浮式防波堤—波浪能装置集成系统的水动力特性和能量输出特性的研究
发布时间：2021-08-19 08:00
鉴于防波堤-波浪能装置集成系统可实现海工结构的多功能化和空间共享,且能够有效降低工程造价,因此具有良好的应用前景。本文对浮式防波堤-波浪能发电装置集成系统的水动力特性和能量输出特性开展深入系统的研究,探索其消浪和波能俘获机理,为新型浮式防波堤-波浪能装置集成系统的设计提供参考。本文首先对单浮筒式浮防波堤-波浪能装置集成系统的水动力特性和能量输出特性开展了理论分析和试验研究。基于线性势流理论采用匹配特征函数方法建立了针对单浮筒系统的解析分析模型,探讨浮筒的吃水、宽度和能量输出（power take-off,PTO）阻尼对该集成系统的反射系数、透射系数、俘获宽度比和运动响应幅值的影响。研究结果表明在一定的频率范围内,最优PTO阻尼的加入不仅改进传统浮式防波堤的消浪性能,而且具有有效的俘获宽度比,即该集成系统可同时满足有效的波能利用功能和防波堤功能。采用磁粉制动器和扭矩功率传感器作为PTO系统对该集成系统开展试验研究。研究结果表明随着PTO阻尼力的增加,俘获宽度比呈上抛物线变化趋势;透射系数在低频区呈减小趋势,而在高频区略呈增加趋势。在实验室条件下证明了单浮筒式集成系统的透射系数Kt和俘获宽...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２中国海域近２３年平均的３－５月（ａ）、６－８月（ｂ）、９－１１月（ｃ）及１２－２月（ｄ）期间波??
－〇?３０?５０?７０?Ｑ０??图１．１?１９５７－２００２年全球海域的年平均波浪能流密度［１］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ａｎｎｕａｌ?ａｖｅｒａｇｅ?ｗａｖｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｇｌｏｂａｌ?ｏｃｅａｎ?ａｔ??１９５７－２００２［１］??＾?９７８?Ｉ０７６?Ｕ７Ｃ?Ｉ２７ＣＥ?＃９７＂?１０７°?１１７。?１２７＾．?＾＾９７°?！０７ｃ?Ｉｌｆ?！２７ｅＥ?１０７°?＼＼Ｔ?１２７ＳＥ??＾?！３ｉ：Ｉ：：：?３??图１．２中国海域近２３年平均的３－５月（ａ）、６－８月（ｂ）、９－１１月（ｃ）及１２－２月（ｄ）期间波??浪能流密度（单位：ｋＷ／ｍ）ｔ３］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｗａｖｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ?ｓｅａ?ａｒｅａ?ａｔ?Ｍａｒｃｈ－Ｍａｙ?（ａ），?Ｊｕｎｅ－Ａｕｇｕｓｔ?（ｂ），??Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ－Ｎｏｖｅｍｂｅｒ?（ｃ）?ａｎｄ?Ｄｅｃｅｍｂｅｒ－?Ｆｅｂｒｕａｒｙ?（ｄ）?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｌａｓｔ?２３?ｙｅａｒｓ?（ｕｎｉｔ：?ｋＷ／ｍ）?＾??近年来，随着我国港口建设的发展以及对海洋开发的高度重视，绿色港口的建设及??偏远岛屿的开发和建设在这个时期显得尤为重要。在港口建设方面，如果有效的开发利??用沿海的波浪能资源并为港口工程供给电力，可以大大减小港口工程能源消耗对化石能??源的依赖，进而解决能源结构单一的问题，促进绿色港口的建设［４］。对于偏远岛屿的建??设亦是如此
行了深入的研究［２５］，研究结果表明通过将ＯＷＣ装置集成于沉箱防波堤，防波堤的反射??系数有所降低，且稳定性明显增强。日本Ｓａｋａｔａ港于１９８９年夏建成了装机功率为６０?ｋＷ??的ＯＷＣ波能装置－沉箱防波堤系统，并于１９８９年冬天开始发电运行（结构形式如图１．３??所示）＾１，ＯＷＣ波能装置和沉箱防波堤的集成应用可以提高主体结构（沉箱防波堤）的稳??定性并实现波能转换，二者可实现成本共享，节省工程造价，这有效的推进波能装置的??工程化应用。??ｉｓｘ．＇ｓｊ＆＇ｓｓｍ．?ｆ?广．．－Ｋ??＾?ｌ?／?；０＜＾?－??图１．４?Ｍｕｔｒｉｋｕ波能发电装置（ＯＷＣ－沉箱结构）的截面图（左）和平面图（右ｐｉ??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｖｉｅｗ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｐｌａｎ?ｖｉｅｗ?（ｒｉｇｈｔ）?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｍｕｔｒｉｋｕ?ｗａｖｅ?ｐｏｗｅｒ?ｐｌａｎｔ??（ＯＷＣ－ｃａｓｓｉｏｉｎ?ｓｙｓｔｅｍ）?［２７］??印度Ｖｉｚｈｉｎｊａｍ于１９９１年也建成了装机功率为１５０ｋＷ的沉箱式ＯＷＣ装置［２６］，该??装置的建设目的主要测试不同发电涡轮机的发电效率。２００９年，在西班牙的Ｍｕｔｒｉｋｕ建??成了全尺度ＯＷＣ－沉箱防波堤集成系统（如图１．４）［２７］，该全尺度装置共包括１６个沉箱，??总长度为ｌ〇〇ｍ，据估计该全尺度装置年发电量为６００，０００?ｋＷ＊ｈ。Ｂｏｃｃｏｔｔｉ于１９９８年公??开了一种新型的潜式的具有沉箱结构形式的ｏｗｅ波能装置（如图１．５）［２８］，该装置既具有??海岸防护功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]防波堤中波浪能利用装置的研究[J]. 刘加利,王广业,孙在松. 科技创新与应用. 2016(32)
[2]浮式防波堤结构的研究现状[J]. 符如旭,毛继泽,殷万杰,许元兵. 水运工程. 2016(06)
[3]全球海域波浪能资源评估的研究进展[J]. 郑崇伟,李崇银. 海洋预报. 2016(03)
[4]钓鱼岛、黄岩岛海域风能及波浪能开发环境分析[J]. 郑崇伟,游小宝,潘静,陈晓斌. 海洋预报. 2014(01)
[5]全球海域波浪能资源储量分析[J]. 郑崇伟,贾本凯,郭随平,庄卉. 资源科学. 2013(08)
[6]1988—2010年中国海域波浪能资源模拟及优势区域划分[J]. 郑崇伟,苏勤,刘铁军. 海洋学报(中文版). 2013(03)
[7]偏远岛礁可再生能源开发利用技术经济分析[J]. 刘杰,姜海波. 可再生能源. 2012(03)
[8]防波堤稳定性和消波特性的研究进展[J]. 文先华,武艺. 港工技术. 2011(02)
[9]防波堤结构型式及其应用探讨[J]. 雷松林,郑永来. 中国水运(学术版). 2007(06)
博士论文
[1]快速多极子方法在多浮体和水弹性问题中的应用[D]. 勾莹.大连理工大学 2006
[2]特种防波堤结构型式及水动力特性研究[D]. 王国玉.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]双圆筒沉箱兼作波能发电装置的试验研究[D]. 陈帆.大连理工大学 2016
[2]我国绿色港口发展研究[D]. 王同帅.大连海事大学 2014
[3]带收缩水道的沉箱防波堤兼owc装置结构形式的研究[D]. 秦辉.大连理工大学 2013
本文编号：3351033
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２中国海域近２３年平均的３－５月（ａ）、６－８月（ｂ）、９－１１月（ｃ）及１２－２月（ｄ）期间波??
－〇?３０?５０?７０?Ｑ０??图１．１?１９５７－２００２年全球海域的年平均波浪能流密度［１］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ａｎｎｕａｌ?ａｖｅｒａｇｅ?ｗａｖｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｇｌｏｂａｌ?ｏｃｅａｎ?ａｔ??１９５７－２００２［１］??＾?９７８?Ｉ０７６?Ｕ７Ｃ?Ｉ２７ＣＥ?＃９７＂?１０７°?１１７。?１２７＾．?＾＾９７°?！０７ｃ?Ｉｌｆ?！２７ｅＥ?１０７°?＼＼Ｔ?１２７ＳＥ??＾?！３ｉ：Ｉ：：：?３??图１．２中国海域近２３年平均的３－５月（ａ）、６－８月（ｂ）、９－１１月（ｃ）及１２－２月（ｄ）期间波??浪能流密度（单位：ｋＷ／ｍ）ｔ３］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｗａｖｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ?ｓｅａ?ａｒｅａ?ａｔ?Ｍａｒｃｈ－Ｍａｙ?（ａ），?Ｊｕｎｅ－Ａｕｇｕｓｔ?（ｂ），??Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ－Ｎｏｖｅｍｂｅｒ?（ｃ）?ａｎｄ?Ｄｅｃｅｍｂｅｒ－?Ｆｅｂｒｕａｒｙ?（ｄ）?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｌａｓｔ?２３?ｙｅａｒｓ?（ｕｎｉｔ：?ｋＷ／ｍ）?＾??近年来，随着我国港口建设的发展以及对海洋开发的高度重视，绿色港口的建设及??偏远岛屿的开发和建设在这个时期显得尤为重要。在港口建设方面，如果有效的开发利??用沿海的波浪能资源并为港口工程供给电力，可以大大减小港口工程能源消耗对化石能??源的依赖，进而解决能源结构单一的问题，促进绿色港口的建设［４］。对于偏远岛屿的建??设亦是如此
行了深入的研究［２５］，研究结果表明通过将ＯＷＣ装置集成于沉箱防波堤，防波堤的反射??系数有所降低，且稳定性明显增强。日本Ｓａｋａｔａ港于１９８９年夏建成了装机功率为６０?ｋＷ??的ＯＷＣ波能装置－沉箱防波堤系统，并于１９８９年冬天开始发电运行（结构形式如图１．３??所示）＾１，ＯＷＣ波能装置和沉箱防波堤的集成应用可以提高主体结构（沉箱防波堤）的稳??定性并实现波能转换，二者可实现成本共享，节省工程造价，这有效的推进波能装置的??工程化应用。??ｉｓｘ．＇ｓｊ＆＇ｓｓｍ．?ｆ?广．．－Ｋ??＾?ｌ?／?；０＜＾?－??图１．４?Ｍｕｔｒｉｋｕ波能发电装置（ＯＷＣ－沉箱结构）的截面图（左）和平面图（右ｐｉ??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｖｉｅｗ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｐｌａｎ?ｖｉｅｗ?（ｒｉｇｈｔ）?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｍｕｔｒｉｋｕ?ｗａｖｅ?ｐｏｗｅｒ?ｐｌａｎｔ??（ＯＷＣ－ｃａｓｓｉｏｉｎ?ｓｙｓｔｅｍ）?［２７］??印度Ｖｉｚｈｉｎｊａｍ于１９９１年也建成了装机功率为１５０ｋＷ的沉箱式ＯＷＣ装置［２６］，该??装置的建设目的主要测试不同发电涡轮机的发电效率。２００９年，在西班牙的Ｍｕｔｒｉｋｕ建??成了全尺度ＯＷＣ－沉箱防波堤集成系统（如图１．４）［２７］，该全尺度装置共包括１６个沉箱，??总长度为ｌ〇〇ｍ，据估计该全尺度装置年发电量为６００，０００?ｋＷ＊ｈ。Ｂｏｃｃｏｔｔｉ于１９９８年公??开了一种新型的潜式的具有沉箱结构形式的ｏｗｅ波能装置（如图１．５）［２８］，该装置既具有??海岸防护功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]防波堤中波浪能利用装置的研究[J]. 刘加利,王广业,孙在松. 科技创新与应用. 2016(32)
[2]浮式防波堤结构的研究现状[J]. 符如旭,毛继泽,殷万杰,许元兵. 水运工程. 2016(06)
[3]全球海域波浪能资源评估的研究进展[J]. 郑崇伟,李崇银. 海洋预报. 2016(03)
[4]钓鱼岛、黄岩岛海域风能及波浪能开发环境分析[J]. 郑崇伟,游小宝,潘静,陈晓斌. 海洋预报. 2014(01)
[5]全球海域波浪能资源储量分析[J]. 郑崇伟,贾本凯,郭随平,庄卉. 资源科学. 2013(08)
[6]1988—2010年中国海域波浪能资源模拟及优势区域划分[J]. 郑崇伟,苏勤,刘铁军. 海洋学报(中文版). 2013(03)
[7]偏远岛礁可再生能源开发利用技术经济分析[J]. 刘杰,姜海波. 可再生能源. 2012(03)
[8]防波堤稳定性和消波特性的研究进展[J]. 文先华,武艺. 港工技术. 2011(02)
[9]防波堤结构型式及其应用探讨[J]. 雷松林,郑永来. 中国水运(学术版). 2007(06)
博士论文
[1]快速多极子方法在多浮体和水弹性问题中的应用[D]. 勾莹.大连理工大学 2006
[2]特种防波堤结构型式及水动力特性研究[D]. 王国玉.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]双圆筒沉箱兼作波能发电装置的试验研究[D]. 陈帆.大连理工大学 2016
[2]我国绿色港口发展研究[D]. 王同帅.大连海事大学 2014
[3]带收缩水道的沉箱防波堤兼owc装置结构形式的研究[D]. 秦辉.大连理工大学 2013
本文编号：3351033
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