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潮流能发电装置性能综合评估方法研究

上海海洋大学学报 2015年第2期24卷 314-320页

作者：叶青朱永强李雪临王鑫段春明华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 国家海洋技术中心天津300112 国网冀北电力有限公司经济技术研究院北京100045

目前,我国还没有建成为潮流能发电装置提供试验、测试与评估的海上测试场。潮流能发电装置性能综合评估方法的研究是海上测试场建设理论研究的重要组成部分,为改进潮流能发电装置的性能提供可靠依据。文章在模糊综合评判模型的基础上利... 详细信息

目前,我国还没有建成为潮流能发电装置提供试验、测试与评估的海上测试场。潮流能发电装置性能综合评估方法的研究是海上测试场建设理论研究的重要组成部分,为改进潮流能发电装置的性能提供可靠依据。文章在模糊综合评判模型的基础上利用灰色关联理论修正主观权重,分析了潮流能发电装置性能各项指标,给出装置性能评估的层次模型。通过对原始指标数据的标准化处理,使指标数值均处于(0,1)内,降低了计算的复杂度;利用变异系数和关联度修正初始权重,得到潮流能装置多指标的综合权重量化值以及最终评估结果。该方法简化了标准层次分析法中一致性检验过程,同时提高了评估结果的客观性及模糊综合评判的可信度。最后对两台潮流能发电装置实测数据进行评估分析,验证了该评估方法的有效性。

关键词：潮流能发电装置序关系分析法变异系数灰色关联度分析模糊综合评判

我国自主研发潮流能发电装置的现场测试与评价分析

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仪器仪表学报 2018年第7期39卷 226-234页

作者：王项南张原飞夏海南郭毅薛彩霞国家海洋技术中心

随着越来越多海洋能发电装置的研发和海试,对其运行状况和发电效果进行测试的需求也越来越迫切。针对我国自主研发的LHD-L-1000林东模块化大型海洋潮流能发电机组的特点,提出了现场测试与评价分析方法,通过实海况测试,从功率特性和电能... 详细信息

随着越来越多海洋能发电装置的研发和海试,对其运行状况和发电效果进行测试的需求也越来越迫切。针对我国自主研发的LHD-L-1000林东模块化大型海洋潮流能发电机组的特点,提出了现场测试与评价分析方法,通过实海况测试,从功率特性和电能质量特性两方面综合评价其发电性能。测试结果表明,在功率特性方面,200 k W机组的最大输出功率、转换效率、年发电量均优于300 k W机组;在电能质量特性方面,两台机组的电压偏差、频率偏差、谐波、电压不平衡度和电压波动均满足国家电能质量相关标准,长闪变出现超标。研究成果为潮流电站运营者制定合理有效的运行调度方式及改善措施提供参考。

关键词：潮流能发电装置现场测试功率特性电能质量特性

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潮流能发电装置功率特性测试分析方法研究

潮流能发电装置功率特性测试分析方法研究

作者：夏海南大连海洋大学

学位级别：硕士

近年来,随着能源消耗量的增大、石油煤炭等化石能源价格的上涨、空气污染的加剧,世界各国越来越重视海洋能源的开发与利用。我国从2010年以来,国家海洋局联合财政部每年安排2亿元专项资金,支持海洋可再生能源的开发与利用。在国家的大... 详细信息

近年来,随着能源消耗量的增大、石油煤炭等化石能源价格的上涨、空气污染的加剧,世界各国越来越重视海洋能源的开发与利用。我国从2010年以来,国家海洋局联合财政部每年安排2亿元专项资金,支持海洋可再生能源的开发与利用。在国家的大力支持下,潮流能发电装置的研发取得了很多研究成果,但是还存在转换效率不高、发电成本居高不下等问题。潮流能发电装置功率特性测试分析方法的研究,对于潮流能发电装置转换效率的提高和发电成本的降低具有积极的促进作用。在研究国内外潮流能发电装置研发现状的基础上,分析了我国潮流能发电装置功率特性的测试需求,介绍了国内外潮流能发电装置功率特性测试方法的研究进展。最终,立足于我国潮流能发电装置的测试需求,提出了潮流能发电装置功率特性的测试方法。该测试方法主要分析了潮流能发电装置功率特性指标的测量要素、确定了测量仪器的布放位置和数据采集的方法、研究了测试数据的处理方法和功率特性指标的计算方法。在此基础上,将“海能III”潮流能发电装置确定为被测试的对象。并于2014年8月将电力测试系统和海洋环境监测系统布放到测试海域,开展了测试系统与测试对象之间的联调,验证了测量仪器布放位置的合理性与数据采集方法的可行性。应用“基于潮流能利用的变几何水轮机发电装置研制”项目的实海况测试数据,采用比恩法对测试数据进行处理,然后对功率特性指标进行计算与分析,得到了潮流能发电装置功率特性。结果表明:(1)垂直轴潮流能发电装置的涨潮和退潮功率曲线具有相似性;(2)在流速达到潮流能发电装置的切入流速时,潮流能发电装置的转换效率波动较大,转换效率在1m/s附近时得到了大幅提升,并且在流速为2.5m/s时,该发电装置的转换效率达到最大值;(3)本次测试的潮流流速没有达到潮流能发电装置最大输出功率时的流速值,潮流能发电装置的输出功率随着流速的增大而一直增加。本文的创新点是应用海洋可再生能源专项资金支持下研发的测试系统,开展了潮流能发电装置功率特性的现场测试工作,在国内首次应用比恩法对现场测试数据进行处理与分析,并且得到了潮流能发电装置的功率特性。本文提出的潮流能发电装置功率特性测试方法能够满足潮流能发电装置功率特性的测试需求,同时在专项资金的支持下将会有大批的潮流能发电装置进入实海况试验示范阶段。因此,对潮流能发电装置功率特性测试分析方法的研究具有广阔的应用前景。

关键词：测试方法潮流能发电装置功率特性测试比恩法

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潮流能发电装置功率控制系统设计与开发

潮流能发电装置功率控制系统设计与开发

作者：胡振兴中国海洋大学

学位级别：硕士

随着当今社会经济的快速发展，人类对能源的需求量持续增加，而传统化石能源的日益枯竭及其大量消耗所造成的环境恶化已成为世界各国亟待解决的问题。因此，世界各主要能源国家都在积极调整改善能源利用结构，开发利用各种可再生能源。... 详细信息

随着当今社会经济的快速发展，人类对能源的需求量持续增加，而传统化石能源的日益枯竭及其大量消耗所造成的环境恶化已成为世界各国亟待解决的问题。因此，世界各主要能源国家都在积极调整改善能源利用结构，开发利用各种可再生能源。海洋潮流能作为一种新型可再生绿色能源，由于储量丰富、能量稳定、安全清洁、可再生可持续性好、可预测性强等特点，成为海洋能能源开发技术领域中发展最为迅速的分支。作为一种系统集成创新的高新技术装置，水平轴潮流能发电装置存在许多关键技术问题需要解决。研究论证水平轴潮流能发电装置的可行性、研究适用于潮流能发电装置的电力变换拓扑结构、提高机组运行安全可靠性及功率稳定性并实现最大能量捕获都是潮流能发电技术中的重要课题。本论文围绕国家海洋局海洋可再生能源专项资金项目“500kW海洋能独立电力系统示范工程”的子课题“100kW潮流能发电装置研制”，分析并给出了系统总体设计方案，然后借鉴吸收目前已经成熟的风力发电和水轮机发电技术，通过理论分析、数学建模及仿真试验等手段，重点对潮流能发电装置中的电力变换拓扑结构及潮流能系统的最大功率跟踪控制策略这两项关键技术进行分析研究。根据潮流能自身的特点及系统需求分析研究适用于潮流能发电装置中的电力变换拓扑结构，对设计开发潮流能发电系统具有重要意义。论文介绍了发电装置电力变换系统的构成及其各功能模块的作用，研究了功率因数校正技术及三相Boost型PFC变换器拓扑结构，重点分析研究了三相单开关Boost PFC变换器，阐述了其工作原理并给出了详细的工况分析，确定了变换器关键组件的参数，并进行了仿真验证。潮流能发电系统的最大功率跟踪控制研究是论文的另一个重要工作。论文重点研究了潮流能发电装置的变速运行控制即最大功率跟踪控制，通过对几种常见的最大功率跟踪算法进行分析比较，确定了本文所研究的基于功率信号反馈的MPPT控制算法方案。对发电系统各子系统进行模型分析和仿真研究，建立各子系统的仿真模型，并最终建立带有最大功率跟踪控制的整机系统仿真模型，进行仿真验证，为后续研究工作提供理论支持。最后，对本文的研究工作进行了总结，指出了目前存在的一些问题，并提出了进一步完善的建议。

关键词：潮流能发电装置功率因数校正三相单开关Boost PFC变换器最大功率跟踪仿真验证

基于SACS的重力式潮流能发电装置试验平台波流荷载下疲劳分析

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海洋技术 2012年第4期31卷 71-74页

作者：宋雨泽王项南王鑫金鑫路宽韩林生杨宁国家海洋技术中心天津300112 天津海油工程技术有限公司天津300100

管节点是重力式海洋平台结构关键却薄弱的构件,海洋平台的失事很多也是由于构件疲劳造成的,因此对管节点进行合理的疲劳分析,可以有效地减少管节点的应力集中,增加节点疲劳寿命。以重力式潮流能发电装置试验海洋平台为例,采用三维SACS... 详细信息

管节点是重力式海洋平台结构关键却薄弱的构件,海洋平台的失事很多也是由于构件疲劳造成的,因此对管节点进行合理的疲劳分析,可以有效地减少管节点的应力集中,增加节点疲劳寿命。以重力式潮流能发电装置试验海洋平台为例,采用三维SACS软件建立平台结构模型,依据现有设计资料,应用SACS软件对平台进行基于线弹性响应的静态加载条件下结构分析,并计算相应节点应力,根据S-N曲线计算在各种工况下平台的管节点的疲劳损伤,其目的是为重力式可升降海洋平台设计建造以及疲劳分析提供一些有益的参考。

关键词：重力式潮流能发电装置海洋平台 SACS 疲劳分析

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水平轴潮流能发电装置轴向力分析及试验研究

水平轴潮流能发电装置轴向力分析及试验研究

作者：甄飞浙江大学

学位级别：硕士

能源是人类发展的基础,全球经济的快速发展离不开能源的保障,经过多年的研究,水平轴潮流能机组技术日渐成熟,正在朝产业化的方向迈进。在设计潮流能机组过程中,很多技术都是参照风力发电机,风力发电机与同等功率的潮流能发电机组相比,... 详细信息

能源是人类发展的基础,全球经济的快速发展离不开能源的保障,经过多年的研究,水平轴潮流能机组技术日渐成熟,正在朝产业化的方向迈进。在设计潮流能机组过程中,很多技术都是参照风力发电机,风力发电机与同等功率的潮流能发电机组相比,由于海水的密度远高于空气的密度,潮流能机组产生的轴向力远大于风力发电机组,这严重影响了机组的正常运行和可靠性。机组的轴向力是设计机组安装设备必不可少的一个参考因素,也是影响机组可靠性的重要原因,潮流能机组目前很多都是试验样机,发电功率较小,随着功率等级的不断增大,轴向力的问题也会越来越明显,轴向力也将得到重视和研究。本论文的主要内容如下：第一章论述了课题研究的背景和意义;介绍了国内外海流能发电机组的进展以及课题来源和研究内容。第二章分析了轴向力产生的原因和阐述了轴向力分析的基本理论及轴向力的理论计算方法。第三章分别利用CFD的仿真技术对水平轴潮流能发电机组进行流场分析,与利用Bladed软件创建分析叶轮模型,通过仿真分析得到轴向力与流速的关系及每个方法的相互优缺点。第四章说明了试验测量方案进行设计,包括测量方案的选择与制定、小机组的设计、方案可行性分析、吊梁的有限元分析和应变片的贴法分析。第五章说明了潮流能机组海试的情况,包括应变片的粘贴与标定、试验系统的搭建与测量,并对仿真结果进行比对分析,说明CFD的方法加准确。第六章归纳总结了论文的工作和成果,对课题后续的研究方向和工作内容进行了展望。

关键词：潮流能发电装置轴向力计算流体力学 Bladed仿真轴向力测试

基于海水养殖的潮流能发电装置叶轮优化数值研究

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基于海水养殖的潮流能发电装置叶轮优化数值研究

作者：朱金月浙江海洋大学

学位级别：硕士

在适用于海水养殖的低流速海况下,提高潮流能发电装置的发电功率对海水养殖自动化智能化发展有着重要意义。为进一步提高水轮机发电功率,本文对垂直轴潮流能发电装置的旋转叶轮进行系统的设计,采用SST K-ω湍流模型和滑移网格技术设置... 详细信息

在适用于海水养殖的低流速海况下,提高潮流能发电装置的发电功率对海水养殖自动化智能化发展有着重要意义。为进一步提高水轮机发电功率,本文对垂直轴潮流能发电装置的旋转叶轮进行系统的设计,采用SST K-ω湍流模型和滑移网格技术设置数值模拟实验,计算潮流能发电装置各工况的发电功率。主要研究内容如下:(1)文章先对旋转叶轮端部的小翼结构进行几何划分,对安装小翼结构的三叶片水轮机进行建模,通过CFD软件进行数值模拟实验计算,用控制变量法分析不同小翼长度和不同小翼负旋角组合的小翼结构对水轮机整体发电功率的影响,并根据流场信息分析不同小翼结构水动力性能存在差异的原因。(2)在考虑小翼结构基础上,改变以往模拟实验中水轮机旋转叶轮的叶片数量,对叶片几何参数进行优化,明确几何参数改变,造成旋转叶轮叶片数量的变化,建立带有小翼结构的二叶片水轮机和四叶片水轮机几何模型,进行数值模拟实验计算,在其他条件不变的情况下,分析比较二叶片、三叶片与四叶片水轮机的水动力性能差异,并分析了差异存在的原因。(3)改变水轮机的旋转速度,探究来流速度为1m/s时,潮流能发电装置的发电潜力。通过以上模拟实验对比分析发现,在适合海水养殖的低流速海况下,该型潮流能发电装置在各工况下均有稳定的发电功率。实验结果表明:(1)在低流速低转速、叶轮旋转半径一定的情况下,叶轮小翼长度占水轮机旋转半径的26.80%,小翼负旋角70°的水轮机水动力性能最好,发电功率最高;(2)与三叶片水轮机相比,二叶片水轮机水动力性能较好,能量转换效率较高,四叶片水轮机水动力性能较差,能量转换效率较低;(3)水轮机发电功率随着叶轮旋转速度升高先增加后减小,在一定的转速范围内,提高叶轮的旋转速度可以显著的提升水轮机的发电功率。本文的研究内容为海水养殖设备供电问题提供了一种新的解决方案,本文的研究结论为该型潮流能发电装置的实际应用提供参考依据。

关键词：海水养殖设备供电潮流能发电装置叶轮优化低速流水动力性能

基于FVCOM模型的潮流能发电装置功率特性研究

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基于FVCOM模型的潮流能发电装置功率特性研究

作者：董宇航天津大学

学位级别：硕士

随着化石能源的日渐枯竭和海洋战略地位的提升,海洋能的开发利用受到了世界各国的高度重视,其中,潮流能发电技术已经成为海洋能源利用技术中发展最快的一个分支。近年来,我国潮流能发电技术发展迅速,随着潮流能发电技术的不断进步,对潮... 详细信息

随着化石能源的日渐枯竭和海洋战略地位的提升,海洋能的开发利用受到了世界各国的高度重视,其中,潮流能发电技术已经成为海洋能源利用技术中发展最快的一个分支。近年来,我国潮流能发电技术发展迅速,随着潮流能发电技术的不断进步,对潮流能发电装置进行测评的需求也日益迫切,潮流能发电装置的功率特性是评价发电装置的重要指标,而准确得到潮流能发电装置的输入流速特性是分析潮流能发电装置功率特性的关键。潮流能发电装置所处海域的地形复杂,对其流速特性进行连续直接测量较为困难。因此本文基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,对潮流能发电装置所处的海域进行潮流数值模拟,并将模拟结果与实测数据进行对比验证分析,得到潮流能发电装置处的输入流速条件。在模拟工作结束后,对潮流能发电装置的功率特性分析方法进行了优化,并采用比恩法对数值模拟所得到的流速数据进行了分析处理,利用数值模拟得到的流速数据与实测电功率数据相结合,绘制出潮流能发电装置的功率特性曲线,并计算出潮流能发电装置的年输入能量、转换效率及年发电量。经计算,该潮流能发电装置在涨潮时期间的平均转换效率为34.95%,落潮期间的平均转换效率为36.85%,年输入总能量为808066k Wh,年发电总量为280640kWh。

关键词： FVCOM 潮流数值模拟潮流能发电装置功率特性

船行波对浮式潮流能发电装置动力响应影响研究

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船行波对浮式潮流能发电装置动力响应影响研究

作者：冯茵浙江海洋大学

学位级别：硕士

我国近海海洋可再生能源潮流能可开发量高达167万k W,其中浙江省沿海岸的舟山群岛区域的潮流能资源最为丰富。然而,舟山潮流能密集区域大多集中在西堠门水道、龟山航门、灌门水道和金塘水道等海域,这些海域拥有优越的地理位置以及深海... 详细信息

我国近海海洋可再生能源潮流能可开发量高达167万k W,其中浙江省沿海岸的舟山群岛区域的潮流能资源最为丰富。然而,舟山潮流能密集区域大多集中在西堠门水道、龟山航门、灌门水道和金塘水道等海域,这些海域拥有优越的地理位置以及深海水道资源,来往航行船舶较多,航道通航密度也较大。所以,过往的大型船舶航行产生的船行波会在一定程度上影响浮式潮流能发电装置的稳定性,甚至会有导致其倾覆的可能。因此,本文利用CFD方法对在不同横向间距、航行速度因素下产生的船行波对浮式潮流能发电装置动力响应的影响进行了计算和分析,为浮式潮流能水平轴水轮机发电装置的设计和研究提供了现实意义。本文首先介绍了浮式潮流能发电装置数值模拟所用的CFD方法的基础理论;然后通过软件STAR-CCM+对均匀流中固定转速的水轮机能量利用率进行了计算和分析,验证了该数值模拟方法的可行性。其次介绍了相应的船行波理论、船行波经验波高公式;然后利用数值模拟软件对固定船舶进行相对运动所产生的船行波进行了模拟,分析了不同相对运动速度下的船行波的波态以及横向波高变化,并得出了船行波波高随横向界面距离的增大而减小以及随船速的增大而增大的变化规律;然后模拟计算了船舶以不同固定速度行驶所产生的船行波,按照水深傅汝德数的大小范围分析了其船行波波态,并得出了船行波横向最大波高随横向距离的增大而减小的变化规律。最后模拟计算了水轮机、载体和航行船舶整体之间耦合运动,并分析了不同横向间距和航行速度下产生的船行波对浮式发电装置中载体纵摇、横摇、垂荡、轴向力等运动响应和水轮机获能效率、推力系数等水动力性能的影响,得出在航速相同时,随着横线行间距的减小,载体纵摇、垂荡运动以及x轴向力均出现周期性波动且纵摇、垂荡最大值均出现在最小L横向间距下;不同速度下的载体横摇运动幅也随之增加13%、18%、39%和43%;水轮机获能效率也随之越大,推力系数却随之越小。在横向间距相同时,随着航速的增加,不同横向间距下的载体横摇运动幅也随之增加42%、18%、9.4%、8.6%和6.2%;载体纵摇运动的幅值也越大,尤其在横向间距为L下,航速从2.5m/s增加到4m/s,载体纵摇值就增大了42%;航速对载体垂荡运动的影响很小;不同航速下的水轮机获能效率曲线图变化规律不完全一致的,但是,其获能效率值是随之越小。

关键词：船行波潮流能发电装置耦合运动动力响应获能效率