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。     

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。     

多点半直驱式波浪能发电监控系统设计及实验数据分析

利用海洋波浪能发电已成为当今国内外专家研究的一个热点问题,其开发利用技术日趋成熟,并已取得一定的研究成果。在点吸收式波浪能转化研究的基础上,提出并设计了一种多点半直驱式波浪能发电系统,介绍了该波浪能发电系统的组成和基本原理,并以此搭建了实验室模型样机,为更好地反应模型样机的实时状态监控,选择相应的软硬件设施为样机配置监控系统,利用组态王软件编写了该系统的监控程序。为检验系统的发电效率和运行情况,以已经开发完成的仿真实验模型样机和监控系统为基础设计了3种实验方案,对实验数据进行了详细分析,通过实验验证了多点半直驱式波浪能发电系统的可行性,且能有效提高海洋能的收集利用效率,为系统的优化设计和实海况试验提供了理论依据与实验数据参考。     

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。     

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。     

混合模块大型浮式结构系统耦合动力响应分析

针对具有天然岛礁庇护或人工庇护的温和海洋环境,提出了一种混合模块大型浮式结构系统,即水动力性能更优的半潜式模块作为内侧主模块,消波效果更优的箱式模块作为外侧浮式防波模块和波浪能发电模块.波浪能装置利用外侧箱式模块与内侧半潜式模块的相对纵摇运动进行发电.考虑模块间多体水动力耦合效应和连接器机械耦合效应,基于ANSYS-AQWA程序重点研究了典型海况下混合5模块串联浮式结构系统的动力响应特征.结果表明,外侧箱式模块和波浪能发电装置能有效减弱内侧半潜式主模块运动响应、连接器动力响应和系泊缆绳张力,并且提供一定的能源供给.所得研究成果可为模块化超大型浮式结构系统的防波—发电集成系统设计提供参考.     

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。     

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。     

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。     

10kW漂浮点吸收直线发电波力装置

点吸收式是目前世界上发展较多、转换效率较高的一种波浪能利用技术,介绍我国自主研发的一台10 kW漂浮点吸收波浪能直线发电装置。该装置主要由4 m直径蝶形振荡浮子、6 m直径水下阻尼板、1 t重直线发电机组成,整个装置漂浮在海面上,是一个钢结构体。装置外形为煤油灯形,采用共振聚波和阻尼匹配技术提高装置的转换效率,有效发电时间不受来波方向和潮位的影响,针对构成装置的不同材料采用不同的防腐技术提高装置的整体抗海水腐蚀能力,采用下潜方式躲避台风打击,采用蓄能技术提高锚泊系统抗走锚和断链能力。直线发电机是一个圆筒型结构体,具有较高的转换效率和防海水腐蚀能力。发电装置进行了实海况试验,为后续的研究工作提供了相关经验。     

鹰式波浪能装置旋转碰撞的结构损伤过程研究

鹰式波浪能装置发电效率较高但抗浪性能较差,在实海况运行时出现门型限位梁被撞坏的情况。为防止装置被进一步破坏,本文研究了限位梁被撞坏的损伤机理,并改进了装置的限位方案。利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA对鹰头吸波体背部的5个防撞块与限位梁的旋转碰撞过程进行了仿真分析,吸波体、限位梁及橡胶防撞块分别采用刚体、弹塑性材料和橡胶材料进行模拟,并考虑了吸波体及限位梁运动惯性的影响,获得了能量分布曲线、结构应力分布及变形图等结果,仿真结果与限位梁实际损坏情况较吻合。分析可知,利用碰撞对吸波体进行限位容易使限位梁发生屈服失效,并提出了改进方案,即通过增设蓄能器将吸波体多余的动能有效吸收,从而保护装置不被破坏。     

10kW组合型振荡浮子波浪发电装置的电力变换与控制系统

设计并开发10kW组合型振荡浮子波浪发电装置的电力变换与控制系统,用以实现波浪能到电能的最大效率转化和利用。电力变换系统基于离网型"背靠背"式拓扑结构进行设计,采用蓄电池组并联直流母线的方案来进行储能。为克服潮差对发电装置带来的不利影响,设计了一种潮位自适应控制系统,以确保装置的发电效率和结构安全。开发了远程无线监控系统,真正实现了对无人值守的海上发电平台的远程监控。通过海试结果,验证了电力变换与控制系统的可靠性和有效性。     

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。     

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。     

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。     

双浮子点吸收式波能转换装置参数研究

点吸收式波能转换装置是具有较好应用前景的一种波浪能开发利用装置,其参数设计直接影响到波浪能开发利用的可行性与有效性.作者针对青岛斋堂岛目标海域海况,通过数值模拟首先应用单因素敏感性分析法分析了双浮子点吸收式波能转换装置的结构尺寸、锚固形式、波流夹角、PTO阻尼、PTO刚度等参数对装置俘能功率的独立影响规律.之后考虑多参...     

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。     

双击水轮内流道波能捕获装置研究

高效率波能发电系统的研究能够解决我国海岛的能源短缺问题。针对我国海浪谱主频带的频率较高,且能量显著集中在某一频带内的特点,选取基于双击转子的波能捕获系统,结合内流道的设计,水体的固有频率能够随着入射波频率的变化而变化,从而吸收海浪谱主频带内的波能。系统具有以海水为工作介质,发电环节选取直驱式旋转发电机,漂浮式安装的特色。其研究内容为:基于波能捕获装置的宽频带设计理论,设计和优化流道,确定内流道的型面,保证波浪激励能够充分转化为流道内水体的振荡。研究的波能发电系统具有工作带宽大、能够适应中国沿海的波能状况。可以提高系统运行的效率,为波能发电系统相关领域的理论研究和实际应用奠定基础。发电装置进行了实海况试验。     

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。     

垂荡式波浪能装置运动模型数值分析

垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。