波浪能发电工程的环境问题思考

波浪能发电技术在我国具有广阔的应用前景。文章介绍了波浪能发电工程对海洋及其附近环境可能造成的各种影响,认为通过对波浪能装置进行正确选址,波浪能发电将成为对海洋环境最友好的发电技术之一。     

双体波浪能装置运动及系泊系统特性研究

波浪能是一种清洁、可再生的新型能源,波浪能发电装置在海上作业时会受到变化的风、浪、流载荷作用,需要系泊系统保证其稳性和安全性。以适用于中国南海500 m水深的振荡双浮体式波浪能发电装置为研究对象,运用频域计算与时域计算结合的方法对双浮体及其系泊系统的运动响应和动力载荷进行计算,获取极端海况与工作海况下浮体运动和系泊缆索张力的时历数据。参照BV船级社NR-493规定的海上浮式结构物系泊安全系数规范,对3种系泊方案进行安全校核和对比分析。选定其中一种系泊方案,通过改变系泊系统以及能量转换器（PTO）的参数,探究参数变化对双体波浪能装置运动响应以及系泊系统特性的影响,为类似应用于深水的双体波浪能装置系泊系统的设计提供参考。     

中国海域波浪能资源分布及波浪能发电装置适用性研究

首先全面综述了国内外波浪能资源开发利用现状,系统总结了目前国内外海洋波浪能资源发电技术中应用的主要波浪能资源开发装置及存在问题;基于ERA-Interim再分析数据,给出了中国海域的平均波浪能流密度和季节特征,从而获取高波能资源分布区域,得到了中国海域波浪能资源分布富集区域;结合不同海岸岸线及海底类型,综合给出了中国波能资源富集区域中发电装置适用建议、高峰发电季节。对提高我国波浪能资源开发利用、推动海洋可再生能源行业的发展具有重要意义,也为实用化、商业化海洋波浪能资源选址提供了科学依据。     

液压浮子式波浪能发电平台的SCADA系统设计研究

波浪能利用是近年来世界各国关注的热点问题,经过近30 a的不断研究开发,波浪能利用技术已取得重要进展。为使波浪能发电装置安全、可靠、经济运行,本文介绍了一种用于波浪能发电装置运行状态监控的SCADA系统,并针对液压浮子式波浪能发电平台进行了SCADA系统总体架构设计,详细分析了系统软、硬件组成,最后提出一种用于波浪能发电场管理的SCADA系统设计构想,为波浪能发电装置的现场监控及运行管理提供技术解决方案,使波浪能发电场得到统一管理和运营维护。     

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。     

一种新型的海上浪风光综合发电船

提出了一种新型综合发电船,其主要由驳船、波浪能转换装置、风能转换装置、太阳能转换装置和其余发电相关设施五个部分组成;本装置基于驳船这一可移动载体,能够根据实时能源情况更改工作场地,是一个可移动的分布式能源供应系统,它能够综合利用选定区域内的波浪能、风能和太阳能进行发电,解决现有海上能源发电系统存在的发电效率低、稳定性差和单元发电成本高等问题。文中详细阐述了该发电装置的结构和工作原理,并从设计、运用等方面浅析了该发电装置的优点。这种综合发电船具有较大的推广性和实用性。     

基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的近22年中国海波浪能资源评估

以CCMP风场驱动第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ,得到中国海1988年1月～2009年12月较高分辨率的海浪场,计算了中国海的波浪能流密度,综合考虑能流密度的大小、能级频率、能流密度的稳定性等各方面对波浪能资源进行研究,寻找波浪能资源的相对优势区域,为波浪能资源的开发与利用(如海浪发电的选址)提供科学依据。     

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。     

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。     

波浪能利用发展历史与关键技术

波浪能作为一种新型清洁能源,近年来得到各国的重视。文章从波浪能利用的发展历史、波浪能资源的评估手段、波浪能转换装置的种类及代表性装置等几个角度,对国内外研究现状进行了阐述;总结了波浪能发电技术中关于流体动力特性非线性计算、装置稳能技术、阵列发电场设计、与其它新能源结合应用等研究方向及技术难点;最后对波浪能利用技术的未来进行展望。     

船载波浪发电设备设计及其性能研究

为解决小型无人船由于船体空间紧凑,携带燃料较少导致的续航力差、航程短等问题,本文以三体船为平台,将摆式波浪能发电技术与多体船相结合,提出了一种新型船载波浪发电设备设计方案。该发电设备可由主侧船体之间的波浪运动响应差异驱动,在海上航行时捕获波浪能并转化为电能,以此来补充船上能源。通过数值软件对三体船进行性能预报,结果表明,在四级海况下迎浪航行时,三体船平均波浪能捕获功率可达3.57 kW,波浪能一级转换效率为7.32%,能够有效的补充船上能源。同时,安装船载波浪发电设备具备减摇减荡的效果,提升了三体船的航行稳定性,进一步体现了该装置的可行性和实用性。     

GIS-Supported Airfield Selection near Zhongshan Station,East Antarctica,based on Multi-Mission Remote Sensing Data

Abstract

As Antarctica attracts increasing attention in global climate change studies, the demand for field expeditions has increased in recent decades. Aircraft has become the most efficient mode of transportation because of the advantages of short travel times over long distances, access to unreachable locations and capability to carry different types of sensors to obtain large areal coverages. However, few studies have been published regarding Antarctic airfield site selection for heavy-wheeled aircraft. In this paper, we present methods and results of blue-ice airfield preliminary selection near Zhongshan station, East Antarctica. The geographic information system (GIS)-based method is supported by multi-mission high-resolution images from the ZY-3, WorldView-2 and Landsat-8 satellites along with existing remote sensing products. Ground truth observations were integrated with satellite panchromatic and spectral information to identify runway candidate areas. The information inferred by remote sensing data, including firn type, ice movement, surface slope and ice fracture, is used for evaluation of the airfield selection rules. Finally, the rankings and recommendations of runway candidates were performed in a GIS analysis environment. The site selection approach developed in this paper can be applied in preconstruction studies of other similar cryosphere environments to provide appropriate candidates for a final stage field investigation.     

Site selection for offshore facilities

A simplified input-output process is used to describe the end-members of two methods of site selection: one in which the structure controls the site and the other in which the site controls the structure. Most site selection processes are combinations of these two methods. Factors ranging from atmospheric, oceanic, and seafloor conditions to marine biota, constructional, and political-demographic-geographic are tabulated to show the variety that may be considered in the site selection process. The bathymetric, geological-geophysical, and geotechnical components of siting surveys are reviewed, together with location control. The state-of-the-art of siting all kinds of structures on the continental margins and deepsea floor beyond the continental margin could be improved in almost all areas to increase the reliability of operations at sea and to decrease costs.     

海水淡化取水口空间选划适宜性评价方法与应用

海水淡化取水口空间选划受自然地理、生态环境和社会经济等多种要素的影响,对取水口工程建设的经济性、稳定性和安全性具有重要意义。在海水淡化取水口空间选划影响要素分析的基础上,针对浅海取水方式,从基础地理条件、水体环境条件、灾害条件和产业发展条件四方面筛选代表性评价指标,构建海水淡化取水口空间选划适宜性评价模型。以山东省荣成市近岸海域为研究区,基于GIS平台的多因素空间叠置分析实现初步的适宜性空间分区,然后叠加约束条件生成最终的海水淡水取水口选划适宜性空间分区结果,形成具有科学化、定量化和空间化特征的海水淡化取水口选划适宜性评价体系。本研究在理论方法和技术层面上完善了现有的海水淡化取水口空间位置选划方法,评价结果可为海水淡化取水口空间选划提供科学依据。     

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。     

新模块化单桩缓冲系泊浮式集成结构系统研究

为配合我国南海重要岛礁陆域拓展及海洋资源开发,提出了一种基于新型单桩缓冲系泊与波浪能装置(WEC)集成的具有潮汐自适应特性的模块化浮体结构系统。基于三维势流理论,综合考虑浮体模块与单桩缓冲结构的相对运动及相关波浪能装置的机械耦合机理,重点研究了新型单模块浮式结构系统在典型海况下的动力响应特征,获得了单桩缓冲系泊系统的初步优化设计参数,并对极端海况进行安全校核,提出了优化自存策略。数值结果表明,此带有波浪能装置的新型单桩缓冲系泊系统,不仅可以有效地降低浮体模块的运动响应幅值并改善平台舒适度,还可以获得可观的发电量,而且在极端海况下,可以通过调整阻尼装置系统来稳定浮体模块的运动。     

基于层次分析法的人工鱼礁选址适宜性评价方法

人工鱼礁作为渔业资源增殖的有效手段,在海洋牧场建设中发挥重要作用。人工鱼礁区的科学选址是海洋牧场建设需首先解决的技术问题。目前关于人工鱼礁选址还没有通用的定量评价方法。基于层次分析法理论建立层次结构模型,设定社会、物理、工程、化学和生物环境等5个主要准则因素,设定海洋功能区划、水深、水流、底质类型、底质荷载、淤泥层厚度、海底坡度、水质、沉积物质量、赤潮、浮游植物、浮游动物、底栖生物等13个次级准则因素并作为评价指标,其中将水质和沉积物质量设定为多参数指标。依据相关国家标准和行业规范,采用多种归一化处理方法建立所有指标的定量评价标准。结合对人工鱼礁建设实际情况的分析,确定主要准则因素权重。考虑人工鱼礁渔业资源增殖效应,增加对两类特殊情况的评价判定过程。其中两类特殊情况分别为单一指标参数值超限情况和多参数指标中多个参数值接近超限的情况。使用Python编程语言创建软件系统实现评价结果的高效计算并输出对应适宜性等级。根据日照市海洋牧场示范区中适宜人工鱼礁建设海域调查数据模拟8个针对性的海区案例对方法进行验证,案例分析表明,该方法具有较好实用性,能有效分析并获取目标海区建礁适宜性评价结果,可为...     

Spectral modelling of wave energy converters

A spectral model suitable for the representation of wave energy converters is developed. A spectral model is an extension of a frequency-domain model that allows inclusion of non-linear forces and thereby provides improved estimates of wave energy converter performance, without the high computational cost of a time-domain model. The suitability and accuracy of a spectral model representation is demonstrated for a flap-type wave energy converter, by modelling the effect of vortex shedding and large amplitudes of motion. The development of a spectral model of wave energy converters also means that they can be represented in spectral wave models and included explicitly in software tools such as SWAN or Mike21 SW. This means that tools familiar to the industry could be used to determine the environmental impact and energy yield of wave farms efficiently.     

Declutching control of a wave energy converter

When hydraulic power take off (PTO) is used to convert the mechanical energy of a wave energy converter (WEC) into a more useful form of energy, the PTO force needs to be controlled. Continuous controlled variation of the PTO force can be approximated by a set of discrete values. This can be implemented using either variable displacement pumps or several hydraulic cylinders or several high pressure accumulators with different pressure levels. This pseudo-continuous control could lead to a complex PTO with a lot of components. A simpler way for controlling this hydraulic PTO is declutching control, which consists in switching on and off alternatively the wave energy converter's PTO. This can be achieved practically using a simple by-pass valve. In this paper, the control law of the valve is determined by using the optimal command theory. It is shown that, theoretically when considering a wave activated body type of WEC, declutching control can lead to energy absorption performance at least equivalent to that of pseudo-continuous control. The method is then applied to the case of the SEAREV wave energy converter, and it is shown than declutching control can even lead to a higher energy absorption, both in regular and irregular waves.     

A systematic model for artificial reef site selection

Although artificial reefs are commonly used throughout the world as tools to mitigate for habitat alteration, their development is rarely subjected to a rigorous site selection process. We developed a simple site selection model using the following seven systematic steps: exclusion mapping, depth and slope verification, surficial substrate assessment, data weighting and the subsequent ranking analysis, visual transect surveys, benthic air‐lift sampling, and larval settlement collector deployment. American lobster (Homarus americanas) was selected as the target species for these investigations owing to the local commercial importance of the species. Results from each step in this process ultimately allowed us to select a site for an artificial reef at a target depth that received little wave action, had no slope, and possessed a surficial substrate type that could support the weight of a reef. The site also had the presence of a natural larval supply and low species diversity before reef installation. Each step in this site selection model was designed for easy adaptation to suit the needs of various artificial reef projects.