基于测量不确定度评定理论的波浪能发电装置实验数据质量评价研究

通过采用测量不确定度评定理论提出波浪能发电装置实验室俘获宽度比测试的数据质量评价模型并进行验证,可为后续建立波浪能发电装置实验数据的量值溯源链,完善波浪能发电数据评估技术提供研究基础。研究表明,在同一工况下实验结果的测量不确定度与样本量有关,在采用测量不确定度评价不同装置的实验数据质量时应在相同或相近的样本量条件下进行,避免由于样本量的不同造成实验结果的评价差异。

波浪能供电观测浮标防腐方案设计及仿真

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。

基于改进秃鹰优化算法的海上混合光伏波浪能转换器阵列优化

近年来,海上能源发电技术备受瞩目,一种新兴趋势是将波浪能转换器(wave energy converter,WEC)与海上光伏(offshore floating photovoltaic,OFPV)相结合,形成混合光伏-波浪能转换器系统(hybrid PV-wave energy converter,HPV-WEC)。HPV-WEC具有提高海上空间利用率,降低成本以及实现功率稳定输出等优势。为了充分利用HPV-WEC系统之间的协同效应,在不增加新设备的情况下提高能源产量,提出了一种基于改进秃鹰优化算法(improved bald eagle search algorithm,IBES)的HPV-WEC阵列布局优化策略。IBES结合了莱维飞行策略和模拟退火(simulated annealing,SA)机制,以平衡局部开发和全局探索之间的关系。为了评估IBES在优化HPV-WEC阵列方面的有效性,进行了5个浮标和8个浮标规模的阵列优化,并将IBES与其他5种算法进行了比较。实验结果表明,IBES表现出实现最大总功率输出并具有显著的收敛特性。

基于LMMHD波浪能发电机特性的高效实时输出功率控制系统

针对目前液态金属磁流体(LMMHD)波浪能发电机输出功率控制系统响应慢、精度差、变换效率低、低压下不能可靠换向的问题,在LMMHD波浪能发电机输出特性分析的基础上,提出一种通过实时调节LMMHD发电机等效负载来控制发电机输出功率的控制策略,该控制策略快速准确且多模块并联时不存在并联均流问题。通过对考虑寄生参数影响的主电路效率的理论分析,得到了所提输出功率控制策略下主电路效率的变化规律,进而提出了多模块并联的方案,提高了系统效率,降低了单模块的设计难度。并提出了一种滚动时域判断和双模块独立驱动的换向驱动方法,在实现低压下可靠换向的同时避免了电流从体二极管流通,降低了导通损耗。仿真和样机实验结果验证了所提策略的有效性。

中心管振荡水柱式波浪能装置外形设计性能试验

为了探索中心管振荡水柱式波浪能装置的结构外形对其性能的影响,本文进行了装置外形结构设计,通过入射波要素、浮筒吃水深度、尾管高度、水下结构比例等类型的多种工况的物理模型试验,验证不同参数对装置性能的影响。试验结果表明:设计的模型对入射波周期变化敏感,对特定入射波高响应较优越,且在波高为65 mm,周期为1.1 s时,获得最大俘获宽度比为67.64%;模型浮筒吃水深度越大,则俘获宽度比越小,通频带越窄;锥形尾管高度值对模型的俘获宽度比和通频带宽影响较小;不同水下结构比例的模型之间俘获宽度比数值差距较小,比例为0.3时,模型的俘获宽度比通频带最宽。模型试验结果对装置的进一步优化具有理论指导意义。

广东省周边海域风能和波浪能联合开发潜力分析

参考现有海上风电场位置选择广东省周边海域的5处联合开发场址,基于2001—2020年的风和波浪再分析数据,从资源储量和稳定性等角度对选址开展资源特征的详细分析,并评估不同额定功率的6种风力机和6种波浪能装置在选址处的发电性能。结果表明,广东省周边海域的风能和波浪能均有明显的季节分布差异,在秋冬季节更为丰富且更为稳定;风能和波浪能具有较强的相关性;风力机额定功率越大平均发电功率越大,但容量因数随额定功率的增大呈现波动趋势;风力机的容量因数明显大于波浪能装置;综合考虑多种因素,W2E-215/9.0风力机和Wave Star波浪能装置更适合投放于所提5处场址。

自适应双稳态浮子式波浪能发电装置在不规则波中的能量捕获性能研究

传统双稳态波能装置已被证实在规则波中可以通过添加“自适应”特性,来解决由阱内振荡引起的低能量吸收问题。本文以自适应双稳态浮子式波浪能发电装置为研究对象,探讨装置在不规则波中的能量捕获性能情况。通过四阶龙格库塔法数值求解装置的运动控制方程,探究在不同装置参数下,自适应双稳态浮子式波浪能发电装置和传统双稳态浮子式波浪能发电装置以及线性浮子式波浪能发电装置的能量捕获性能表现。结果表明,选取适当的装置参数可以使自适应双稳态浮子式波浪能发电装置显著提升能量捕获性能,而且与线性和常规双稳装置相比,更适应于实际海况中波浪能量捕获。

振荡水柱波浪能发电装置机电转换及控制研究进展

在间歇、随机及波动的波浪作用下,振荡水柱波浪能发电装置的空气透平转速和扭矩长期随海况多级变化、短时随波浪波动,机电转换系统结合变工况控制策略是实现输出电能最大化和平稳化的关键之一。该文从振荡水柱式波能转换技术原理及特点出发,重点分析机电转换环节运行工况、运行要点及拓扑结构,归纳总结不同类型控制策略,探讨机电转换及控制技术现状、存在问题,并展望未来发展趋势。

海南省波浪能开发智能化适宜性分析模型研究

针对目前波浪能开发适宜性分析方法存在的问题及工作量大、成本高的特点,基于地理信息系统(Geographic information system, GIS)、改进的多准则决策方法(Multi-criteria decision making, MCDM)和人工神经网络(Artificial neural network, ANN)提出海南省波浪能开发智能化适宜性分析模型。对于该模型:首先,使用模糊层次分析(Fuzzy analytic hierarchy process, FAHP)法计算评价指标权重,降低专家主观偏差,更好地描述信息的不确定性;其次,提出灰色关联分析-折衷优化(Grey relation analysis-vlse kriterijumska optimizacijaⅠkompromisno resenje, GRA-VIKOR)法计算开发适宜性指数,解决评价过程中部分信息丢失、评价结果不准确的问题;最后依托反向传播(Back propagation, BP)神经网络进行模型训练并进行验证,实现海南省波浪能开发适宜性分析的智能化,不仅提高工作效率,而且降低计算成本。通过模型得到海南省波浪能可开发区域和开发适宜性等级,为海南省波浪能选址决策奠定基础,同时可填补海南省波浪能开发适宜性分析在智能化领域的空白。

波浪能转换装置控制技术的发展

从波浪能转换装置的类型及代表性装置阐述国外波浪能装置的发展现状,并对国内波浪能装置的发展进行说明;以当前最普遍使用的点吸收器为例,将功率最大化作为控制目标,从最优和次优的角度介绍经典控制技术及近年来提出的新型控制技术;根据波浪能转换装置研究现状,对未来波浪能转换装置控制技术的主要研究方向进行预测与分析,研究成果可为波浪能转换装置控制技术的进一步研究提供参考。

波浪能发电装置垂荡浮子PTO系统的建模与计算

为了便捷求出垂荡式波浪能发电装置垂荡浮子的平均功率,对现有的设计计算方法进行了研究。基于波浪理论和Froude-Krylov假定法求解波浪力,应用单自由度有阻尼系统受迫振动理论,将波浪激励力作为对垂荡浮体的输入动力,将发电机的电磁阻力作为主要的阻尼力,建立了质量-弹簧-阻尼振动力学模型,确定了垂荡浮子响应的计算方法,并对实际波浪能发电装置垂荡浮子Power Take Off(PTO)系统列举出计算实例。在算例基础上,对假设条件进行了扩展,应用频率响应曲线、MATLAB软件做出不同参数条件下平均功率三维曲线和输出平均功率数值表,清晰地表明了系统响应状况。研究显示,在波高和频率比一定的条件下,PTO系统平均机械功率随着浮体质量和阻尼力矩的变化具有峰值,围绕峰值区域设计装置的各项参数,能够取得较理想的效果。该建模与计算方法可为实际工程优化设计提供参考。

基于混合粒子群算法的波浪能发电集群优化方法

对波浪能发电集群的优化控制有助于波浪能的有效利用,为此文章提出了基于混合粒子群算法的波浪能发电集群优化方法。以直驱式发电装置为研究对象,探讨其构成发电集群短期尺度下稳定状态的数学模型,由简至繁依次考虑波浪动态压力、装置间辐射影响和遮挡效应,以便更准确地模拟一定密集度的波浪能发电装置部署下的实际效果。以集群功率最大化为优化目标,根据装置运动和海域能量约束,提出混合粒子群算法求解集群的最优参数,在传统算法基础上设定自适应惯性权重并加入交叉和变异操作,以应对复杂集群方程解空间的多峰性问题。算例结果验证了所述集群优化方法的有效性,求解质量良好;同时表明波浪能发电集群规模越大,装置之间的辐射影响越复杂,遮挡效应越明显。

中国南海海洋牧场的波浪能资源评估

利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts)近10年的ERA5再分析海浪场数据,为中国南海周边4个省(自治区)的国家级海洋牧场选取最适合开发波浪能资源的电站位置,重点研究各站点的波浪能开发潜力以及与波浪能装置布放方向有关的指标。研究表明:广东省惠州小星山以及福建省莆田市南日岛两个国家级海洋牧场所选站点的波浪能开发潜力最高,获得高经济收益的潜力也最强;此外,后者所选站点的波浪能传播方向最集中,最有利于装置吸收波浪能资源。

单摆永磁直驱式波浪能发电装置的性能研究

为解决海洋仪器的长期能源供应问题,基于永磁材料的电磁特性,结合易于起振的摆式俘能机制,提出了一种与小体积球形浮标相结合的永磁式波浪能发电装置。详细论述了装置的发电原理和设计方案,推导了装置在波浪激励下的运动模型。依靠AQWA与Maxwell软件进行了联合仿真并对装置进行了参数优化,最终仿真结果表明:在波浪入射角度β=0°,波浪周期T=3.5s,波浪高度H=0.6m的波况下摆锤做周期T_(p)=2s,幅值A_(p)=15°的往复振荡运动,单相绕组产生的感应电动势最大可达27.7V,最佳输出功率为2.07W,可有效满足海洋仪器的供电要求。

波浪能驱动转换装置的研究现状与发展

本文对波浪能驱动转换装置的研究现状与发展进行了系统的探讨和分析。介绍了波浪能的定义、属性以及形成机制和物理原理。然后,探讨了波浪能转换设备的基本工作原理、核心部件和设计选型与优化路径。接着,对现有波浪能驱动转换装置的技术水平进行了概述,包括各类型装置的技术特性、能效转换率和运行效果的分析,以及现有技术存在的问题和改进方案。进一步,展望了未来波浪能转换装置的技术前景与发展方向,包括新型设计方案的优势、研发趋势和在可再生能源领域的应用前景。本文的研究结论可为波浪能驱动转换装置的研发和应用提供指导和参考。

全潜液囊式波浪能俘获系统特性研究

针对海洋监测潜标系统的供电需求,研发设计一种元器件少、结构简单、适用于潜标的水下波浪能俘获系统。相对于使用液压系统的波浪能发电装置,此系统具有工质环保的特点。该系统由液囊、主体、基础和能量传输4部分组成,工质采用水。在实验室造波水槽中对该系统的特性进行模型试验研究,发现该系统适合在长周期和大波高的波浪下工作,试验中功率最大工况为波高0.20 m,周期3.4 s,功率可达5.2 W,效率最大工况为波高0.08 m,周期3.1 s,效率可达25%,且系统的功率和效率会随液囊在水下深度的增大而快速下降。

基于装置得分的北太平洋波浪能资源评估

针对波浪能发电量取决于当地波浪特征和波浪能发电装置,而传统单一的波能流密度评估法则只考虑了地区波浪特性,未结合装置加以分析,评估结果偏向理论的问题,本文利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的第五代大气再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5, ERA5)中的再分析波浪数据,通过装置得分的波浪能评估方法对北太平洋区域1979—2020年波浪能的空间分布进行了分析。结果表明:在本研究所涉及的地区中,纬度较高的地区波能流密度大且装置得分高,本研究所用评估方法的结论同传统评估方法一致,但在中国南海和部分太平洋纬度较低的地区,发电装置有着较好的连续发电条件,发电效率较高。不同装置间的适配区域也有很大不同,AquaBuoy和Pelamis装置的最佳适用区位于北太平洋纬度较高的地区,而Wave Dragon装置的最佳适用区范围更广,在150°E—160°W之间的纬度较低的地区也表现突出。对于中国南海海域,AquaBuoy装置的适配性最好,而北太平洋纬度较高的地区则最适合布置Pelamis装置,北太平洋纬度中游和较低区域最适合布置Wave Dragon装置。

内置偏心摆式波浪能发电装置运动响应分析

波浪激励下内置式波浪能发电装置的能量转换机理尚不清晰,影响了能量输出效率和稳定性。基于势流理论、莫里森方程和拉格朗日-欧拉方程,建立内置偏心摆式波浪能发电装置的三自由度动力学模型,并通过对比理论计算数据与水池试验数据,验证了模型的有效性。基于所建立的动力学模型,分析波浪激励条件、阻尼系数、偏心摆质量及偏心摆安装高度对装置运动响应的影响,并进一步研究能量转换过程的混沌效应,明晰装置混沌状态与输出功率之间的关系,揭示能量转换机理。

吃水深度对振荡水柱式波浪能发电浮标水动力学性能的影响

波浪能浮标的能量转换效率由其水动力学性能决定。由设计经验可知,浮标的水动力学性能受吃水深度的影响较大。文章以波浪能浮标为研究对象,开展对浮标吃水深度的水动力学性能研究。首先介绍浮标的结构及工作原理;其次建立浮标在5种吃水深度工况下的仿真模型,进行数值模拟计算,获得浮标在设计工况下的水动力学参数及能量转换效率;最后进行物理模型试验,研究了6种吃水深度工况下浮标的俘获宽度比(RCW),并与仿真结果进行对比分析。结果表明:当吃水深度为75 mm时,模型RCW最大为56.8%;吃水深度对浮标RCW峰值分布影响较大;在特定的气动阻尼下,仿真模拟结果与物理模型试验结果拟合度较高,误差小于5%。

液压式波浪能装置发电控制策略试验研究

以一套含有多个发电机组的波浪能发电装置液压系统样机为研究对象,介绍系统组成及运行原理,并通过研发的液压测试平台对两种发电控制策略开展试验研究。首先,对流量控制阀变开度发电控制策略开展试验,结果表明采用该策略可使输出电压在一段时间内趋于稳定,提高发电质量,同时提出两种基于液压测试平台获取比例流量控制阀有效输入电信号的方法。其次,通过在液压系统样机输出端接入多个发电机组实现梯度发电控制策略,数据结果证实可有效提高瞬时输出功率,提升波浪能发电装置在不同波况下的自适应性,同时对在实海况中实现该控制策略的条件进行初步讨论。