水平轴潮流能发电装置桨叶设计的关键技术研究

发布时间：2020-08-10 07:07

【摘要】：潮流能是一种绿色可再生清洁能源，我国的潮流能资源相对比较丰富，储量位居世界第四，利用潮流能发电可以极大缓解能源短缺压力。桨叶是水平轴潮流能发电装置能量捕获的关键部件，作为能量转换的第一环节，其设计优良直接关系到最终捕能效率的高低。桨叶设计参数众多，设计流速是其重要参数之一，它是根据潮流流速确定，但是潮流流速不是固定不变而是时刻在变化，因此，对桨叶设计流速的选取极为重要，设计流速影响最终桨叶捕能总效率、桨叶形式以及加工成本等。现在国内外没有一种科学的选择方法，通常是将当地海域潮流的最高流速均值作为桨叶的设计流速，目标是在设计点最大功率输出，然而，在潮流一个周期中，只有极短的时间段会出现最高流速，大部分时间桨叶都工作在低流速、低效率工况下，因此，本文对桨叶设计流速的确定以及叶片的设计方法进行研究，目标是使所设计的桨叶在一个变化的流速范围内可以最多能量捕获，而不是只在设计点附近最大功率输出。首先，桨叶设计流速研究，对潮流流速特性进行分析，通过运用桨叶能量捕获理论提出一种桨叶设计流速的计算方法；其次，桨叶设计理论研究，在叶素动量理论的基础上采用Wilson的优化设计法以及Shen模型修正法建立潮流能捕获桨叶的数学模型，并运用Matlab软件编制水平轴潮流能发电装置的桨叶外形参数通用计算程序；最后，实例验证。以修正前后两种方法设计并加工桨叶，搭建桨叶性能测试平台对两种桨叶进行实验比较，通过实验验证修正设计方法的合理性和有效性。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P743;TM612
【图文】：

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图 1. 1 MAT 公司 1.2MW 潮流能水轮机Fig1. 1 1.2MW Turbine of MCT company示的是由美国的绿色能源公司设计制造、具有较为先进置，在潮水流速达到流速 2.2m/s 时，装置发电功率可装置创新性是可以根据潮流方向的改变自动旋转最佳率。

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2图 1. 2 美国绿色能源公司的水轮机Fig1. 2 The turbine of Verdant Power Company的潮流能发电装置是英国月能(Lunar Energy Ltd)公司设，导流管直径 25m，采用对称双导流罩设计，可以聚集大流的需求，传动系统采用液压替代机械传动，可以更加稳率 2MW，由于导流罩聚能作用，额定流速较高为 3m/s

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图 1. 3 英国月能公司潮流能水轮机Fig1. 3 The turbine of Lunar Energy LtdenHydro 公司制作的 250kW 潮流能发电装，因此桨叶启动流速较低，并且可以发电，最大的创新之处在于不需要增速器不用就构成了一个永磁发电机，大大降低了生分岛屿，并且发出电已经并入国家电网[

【参考文献】