小型温差能发电装置换热系统设计与试验

以海洋观测平台温差能供电装置为对象,开展了小型温差能换热系统研究工作。设计了一种换热系统,建立了换热管热传导仿真分析模型,并通过仿真,对换热管关键参数进行了优化。在此基础上,制作了小型温差能发电装置;对换热系统和发电装置进行了试验。试验结果表明,研制的换热系统能够在22.5℃的水环境中3 h内完成热能转换,与仿真结果一致,验证了文中设计的准确性,具有科研参考价值。     

小型海洋观测平台温差发电技术研究与验证

针对小型自主式海洋剖面观测平台电能供给问题,开展了海水温差能发电技术研究工作;设计了温差能-电能转换系统技术方案,研制了试验样机;建立了仿真分析模型,对样机的热能转换和发电性能进行了分析;最终对样机进行了模拟环境下的试验验证。试验结果表明样机在12℃的环境中能够完成低温相变,在25~28℃的环境中能够完成高温相变,发电机输出功率达130 W,达到了设计要求,设计的系统能够有效地吸收、转换海水热能,并产生电能。     

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。     

极地冰基浮标温差能转换技术仿真研究

为了解决北极海域海洋观测与通讯导航节点浮标的供电问题,提出利用北极海域冰面上冷空气与冰下海水之间的温差能转换为电能,为冰基浮标供电。根据北极温差的时空分布特性与冰基浮标的应用场景,提出了一种基于有机朗肯循环的冰基浮标温差能发电系统,并对其进行了建模与仿真分析。根据5 种工质的热力循环性能计算结果,确定R124 工质作为系统的循环工质。仿真结果表明：温差能发电系统在北极冬季两个月的总发电量为745 kWh,相当于3.72 t 能量密度为200 Wh/kg 的锂电池。因此,北极海域温差能转换发电系统能输出相当可观的功率与电能,显著提升冰基浮标的供能水平,提高其观测能力,延长其持续工作时间,减少破冰船对其的维护频率,从而打造冰下观测网络的关键节点,支撑北极冰下移动观测网络的构建。     

一种高效海洋温差能发电循环的性能分析

海洋温差能是一种环境友好型、可持续利用的清洁能源,但是较低的海洋温差能发电系统效率阻碍了海洋温差能发电的商业化应用。提出一种新式循环,采用氨水混合工质,以及贫氨溶液回热和中间抽汽回热方式,实现对贫氨溶液及乏汽的热量二次回收利用。基于能量守恒方程和热力学定律,通过对循环中各设备部分建模分析,构建了新循环的热力模型,并与海洋温差能发电常用循环——朗肯循环进行性能对比分析,结果表明,新循环的热效率与净输出功相比朗肯循环均有显著提高,循环热效率最高可达4.565%,相较朗肯循环提高了25.9%。15 kW等级海洋温差能发电系统中,新循环的净输出功为7.038 kW,高于朗肯循环中的5.343 kW。新循环模型的建立及由此得到的各部分性能分析结果,可为海洋温差能商业化开发提供基础数据理论支撑。     

深海热液样品保温保压储存装置系统设计

设计了一套深海热液样品保温保压储存装置,该装置由结构系统和控制系统两部分组成,可实现热液样品的长时间自动保真储存,并可完成样品由该储存装置到后续培养分析设备的分时、分批转移。结构系统由支撑架、筒体、自动保压系统组成,筒体保温储存样品,自动保压系统对样品长时间自动保压。控制系统由PLC控制加热,并能实现样品状态参数的自动采集和全程记录。整个装置结构简单紧凑、功能完备,为深海热液样品的长时间保真储存以及转移提供了一套安全可靠的装置。     

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。     

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。     

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。     

潮流能发电装置现状分析

潮流能是海洋新能源中相对稳定且可提前预报的一类,较传统的拦坝式潮汐能开发具有环境影响小、开发规模灵活等优点,其大力发展可为海岛经济发展和海洋观测设备提供能源。文章对潮流能发电技术的研究现状进行了总结分析,详细介绍了水平轴、垂直轴和其他形式潮流能发电装置的构造以及国际上主流装置的设计参数和试验示范情况,重点对比分析了不同类型潮流能发电装置的特点和技术参数,简要总结了我国潮流能示范电站安装运行情况,并对其装置类型、导流罩作用以及布放形式等内容进行了讨论,可为我国潮流能资源的开发利用和潮流能装置测试区建设提供科学参考和设计依据。     

海洋温差能发电系统仿真平台开发及应用

构建海洋温差能发电系统仿真平台,对于开展该领域的技术研究具有重要意义。本文介绍了海洋温差能发电系统仿真平台研发技术,包括仿真系统热力循环模型和海水输送模型的构建、仿真平台的技术框架、仿真系统的特点及功能等,详细介绍朗肯循环各热力学过程的仿真计算模型,并利用该仿真平台分别计算了朗肯循环下9 种不同工质在海洋温差能发电系统中的运行效率,比较了它们之间的性能差异,给出了不同装机容量下的工质流量、温海水流量、冷海水流量及蒸发器、冷凝器的热负荷计算值。该成果为海洋温差能研究提供了一个有价值的仿真试验研究平台。     

海洋温差能发电技术的现状与前景

对海洋温差能发电技术的基本原理、类型、系统与装置、发展历史和现状作了全面的综述。介绍了国内外海洋温差发电技术的特点、难点和近期的研究热点,指出海洋温差发电技术必须与附属产品的开发利用相结合才能有竞争力,海洋温差发电技术要达到规模产业化还有相当长的路要走。     

天然气水合物保压子取样装置压力特性研究

从海底采集的长柱状保压天然气水合物一般不能被直接分析,需要被切割成小段再转移。保压子取样装置是在天然气水合物保压转移系统的基础上研发的,该装置能够获取任意小尺寸的带压岩心,并将其转移到测试装置中进行原位检测。介绍保压子取样的总体结构和工作原理,并分析系统压力变化的趋势,然后利用AMESim软件对压力维持部分进行仿真,最后通过水合物转移实验,验证保压子取样技术的可行性。重点讨论了蓄能器对于系统压力维持能力的影响,得出预充压力越大蓄能器保压效果越好的结论。     

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。     

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。     

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。     

碟形越浪式波能发电装置越浪性能的试验研究

碟形越浪式波能发电装置是1种新型的波能发电装置,本文对其几何形状及尺寸进行了初始设计。通过对装置越浪性能的物理模型试验研究,揭示了装置越浪量与入射波要素的变化关系,得到了不同干舷高度在各入射波要素下装置的波能俘获能力。     

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。     

基于MATLAB and Simulink的波浪能装置液压能量转换系统仿真研究

液压式能量转换系统是波浪能发电装置应用最为广泛的一种能量转换方式。本文针对波浪能液压能量转换系统展开了模型仿真研究,建立了带有蓄能稳压环节和液压自治控制器的波浪能装置液压能量转换系统的数学模型。基于所建立的数学模型搭建了波浪能装置液压转换系统的MATLAB and Simulink仿真框图,对系统进行仿真,并利用实海况实验得到的发电数据和仿真数据进行对比。结果显示,二者之间的相对误差较小,验证了该系统仿真模型的准确性。此外,还分别模拟了规则波和随机波输入情况下液压能量转换系统的发电特性曲线。仿真结果表明,无论是规则波还是随机波,经过液压能量转换系统之后,输出的发电特性都比较稳定,也即是利用该能量转换系统实现将不稳定的波浪能转换成稳定的电能,提高了发电质量,为后续的电力输送及并网提供了便利。     

“鹰式一号”漂浮式波浪能装置冗余监控技术研究

随着波浪能发电装置研究的深入,急需探索一套可靠的、完善的波能装置状态信息采集和控制的技术方案。根据"鹰式一号"波能装置的特点,开发了通过无线串口通信的移动PC监控子系统和基于DSP的具有数据存储功能的SD卡监控子系统两套独立的监控模块,实现了"鹰式一号"波能装置发电数据实时无线监控和装置内自动采集及存储。采用不同技术路线的冗余设计,提高了发电装置实海况实验监控系统的可靠性。实验表明,该系统性能稳定,运行成本低,两套数据实时、全面,具有互补性,对分析发电装置实海况性能、推动波浪能开发具有重要的意义。