浮体绳轮高效俘获波能技术的研究

发布时间：2020-09-12 07:45

　　 随着经济的迅速发展,传统能源枯竭和环境污染问题日益严峻,寻找清洁可再生的新能源已成为人类社会持续发展的迫切要求。海洋波浪能作为新能源之一,具有蕴藏量大、能量密度高、分布面广等优点,其开发利用技术受到人类社会的高度重视。目前,振荡浮子式波能装置因具有可靠性高、成本低、效率高的的优势,已成为波浪能利用技术的研究热点。浮体绳轮波能装置隶属于振荡浮子式波能装置,为进一步提高其波能俘获效率,本文针对共振技术和锁定控制技术提高浮体绳轮波能俘获效率的可行性进行了研究。本文主要完成的工作总结如下:(1)根据试验海域的实际海况,选择有限水深线性波理论及莫里森方程计算波浪载荷,利用AQWA求解水动力系数,通过将绳轮机构等效为弹簧阻尼模块,并对外部阻尼系数进行合理设置,利用OrcaFlex实现对浮体绳轮波能装置的水动力仿真,推导了浮体绳轮波能俘获效率计算公式。(2)基于共振原理构建了具有可比性的共振型与非共振型两种浮体绳轮波能装置模型,利用上述浮体绳轮波能俘获效率计算公式,以最大波能俘获效率为优化目标,分别优化并计算两种装置模型相同浪况下的最优波能俘获效率,通过比较两种效率,验证共振技术提高浮体绳轮波能装置俘获效率的不可行性。(3)基于绳轮机构等效外置的思路,构建具有可比性的共振型与非共振型浮体模型,并创建了波能俘获测试平台,通过模型实验测得两种模型在相同浪况下的最优波能俘获效率,验证了共振技术提高浮体绳轮波能装置俘获效率的技术路线不可行。(4)利用OrcaFlex的Winch模块实现了对波能装置的锁定控制,以最大波能俘获效率为优化目标,对锁定时间进行优化,并求取最大波能俘获效率,通过比较有无锁定控制的浮体绳轮波能装置,在相同海况下的最大波能俘获效率,证明了锁定控制技术提高浮体绳轮波能装置俘获效率的可行性。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P743.2
【部分图文】：

振荡浮子式波能装置基本处于实验研究和示范推广阶段，逡逑并没有实现真正的商业化运作，其主要原因是现有波能装置仍存在可靠性低、逡逑发电成本高的瓶颈。因此，高可靠性和低成本仍然是振荡浮子式波能装置研逡逑发的两个主要目标，其中高可靠性主要依赖于波能装置的一级采集原理和结逡逑构，低成本除了波能装置制造、布放和后期维护成本外，主要依赖于波能装逡逑置的一级采集效率，因此对于一种高可靠的振荡浮子式波能俘获技术来讲，逡逑尚效率是其研发的重点。逡逑由山东大学提出的浮体绳轮波能装置是一种具有自主知识产权的振荡逡逑浮子式波装置，如图１－２所示，该装置在２０１１年度国家海洋可再生能源专逡逑项“浮体绳轮波浪发电技术研宄与试验项目编号：ＧＨＭＥ２０１１ＢＬ０２）的逡逑资助下，先后完成了理论建模、模型试验、样机研制和实海况实验等工作，逡逑海试结果表明浮体绳轮波能装置具有结构紧凑、制造维护成本低、极端气候逡逑，

（ｃ）爱尔兰Ｗａｖｅｂｏｂ波能装置逦（ｃＪ）山东天举１２０ｋ＞￥邋ｋｆｅ装置逡逑图１－１振荡浮子式波能装置逡逑但截止目前，振荡浮子式波能装置基本处于实验研究和示范推广阶段，逡逑并没有实现真正的商业化运作，其主要原因是现有波能装置仍存在可靠性低、逡逑发电成本高的瓶颈。因此，高可靠性和低成本仍然是振荡浮子式波能装置研逡逑发的两个主要目标，其中高可靠性主要依赖于波能装置的一级采集原理和结逡逑构，低成本除了波能装置制造、布放和后期维护成本外，主要依赖于波能装逡逑置的一级采集效率，因此对于一种高可靠的振荡浮子式波能俘获技术来讲，逡逑尚效率是其研发的重点。逡逑由山东大学提出的浮体绳轮波能装置是一种具有自主知识产权的振荡逡逑浮子式波装置，如图１－２所示，该装置在２０１１年度国家海洋可再生能源专逡逑项“浮体绳轮波浪发电技术研宄与试验项目编号：ＧＨＭＥ２０１１ＢＬ０２）的逡逑资助下

右侧为线性波理论和斯托克斯波理论的适用边界条件，左侧逡逑为椭圆余弦波理论，孤立波理论及流函数波理论的适用边界条件。逡逑天津大学竺艳蓉［６３］教授根据物体结构在海洋的中受力情况，通过理论和逡逑实验研究，将各种波浪理论的适用情况表达得更加具体，如下：逡逑（１）逦Ｔ＾ｆｇＪｄ邋＜６．０邋（相当于ｄ／Ｚ〉０．２），／／／＂＜０．２，适用于线性波理论；逡逑（２）逦Ｔｙｊｇ／ｄ邋＜１０．０邋（相当于＂／Ｌ＞０．１），适用于邋Ｓｔｏｋｅｓ邋Ｖ邋阶理论；逡逑（３）逦ＴｙｆｇＪｄ邋＞１０．０邋（相当于ｄ／Ｌ＜０＿ｌ），适用于椭圆余弦波理论；逡逑其中尸逦波浪周期，ｓ；邋ｇ逦重力加速度，ｍ／ｓ２；邋ｄ逦水深，ｍ；邋Ｌ逡逑逦＾长，ｍ。逡逑本文波能装置试验海域的水深为Ｊ＝２０ｍ，波浪周期ｒ＝６．３ｓ，波高为开逡逑－２邋ｍ＝逡逑９逡逑

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本文编号：2817368