浮力摆式波浪能发电装置水动力性能优化研究

以浮力摆式波浪能发电装置为研究对象,以其摆板的时均输出功率和一级转换效率为优化目标,通过理论分析和数值模拟的方法,对摆板的起始出水高度、迎浪宽度、质量、质量分布、摆板结构形式等进行水动力性能优化分析。结果表明:改变摆板结构形式的优化方案更为高效、经济,更具可行性。

基于SPH-ALE方法的波浪水槽数值模拟

为了精确模拟波浪传播,基于光滑粒子流体动力学及任意拉格朗日欧拉(SPH-ALE)方法建立二维数值波浪水槽,在原SPH方法中引入近似黎曼求解器替代人工黏性项,采用排斥力边界条件防止流体粒子穿透固边界,海绵层内采用指数型衰减函数来消除水槽末端的波浪反射,并对规则波的传播进行数值模拟。结果表明:与采用人工黏性项的原SPH方法相比,SPH-ALE方法能够无衰减地模拟波浪传播,并可有效减小固边界附近的粒子压力振荡。

基于SPH-ALE方法的浮力摆水动力数值模拟

基于光滑粒子流体动力学-任意拉格朗日欧拉(SPH-ALE)方法建立二维数值波浪水槽,在控制方程中引入近似黎曼解替代人工黏性,采用排斥力边界条件防止流体粒子穿透固边界,采用指数型衰减函数设置海绵层以消除水槽末端的波浪反射。应用所建立的数值模型对规则波传播及其与浮力摆摆板的相互作用进行了水动力数值模拟,结果表明:文中SPH-ALE模型能够较精确地模拟波浪传播,合理地复现波浪与浮力摆摆板相互作用的物理过程。

基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽的阻尼消波研究

对基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽进行了阻尼消波研究。在水槽右端的出流边界处,设置了一定长度的海绵层来吸收波浪,海绵层的衰减系数采用线性分布的形式。通过不同入射波参数的数值计算结果,比较了不同形式的衰减系数和参数的海绵层消波效果,给出了对应不同波要素范围的海绵层参数取值范围。对浪高仪位置处波面历时采用两点法进行了分离,波浪的反射率满足计算要求,给出了数值水槽中不同时刻波面高度空间分布情况,应用快速傅里叶变换得到计算波谱,计算波谱与靶谱吻合较好,计算结果表明所采用的海绵层阻尼消波是一种很好的边界处理方式。

潮流能发电系统性能评估方法研究

近年来,随着国家能源战略及全球海洋能技术的不断发展与进步,国内潮流能发电装置及发电系统的研究与示范取得了重大进展和良好的发展趋势。潮流能发电系统模型或工程样机实海况条件下的性能评估是衡量其设计优劣、促进产业化应用的重要环节,因此建立相应的评估方法尤为必要。目前,全球范围内尚未形成成熟、统一的国际标准。为此,参考相关研究报告及文献,从功率、效率和产能等方面定量地给出了系统性能评估的指标,以期为我国潮流能发电装置研究规范化提供参考。

海洋能发电装备现场检测技术研究

近年来,随着海洋能发电装备研发工作的不断深入,其性能测试工作越来越受到人们的重视。因此,在综合分析目前我国海洋能发电装备研发现状以及海洋能发电装备测试需求的基础上,提出了海洋能发电装备现场检测平台设计方案。主要介绍了现场检测平台的基本功能和系统构成。该方案使得设计出的现场检测平台能够满足波浪能、潮流能等海洋能发电装备功率特性和电能质量特性的测试需求。被测海洋能发电装备可以是已进入实海况示范试验阶段的全比例尺或小比例尺工程样机。

波浪能发电系统性能评估方法研究

波浪能发电系统的性能评估是衡量其设计优劣、促进其产业化进程的关键,建立具有可操作性的波浪能发电系统性能评估方法尤为必要。从功率、效率和经济性三个方面给出了波浪能发电系统性能的定量评估指标,以实际测量的入射波浪记录和发电系统输出功率记录为基础数据,探讨了各项评估指标的计量计算方法,为波浪能发电系统的性能评估提供理论参考依据。

波浪冲击过程流场变化特性试验研究

利用瞬态全场测量技术———粒子图像测速(PIV)技术,研究了波浪对透空式建筑物上部结构冲击过程的流场变化特性。通过对采集到的CCD图像互相关分析,直观地显示了波浪冲击作用发生时结构物底面的流场状态,得到瞬间全场流体水质点速度矢量,并且应用概率分析法研究了冲击压力峰值与波浪水质点运动速度之间的关系。

大万山波浪能试验场泊位间水动力影响分析

当前我国近海海域属稀缺资源,波浪能试验场建设须通过合理布局各测试泊位,在保证试验场各泊位可同时正常开展测试工作的前提下,尽量减小用海面积。拉近试验泊位距离,是减小用海面积的直接手段,但在此过程中,必须保证在试验场场址海域水动力环境下,泊位接入测试波浪能装置后,其之间的水动力影响在可接受的范围内。以大万山波浪能试验场泊位设计为例,介绍一种有效的泊位间水动力影响分析方法。方法采用自主开发的二维Boussinesq波浪模型,开展水动力影响分析工作,同时引入相对波高比概念,对泊位接入装置后影响距离和影响面积进行了定量的分析。文中研究得出的分析方法,可用于判定泊位布局设计的合理性。

国家潮流能试验场选址决策指标体系与分析方法

国家潮流能试验场是潮流能开发利用技术领域的海上公共试验与服务平台。目前国内尚没有海上试验场的建设经验,系统的选址决策标准仍处于空白阶段。本文在对与试验场建设相关的影响因素进行分析与归纳总结的基础上,提出了国家潮流能试验场选址决策的指标体系和分析方法。通过选址方法的研究,对丰富完善国家海洋能试验场标准体系、加快推进国家海洋能试验场建设具有重要意义。

Analysis of the integrated test and evaluation methods of tidal current energy generating devices in the offshore testing site

Actual sea condition testing and inspection and evaluation method research are carried out for tidal energy devices to provide scientific and effective technical support for the ocean high-tech achievement transformation and marine renewable energy development. By analyzing three core indicators, including the power output characteristics of the tidal current device, the generating capacity, energy conversion efficiency, proposed the test contents and evaluation methods of indicators are proposed in this paper; and based on the research of wind farms, power quality testing and assessment methods of offshore tidal energy device are proposed; given the security access to the test contents of tidal current energy device, tidal current energy device running conditions in the testing ground are comprehensively assessed.

浮力摆式波浪能发电装置结构设计与强度优化

波浪能作为一种蕴藏丰富、可再生的清洁能源,在世界上受到了广泛关注。文中提出了一种浮力摆式波浪能发电装置,简要介绍了该装置的工作原理以及基本组成,并对其关键技术进行了研究;建立了装置动力响应特性模型,结合站址海域波浪环境条件对装置进行了水动力特性分析,获取装置对波浪的响应状况,确定了关键设计参数;利用该参数对装置进行了结构设计,并对其关键受力部位进行强度计算与优化。结果表明,装置在规则波条件下具有较高的能量转换效率,同时满足其在极限波况下的强度要求。

海上风电制氢技术发展现状与建议

可再生能源制氢是达成碳达峰目标、实现碳中和愿景的重要路径。海上风电制氢作为可再生能源制氢的重要组成部分,具有巨大的市场潜力和广阔的发展前景。首先,介绍了2种不同的海上风电制氢系统方案;其次,阐述了适用于海上风电应用场景的电解水制氢技术和氢储运技术,梳理了国际海上风电制氢典型项目和我国海上风电制氢产业布局;最后,从氢能顶层设计、海上风电制氢技术攻关和标准体系建设等方面提出发展建议,为我国海上风电制氢技术创新和高质量发展提供参考。

An Irregular Wave Maker of Active Absorption with VOF Method

A numerical irregular wave flume with active absorption of re-reflected waves is simulated by use of volume of fluid （VOF） method. An active ＇absorbing wave-maker based on linear wave theory is set on the left boundary of the wave flume. The progressive waves and the absorbing waves are generated simultaneously at the active wave generating-absorbing boundary. The absorbing waves are generated to eliminate the waves coming back to the generating boundary due to reflection from the outflow boundary and the structures. SIRW method proposed by Frigaard and Brorsen （1995） is used to separate the incident waves and reflected waves. The digital filters are designed based on the surface elevation signals of the two wave gauges. The corrected velocity of the wave-maker paddle is the output from the digital filter in real time. The numerical results of regular and irregular waves by the active absorbing-generating boundary are compared with the numerical results by the ordinary generating boundary to verify the performance of the active absorbing-generator boundary. The differences between the initial incident waves and the estimated incident waves are analyzed.

Experimental Investigation of Instantaneous Properties of Wave Slamming on the Plate

The purpose of this paper is to investigate the instantaneous properties of wave slanuning on the plate structure of an open structure. The advanced instantaneous measuring technique-Particle Image Velocimetry （PIV） is applied to acquire the instantaneous velocity field of wave slamming. From the cross-correlation analysis results of the images captured by the CCD camera, the flow fields of wave impacting on the structure are displayed visually, and the instantaneous whole- field fluid velocity vectors are obtained. The relation between the instantaneous peak impacting pressures and the instantaneous velocities of water particles is studied by probability analysis.

Experimental Investigation of Wave Slamming on An Open Structure Supported Elastically

The superstructures of marine structures supported by the elastic legs and located in the splash zone will subject to violent wave slamming and vibrate consequently during storms. A series of model tests are carried out to investigate the wave impacting on the open structures supported elastically. Three kinds of models with different natural frequencies are designed. The characteristics of the wave pressures on the three models are compared. The durations of the uplift forces and the corresponding accelerations of the structure during wave impact are analyzed simultaneously. The distributions of the peak impact pressures on the subfaces of the plates with different supporting stiffness are given. The relationship between the uplift force on the three models and the relative clearance are obtained. The spectral properties of the slamming loads on the three different structures are compared, The experimental results indicate that the behaviors of the impact pressures, the uplift forces and accelerations of the plates with small natural frequencies are obviously different from those of the plates with larger natural frequencies within the range of the experimental parameters.

潮流能发电装置性能综合评估方法研究

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。