基于点吸收式海洋能量收集装置的技术研究

发布时间：2020-10-18 11:43

　　 随着传统能源的日渐枯竭,寻找一种新型能源变得至关重要。波浪能作为一种新型能源,具有储量大,可循环,无污染等特点,成为人们所研究的焦点。波浪能收集装置分为多种类型,其中点吸收式能量收集装置具有转化海洋能的效率高、制造成本低、易于建造、受波浪方向影响程度低等优点,因此得到了国内外学者的普遍关注。通过调查发现,现有的波浪能收集装置大多体积较大,适用于给大功率器件供电。而对于海上浮标等耗电量较小的器件,现有的收集装置不再适用,一方面是因为会造成能量的溢出,另一方面则是由于装置体积较大,与小型器件不能良好的契合。本文提出了一种基于点吸收式结构小型化的电磁能量收集装置,并从原理和仿真两个方面对其进行研究,并采用COMSOL软件对其进行仿真分析。本文主要对以下几个方面进行了研究:在线性波浪理论下,利用COMSOL软件对振荡浮子进行建模和仿真,通过研究其运动状态,发现其运动是一种低频高振幅的运动;综合各种能量采集技术,最终使用电磁式作为能量收集的基础;为了提高输出功率,结合振荡浮子低频高振幅的特点,采用频率转换技术,使用无磁性小球周期性撞击弹簧上的磁铁,从而把振荡浮子的低频运动转换成磁铁的高频运动;通过对磁铁、弹簧和线圈的设计和优化,以最大限度的减少输出功率的损失。通过对原理以及仿真的研究,证明了装置的可行性。而后按照优化的设计参数,设计加工出了简易的样机。在外界振动模拟波浪的条件下,对样机的性能进行了测试。在外界振动频率为1Hz,振幅为0.5m的条件下,该种能量收集装置的输出电压的峰峰值约为760mV,瞬时输出功率的最大值为1.95mW,其输出电压经整流后为电容充电,证明其可以为蓄电装置提供电能。这种点吸收式能量收集装置在小型浮子当中可以起到一定作用,在波浪能收集方面有着一定的应用前景。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P742
【部分图文】：

图 1-2 点吸收式波浪能发电装置的分类方法为了更系统的对各类装置进行研究，准确的了解各种装置的转换原理，本按照波浪能传递方式对点吸收式能量波浪能发电装置进行研究。1.1 机械式点吸收波浪能发电装置点吸收机械式能量收集装置一般有两部分组成，一部分利用振荡浮子上齿连接杆或者绳轮来收集波浪能，另一部分则是利用机械设备，将振荡浮子直运动转换成单向旋转运动，再结合后续的一些设备将旋转运动的转速提利用旋转电机等，将收集的能量供给发电机发电。Colunbia Power 设计的机械式波浪能发电装置由前浮子，后浮子和桅杆底部连接着一个大型阻尼箱，使其在升沉方向上保持相对稳定，在浮子内封着驱动轴，当浮子运动时，带动驱动轴运动，从而带动齿轮箱内的旋转运动，通过这个过程将机械能转换为电能[13]，如图 1-3 所示。当该装置全优化后，该装置的年平均功率水平有望超过 200 千瓦。发电装浮子个数：单点式、组合式、阵列式

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文计了一种基于浮体绳轮的机械式发电装置，该装置拉绳的一端穿过导绳器与发电机组中的卷筒相连，，当浮体随着波浪上升时，浮体会带动拉绳运动，电，获得电能；当浮体在外界作用下降时，卷筒会系统中配有超越离合器，在此过程中转子并不会转中不发电[14]。

图 1-5 Wavebob（左）与 PowerBuoy（右）的模型）为美国公司研制的 PowerBuoy 波浪能发电装置，该装海试，并于 2007 年在正式投入使用[19]，取得了良好的于对浮体水动力参数的设计，从而提高装置的对于波浪尔兰研究的 Wavebob 也已经完成海试，其设计核心在于需要不断调节设备使其与平均入射波频率相匹配，其装
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本文编号：2846251