浮式太阳能基座水动力特性及其系泊系统研究

发布时间：2020-11-15 03:27

　　 随着工业化进程加剧,当今世界对能源的需求猛烈增长,而可获取与勘探的化石资源逐渐消耗殆尽,人们开始将目光投向易于获取的清洁能源。我国目前的主要能源支撑仍然为石油、煤矿、天然气等,但出于可持续发展与环境保护的考虑,有必要进行新能源开发。两淮地区正在大力发展水上光伏产业,故而对风浪流联合作用下的浮式太阳能发电装置进行水动力特性及其系泊系统的研究有着重要的意义。本文以位于两淮沉陷区的浮式太阳能发电装置为研究对象,在频域分析的基础上,求解风浪流载荷,通过时域分析计算系泊系统下的运动响应与系泊缆受力,具体研究内容如下:(1)采用AQWA软件对浮式太阳能基座进行频域分析,考虑基座形状、减重和浮体间距对基座水动力系数的影响,研究形状、减重和浮体间距对附加质量、辐射阻尼、响应幅值算子及波激力的影响规律。结果表明,附加质量与辐射阻尼的大小取决于结构表面在各个轴平面上的投影;减重后的浮式太阳能基座垂向附加质量大大减小,辐射阻尼和波激力较减重前更小;频率较高时,浮体间间距会对水动力特性产生较大影响。(2)基于Fluent商业软件,结合湍流模型封闭方程,计算浮式太阳能发电装置受到的风载荷和流载荷,研究风、流载荷随风向角及光伏板倾角、流向角及流速的变化规律。在此基础上,计算双浮体受到的风载荷和流载荷。计算结果表明,风、流载荷的大小与速度的平方呈正比,且风、流载荷受来流方向影响较大;风载荷随着光伏板倾角增大而增大,背风侧风载荷大于迎风侧风载荷。对于双浮体结构,前端的浮体的风流载荷大于后端浮体。(3)对浮式太阳能发电装置进行时域分析,采用经验公式确定波浪特征数值,对悬链式与张紧式两种系泊装置进行研究。结果表明,两种系泊装置都能较好的在该水域水位变化的情况下正常作业。水位较低时,悬链式系泊装置下的光伏系统位移更小,系泊缆受力更小;水位较高时,张紧式系泊系统下结构的运动响应更小。(4)提出了一种新型的系泊装置,将桩基式与漂浮式系泊系统相结合,分析不同水深时浮式太阳能基座的运动响应及系泊缆受力。结果表明,该装置能以更小的浮体间间距进行作业,运动响应优于张紧式与悬链式系泊。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM615
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 光伏发电技术研究现状
        1.2.1 漂浮式太阳能发电装置地区选择
        1.2.2 浮式基础水动力特性及系泊系统研究现状
        1.2.3 漂浮式太阳能发电装置研究现状
    1.3 本文研究内容及创新点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 本文创新点
第2章 浮式太阳能基座水动力系数研究
    2.1 引言
    2.2 基本理论
        2.2.1 坐标系定义
        2.2.2 自由表面边界条件
        2.2.3 波浪理论
        2.2.4 多浮体水动力耦合及运动方程
    2.3 光伏基座结构
    2.4 形状对光伏基座水动力系数的影响研究
        2.4.1 基座形状对附加质量的影响
        2.4.2 基座形状对辐射阻尼的影响
        2.4.3 基座形状对响应幅值算子的影响
        2.4.4 基座形状对衍射力与傅汝德力的影响
    2.5 减重对光伏基座水动力系数的影响研究
        2.5.1 减重对基座附加质量的影响
        2.5.2 减重后对基座辐射阻尼的影响
        2.5.3 减重后对基座响应幅值算子的影响
        2.5.4 减重后对基座衍射力与傅汝德力的影响
    2.6 间距对光伏基座水动力系数的影响研究
        2.6.1 间距对基座附加质量的影响
        2.6.2 间距对基座辐射阻尼的影响
        2.6.3 间距对基座响应幅值算子的影响
        2.6.4 间距对基座衍射力与傅汝德力的影响
    2.7 本章小结
第3章 浮式太阳能发电装置风载荷及流载荷研究
    3.1 引言
    3.2 基本理论
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 湍流模型
        3.2.3 边界条件
    3.3 风载荷计算
        3.3.1 数值计算
        3.3.2 风载荷随流向角及流速变化规律
        3.3.3 风载荷随风向角及光伏板倾角变化规律
        3.3.4 风载荷随风向角对双浮体作用变化规律
    3.4 流载荷计算
        3.4.1 流载荷随流向角及流速变化规律
        3.4.2 流载荷随流向角对双浮体作用变化规律
    3.5 本章小结
第4章 浮式太阳能系泊系统时域分析
    4.1 引言
    4.2 系泊系统选择及布置方式
    4.3 波浪载荷确定
    4.4 多点系泊时域计算
        4.4.1 悬链式系泊装置
        4.4.2 张紧式系泊装置
    4.5 本章小结
第5章 一种新型的系泊系统装置
    5.1 引言
    5.2 新型系泊系统
    5.3 系泊装置时域计算
    5.4 本章小结
总结与展望
    一、总结
    二、展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

【参考文献】

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