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波浪能供电观测浮标防腐方案设计及仿真

太阳能学报 2024年第2期45卷 213-217页

作者：张亚群李显豪盛松伟王坤林黄圳鑫高桂飞中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 中国科学技术大学能源科学与技术学院合肥230026 青岛雅合科技发展有限公司青岛266011

针对波浪能供电观测浮标的结构组成,分析其工作原理、运动特性、各系统处的海洋腐蚀环境,将浮标划分成多个海洋污损区域。基于目前的防腐方法和浮标复杂的海洋腐蚀环境,综合考虑成本及施工时效性,提出一种防腐油漆涂层加阴极保护双组合... 详细信息

针对波浪能供电观测浮标的结构组成,分析其工作原理、运动特性、各系统处的海洋腐蚀环境,将浮标划分成多个海洋污损区域。基于目前的防腐方法和浮标复杂的海洋腐蚀环境,综合考虑成本及施工时效性,提出一种防腐油漆涂层加阴极保护双组合的防腐方法,并进行外加电流阴极保护防腐系统及关键参数的设计。通过数值模拟,确定该系统布置在浮标主浮体侧面可实现较好的防腐效果。最后,提出两种防腐系统位置布置方案。

关键词：波浪能装置浮标腐蚀漂浮式波浪能发电装置阴极保护

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多自由度波浪能装置参数激励运动研究

浙江大学学报（工学版） 2022年第12期56卷 2496-2506页

作者：王冬姣陈昌润刘鲲邱守强华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出(PTO)机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动.纵、横摇铰接轴分别连接PT... 详细信息

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出(PTO)机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动.纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比.设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项.结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因.产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽.随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.

关键词：多自由度波浪能装置参数横摇参数纵摇参数激励数值模拟

波浪能装置与浮式风机平台集成系统耦合动力性能研究

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波浪能装置与浮式风机平台集成系统耦合动力性能研究

作者：高琅华南理工大学

学位级别：硕士

海上风能和波浪能是新能源开发的热门方向。随着海上风能的开发,海上风机尺寸更大、工作海域水深更大,出于保护风机和增加发电量的目的,将波浪能浮子集成到浮式风机平台上具有理论可行性。目前对风浪联合作用下波能浮子与平台集成系统... 详细信息

海上风能和波浪能是新能源开发的热门方向。随着海上风能的开发,海上风机尺寸更大、工作海域水深更大,出于保护风机和增加发电量的目的,将波浪能浮子集成到浮式风机平台上具有理论可行性。目前对风浪联合作用下波能浮子与平台集成系统的研究多集中于水动力方面,空气动力方面往往采用经验公式简化为外力处理,缺乏准确性,波浪能装置的具体参数也缺乏依据。本文以OC4浮式平台基础集成六个振荡式波能浮子系统为研究对象,分别从无风和有风两个方面数值研究了平台与浮子之间的相互影响规律。本文首先基于粘性修正势流理论建立了无风作用下波能浮子与浮式平台集成系统时域数值模型,开展波能浮子选型与布置研究。通过与已发表双浮体论文对比,验证了数值模型的准确性。波能浮子尺寸通过无量纲方法迭代得到。先研究了不同直径吃水比的波能浮子集成系统平台纵荡、垂荡、纵摇运动响应变化规律,和波浪能浮子发电功率与系泊张力变化规律。在此基础上,通过改变波浪能装置关键参数PTO阻尼、浮子间距和共振周期,研究其对集成系统的运动和发电特性的影响,从增加发电功率和降低平台运动两个角度阐述了波浪能装置参数设计原则。然后建立了有风作用下集成系统时域数值模型,从规则波和不规则波两种类型工况下分析了风浪联合作用下波能浮子的加入对平台纵荡、垂荡、纵摇三方向运动平衡位置和运动幅值的影响规律,以及集成系统发电功率和系泊张力变化规律。结果表明:波能浮子的加入可以降低大周期波浪下垂荡和纵摇的运动幅值,波浪能发电功率峰值周期滞后于浮子共振周期。增加PTO阻尼、采用更大的间距和增大浮子共振周期可以增加波浪能浮子的发电功率,但也会使平台纵摇运动增加。考虑风载荷的作用下,浮子的加入后平台纵摇平衡位置减少幅度大于增加的运动幅值,实际上降低了平台在风浪联合作用下的运动。浮子与风机发电功率耦合影响不大,可以提供额外的波浪能发电,集成系统总发电功率得到了提升。集成系统与风浪入射方向相同布置的系缆张力降低,其余两根系缆张力增加,增加幅度不高,说明集成系统方案的可行性与工程意义。

关键词：浮式风机平台波浪能装置耦合运动势流理论粘性修正

波浪能装置中液压发电系统Boost变换机理及控制策略

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电力系统自动化 2017年第12期41卷 173-178页

作者：王坤林盛松伟叶寅张亚群游亚戈中国科学院广州能源研究所广东省广州市510640 中国科学院可再生能源重点实验室广东省广州市510640 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广东省广州市510640

根据液压发电系统特性可知,其工作转速由蓄能器压力和发电机负载决定,而蓄能器压力和发电机负载是实时变量,不加控制将无法实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。特别是当液压发电系统整流后直接馈入海岛直流微电网时,转速由直流电... 详细信息

根据液压发电系统特性可知,其工作转速由蓄能器压力和发电机负载决定,而蓄能器压力和发电机负载是实时变量,不加控制将无法实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。特别是当液压发电系统整流后直接馈入海岛直流微电网时,转速由直流电网电压唯一确定。文中通过引入Boost变换电路,实现液压发电系统转速的实时控制。提出最高效率转换控制策略,实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。推导了液压发电系统Boost变换机理,通过试验得到了最佳转速曲线,建立了液压发电系统经过交错并联Boost变换器馈入直流微电网的仿真模型。仿真结果表明,在Boost变换器控制下,液压发电系统始终工作在给定的最佳转速曲线,实现了液压发电系统最高效率转换控制策略。

关键词：波浪能装置液压发电系统 Boost变换器最高效率转换最佳转速

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波浪能装置弹性系泊系统抗台风的设计与研究

哈尔滨工程大学学报 2017年第10期38卷 1505-1510页

作者：王文胜游亚戈盛松伟张亚群王振鹏中国科学院广州能源研究所广东广州510640 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对波浪能装置的抗台风系泊问题,以鹰式三号波浪能装置为对象开展波浪能装置的弹性系泊系统抗台风的研究与设计。根据势流理论计算装置的一阶波浪力和二阶波浪力,其中二阶波浪力采用一阶势的压力积分方法求得。在忽略系泊系统低频运动... 详细信息

针对波浪能装置的抗台风系泊问题,以鹰式三号波浪能装置为对象开展波浪能装置的弹性系泊系统抗台风的研究与设计。根据势流理论计算装置的一阶波浪力和二阶波浪力,其中二阶波浪力采用一阶势的压力积分方法求得。在忽略系泊系统低频运动与波频运动的耦合作用下,采用准静态分析方法,将装置的运动分解为平均静力位移、波频振荡运动和低频振动的叠加。根据鹰式三号波浪能装置实现对应主浪向的要求采用分布式系泊方式分别设计了4种方案,并通过模拟计算,最终选择最优的可行性方案。结果表明:在系泊线中加入可蓄能的弹性索和沉块浮筒蓄能构建件,可以有效减小系泊载荷峰值和控制结构物漂移半径,减少系泊锚链的使用量。

关键词：波浪能装置系泊系统势流理论波浪力波频运动弹性索沉块浮筒鹰式装置系泊载荷漂移半径台风准静态

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波浪能装置设计模型及其解析求解

数学建模及其应用 2023年第1期12卷 44-51页

作者：黄河柳世纯周正复旦大学管理学院上海200433 复旦大学计算机科学技术学院上海200433

本文通过对波浪能装置设计模型进行简化,得出一种快速且准确地提升波浪能转化效率的解决方案.首先,从分析波浪能装置在海水中的垂荡运动出发,将该装置简化为多自由度线性系统,通过分别对浮子和振子进行受力分析、建立微分方程,利用数值... 详细信息

本文通过对波浪能装置设计模型进行简化,得出一种快速且准确地提升波浪能转化效率的解决方案.首先,从分析波浪能装置在海水中的垂荡运动出发,将该装置简化为多自由度线性系统,通过分别对浮子和振子进行受力分析、建立微分方程,利用数值模拟的方式求解,给出浮子和振子从静止到进行垂荡运动各时刻的运动状态;然后,通过调节阻尼器阻尼系数的形式及其数值,计算出使得PTO系统平均输出功率最大的阻尼系数;最后,通过对弹簧刚度的稳定性检验说明该模型可拓展至其他不同的情况,具有普适性.本文模型对于提高波浪能装置的能量转换效率具有指导意义.

关键词：波浪能装置垂荡运动多自由度线性系统多元微分方程

基于模型预测控制的振荡浮子式波浪能装置俘能优化研究

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基于模型预测控制的振荡浮子式波浪能装置俘能优化研究

作者：支光凝大连理工大学

学位级别：硕士

波浪能作为一种新型可再生能源,有着储量大,集中度高的优点,是一种优质的可再生能源。然而我国波浪能技术研究起步较晚,核心技术并未完全掌握,现有的波浪能装置仍存在能量俘获效率低下的问题。本文以振荡浮子式波浪能装置作为研究对象,... 详细信息

波浪能作为一种新型可再生能源,有着储量大,集中度高的优点,是一种优质的可再生能源。然而我国波浪能技术研究起步较晚,核心技术并未完全掌握,现有的波浪能装置仍存在能量俘获效率低下的问题。本文以振荡浮子式波浪能装置作为研究对象,建立基于波浪预测的模型预测控制策略模型,从而实现提升振荡浮子式波浪能能量俘获效率的目标。首先,通过ANSYS-AQWA建立浮子水动力模型,计算得到浮子的水动力参数;依据Cummins理论,建立单自由度、多自由度浮子的时域动力学模型;为方便计算,将浮子动力学方程中的脉冲响应函数通过频域辨识转换成状态空间,从而实现卷积替代;依据转换后的浮子时域动力学方程,通过Simulink搭建单自由度、多自由度浮子时域动力学数值仿真模型;通过与AQWA时域计算结果对比,验证Simulink模型的准确性。其次,基于谐波叠加原理,建立确定性海浪预报波面时程预测模型,实现对单向波波面时程的预测;使用脉冲响应函数方法,通过已知波面时程求解一阶线性波浪激励力;结合波面预测程序以及波浪力求解程序,实现单向波一阶波浪激励力的预测。然后,针对振荡浮子式波浪能装置,介绍模型预测控制应用原理;依据优化目标和各种需求,设置模型预测控制所需目标函数、约束函数、状态量函数;应用MATLAB中nlmpc函数以及Simulink中Nonlinear MPC模块搭建单自由度、多自由振荡浮子式波浪能装置模型预测控制模型;针对单自由度振荡浮子式波浪能装置,在规则波工况下,对预测窗口期、惩罚项以及惩罚项权重进行参数分析和设定,通过已知、未知(基于波浪预测)不规则波工况,校验模型预测控制性能;根据单自由度振荡浮子式波浪能装置的控制参数设置,拟定多自由度振荡浮子式波浪能装置模型预测控制参数,通过在多种波浪工况下的数值模拟测试,探究多自由度振荡浮子式波浪能装置模型预测控制性能。最后,搭建振荡浮子式波浪能装置性能评估的物理模型试验测试平台,依据振荡浮子式波浪能装置工作机理,将装置分成三部分考虑,针对不同的PTO形式,确定装置各部分的主要力学因素,从而确定装置各部分的相似准则和缩尺,以确保装置各部分缩尺的协调性和可行性;搭建一套完整的陆上单自由度振荡浮子式波浪能装置性能评估物理模型试验测试平台,并进行运行和测量过程试验,成功实现PTO加载以及各级能量转化效率的量测。

关键词：波浪能装置振荡浮子式波浪预测模型预测控制模型试验测试平台

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单桩基础及附属波浪能装置的水动力特性研究

单桩基础及附属波浪能装置的水动力特性研究

作者：杨可新大连理工大学

学位级别：硕士

我国地域辽阔,海岸线绵长,风能、波浪能丰富且储量可观,但利用率有限,风能和波浪能的开发利用不仅可以应对化石能源枯竭,还可以降低温室气体排放。海风和海浪相依相存,在风资源丰富的海域,蕴含的波浪能资源也较为丰富,将海上风机与波浪... 详细信息

我国地域辽阔,海岸线绵长,风能、波浪能丰富且储量可观,但利用率有限,风能和波浪能的开发利用不仅可以应对化石能源枯竭,还可以降低温室气体排放。海风和海浪相依相存,在风资源丰富的海域,蕴含的波浪能资源也较为丰富,将海上风机与波浪能装置集于一体发电,使两者共享一套平台结构和电力输送系统,在提高海洋资源利用率的同时,还可以节省空间和减少单位发电成本。鉴于风能-波浪能联合发电装置的种种优势,现已成为研究人员重点研究领域。因此,本文以海上单桩风机基础及附属的垂荡式波浪能发电装置为研究对象,深入研究波浪荷载对海上单桩风机基础及波浪能发电装置水动力性能的影响,为发电系统的结构安全和稳定运行提供一定参考。首先,利用STAR-CCM+软件构建三维数值波浪水池。通过速度入口法和阻尼消波法实现了五阶Stokes波的准确生成,并进行网格收敛性和时间步长的无关性验证,确定了合适的数值造波方案,其理论值与模拟值吻合良好,为后续研究波浪与海洋工程结构物的相互作用奠定了基础。然后,计算分析了波浪作用下美国可再生能源实验室提出的5MW海上单桩风机基础的水动力特性。基于OC5单桩风机的模型试验验证了本文数值模拟的准确性,并建立五阶Stokes波与海上单桩风机基础相互作用的数值计算模型,分别研究同周期不同波高和同波高不同周期下单桩基础所受波浪力、测点涌高和测点压强的变化规律。单桩基础所受的水平波浪力和测点压强均随波高或周期的增加而增加,水平波浪力呈线性规则变化,测点涌高随波高的增加而不断增大,随周期的增加而不断降低。同时,还在单桩基础水表面某些测点发现二次峰现象。最后,计算分析了波浪作用下单桩基础附属的垂荡式波浪能发电装置的水动力特性,并比较了有无发电浮子时,单桩基础所受波浪力大小的差异。基于控制变量法,选取同吃水、同直径但不同底部形状的三种浮子,通过比较垂荡速度、RAO值、波浪力等水动力参数以及发电功率,获得了最优形状浮子后。再分别研究不同吃水和不同直径下最优形状浮子的水动力特性,通过对比水动力参数和发电功率,确定了最优形状浮子的最佳吃水深度和最佳直径,以期为未来风浪联合发电装备的设计提供一定参考。

关键词：五阶Stokes波 CFD 单桩基础波浪能装置水动力特性

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非坐底式浮力摆波浪能装置运动的特性试验

哈尔滨工程大学学报 2018年第2期39卷 254-260页

作者：赵青唐友刚曲志森李焱张中华天津大学天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国船舶科学研究中心江苏无锡214100 国家海洋技术中心天津300112

针对现有的坐底式浮力摆波浪能发电装置维修困难的问题,本文提出一种非坐底式浮力摆波浪能发电装置,并对其运动特性进行试验研究。在将摆板不铰接于海底的情况下,采用1∶4的大比尺制作浮力摆进行试验模型,并在模型底部转轴上安装旋转阻... 详细信息

针对现有的坐底式浮力摆波浪能发电装置维修困难的问题,本文提出一种非坐底式浮力摆波浪能发电装置,并对其运动特性进行试验研究。在将摆板不铰接于海底的情况下,采用1∶4的大比尺制作浮力摆进行试验模型,并在模型底部转轴上安装旋转阻尼器来模拟发电时液压缸的运动阻尼。通过无触点角度传感器来测量不同厚度的模型在不同海况和不同吃水下的运动响应,可以得出结论:浮力摆随着浸没深度增加,固有周期先增大后减小,波浪周期在靠近浮力摆固有周期时,浮力摆运动幅值显著增加;浮力摆在不同的吃水下均可以正常摆动发电,在浮力摆刚浸没水中时其运动幅值最小。

关键词：波浪能装置非坐底式浮力摆运动特性自由衰减波激运动角度传动