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.     

新型棘轮止逆波能收集装置建模及数值分析

针对现有波浪能收集装置结构复杂、可靠性低及转化效率低等瓶颈问题,设计出一种新型棘轮止逆波能收集装置,该装置能够全周期可靠高效地利用海浪发电。建立了以海浪特性为外部激励的系统动力学非线性方程,推导了考虑发电机负载作用的能量转换效率公式。对系统参数进行了敏感性分析并结合某海域典型海浪特性,对浮体关键参数及装置转换效率进行了仿真预测。研究结果表明,选取较差波况条件下,发电机仍具有周期性的转矩输入特性及较高的平均发电效率。     

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。     

一种新型波浪能发电装置的性能

如何稳定有效地获取波浪能是海洋能研究方向的一个热点,设计了一种利用上下摆动叶片拾取波能的新型波浪发电装置。基于线性波理论,对叶片进行受力分析,得出计算装置拾取波能效率的方法,然后利用Fluent对装置模型进行模拟仿真,计算出模型的转矩,并且得到叶片的最优摆角。讨论分析了如何计算装置的发电功率,进一步验证了装置的可行性,为下一步定量优化装置,提供了理论依据。     

惯性式波浪能供电浮标的液压能量转换系统设计研究

浮标是海洋探测的重要工具,就地取能利用波浪能为浮标供电可以满足其对高电能供给的需求。针对惯性式波浪能供电浮标,研究其液压能量转换系统的设计方法。利用CUMMINS时域方程建立描述由浮标和内部惯性体组成的双体系统的非线性间断动力学模型,得到影响波浪能量捕获过程的主要因素如下：蓄能器的压强体积比Ka和综合液压马达排量、发电机负载电阻与特征系数的影响系数Kr。在液压蓄能器容积为无限大的假设前提下,得到悬挂弹簧的最优弹性系数。对液压系统参数的研究表明,Ka不影响捕获的波浪能功率以及蓄能器平均压强但影响蓄能器压强的波动幅度;捕获的波浪能功率为Kr的单峰函数,而峰值处对应着Kr的最优值;使蓄能器压强标准差系数达到规定阈值的最大Ka值即为Ka的最优值。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

阵列筏式波浪能发电系统设计与试验研究

结合点吸收式和筏式波浪能收集技术,提出一种阵列筏式波浪能发电系统。该系统可利用多组振荡浮子与漂浮平台之间的相对运动,同时收集多点波浪能,并转化为电能输出。详细叙述系统的结构和工作原理,进行系统受力和能量转化效率分析,理论计算表明单个浮子的最佳能量转化效率可达31.7%。进行实海况海试试验,通过数据分析发现,投入运行的振荡浮子数目越多,系统发电量越大,但能量转化效率越低。试验结果证明本系统原理正确,为海洋波浪能开发利用提供了一种新的方法。     

Effect of wave conditions on the performance and internal flow of a direct drive turbine

The purpose of the present study is to investigate the effect of wave conditions on the performance and internal flow of a newly developed direct drive turbine (DDT) model for wave energy conversion experimentally. All the experiments using the test turbine models are conducted in a 2-D wave channel. Monochromatic waves of various conditions of wave height and wave period are applied to the turbine performance test. The influences of turbine configuration on turbine performance are also investigated. Test results show that rotational speed, differential pressure, incident flow rate, maximum output power, and best efficiency of the turbine model vary considerably depending on the wave conditions. Installation of a front guide nozzle and a rear water reservoir to the test turbine improves the turbine performance. Large passage vortex occurs both at the front and rear turbine nozzles in turn through a reciprocating flow in the turbine passage. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Jun Sang Park Young-Do Choi received his B.E. and M.E. degrees in Mechanical Engineering from Korea Maritime University, Korea in 1996 and 1998, respectively. He received his Ph.D. in Engineering from the Yokohama National University, Japan in 2003. Dr. Choi is currently a research professor at the School of Mechatronics, Chanwon National University in Changwon, Korea. His research interests include ocean energy, wind power, small hydro power, fluid machinery, PIV and CFD. Chang-Goo Kim received his B.E. and M.E. degrees in Mechanical Engineering from Korea Maritime University, Korea in 2007 and 2009, respectively. Mr. Kim is currently a doctorate student in the Department of Mechanical Engineering, Graduate School, Korea Maritime University. His research interest includes ocean energy. Young-Ho Lee received his B.E. and M.E. degrees from Korea Maritime University, Korea. He received his Ph.D. in Engineering from the University of Tokyo, Japan. Dr. Lee is currently a Professor at the Division of Mechanical and Information Engineering, Korea Maritime University. His research interests include ocean energy, wind energy, small hydro power, fluid machinery, PIV, and CFD.     

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。     

Hydraulic design and performance analysis on a small pump-turbine system for ocean renewable energy storage system

Korea has a myriad of islands in the south western coast that extensively rely on diesel generators for power production, which increase cost and environment pollution. The small hydro pump-turbine system for ocean renewable energy storage system is a kind of hybrid system that can reduce the usage of diesel generators and help to contribute to the environment in a positive manner by helping to reduce carbon emissions. The study focuses on initial hydraulic design and numerical analysis of a 30 kW-class pump-turbine system for energy independent islands in South Korea. The purpose of the study is to propose an ocean renewable energy storage system using a small pump-turbine system working with seawater. A 30 kW-class pump-turbine does not require a large head; approximately 30 m is sufficient for the design and application. Several other renewable energy systems like wind turbines, tidal turbines, wave energy converters and solar energy could be used to make a hybrid system with pump-turbine. The initial design achieved more than 85 % efficiency in both pump and turbine modes. However, further optimizations of the impeller blade shape and number of guide vane and stay vanes could improve the overall efficiency of the system.     

波浪能转化液压系统动态特性及能量转化的研究

波浪能液压转化系统采用圆柱浮体垂荡运动激励液压缸，液压缸活塞往复振荡将波浪能转化成液压能，经过调节阀组和蓄能器储存输入液压马达，马达驱动发电机转化成电能。建立不规则波浪作用圆柱浮体并激励液压缸活塞的时域动力模型，建立液压系统蓄能器和马达能量传输及转化模型，研究了液压缸和蓄能器能量转化过程中压力和流量、马达转速和输出功率的动态特性。分析了随机波在液压系统中的能量传输规律和转化效率。     

海洋能在海洋环境测量标上的应用

本文探讨了海洋能装置在洋环境测量标上的应用。详细介绍了波浪能、潮流能装置的工作原理及其不同类型装置的工作方式和应用范围，展望了其在海洋观测中的应用前景。     

新型波浪发电装置的研究与开发

为解决海上偏远而分散的小功率用电设施的供电问题,满足波浪发电机在耐久性、蓄能性、高效率,以及低成本和安全性等方面的更高要求,设计了一种新型波浪发电装置,该发电装置的箱体可以固定在用电设施内部并跟随其摆动,利用发电装置内部的摆锤与箱体产生的相对摆动来收集波浪能,经超越离合器将主动轴的往复转动转化为两侧发电机的单向旋转从而...