器的现场校准和不确定度评定

文章依据相关国家标准,结合海洋环境监测站的实际工作需求,针对环境自动观测系统的盐度传感器,提出新的现场校准方法,即直接比较法;根据不确定度来源,分别计算由测量重复性、盐度标准器、测量环境、测量人员和恒温水槽引入的不确定度分量并合成标准不确定度,据此计算扩展不确定度和合成标准不确定度的有效自由度,由此得出盐度传感器现场校准测量结果的不确定度为0.17。本研究提出的盐度传感器现场校准方法更契合海水盐度的变化规律,可实现盐度分量的量值溯源,具有准确度高和溯源途径清晰的特点;不确定度评定方法科学合理,且具有一定的推广价值。     

波浪对潮流能水轮机性能测试影响的实验研究

随着潮流能开发利用技术日趋成熟,对其测试工作也提出了更高的要求。然而,在潮流能装置性能测试中,波流相互作用的影响往往被忽略,导致测试结果不准确。为了研究波流相互作用对测试的影响方式与程度,采用物理模型试验的方法,对垂直轴潮流能发电装置模型进行了试验研究。通过分析波流作用下装置的扭矩、转速及发电功率,发现波流与发电装置耦合作用明显,相比不存在波浪影响的情况下,叶轮的转动、主轴的扭矩都变得不规则,启动流速变小,同时,扭矩、转速及发电功率的瞬时值显著增大。测试结果表明,波流相互作用对装置性能测试影响显著,平均影响程度约10%,研究结果为今后潮流能发电装置性能测试标准的制定和完善提供了参考和依据。     

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。     

水平轴潮流能叶轮水动力性能比对试验

叶轮作为潮流能发电装置能量俘获机构,其水动力性能的优劣对整个装置具有决定性意义。本文设计了两种叶轮翼型方案,方案一叶轮选择了具有代表性的单一翼型,方案二叶轮选择了多种翼型组合方式。为检验两种叶轮动力学性能,分别对两种方案进行了仿真和模型试验。通过设定试验控制参数,提取观测参数,对实验数据进行处理分析,从功率系数方面对两者进行了对比,为水平轴潮流能发电装置叶轮翼型选择提供参考。     

DZZ4型数据采集器气温通道校准结果的测量不确定度评定

根据自动气象站数据采集器现场校准方法和测量不确定度评定方法,以JJQ1型自动站信号模拟器作为标准器,校准DZZ4型自动站数据采集器气温通道各点的示值误差,介绍其示值误差的测量不确定度评定方法。根据建立的数学模型,分析各项标准不确定分量来源并逐项评定,最终完成测量不确定度评定:该数据采集器气温通道在-30℃,0℃和50℃三个校准点,扩展不确定度均为U=0.06℃,k=2。     

GNSS海洋浮标海面高程动态不确定度研究

为全面准确地评定GNSS(Global Navigation Satellite System)海洋浮标测得瞬时海面高程的动态不确定度,根据GNSS海洋浮标的工作原理、系统组成及数据处理方法,提出了针对具体测量过程的瞬时海面高程动态不确定度评定方法。将浮标动态测量过程分解为静态测量过程的集合,采用GUM(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)方法建立了测量模型,详细分析和计算了静态测量过程中瞬时海面高程的不确定度分量:GNSS高程不确定度、GNSS天线高程改正不确定度和高程异常不确定度,最后合成瞬时海面高程的动态标准不确定度和动态扩展不确定度。使用该方法对近海GNSS浮标测量结果进行了动态不确定度评定,验证了此方法的可行性,也为评价GNSS浮标测量结果质量提供了有效依据。     

100kW一基多体漂浮鹰式波浪能发电装置模型试验研究

一基多体漂浮鹰式波浪能装置是一种新型的利用波浪发电的离岸漂浮式波浪能装置群,该波浪能发电装置是对已经成功发电的"鹰式I号"波浪能装置的改进优化。文中介绍的一基多体漂浮鹰式波浪能装置由4个鹰头吸波浮体、浮力舱、波浪能母船(水下附体)、半潜船、能量转换系统、锚泊系统等组成。该波浪能装置特殊设计为4个鹰头吸波浮体对称安装在一个波浪能母船上,共享能量转换系统和锚泊系统。通过一系列水槽模型试验,获得匹配各个波浪要素最优负载,测得模型在不同波浪要素下的一、二级能量转换效率,以及锚泊系统的受力。试验结果表明,模型具有良好的水动力学性能,模型俘获波浪能的能力并不受入射波的来浪方向影响,锚泊系统对模型起到了稳固、提高波浪能俘获效率的作用。     

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。     

海洋能发电装置现场检测平台设计

随着国际社会对海洋可再生能源开发利用的关注,众多海洋能发电装置投入研发。目前我国已有相当一部分海洋能发电装置进入海试阶段。因此,在海洋能发电装置海试的过程中,需要对海洋能发电装置的发电性能进行检测。文中介绍了海洋能发电装置现场检测平台的设计,研究并设计检测方法以满足海洋能发电装置现场检测的需求。海洋能发电装置现场检测平台的设计以满足波浪能、潮流能发电装置的测试需求为主,兼顾其他形式的发电装置。该平台主要对海洋能发电装置的功率特性、电能质量特性以及电网适应性等指标进行测试,并根据海洋能发电装置的测试结果开展分析与评价。     

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。     

Hydrodynamic Study on Energy Capturing Performance of Horizontal Axis Blades Under Sub-Low Speed Tidal Current

The research on the hydrodynamics of blades is mainly focused on sea areas with high-speed current. However, the average velocity in most territorial waters of China is smaller than 1 m/s, and the lift type of airfoil blades has limited application in most of these conditions. Therefore, it is of great significance to study the tidal current energy capture of blades in sub-low speed sea areas. The effect of flow impact resistance on the blade at sub-low current speed is considered and a new type of thin-walled blade based on the lift type of blade is proposed, and then the lift-impact combined hydrodynamic model of horizontal axis blade is established. Based on this model, and considering the characteristics of tidal current and velocity in the sea area of Yushan Islands, simulation and optimization of blade design are carried out. Additionally, the horizontal axis thin-walled blade and the NACA airfoil contrast blade under the same conditions are developed. By using a synthetical experimental test system, the power, torque, rotational speed and load characteristics of these two blades are tested. The performance of the thin-walled blade and the design theory are verified. It shows that this type of blade has much better energy capture efficiency in the sub-low speed sea area. This research will promote the study and development of turbines that can be used in low-speed current sea areas in the future.     

我国海洋能发电装置的测试和评价

发展海洋能发电装置测试和评价技术有助于推动相关技术成果转化,促进我国海洋能的开发利用。文章概述国内外海洋能发电装置及其测试和评价技术进展;重点分析海洋能(潮流能和波浪能)发电装置测试和评价的主要内容,包括功率特性、电能质量特性及其综合测试系统;分别选取潮流能和波浪能发电装置案例,按相应方法和内容进行现场测试和评价。     

Efficiency of OWC wave energy converters: A virtual laboratory

The performance of an oscillating water column (OWC) wave energy converter depends on many factors, such as the wave conditions, the tidal level and the coupling between the chamber and the air turbine. So far most studies have focused on either the chamber or the turbine, and in some cases the influence of the tidal level has not been dealt with properly. In this work a novel approach is presented that takes into account all these factors. Its objective is to develop a virtual laboratory which enables to determine the pneumatic efficiency of a given OWC working under specific conditions of incident waves (wave height and period), tidal level and turbine damping. The pneumatic efficiency, or efficiency of the OWC chamber, is quantified by means of the capture factor, i.e. the ratio between the absorbed pneumatic power and the available wave energy. The approach is based on artificial intelligence—in particular, artificial neural networks (ANNs). The neural network architecture is chosen through a comparative study involving 18 options. The ANN model is trained and, eventually, validated based on an extensive campaign of physical model tests carried out under different wave conditions, tidal levels and values of the damping coefficient, representing turbines of different specifications. The results show excellent agreement between the ANN model and the experimental campaign. In conclusion, the new model constitutes a virtual laboratory that enables to determine the capture factor of an OWC under given wave conditions, tidal levels and values of turbine damping, at a lower cost and in less time than would be required for conventional laboratory tests.     

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。     

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。     

基于潮流能直驱式海水淡化系统的建模与仿真

提出使用捕能系统捕获潮流能带动低压海水泵把低压海水转换为高压海水进行海水淡化,并对海水淡化过程中的浓海水进行能量回收。潮流能海水淡化关键在于提高效率和进入海水淡化系统时的海水压力的稳定。潮流能海水淡化系统采用直驱方式和能量回收系统提高了潮流能转换效率,而且系统中的高、低压蓄能器对海水淡化过程中海水压力起着稳定的作用。基于线性流体力学理论,推导出潮流能直驱式海水淡化系统的数学模型,模型考虑了水液压系统内部件的滑动摩擦力和泄露量。并对数学模型在系统压力、产水量和产水比能耗等方面进行仿真。仿真结果达到系统压力稳定、产水比能耗低。     

Savonius型桨叶水动力特性研究

Savonius桨叶是一种典型的垂直轴阻力型桨叶,在风力发电中广泛应用。这种桨叶具有在多风向作用下单向转动的特性。利用该特性,将其应用于捕获水质点运动方向发生周期性或非周期性改变的波浪能的相关研究。采用Fluent数值仿真软件并基于UDF二次开发技术建立桨叶三维数值模型,分析叶片重叠率、相对入水深度和开口率等参数对桨叶动转矩和功率等水动力特性的影响,搭建实验平台,开展物理模型对照试验。研究结果表明:叶片重叠率有助于减小S型桨叶负转矩;当桨叶在水面上高度与波幅相等时,其功率系数达到最大;在叶片上增加弹片阀开口,可以增大桨叶动转矩系数,当开口面积达到一半时,动转矩系数比未开口桨叶提高28.3%。     

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。     

基于BP神经网络的摇臂式波浪发电平台取能效率预测

取能效率是衡量波浪发电装置设计合理与否的重要参考标准。文章首先介绍了摇臂式波浪发电平台,接着对BP神经网络的原理和算法进行了描述,最后以水池试验过程中收集的数据为样本数据,在Matlab平台上运用BP神经网络对实海况下摇臂式波浪发电平台的取能效率作了仿真预测。仿真结果表明：实海况下摇臂式波浪发电平台的取能效率达到了预期目标,进一步说明BP神经网络成功训练出可靠的网络,在此基础上预测的数据具有一定的参考价值。