直驱振荡浮子式波浪能发电装置能量俘获机制研究

发布时间：2020-04-18 15:30

【摘要】：随着全球能源危机和环境问题的日益突出,清洁可再生的波浪能资源成为近年来研究的热点。直驱振荡浮子式波浪能发电装置是目前比较有前景的一种波浪能开发装置,但能量俘获特性存在一些弊端。本文以传统直驱振荡浮子式波浪能发电装置为基础,提出新型的能量俘获机制和控制方法,从水动力学入手,研究如何改善其能量俘获特性。首先对传统装置进行了水动力分析,基于势流理论,考虑垂荡运动,建立装置频域运动方程,推导了使装置能量俘获性能达到最佳状态时,一些重要参数的理论表达式,提出一种外形优化了的简单振荡浮子,为波浪能装置的进一步分析选取了最优最切实际的参数和浮子。其次,本文提出了三种新型的能量俘获机制,即耦合线性能量俘获机制、非线性阶跃机制和耦合非线性阶跃机制,分别将其应用在直驱浮子式波浪能发电装置上,建立了频域和时域运动方程,对这三种新型波浪能装置在规则波和不规则波中的能量俘获宽度比进行了研究,对三种能量俘获机制中的关键参数对装置能量俘获宽度比的影响进行了分析,并与传统装置进行了对比。结果表明,选取合适参数,非线性能量俘获机制和耦合线性机制可以在波浪频率低于装置固有频率时,改善装置能量俘获特性,且耦合线性能量俘获机制可以拓宽装置能量俘获频谱,耦合非线性机制集合了耦合线性和非线性阶跃机制的能量俘获特性。最后,基于非线性阶跃机制的波浪能发电装置,提出了一种磁性实时变换的控制方法,该方法优势在于将动子速度作为控制判断依据而非难以预测的短期波浪时历。本文研究了该控制方法在不规则波中的能量俘获特性,并对稳定平衡位置和反应时间的影响进行了分析。结果表明:施加控制可以显著改善非线性波浪能发电装置的能量俘获宽度比,其稳定平衡位置越大,反应时间越短,这种优势更明显。
【图文】：

波浪能,全球分布

图 1 波浪能全球分布图Fig.1 Distribution of wave energy level in the word多季风，海域多为半封闭的边缘海，因此多为风浪为主的混且海况变化复杂[14]。图 2 是我国储量大于 100MW 的沿海省

资源分布图,波浪能,省份

图 2 我国部分省份的波浪能资源分布图Fig.2 Wave energy distribution in some China provinces置的研究现状
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P743.2

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