半潜式多浮体波浪能发电装置的水动力性能分析

为缓解能源危机及环境恶化,加大对可再生能源的开发利用,本文将点吸收式与筏式波浪能转换技术相结合,提出一种半潜式多浮体波浪能发电装置。该装置主要由中央漂浮平台、振荡浮子、液压系统及驱动臂组成,将多个振荡浮子布放于海面上并采集波浪能。为了提高装置的波浪能采集效率,利用AQWA水动力仿真软件对波浪能发电装置进行建模仿真分析,改变模型中浮子的质量、尺寸及结构等参数进行频域计算并分析单个浮子的频域响应;同时对单个浮子及装置整体在波高为1 m,波浪周期分别为5 s和3 s的海况下的时域响应特点进行分析。结果表明：浮子吃水部分的几何形状对于浮子附加质量及波浪激励力影响较大;同时当浮子的直径为2 m且浮子结构为圆柱形时,浮子的垂荡振幅更大,说明在波浪频率较低时更有利于最大限度地捕获波浪能,提升装置整体效率;而对于波浪频率较高海域,应当适当增加浮子直径,减轻浮子重量,采用圆锥形浮子,从而更有利于浮子捕获波浪能。采用最优浮子结构后,装置的波浪能捕获宽度比提升约95%,说明选用合适的浮子结构能够有效地提升装置的波浪能采集效率。     

典型半潜式平台结构的微振子捕能特性研究北大核心CSCD

半潜式平台在海洋资源开发领域应用前景广阔,但存在平台设备能源供给不足的问题。本研究把常见的半潜式平台简化为三种典型的浮式基础,将波浪能发电装置集成至浮式基础,建立浮式基础与浮子耦合的运动方程,利用水动力仿真软件AQWA开展数值模拟和参数化分析,获得了波浪方向、浮式基础的截面形状、浮子直径以及浮子与浮式基础间距等因素对浮子捕能特性的影响规律。结果表明,四棱柱浮式基础在特定波浪方向下能够增强微阵列浮子的捕能效果,三棱柱浮式基础使微阵列浮子更好地适应各个方向的波浪激励,圆柱浮式基础以遮蔽效应为主,较大程度上减弱了浮子的捕能特性;不同波浪方向对四棱柱浮式基础、三棱柱浮式基础周围的浮子影响较大,而对基于圆柱浮式基础的微阵列浮子影响不大;通过增加浮子的直径以及浮子距圆柱浮式基础的距离,能够有效提高微阵列浮子平均输出功率。本研究可为半潜式平台与波浪能发电装置的集成提供参考。     

浮子式波浪能转换器运行特性的试验研究

浮子式波浪能转换器是将波浪能转换为液压能或电能的主要利用形式之一,其运行特性直接影响到波浪能开发利用的可行性与有效性。本文对浮子式波浪能转换器的运行特性进行了物理试验研究,分析了不同波浪要素、非线性外负载、装置几何布置和锚固方式条件下,波浪能转换器的浮子动力响应、活塞泵出水流量和装置转换效率的变化规律。研究结果表明:固定尺寸的波浪能转换器在满足最优波频和外负载条件时可取得最大转换效率;波浪能转换器的最优几何布置形式会受到外负载的影响,大负载作用下单浮子式波浪能转化器的效率值大于其他布置方式;双浮子式波浪能转换器的锚固约束越少,转换效率越高。     

阵列式波浪能发电装置的水动力分析

提出了一种新型阵列式波浪能发电装置,叙述了该装置的工作原理。对装置的波浪能采集部分建立了仿真分析模型,并基于AQWA对模型进行了参数设置及有限元网格划分。以仿真模型为基础,分析了单个浮子在不同尺寸及不同吃水下的频域响应RAO值,同时对整个浮子阵列在不同波向下的时域响应特点进行了分析。发现在浮子吃水深度为1.2至1.4m,浮子直径为2.8m时,单个浮子的RAO值较大,而波浪波向为22.5°时,浮子阵列中各浮子间振幅差较小,且浮子阵列的平均振幅较大,有利于更加稳定高效地采集波浪能。     

阵列浮子式波浪能发电装置的水动力性能分析

阵列布置是浮子式波浪发电装置的未来趋势,为研究阵列浮子的水动力性能,文章提出了一种阵列浮子式波浪能发电装置,叙述了该装置的工作原理,基于势流理论对振荡浮子的水动力特性进行理论分析,在此基础上建立了仿真分析模型,并利用水动力分析软件AQWA分析了单个浮子在不同吃水下的频域响应RAO值,设计了工程样机并开展了海试试验,通过工程样机的实海况运行对理论分析和仿真结果进行了验证。机组试验数据表明,合理优化布置的阵列浮子对整个波浪能发电系统的稳定高效功率输出有很大作用,文章研究结果对进一步优化阵列浮子式装置的结构奠定了基础,具有一定工程意义和学术价值。     

多点直驱式波浪能发电系统浮子阵列的模型分析及数值模拟

提出了一种新型多点阵列式波浪能发电装置,叙述了装置的工作原理。对该装置浮子阵列部分建立了数值模型,进行了相关参数设置及有限元网格划分。以数值模型为基础,分析讨论了不同波向时浮子阵列被布置成圆周式、双列式和单列式3种情况下的水动力响应特点以及浮子间距对各浮子波浪能吸收的影响。经研究发现,不同波向下,圆周式布放的浮子阵列的平均振幅最大,较少受到波浪传递方向的影响,同时,该方式下浮子间距为8~10 m时是最佳浮子距离。     

基于差分进化的波浪能转换装置阵列优化

针对如何有效利用波浪辐射和散射以提升波浪发电系统效率的问题,提出采用差分进化算法对波浪能转换装置阵列进行优化排布。差分进化算法全局搜索能力强并且计算时间少;同时,差分进化算法在精度和收敛速度上没法两全且可能会陷入局部解,为了使优化结果更准确,引入了自适应变异算子的概念对差分进化算法进行改进,改进后的算法收敛速度相对较快而且结果准确度高。结合改进算法,分别针对不同浮子数目的阵列进行优化与对比分析。仿真结果表明,阵列规模越大,浮子之间的互补作用越大,波浪能转换装置的效率越高,这验证了所提阵列优化方案的有效性。     

基于风浪和灰色模型的波浪能发电系统输出功率短期预测

波浪能具有随机波动性,会对波浪能发电并网以及电力系统的安全稳定产生重要影响,准确预测波浪能可为电力调度控制带来极大便利。提出基于风-浪和灰色模型的波浪能发电系统功率预测方法,在波功率历史数据不足或缺省的情况下,能够依据风浪相关性及风速历史数据有效预测波浪功率。首先分析了风与波浪的相关性和时延特性,建立风-浪经验模型对波高进行短期预测,并利用灰色GM(1,1)模型对波浪短期预测结果进行残差修正。在此基础上,基于直驱式波浪能发电系统分析并建立了波高-功率转换模型。通过实例分析对波浪能发电功率的预测结果进行了验证。     

斋堂岛海域波浪能资源的数值模拟研究北大核心CSCD

近些年来,波浪能作为新型可再生能源日益受到人们的重视。波浪资源评估对于研发波浪能发电装置、为波浪发电场选址具有至关重要的作用,目前主要通过实地观测和数值模拟两种手段对波浪资源进行评估。本文利用第三代波浪模型对斋堂岛附近海域进行了数值模拟,分析了当地的波浪条件并对蕴藏的波浪能资源进行了初步评估,并对目标位置的波浪资源进行了详细地计算和分析。计算结果表明,斋堂岛海域波浪资源有着显著的季节变化特征,波浪集中分布在东–南方向,最大波能流密度可达25 k W/m,资源相对稳定。     

直驱式波浪发电系统浮子形状与排布优化研究

提出通过浮子形状和排布结构的优化,提高直驱式波浪发电系统(DDWEC)的能量吸收效率,并改善输出功率波动问题。文中推导分析了DDWEC水动力模型,提出了水动力参数的优化原则,根据优化原则提出了浮子形状的优化措施,采用WAMIT软件仿真验证了对提高能量吸收效率的有效性;同时,基于浮子优化结果,在考虑浮子间互相影响的情况下,通过波浪发电场的排布结构优化,改善了DDWEC功率波动的问题,削弱了遮蔽效应等浮子间的影响,提高了波浪发电场的能量吸收效率。