波浪能发电装置及其液压系统研究现状和发展前景

波浪能是品质最高的海洋能,是一种取之不竭的清洁能源,随着能源危机和各种环境问题的出现,世界各大国已争相进入了对波浪能进行开发利用的时代。对波浪能发电装置的原理及分类进行了简要介绍,研究了波浪能发电装置普遍使用的液压系统转换装置及其仿真技术研究现状,并对波浪能及波浪能发电装置液压系统及其仿真技术的发展前景进行了展望。     

振荡扑翼波浪能发电装置系统建模与仿真

为了实现波浪能的采集与高效转换,提出一种振荡扑翼波浪能发电装置,通过采集机构、液压转换系统和电能变换及储能系统将随机波浪能转换为稳定的电能。基于扑翼与波浪耦合受力分析,设计波浪能采集机构方案;为了能量高效转换和保证液压系统稳定性,创成一种含多腔液压缸的液压转换系统;根据储能单元的额定电能需求,进行电能变换及储能系统方案设计与元件参数计算;基于多能域键合图理论和AMESim仿真软件,建立包括机-液-电的整体虚拟样机仿真模型;搭建仿振荡扑翼波浪能发电装置试验平台,模拟规则波浪进行试验,验证系统的有效性。研究结果表明,在三级海况和四级海况下振荡扑翼波浪能发电装置发电效率分别可以达到61.5%和66.2%,能够有效采集波浪能,实现电能的稳定输出并储存到蓄电池中。试验结果证明了振荡扑翼波浪能发电装置工作原理和参数设计的合理性。研究结果为波浪能发电装置的设计与开发提供了理论基础与参考。     

四浮子振荡扑翼波浪能发电装置设计与研究

为了实现波浪能的高效采集与稳定的电能输出，提出一种浮子半径为2.5 m的四浮子振荡扑翼波浪能发电装置的设计方案。基于多腔油缸液压转换系统，创成一种多腔油缸液压转换与合并系统，确定了系统的组成及工作原理，以及采集机构、液压转换与合并系统各元件参数。运用AQWA仿真扑翼角位移响应，AMESim搭建采集机构、多腔油缸液压转换与合并和电能变换与储能系统仿真模型，搭建仿振荡扑翼波浪能发电装置试验平台，模拟规则波浪进行试验与仿真研究。研究结果表明：在三、四级波浪作用下，四浮子振荡扑翼波浪能发电系统能够稳定工作，其蓄电池组平均输入功率分别为46.5 kW与56.5 kW,总容量为300 Ah的蓄电池组分别需要1.42 h与1.17 h充满；试验验证了四浮子振荡扑翼波浪能发电装置发电原理的合理性和可行性，研究成果为阵列式波浪能发电装置的开发与研究奠定了理论基础。     

波浪能多腔油缸液压转换系统设计与研究

以振荡扑翼波浪能发电装置的液压转换系统为研究对象,设计一种含有多腔油缸的液压转换系统,将波浪能转换为可利用的机械能。以波浪能高效采集和液压转换系统稳定输出为原则,设计一种多腔油缸并确定液压转换系统的组成及各元件的具体参数。针对不同海况,通过改变电磁阀换挡策略,实现对波浪能的采集,调节蓄能器的个数和预充压力使液压系统高、低管路的压力保持稳定,通过液压马达能够稳定输出机械能。运用AMESim仿真平台搭建采集机构和液压转换系统模型,模拟3级、4级和5级海况下采集机构的运动响应作为系统输入,分析液压转换系统的有效性、输出稳定性和转换效率。仿真结果验证,所设计的液压转换系统通过改变电磁阀换挡策略,能够实现对波浪能的高效采集,并有效提高液压转换系统的稳定性和转换效率。为振荡扑翼波浪能发电装置的液压转换系统的开发与研究奠定了理论基础。     

筏式液压波浪发电装置系统仿真实现

针对海洋波浪能资源利用,设计一种大型筏式液压波浪发电装置,介绍了该装置的总体结构及其液压发电系统组成,利用AMESim与Simulink分别建立其液压与发电控制系统仿真模型,通过AMEsim与Simulink联合仿真使得该类复杂的波浪能发电系统的计算机仿真实现及设计方案可行性验证成为可能,从而对关键设计参数进行优化,并根据我国近海波浪特征,使系统各参数达到最优匹配性,开发一种适合于我国近海应用的筏式波浪发电装置。     

漂浮式波浪能装置能量转换系统研究

能量俘获系统与能量转换系统构成整个波浪能装置,其中能量转换系统是波浪能利用的关键环节。设计一套适用于漂浮式波浪能装置上的液压式能量转换系统,包括液压缸、液压马达、蓄能稳压系统、液压控制系统及发电机。液压控制系统中采用特制的“液压自治控制系统”,用于根据发电许可最大压力与最小压力控制液压系统能量释放与储蓄动作,并将最大压力提高到23 MPa,最小压力提高到9 MPa。大量试验数据表明,压力提高后的液压转换系统较之以前的液压系统在效率和可靠性方面有明显的改进,对波浪能海况试验样机研发意义重大。     

波浪能发电装置功率特性现场测试分析方法研究

随着我国波浪能发电装置研发的迅速发展,多批波浪能发电装置均已开始投入实海况运行,提出系统可靠的波浪能发电装置功率特性评价方法日益迫切。参考国际电工委员会发布的波浪能发电装置功率特性测试规程,围绕波浪能发电装置运行特点以及测试海域实际海况测量情况,提出包括准备阶段、测试阶段、数据处理阶段以及功率特性分析阶段的完整的波浪发电装置标准化测试系统。应用提出的测试方法,对我国自主研发的"万山号"波浪能发电装置及布放海域进行波浪能发电装置功率特性测试,测试结果验证了方法的可行性,为波浪发电装置技术创新打下了基础,为波浪能发电装置功率特性的评估提供了技术支持。     

波浪能捕获及发电装置研究进展与技术分析

针对目前波浪能发电成本高、结构复杂、能量转换效率低等问题,对波浪能发电的基本原理、新型发电装置及相关新技术进行了研究。具体对直线电磁型、压电型和电活性聚合物型波浪能发电装置进行了总结和分析,探究了点吸式、振荡水柱式、振荡摇摆式和筏式等波浪能捕获装置的工作原理、优缺点、适用场合和应用前景,特别对新型的波浪能发电技术—介电弹性体发电机进行了分析和探究;同时对波浪能发电技术的进一步发展提出了建议。研究结果表明,对比其他方式的波浪能捕获装置,基于介电弹性体的波浪能装置发电成本更低,结构更加简单,能量转换效率更高。     

摆式海洋波浪能量转换原理与应用

摆式海洋波浪能量转换装置具有转换效率高、成本较低等优点,将会越来越多地用于发电系统并接入电网。该文介绍摆式海洋波浪能发电装置的基本原理,综述国内外几种典型的摆式波浪发电装置及其运行情况,包括日本推摆式波浪发电装置、中国大管岛悬挂摆式波浪发电装置、芬兰WaveRoller海浪发电机和英国WRASPA波浪发电装置等的液压转换原理和特点。     

新型波浪能发电平台的设计

论文针对波浪能发电的特征,提出了一种新型的波浪能发电方法,对发电装置进行了设计。通过对海洋环境的研究,对波浪能发电装置所处的载体平台进行了设计,给出了新型波浪能发电平台的总体设计。论文通过对非工况下该发电平台发电效率的计算,对其应用前景进行了评估。     

基于波浪能的海洋浮标发电系统

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本高。为简化波能转化装置,提高波浪能的利用率,降低波能转化装置的成本,设计一套基于波浪能的海洋浮标发电系统,可以直接将波浪能转化为电能。详细叙述海洋浮标发电系统方案设计;并对海洋浮标进行运动建模和参数推导分析;基于Matlab对发电机在不同海况下进行仿真,得到空载电压波形,根据波形理论分析出影响发电机性能的主要因素为波高和频率。理论分析及仿真结果可以指导导磁结构的圆筒型直线发电机的理论研究,并为基于波浪能的海洋浮标发电系统的工程应用提供依据。     

波浪能发电半物理仿真试验技术研究

波浪能发电装置下海部署前评估其发电系统性能对装置的研发至关重要.目前评估方式主要有计算机仿真和实验室水池试验或者海试.计算机仿真依赖于精确的数学模型,实验室水池测试和海试耗资大,且小模型物理试验有时难以准确反映原型的实际情况.为了解决这一问题,研究一套能模拟波浪作用的半物理仿真试验平台,通过在仿真回路中接入真实的发电系统,并设计一套液压驱动系统实时复现波浪作用下浮子的运动,无需实验室水池或者海试便可实现装置下海部署前对其发电系统性能进行测试.为验证半物理仿真试验方案的可行性,以中国典型海况为例,以筏式波浪能发电装置为研究对象,设计制造出半物理仿真试验平台.在此基础上,研究液压驱动系统的跟踪性能和发电系统的性能.结果表明,所设计的液压驱动系统能很好地复现波浪作用下两筏体间的相对纵摇运动,半物理仿真试验平台的测试结果能较好地反映发电系统的性能.研究成果为模拟波浪能发电和评估其发电系统性能提供一种相对廉价又有效的试验方式.     

浅谈波浪能发电过程中存在的问题

波浪能发电技术自20世纪问世以来便广受关注,其中关于波浪能发电装置的设计方案层出不穷,但是实际投入应用并能实现高效率发电的装置并不多见。针对当前波浪能转化成电能的过程中几个关键的步骤,结合波浪运动的原理,概述了常见的典型的波浪能发电装置在发电过程中存在的问题,总结了目前的波浪能发电装置不能大规模投入实际应用的原因。根据波浪运动的力学原理计算了波浪运动过程中携带的原始能量,原始能量需经过导能装置进行初次转化,再由导能装置传给发电机进行第二次转化并最终以电能的形式被收集。最后,根据上述过程中存在的问题给出了相应的建议。     

基于STM32的波浪能发电装置远程监测系统

针对波浪能发电装置的监测需求,结合波浪能发电装置的工作环境,设计了一个基于STM32的波浪能发电装置远程监测系统,该监测系统包括数据采集处理模块、数据远程传输模块以及数据监控终端三部分。数据监控终端通过数据远程传输模块与数据采集处理模块建立通信,数据监控终端向数据采集处理模块发送查询信息,数据采集处理模块将监测数据按照Modbus通信协议打包,通过数据远程传输模块发送至数据监控终端。实验结果表明,该监测系统运行可靠,可以满足发电装置远程监测的需要。     

摆式海洋波浪发电原理与事例

海洋波浪能作为一种绿色可再生能源,各国政府正在竞相开发利用.分析海洋波浪发电装置的原理,综述日本悬挂摆式波浪能发电装置、英国Oyster浮力摆式近岸波浪能量转换装置、芬兰WaveRoller近岸海底波浪发电装置、澳大利亚BioWAVE波浪发电装置、挪威Langlee漂浮双摆板摆式波浪发电装置等国外五种摆式波浪发电装置,为我国海洋能源开发提供借鉴和参考.     

基于6-UCU并联机构的波浪直线发电机建模及性能分析

针对波浪运动的多方向传播特性,为提升波浪能俘获及转换效率,提出了一种基于6-UCU六自由度并联机构的波能直线发电装置.其中,动平台与浮筒相连实现波浪能的俘获功能,6条支链由具有相同动、定子参数的电磁式直线发电机构成,实现波能转换能量传递(Power Take Off,PTO)功能.基于微幅波理论和F-K(Froude-Krylov,弗汝德-克雷洛夫)假定法计算装置所受到的波浪力.采用ADAMS和MAXWELL相结合的方法,构建直线发电机的电磁场有限元仿真模型,通过最小二乘法拟合动定子的相对运动速度变化规律,并对直线发电机的能量转换及发电性能进行分析,讨论发电机支链动子上永磁体间距对发电机性能的影响规律.通过计算,所设计装置的波能转换效率可达33.37％.研究结果为多方向波浪能量转换装置的设计提供了一定的理论依据.     

直线式波浪能发电装置设计

针对旋转式波浪能发电装置由于存在中间环节转换而导致发电效率降低的问题,围绕直线式波浪能发电装置设计中的关键技术,通过三维建模技术和Ansoft/Maxwell仿真软件,开展了铁芯槽口大小优化、磁铁充磁方式选择、磁铁间隙优化以及铁芯纵向端部效应改善和弥补方法等研究,提出了一种直线式波浪发电装置,对优化后的直线发电机模型进行了电磁瞬态仿真分析,进而得出该发电机的电磁力矩曲线、磁链曲线、以及所产生的感应电动势曲线图,为直线式波浪能发电装置设计提供了理论依据。研究结果表明,该发电机的励磁源选择了钕铁硼永磁材料,具有功率大、性能指标较优越、结构紧凑简洁、噪音低、效率高等显著优势,端部铁芯齿宽度增大可以解决和弥补纵向边端效应的问题。     

新型路面发电装置的设计与初步研究

为解决机动车辆路过路面减速装置时大量压力能被消耗的问题,将液压传动技术应用到路面减速装置中.开展路面发电装置机械结构和液压系统设计的分析,建立机动车辆经过减速装置产生的机械量与液压系统产生的液压能之间的关系,设计了路面减速发电装置.通过对该装置的理论计算,结果表明:此发电装置设计合理,经济效益显著.     

球形摆式波能发电装置研究

基于波浪能转换原理提出一种新型的球形波浪能发电装置,介绍了该装置的结构、工作原理及特点。利用水动力学软件AQWA对该种新型的球形摆式波浪发电装置进行研究,分析了波浪高度、波浪周期及波浪波动方向等对球形浮体的摆动幅度影响。研究表明:波浪周期是影响响应快慢和波形图宽度的主要因素。波浪越高,波浪周期越短,波动方向与发电装置的支架任意中线所成角度越小,球形浮体的摆动响应越快,摆动幅度越大。以上研究结果为该装置的实际应用提供理论依据。     

简易压电晶片式液压发电装置的设计及试验

为实现低频率,高强度的振动能量回收和利用,提出一种基于压电流体耦合作用的压电晶片式液压发电装置。通过理论分析设计结构,采用直径60mm,厚度1.6mm的压电晶片以及直径16mm,高度50mm的液压缸制作样机,用水作为工作介质,测试了装置在不同激励频率、激励电压、系统背压及加载质量等条件下的电压输出情况。试验结果表明:当激励频率(工作频率)在27Hz左右时,该压电晶片式液压发电装置的输出电压达到最大,且在一定的范围内,发电装置输出电压随着激励电压、系统背压及加载质量的增加而增加,验证了液压-压电发电的可行性。