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浮体绳轮波浪发电系统研究

应用基础与工程科学学报 2015年第1期23卷 203-211页

作者：王延刚仝兴华朱林森刘勇山东大学力学与机电装备联合工程技术研究中心山东威海264209

海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节.合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率.为提高波浪能利用率,降低波能转换装置成本,设计新型点吸收式波浪发电装置——浮体绳轮波浪发电系统.基于线性规则波理... 详细信息

海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节.合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率.为提高波浪能利用率,降低波能转换装置成本,设计新型点吸收式波浪发电装置——浮体绳轮波浪发电系统.基于线性规则波理论及粘性阻尼理论,考虑浮体附加质量及附加阻尼影响,对浮体上升和下降阶段进行受力分析,分别得到了浮体上升和下降两个阶段的运动方程,推导出浮体完整的运动方程.利用数值计算得到浮体获取最优转换效率的阻尼系数C=10600N·s/m,然后通过水动力学频域及时域分析对数值计算结果进行了验证.理论分析及仿真过程为浮体绳轮波浪发电系统的研究和实际应用提供了理论基础.

关键词：波浪能线性规则波阻尼系数浮体绳轮

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浮体绳轮波能采集技术的研究与试验

太阳能学报 2019年第2期40卷 466-473页

作者：朱林森夏欣欣李亚军邬德峰鞠燕娜翟强山东大学力学与机电装备联合工程技术研究中心威海264209

采用滚动导管机构消除前期浮体绳轮波能装置主绳缆与导绳器间的接触和磨损,利用真空气缸收绳机构提高装置的收绳能力和可靠性。为研究改进后浮体绳轮波能装置的采集效率,基于有限水深Airy波理论和莫里森方程,利用Aqwa和Orcaflex进后浮... 详细信息

采用滚动导管机构消除前期浮体绳轮波能装置主绳缆与导绳器间的接触和磨损,利用真空气缸收绳机构提高装置的收绳能力和可靠性。为研究改进后浮体绳轮波能装置的采集效率,基于有限水深Airy波理论和莫里森方程,利用Aqwa和Orcaflex进后浮体绳轮波能装置的质量、阻尼系数、收绳力等关键参数进行优化。常见海况下的优化计算结果表明:改进后的浮体绳轮波能装置具有较高的波能采集效率,且小浪下的装置最优采集效率高于大浪下的装置最优采集效率。

关键词：波能装置实海况试验采集效率浮体绳轮水动力仿真

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浮体绳轮波浪发电装置结构形状试验研究

浮体绳轮波浪发电装置结构形状试验研究

作者：杨泽山东大学

学位级别：硕士

近年来,为了控制环境污染,解决能源危机,发展可再生清洁能源已经成为了当务之急,新能源产业也日益受到世界各国的重视。我国是海洋大国,海洋能源蕴含量极其丰富,因此,积极发展海洋可再生清洁能源技术,成为了我国新能源战略的一个重要组... 详细信息

近年来,为了控制环境污染,解决能源危机,发展可再生清洁能源已经成为了当务之急,新能源产业也日益受到世界各国的重视。我国是海洋大国,海洋能源蕴含量极其丰富,因此,积极发展海洋可再生清洁能源技术,成为了我国新能源战略的一个重要组成部分。本论文课题就是依托于国家可再生能源专项资金资助项目“浮体绳轮波浪发电技术研究与试验”,主要研究浮体绳轮波浪发电装置的浮体形状。浮体绳轮波浪发电技术是一种振荡浮子式的发电技术,主要利用绳轮结构来采集波浪能量,具有结构简单、成本低、效率高等特点。本文研究的主要目的是寻求合理的浮体结构形状,以期采集波浪能能力达到最大,研究内容对整个项目的顺利完成具有重要的理论和实际意义。本文研究内容如下： 1、简单介绍本项目发电装置的原理,对浮体进行水动力分析,总结出附连水质量的计算方法,并推导出浮体在无阻尼自由振荡下的湿固有频率。结合小球弹簧振动系统推导出波浪中浮体的垂荡响应方程,求得浮体在垂荡方向上波浪能的吸收效率表达式。 2、针对三种不同底面形状的浮体,计算比较了相同质量的情况下不同底面形状浮体的吃水深度,并推导出了三种不同底面形状浮体波浪力表达式,最后根据理论推导,结合实际条件,寻找到测算附连水质量的方法。 3、针对共振浮体与轻薄浮体,通过浮体的垂荡响应方程,分析了波浪频率对共振浮体垂荡振幅的影响,并求得共振情况下浮体振幅与波振幅的放大倍数。 4、结合ANSYS-AQWA软件对浮体运动进行仿真分析,比较了三种不同底面形状浮体的附连水质量、湿固有频率以及垂荡方向上所受波浪力的大小,得出凸形底面浮体附连水质量最小,所受波浪力最大;比较了共振浮体与轻薄浮体自由运动的垂荡振幅以及增加外部阻尼力之后的垂荡振幅,得出共振浮体自由运动垂荡振幅大于轻薄浮体,外部阻尼力对共振浮体垂荡振幅影响远大于轻薄浮体。 5、结合实验室条件对以上理论以及仿真分析进行试验验证,验证得出凸形底面浮体附连水质量最小,发电功率最大,较适合浮体绳轮波浪发电装置;受绳子拉力作用,共振浮体发电功率小于轻薄浮体,其原因主要是绳子上的阻尼力对共振浮体垂荡振幅影响远大于轻薄浮体。

关键词：浮体绳轮波浪能发电水动力分析湿固有频率附连水质量

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浮体绳轮波浪能采集装置的研究

浮体绳轮波浪能采集装置的研究

作者：鞠燕娜山东大学

学位级别：硕士

波浪能作为一种海洋可再生能源,由于其蕴藏量大、分布面广、能流密度高日益受到人类社会的重视。浮体绳轮波浪发电技术是一种新型的点吸收波浪发电技术,由于其原理简单,具有发电可靠性好、效率高、成本低的潜在优势。本文基于浮体绳轮... 详细信息

波浪能作为一种海洋可再生能源,由于其蕴藏量大、分布面广、能流密度高日益受到人类社会的重视。浮体绳轮波浪发电技术是一种新型的点吸收波浪发电技术,由于其原理简单,具有发电可靠性好、效率高、成本低的潜在优势。本文基于浮体绳轮波浪能发电技术的工作原理,完成了浮体绳轮波浪能采集装置的结构设计、强度校核、稳性校核,并针对实海况试验中存在的效率问题进行了理论分析,为装置的进一步改进提供了依据。本文具体研究内容如下：(1)分析了不同波浪理论的特点及其适用范围,并根据试验海域实际波浪情况选择线性波作为本文的波浪理论,然后利用线性化自由水面的运动学和动力学边界条件,求解势波运动的控制方程,推导了线性波的速度势、波动压强和波动能量。(2)介绍了浮体绳轮波浪能发电技术的基本工作原理,分析浮体在波浪作用下上升过程中的受力情况,推导了浮体运动方程,建立了浮体绳轮波浪发电效率模型。(3)根据海试区域实际海况,装机容量和发电指标的要求,对波浪能采集装置的浮体进行了结构方案设计、主要尺寸参数设计并应用有限元分析软件ANSYS对浮体吊装和工作时的受力情况进行仿真,校核其强度和刚度。对装置中的关键收绳机构进行设计。并对装置进行了初稳性校核和大倾角稳性计算。(4)提出海试样机的布放方案和海试方案,对样机的可靠性和发电效率进行了测试。针对样机实海况测试中存在的小浪难以发电、大浪发电效率低的问题,对主绳缆进行了水动力学分析,分析计算结果表明：由于弹簧收绳能力弱,在海流作用下主绳缆挠度大,导致样机小浪难以发电、大浪发电效率低。

关键词：浮体绳轮波浪发电波浪能采集海况试验

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浮体绳轮波浪发电装置系泊系统研究

浮体绳轮波浪发电装置系泊系统研究

作者：刘彬山东大学

学位级别：硕士

近年来,全世界面临化石能源枯竭和环境污染双重压力,各个国家都把新能源的开发利用放到发展的首要位置。波浪能作为一种新型可再生资源,具有能量密度高、分布范围广、清洁无污染等优点。浮体绳轮波浪发电装置是一种新型振荡浮子式波浪... 详细信息

近年来,全世界面临化石能源枯竭和环境污染双重压力,各个国家都把新能源的开发利用放到发展的首要位置。波浪能作为一种新型可再生资源,具有能量密度高、分布范围广、清洁无污染等优点。浮体绳轮波浪发电装置是一种新型振荡浮子式波浪发电装置,具有体积小、成本低、投放简单、易于维护和发电效率高等优点。本论文课题就是依托于国家可再生能源专项资金资助项目“浮体绳轮波浪发电技术研究与试验”。本文重点研究浮体绳轮波浪发电装置的系泊方案,从系泊方案的理论分析、初步设计、软件仿真以及布放试验四个方面,对浮体绳轮波浪发电装置系泊方案进行了设计研究。本文研究的内容如下：第一,介绍浮体绳轮波浪发电装置的工作原理,研究了系泊系统的种类以及国内外波浪发电装置的系泊方案。最终根据浮体绳轮波浪发电装置的原理,初步选择了悬链线式系泊方式。第二,提出悬链线系泊方案对浮体绳轮波浪发电效率没有影响,并进行了理论分析和仿真验证。最终通过理论计算和仿真分析验证了悬链线系泊方式的可行性。第三,研究了浮体在一定海况下所受到的载荷类型,并对浮体载荷进行了理论计算和软件仿真,为下一步进行系泊系统的设计提供数据基础。第四,对系泊方案进行初步设计。首先,借助悬链线方程分析对比锚链系泊、钢丝绳系泊和组合式系泊三种方案的特点,根据海试地点的海况分析选择合适的系留索,通过分析最终选择纯锚链作为最终的系留索。根据设计海况计算浮体所受到的风、浪、流载荷,根据载荷大小初步选择系泊锚链的规格参数。其次,借助AQWA软件进行布置方案的设计选用,包括锚链的数量以及锚链布置角度,经过分析发现单纯通过增加锚链数量并不一定增大系泊系统抗风浪等级,合理布置锚链角度同样能增大系泊系统抗风浪等级。再次,根据锚链的张力进行锚的设计选用。最后,通过海试验证浮体绳轮波浪发电系泊方案的可行性。第五,解决极端海况发电装置安全性问题。首先,提出通过采取升降浮体来解决浮体在极端海况下的安全问题。其次,设计了两种不同原理的浮体升降方案,并对两种方案进行分析比较,最终确定浮体升降方案。最后,通过模型试验验证浮体升降方案的可行性。

关键词：波浪发电浮体绳轮悬链线系泊升降浮体 AQWA

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浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台的研究

浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台的研究

作者：卢少华山东大学

学位级别：硕士

近年来,为了应对环境污染和能源危机,世界各国加大了对可再生能源的开发力度。波浪能作为一种海洋可再生能源,具有蕴藏量大、分布广泛、能量密度高、采集难度大等特点,成为当前可再生能源研究的一个热点,同时也是一个难点。浮体绳轮波... 详细信息

近年来,为了应对环境污染和能源危机,世界各国加大了对可再生能源的开发力度。波浪能作为一种海洋可再生能源,具有蕴藏量大、分布广泛、能量密度高、采集难度大等特点,成为当前可再生能源研究的一个热点,同时也是一个难点。浮体绳轮波浪发电技术是一种典型的点吸收式发电技术,该技术利用浮体绳轮机构来采集波浪能,原理简单,结构紧凑,具有可靠性好、成本低、效率高的潜在优势。实海况试验是浮体绳轮波浪发电技术研发过程中风险最大、成本最高、周期最长的环节。为此,本论文提出一种浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台,利用该平台可以将海试样机存在的大多数隐患发现并解决在陆地上,从而有效降低了海试环节的风险和成本,缩短了研发周期。本论文在以下方面进行了研究：(1)基于浮体绳轮波浪发电装置在海水中的运动状态,利用线性波理论对装置的升沉运动进行了水动力学分析,推导出装置升沉运动的数学模型——单自由度弹簧振子有阻尼受迫振动模型。(2)提出了浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台的设计方案,分析了该方案的工作原理,并对发电装置在试验平台上的运动过程进行了动力学分析,推导其数学模型,通过设计合适的弹簧刚度系数,使装置在试验平台上运动的数学模型和装置在海水中运动的数学模型完全一致,确保了浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台设计方案的有效性。(3)完成了浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台的结构设计,对试验平台的关键部件进行了强度及刚度校核。通过浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验,测得了发电装置的实际运动位移曲线,该曲线与理论位移曲线有较好的一致性,证明了浮体绳轮波浪发电陆地模拟试验平台设计方案的有效性。

关键词：波浪能发电点吸收式浮体绳轮模拟试验