点吸收式波浪能发电装置水动力性能研究与优化

发布时间：2020-07-07 09:04

【摘要】：经济的增长总是伴随着能源的消耗,改革开放之后,我国的经济得以飞速发展,但同时能源也被过度的消耗,为了实现可持续发展,我国开始关注可再生能源,如太阳能和风能为主的可再生能源利用技术得到了广泛的推广。相比于风能和太阳能等可再生资源,波浪能资源具有更大的能量密度,并且分布更广,但波浪能资源的利用技术还相对落后。波浪能发电技术是利用海水中波浪的运动来进行发电,它能够提供优质的可再生能源,缓解能源短缺。本文对点吸收式波浪能发电装置进行了水动分析,并提出了一种基于时域模型的优化浮子形状的方法。主要工作如下:1.本文以势流理论为基础,对点吸收式浮子在波浪中所受到的水动力进行了系统的理论分析,利用ANSYS-AQWA建立了点吸收式波浪能发电装的水动力模型,计算了装置的水动力参数,包括附加质量、辐射阻尼、波浪激励力和RAO等,对不同参数(形状、直径、吃水和重心坐标)浮子的水动力参数进行了对比,研究这些参数对浮子水动力的影响。2.提出了一种基于时域分析的点吸收式浮子的形状优化方法。针对某一特定波况,推导了浮子尺寸的初步取值范围。然后利用试验设计的方法选取出若干组浮子,计算其在时域状态下的响应(最大机械功率,共振带宽和共振周期)。对浮子响应参数进行分析,得到最佳的浮子的几何参数。并讨论了浮子阵列对点吸收式波浪能发电装置的影响,得出了最优的阵列方式。3.对点吸收式浮子进行了水槽试验。根据试验条件设置了多组不同波况下的入射波,利用位移传感器和压力传感器来测量浮子的位移和底部所受到的压力,通过浮子的振动响应来研究其在不同波况下的水动力特性。通过将仿真和试验结果进行对比,点吸收式浮子的运动规律大致相同,从而验证了仿真模型的正确性。同时,通过不同直径和吃水深度的对比,发现浮子尺寸参数对浮子吸收能量的影响规律,验证了优化结果的正确性。4.为点吸收装置浮台加入系泊系统,研究了不同系泊参数对点吸收波浪能发电装置浮台的影响,得出锚链直径、系泊点所在圆直径和波浪入射角度对浮台垂荡和纵摇的影响。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM612;P743.2
【图文】：

示意图,振荡水柱,电站,英国

ｖ逦ｙ逡逑图１．１波浪能发电装置的分类逡逑气流逡逑ｒ￣ｃ：ｘ＾——逡逑图１．２振荡水柱式波浪能发电装置：原理示意图（左），英国ＬＩＭＰＥＴ电站（右）逡逑越浪式波浪能发电装置的原理是将波浪能转化为水势能再转换为电能，有代逡逑表性的是收缩坡道式，装置示意图如图１．３所示。其主要利用水的势能发电：装逡逑置利用坡道俘获波浪能，让波浪越过坡道顶端进入装置的水库中，然后通过水轮逡逑发电机将水的势能转化为电能。１９８６年，挪威建造了世界上第一座收~.坡道式逡逑波力电站。由于适用于收缩坡道式波力电站建设的地域不多，故不能大规模的推逡逑广。收缩坡道式装置典型的代表为丹麦的＂Ｗａｖｅ邋Ｄｒａｇｏｎ公司建造的Ｗａｖｅ邋Ｄｒａｇｏｎ逡逑装置［１６］。该装置安装与离岸区域，采用锚链系统系泊于海底，利用Ｋａｐｌａｎ水轮逡逑机组发电。逡逑３逡逑Ｊ逡逑Ｉ逡逑Ｉ逡逑

示意图,气流,坡道,波力电站

逡逑图１．２振荡水柱式波浪能发电装置：原理示意图（左），英国ＬＩＭＰＥＴ电站（右）逡逑越浪式波浪能发电装置的原理是将波浪能转化为水势能再转换为电能，有代逡逑表性的是收缩坡道式，装置示意图如图１．３所示。其主要利用水的势能发电：装逡逑置利用坡道俘获波浪能，让波浪越过坡道顶端进入装置的水库中，然后通过水轮逡逑发电机将水的势能转化为电能。１９８６年，挪威建造了世界上第一座收~.坡道式逡逑波力电站。由于适用于收缩坡道式波力电站建设的地域不多，故不能大规模的推逡逑广。收缩坡道式装置典型的代表为丹麦的＂Ｗａｖｅ邋Ｄｒａｇｏｎ公司建造的Ｗａｖｅ邋Ｄｒａｇｏｎ逡逑装置［１６］。该装置安装与离岸区域，采用锚链系统系泊于海底，利用Ｋａｐｌａｎ水轮逡逑机组发电。逡逑３逡逑Ｊ逡逑Ｉ逡逑Ｉ逡逑

浮子式,原理,示意图,波浪能

逦绪论逡逑祖ａ逡逑图１．３越浪式波浪能发电装置：原理示意图（左），ＷａｖｅＤｒａｇｏｎ漂浮式收缩波道装置（右）逡逑点吸收式波浪能发电装置的原理图如图１．４所示，装置的各个部分在入射波逡逑的作用下产生相对运动，通过连接在装置之间的液压系统，将波浪能转化为液压逡逑能，驱动液压马达转动，进一步驱动发电机进行发电［１７，１８］。点吸收式波浪能发电逡逑装置又可称为振荡浮子式波能发电装置，具体的结构形式主要包括筏式、垂荡浮逡逑子式、摆式和纵摇式等［１９］。典型的点吸收式波能发电装置有．？英国爱丁堡大学的逡逑“点头鸭”装置、英国ＯＰＤ公司（ＯｃｅａｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙＬｔｄ）研发的Ｐｅｌｅｍｉｓ装逡逑置＾邋（如图１．４所示）。逡逑＾邋曑发顿逡逑Ｆ邋＝Ｒ．’逡逑＾锚链逡逑图１．４振荡浮子式波浪能发电装置：原理示意图（左），Ｐｅｌｅｍｉｓ邋（右）逡逑这三种形式的波浪能发电装置性能比较如表１．１所示。从这三种波浪能发电逡逑装置的优缺点及适用场合来看，相比于另外两种波浪能装置，点吸收式波浪能发逡逑电装置具有明显的优势，尤其是在波浪周期较短，波高较小，功率密度较小，适逡逑合小功率阵列发电的中国近海海域的应用背景下。在这三种类型的波浪能发电装逡逑置中

【参考文献】