山东褚岛北部海域波浪能资源分析

山东省褚岛北部海域是中国建设中的波浪能和潮流能试验场场址所在,该文利用MIKE21 SW波浪模型结合实际观测对该海域的波浪场进行模拟计算,分析该海域的波浪特征和波浪能资源分布,评估试验场海域波浪能发电装置可进行试验测试的有效时间。研究发现:褚岛北部海域的波浪场空间分布较规律,波高等值线基本平行,向外海逐渐增强,年平均有效波高0.6～0.8 m,年平均波浪能密度2.0～3.0 kW/m,且季节差异显著。冬季波浪能资源丰富,波浪能密度可达6.0 kW/m,夏季则较弱。试验场海域波浪能可利用的有效时间全年约3494 h,主要集中在冬半年。     

波浪能发电装置现场测试与评价分析

研究国际电工委员会发布的波浪能发电装置功率特性现场测试规程中的测试方法,借鉴中国国内风力发电机组电能质量现场测试方法,根据波浪能发电装置的研发阶段,确定中国对波浪能发电装置的现场测试指标主要有功率特性矩阵、转换效率、电压偏差、频率偏差等指标,并提出针对这些指标的现场测试方法。应用提出的波浪能发电装置功率特性和电能质量特性现场测试方法,针对中国自主研发的"万山号"波浪能发电装置及布放海域,制定现场测试与评价方案,搭建现场测试平台,开展现场测试工作。通过对现场测试数据处理与分析,对"万山号"波浪能发电装置在其测试海域及其测试期间的功率特性和电能质量特性指标进行分析与评价。     

振荡水柱式波浪能供电浮标水动力学性能研究

提出一种振荡水柱式锥形中心管波浪能供电浮标。首先，介绍浮标的结构及工作原理，其次，设计3种模型方案。建立浮标在入射波下受迫运动的数学模型，进行数值模拟计算，获得浮标在设计工况下的附加质量、阻尼系数、波浪激励力、运动响应等水动力学参数。最后，通过物理模型试验，获得各设计方案在不同周期下的俘获宽度比，并与数值计算获得的俘获宽度比进行对比分析。结果显示：不同设计方案的浮标适应不同的水深条件，设计方案中模型1的俘获宽度比最大数值为47.8%。     

固定式风电机组基础波浪能装置物理模型试验研究

近年来，随着传统化石燃料消耗日益增多和环境保护问题日渐严峻，海上可再生能源的发展越来越受到重视，海上风能和波浪能利用技术成为研究热点。该文提出一种基于固定式四脚导管架海上风力机基础的振荡浮子式波浪能装置，从能量守恒角度进行理论分析，开展几何比尺1∶8的物理模型试验，研究海上风能和波浪能耦合利用的可行性，分析波浪能装置对风电机组基础周边波浪场的影响并总结规律。研究发现：应针对特定海域的波高和周期条件挑选合适的浮子，且单个侧面浮子比单个正面浮子的能量吸收率更高、对波浪场的遮蔽作用更明显，为海上风浪耦合利用提供了理论依据和设计参数。     

基于垂荡运动波浪能发电PTO系统阻尼研究

波浪能作为海洋资源中储藏量最丰富的清洁能源，其发展前景十分广阔。因此，如何解决波浪能能量转换，实现波浪能最大层次的规模利用，是当前面临的关键问题。针对求解最优阻尼系数和最大发电功率，建立波浪能装置垂荡运动模型，分别讨论常数阻尼和线性阻尼两种情况下浮子和振子的垂荡运动以及对应的最优阻尼系数和发电功率。通过ODE45函数、变步长搜索法等精确求解得出：当系统采用常数阻尼时最大发电功率124.20 W，最优阻尼系数为37 940 N·s/m；当系统采用线性阻尼时最大发电功率为124.22 W，最优阻尼系数为46 025 N·s/m。     

基于ADAMS的鹰式波浪能发电装置PTO系统优化设计

波浪能发电装置的PTO (Power Take Off，动力输出)系统对发电效率有重要影响。该文以鹰式波浪能发电装置为研究对象，基于线性势流理论在频域内求解了波能装置的多体水动力系数和给定海况下吸波体波浪诱导载荷，采用间接时域法求得吸波体的时域运动响应。在ADAMS框架中建立鹰式装置液压PTO系统的参数化模型，以液压缸的安装位置和PTO系统阻尼系数作为设计变量，PTO系统平均功率为目标函数，实现对液压PTO系统能量转换效率的目标优化。通过全参数优化，装置在中国南海海域中等海况和低海况下，较之原型机俘获宽度比均有大幅提高，中等海况和低海况下的平均俘获宽度分别提高了6.748%和12.816%。这为波浪能发电装置液压PTO优化设计提供了一种高效可行的数值方法。     

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。     

一种多浮体铰接式波浪能装置的运动分析与俘获特性研究

基于线性势流理论，利用总模态法对多浮体铰接波浪能装置“海星号”在波浪中的运动开展水动力学系数计算；然后基于矢量力学建立多浮体刚体运动学方程，并结合几何约束条件开展动态响应计算，获得最优俘获效率和最优负载阻尼；最后比较并分析“海星”波浪能装置的多浮体俘获效率，获得“海星”多浮体做功的俘获特性。研究表明：“海星”波浪能装置的多浮体四向迎波设计可拓宽装置最优俘获频带宽度，提高装置整体俘获效率；正向迎波与背向迎波俘获波浪能方式相比，小周期情况下，正向吸波浮体俘获效率较高，随着周期增大，正向吸波浮体俘获效率开始降低，背向吸波浮体俘获效率开始增大，极大周期情况下，正向吸波浮体和背向吸波浮体俘获效率趋于一致且趋近于零。     

三边型兆瓦级波浪能装置锚泊系统动力特性分析

采用ANSYS-AQWA软件建立三边型兆瓦级波浪能装置及其锚泊系统分析模型，计算正常完整状态和锚泊线断裂1根状态下装置和锚链的动力特性，分析聚酯缆绳的刚度、环境入射角及平台锚链的出链长度对锚泊系统的最小安全系数的影响。结果表明：锚泊系统的最大张力受聚酯缆绳动态刚度的影响显著；当采用锚泊线初始构成方案时，对于部分环境入射角，锚泊系统的最小安全系数不满足规范要求，但通过调整平台锚链的出链长度，使得在正常完整状态和有1根锚泊线断裂状态下均满足相应规范要求。最后，根据计算分析对工程上的布置设计提出建议，从而在保证锚泊系统可靠性的同时提高整体工程的经济性。     

波浪能液压发电系统灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度

当前，波浪能液压发电系统一般采用最大效率转化的控制策略，然而由于波浪能装置的间歇式出力特性，直接通过电池消纳会导致电池容量损耗进一步增大。在这种背景下，是否追求波浪能的最大效率转化值得商榷。为此，该文针对波浪能灵活接入的孤岛微电网系统，深入分析波浪能装置的工作原理，搭建波浪能液压系统的数学模型；在此基础上，以调度周期内的经济性最优为目标，综合考虑电池容量损耗和寿命损耗的影响，建立波浪能灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度模型。仿真结果表明，相对于常规的孤岛微电网调度策略而言，在不同的波浪能出力场景下，该文所提的方案具有更优的经济性，为含波浪能的孤岛微电网经济运行策略提供了一个新的思路。