阵列振荡浮子式波能转换装置试验

本文介绍了一种阵列振荡浮子式简易波能转换装置,试验证明了该波能转换装置在没有进行二次转换的情况下,不仅保证了波能采集系统的性能稳定性而且提高了能量转换效率,为振荡浮子式波能转换装置的工程应用提供了有益的参考。     

不同特征宽度对俘获宽度比的影响分析

特征宽度是计算波能转换装置俘获宽度比的重要参数，国内外目前尚无统一的计算方法。为了研究不同特征宽度计算方法对俘获宽度比结果的影响，提出了波能转换装置特征宽度的一种计算方法，利用典型振荡浮子式波能转换装置“Wavebob”的数据，建立振荡浮子AQWA数值模型并进行水动力学分析，计算了4种特征宽度计算方法下的能量俘获宽度以及俘获宽度比。研究结果表明，不同特征宽度的计算方法对俘获宽度比结果影响显著，规则波条件下的最大差值为27.19%，不规则波条件下为13.14%；因此在计算波能转换装置俘获宽度比时，应根据装置形式合理选择特征宽度计算方法。研究结果对于波能转换装置特征宽度的计算以及评价俘获性能方面具有重要的应用价值。     

新型波能发电装置的模型设计及试验研究

为了开发和利用海洋中蕴含的波浪能,设计了一种以漂浮浮体作为波能采集装置的新型波能发电系统。此新型漂浮式波能发电装置与其他波能发电装置相比,具有结构简单、适用性强、维护方便、不受水深限制等优点。采用理论分析与模型试验相结合的方法,研究浮体初始吃水深度和入射波波高变化对波能采集浮筒运动的影响。实验结果表明：波能装换效率达到12.17%,验证了模型试验设计的可行性,并对漂浮式波能发电装置的实物设计具有指导意义。     

波流联合作用下振荡浮子式波浪发电机动力学分析

参考某型振荡浮子式波浪发电装置的具体参数,结合该装置工作过程,使用水动力分析软件OrcaFlex建立了在不同海况下装置工作过程中的动力学分析简化模型,分析了流、波以及波、流联合作用对振荡浮子式波浪发电装置张力、弯矩沿缆长方向的变化规律以及装置能量转换效率的影响。结论对海洋可再生能源研究有一定的参考价值。     

两节筏式波浪能发电装置水动力性能研究

基于CFD方法对两节筏式波浪能发电装置进行数值分析,建立二维数值波浪水槽模型,验证波与物的相互作用,并与已公开的实验数据进行对比。研究装置几何尺寸比例、相对波高、波频对装置转换效率和透射系数的影响,结果表明：几何因素对转换效率影响比较明显,当筏板长度相同时,前筏尺寸较小的,转换效率更高;总筏长度增加,转换效率也在增加,在控制成本的前提下,前后对称的筏更适合投入实际生产和使用;在装置几何尺寸相同时,装置转换效率先随波频增大,在装置与波发生共振后,继续增大波频,装置转换效率会减小。而对于透射系数只有在总长度或波频增加时,系数才逐渐变小,装置前后的比例与相对波高对透射系数的大小几乎没有影响。     

多自由度轴对称型波能转换装置水动力性能研究

提出了由垂直轴对称浮体和铰接动力输出(PTO)管组成的多自由度波能转换装置,垂向动力输出机构安装在PTO管内,在波浪作用下浮体可沿PTO管滑动。应用线性势流理论建立该波能转换装置的水动力分析模型,并简化为浮体垂荡、浮体及PTO管相对于铰接点的纵摇和横摇3个单自由度运动方程。为了验证计算模型的正确性,在随浪工况下将各单自由度频域计算结果与基于AQWA-NAUT时域计算结果进行了比较。点吸收装置通常利用海浪作用下浮体相对于固定框架或水下物体的垂荡运动获取能量,其能量俘获带宽相对较窄,而论文提出的新型波能转换装置可俘获浮体多个自由度方向的能量。研究表明,相对于垂荡单自由度点吸收装置,新型多自由度轴对称型波能转换装置可提高波能俘获效率及能量俘获带宽。     

海蛇式波能转换装置发电功率参数的数值模拟研究

本文基于三维线性势流理论以及铰接多浮体运动方程,研究了海蛇式波能转换装置各个铰链处的相对转角,从而得到整个装置产生的总发电功率。本文首先研究了铰接刚度以及铰接阻尼对于总功率的影响,然后研究了装置吃水深度对于总功率的影响,最后分析得到本文模型的最优参数取值。     

振荡浮子式波能发电浮堤一体化装置性能研究

文章提出一种带消波水道的方箱型浮式防波堤与振荡浮子式波浪能发电一体化装置概念设计方案,应用ANSYS Fluent软件,通过锚泊线准静态法、多体耦合动力学理论与Newmark-β法对一体化装置进行耦合水动力计算,分析不同阻尼及水道构型参数对集成系统消波与俘能效率的影响.结果 表明,在阻尼选取区间内,线性等效电磁阻尼的俘能效率整体上大于Coulomb等效液压阻尼,增加浮子质量或增加线性阻尼系数,均可提升一体化装置的俘能效率,而对消波性能影响甚微.减小出口宽度,对俘能效率的提升有利并能提升消波性能.当消波水道入口完全浸没于水下时,俘能效率相对更高,消波效果更优.这种新颖的一体化装置构型为后续相关的消波与波浪能转换耦合水动力模型研究提供了思路与借鉴.     

共轴双柱式波能装置水动力及能量转换特性研究

为解决波能转换装置向深水环境推进过程中存在的系统稳定性和能量转换效率问题,借鉴海洋工程中常用的稳性辅助构件形式,在现有的点吸式波能装置基础上引入阻尼板.基于线性微幅波假设,通过特征函数展开和边界匹配的势流半解析方法,结合多自由度振动理论,探索阻尼板的存在及其构型参数变化对获能系统水动力、运动响应及能量转换效率的影响.计算结果表明,阻尼板会降低浮子受到的波浪激励力,阻尼板与浮子间的相互作用水动力大于浮子自身运动受到的水动力,且主要体现在惯性载荷部分;阻尼板会使系统出现两个耦合共振频率,且新出现的共振频率对阻尼板半径更加敏感,在较小共振频率处的最优波能转换效率均随着阻尼板半径和浸没深度增加先增大后减小.研究结果可为深水波浪能利用的工程应用提供理论基础,为后续振荡浮子波浪能发电装置优化提供依据.     

浮力摆式波浪能装置水动力性能的试验研究

文章采用磁粉制动器模拟PTO阻尼研制了浮力摆式波浪能装置的物理模型,并采用有机玻璃制作摆板,采用高速CCD摄像机追踪浮力摆运动过程。通过水槽试验分析了浮力摆的固有周期、波能功率的非线性影响、PTO阻尼特性,并研究了浮力摆摆幅、转换功率和转换效率随波况、激磁电流的变化情况。研究表明:试验波面的非线性对于波能功率的影响不大;各试验工况中装置摩擦阻力矩的幅值基本相等,约为1.5 Nm;PTO阻力矩的模拟结果与恒定阻力矩存在较明显差别,波周期对装置的PTO阻尼特性和浮力摆摆幅有显著影响;根据试验结果,在周期5.0 s、波幅0.34 m的原型海况条件下,激磁电流为0.6 A时,装置的转换功率约为14 kW,转换效率约为60%。     

一个基于相对垂荡波能转换装置的对比试验

本文介绍了一个基于相对垂荡波能转换装置模型实验,对模型按既定要求进行改造,实验对比模型改造前后的各种工作状况及能量转换效率。     

自升式波浪能发电装置设计与试验研究

为了解决能源短缺问题,着眼于开发丰富的波浪能,设计了一种以自升式平台为载体的新型波浪能发电装置。此新型自升式波浪能发电装置与其他波浪能发电装置相比,具有抗风、抗浪、连续、高效、稳定、适应性强等优点。采用理论分析与实物试验相结合的方法,研究该装置实施波浪发电的可行性。试验结果表明:自升式波浪能发电装置在实际海况下能够正常进行发电作业,验证了该波浪能发电装置的可行性,波浪发电效率超过项目技术指标的15%,达到了预期的效果。总的来说,自升式波浪能发电装置已经在多方面实现了突破,总体技术达到了国内领先水平。     

水下波能装置的波致弹性变形研究（英文）

Structural integrity has remained a challenge for design and analysis of wave energy devices. A difficulty in assessment of the structural integrity is often laid in the accurate determination of the wave-induced loads on the wave energy devices and the repones of the structure. Decoupled hydroelastic response of a submerged, oscillating wave energy device to extreme nonlinear wave loads is studied here. The submerged wave energy device consists of an oscillating horizontal disc attached to a direct-drive power take-off system. The structural frame of the wave energy device is fixed on the seafloor in shallow water. Several extreme wave conditions are considered in this study. The nonlinear wave loads on members of the submerged structure are obtained by use of the level I Green-Naghdi equations and Morison's equation for cylindrical members.Distribution of Von Mises stresses and the elastic response of the structure to the extreme wave loads are determined by use of a finite element method. The decoupled hydroelastic analysis of the structure is carried out for devices built by four different materials, namely stainless steel, concrete, aluminium alloy, and titanium alloy. The elastic response of these devices is studied and results are compared with each other. Points of maximum stress and deformations are determined and the structural integrity under the extreme conditions is assessed. It is shown that the proposed approaches provide invaluable information about the structural integrity of wave energy devices.     

了对垂荡运动浮子在海水淡化中的应用探讨

介绍了基于相对垂荡运动的波能转换装置进行海水淡化系统的结构及工作原理,该装置能够效率较高的吸收和转化波浪能,并利用反渗透法直接进行海水淡化。分析表明:在一定设计参数下的相对垂荡浮子所吸收的波浪能,能够满足海水淡化系统正常工作。     

浮岛式波浪能压电发电装置的结构设计与应用

提出一种简单高效、制造方便的浮岛式波浪能压电发电装置,浮岛随波运动使压电陶瓷产生形变,获得的电能经整流后由并联的超级电容器存储并收集。该装置以多浮岛为运维载体,引入压电效应开发利用波浪能,具备能量输出稳定、能量密度更高、可构建发电网络等优势。试验结果表明,增加振动频率可有效提高压电发电设备的电流与效率。压电发电装置可取代或淘汰电池供电方式,适应复杂水文地质条件下的环境监测、气象预测、科考探察、军事监管等领域低功耗无线传感器设备自给式供电的应用需求。     

振荡浮筒式波浪能发电装置设计与实验研究

为解决海岛海水淡化以及用电问题,设计了一种以浮筒作为波浪捕获装置的小型模块化波浪能发电装置。该装置通过浮筒有效捕获波浪能,转换为浮筒的机械能,再转换为液压能,最后通过液压马达驱动而转换为电能。该发电装置设置了液压蓄能器,使波浪能转换为电能经历了三级转换。蓄存的能量经压力控制系统调节后,增强了连续工作能力,提高了整个系统的安全性和大浪下的发电能力,最终有效解决了波浪能输出不稳定、不连续的关键难题。     

舰船综合电力系统若干问题分析

我国舰船综合电力系统正处于关键时期,面临如何进一步发展的抉择。通过对舰船综合电力系统的基本概念、发展动因、技术路线和关键技术等问题的分析,指出综合电力系统的实质是实现电能的灵活分配,发展综合电力系统的目标是为了打造电力海上力量,陆上演示验证是舰船综合电力系统发展的关键步骤。同时提出能量管理系统应包含电力系统调度的内容,应全面开展高功率密度推进电机的研究。     

波浪能在航船上的应用分析

为节约能源损耗,推进对海洋中波浪能的充分利用,概述了波浪能利用技术在船舶上的应用,分析现有波浪能装置在趸船或海洋平台上的应用,提出解决航行船舶利用波浪能的难题的总体思路,总结船舶使用波浪能利用技术的发展趋向;将波浪能发电装置应用于航行中的船舶,可以有效降低船舶航行时的碳排放,达到船舶节能减排的目的,实现绿色航运.     

波浪数据采集与双向振荡波浪发电装置仿真

波浪发电装置能量转换效率是表征其性能的重要指标,而各转换部分相关的数据均需要通过复杂、繁琐和成本极高的传统测试方式获得。通过Lab VIEW设计了一套波浪数据采集系统,利用虚拟仪器采集发电装置所在水域的波浪数据。同时,基于AMEsim建立波浪振荡发电装置的仿真模型,通过给定模拟信号,仿真液压系统中马达的压力、转速和扭矩特性曲线。与传统的实测数据进行对比分析,验证了仿真的合理性,仿真结果可为波浪发电装置设计的可行性和参数优化设计提供一定的参考。