振荡浮子式波浪能转换装置的性能研究

发布时间：2019-10-03 09:55

【摘要】：随着世界能源危机的日益严峻,人们将目光聚焦到新能源的利用,海洋中蕴含有巨大的可再生能源,波浪能是海洋能源中最为丰富的种类之一,也是能源利用装置中研究最多的一种类型。在全球范围内提出了多种类型的波浪能转换装置,并有一部分装置达到商业化的规模,本文针对的是直驱式振荡浮子波浪能转换装置。通过建立装置在频域中的运动方程,引入了波能俘获宽度的概念,研究了不同因素对于装置波能俘获的宽度的影响;同时结合我国的实际海况,采用时域分析对装置在不同海况下的吸收能量进行了计算。首先,基于线性势流理论,假设能量输出系是线性的,建立了波浪能装置的频域运动方程,考虑了浮子在垂荡和纵荡方向的运动,推导了装置的波能俘获宽度和浮子运动的关系;针对不同形状浮子对于波浪能装置吸收功率的影响进行了研究;分析了能量输出系统中的阻尼系数、弹性系数以及预紧力系数对于装置吸收功率的影响。研究表明:装置的波能俘获宽度随着阻尼系数的增加呈现先增加后减少的趋势,随着弹性系数和预紧力系数的增加而减少。其次,为了研究非线性因素对于装置波能俘获宽度的影响,本文采用时域模型对于波浪能装置的特性进行分析。首先介绍了时域方程中卷积项的状态空间的近似解法,并和频域中的结果进行了对比,验证了算法的正确性。同时考虑了非线性阻尼系数对于波浪能装置吸收功率的影响,结果表明当非线性阻尼系数在最优有阻尼附近变化时,对于装置吸收功率的影响并不大。考虑我国沿海海域的海况,选取了三种典型的工况,对波浪能装置的性能进行了优化研究,同时结合振荡浮子式装置的结果特点,确定了在不同海况下装置的最优阻尼。最后,考虑波浪能装置在工程中的应用形式,选取了瑞典振荡浮子式波浪能装置的试验参数,计算了在不同非线性阻尼系数下装置的吸收功率,数值计算的结果和试验值吻合较好,验证了文中数值方法的正确性。
【图文】：

能量图,波浪能,海域,波浪

对于其他海洋能源来说，波浪能比较不稳定，在不同的波浪周期和波高下，波浪所具有逡逑的能量也就不同；不同的季节对于波浪的影响更大。从全球波浪能的分布来看中高纬度逡逑的波浪能蕴藏较为丰富，如图１所示，在盛风和长风区域的地域，波浪所携带的能量较逡逑高，例如美国的沿海以及欧洲的沿海地区等，可以利用的波浪能资源较多＇逡逑图１．１全球波浪能资源分布逡逑我国的海域大部分是封闭或者半封闭的边缘性海域，风速较小、波浪所具有的能量逡逑并不是很大，并且风多为季风，季节性变化（如冬天的寒流以及夏天的台风）变化非常逡逑明显。按照不同的区域划分，台湾海峡所具有的波浪能最大，占到全国波浪能总量的３３％，逡逑福建和浙江省的波浪含量也很丰富，如表１．邋２所示［４］：逡逑逦表１．２中国沿海可开发的波浪能资源逦逡逑逦逦平均功率／ＭＷ逦所占比例逡逑辽宁逦２５５．０３逦１．９８％逡逑河北逦１４３．６４逦１．１１％逡逑山东逦１６０９．７９逦１２．５％逡逑２逡逑

波浪能,波浪能量,转换过程,振荡水柱

１．３．２典型的波浪能装置逡逑振荡水柱式波浪能转换装置（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ邋ｗａｔｅｒ邋ｃｏｌｕｍｎ）可以分为固定式和漂浮式两逡逑种形式，其中固定式的可以分为岸式和离岸式，如图１．３和图１．４所示。装置包含有一逡逑部分浸入水下的钢结构或者混凝土结构，其中空气轮机和自由液面以及腔体组成一个相逡逑对封闭的空间，在波浪的作用下，自由液面会在气室内做上下的往复运动，使气室内的逡逑空气压力处于不断的变化之中，气室内的压力和外界的大气压存在压力差，从而驱动空逡逑气轮机转动，把空气的动能转换为电能［５］。自从这种波浪装置概念提出以来就得到了研逡逑究者的关注。和其它波浪能装置相比，由于运动的气轮机等机械部分并不与海水接触，逡逑因此振荡水柱式波浪能装置的工作性能较好，，能够在恶劣的环境条件下工作，故障率较逡逑低。但是振荡水柱式波能转换装置仍有一些缺点，它采用的是把空气作为能量传递的介逡逑质
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P743.2

【参考文献】