双浮体波浪能转换装置中重心布置对波浪能吸收影响分析

提出一种基于横摇运动的双浮体波浪能转换装置,利用水面浮体与水下浮体之间的相对横摇运动实现对波浪能的吸收。在保持水下浮体稳定的前提下,水面浮体的横摇运动决定了整个装置对波浪能吸收情况。水面浮体的横摇运动受其横摇固有频率的影响,主要是重心布置。为了合理选择水面浮体的重心位置,采用数值分析的方法对箱型浮体在长峰不规则波下的工作情况进行分析,讨论重心布置对波浪能吸收的影响以及对PTO参数选择的影响。结果表明,重心的布置可改变波浪能吸收的频段,重心布置越低,可吸收的波浪能频段越广,越有利于波浪能的吸收。

吃水深度对双浮体波浪能转换装置影响分析

提出一种利用水面浮体和水下浮体相对横摇运动的双浮体波浪能转换装置,目的是为解决小型水下/水面移动设备的能量供给问题。其中,作为波浪能吸收主要载体的水面浮体的设计至关重要。通过建立该装置的数学模型并简化,得到"水面浮体+能量输出装置"模型;对影响简化模型中的关键因素进行讨论,确定以横摇固有频率作为研究重点,并对影响固有频率的因素进行分析,包括重心布置和吃水深度的设计。采用数值分析的方法,研究简化模型在长峰不规则波下的能量吸收情况,并重点讨论吃水深度对所提出的波浪能装置的影响。数值分析表明,水面浮体的吃水深度影响着装置的波浪能吸收能力以及能量输出装置的选择,合理的吃水深度可提高装置的波浪能吸收能力。

双浮体直驱波浪发电装置建模分析与基于模型预测控制的能量提取算法研究

基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近年来,逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模型更为复杂,相关控制算法缺少实际装置测试。该文通过等效电路的方法对双浮体装置进行建模分析,指出采用张力锚结构可将双浮体装置等效为单浮体装置进行分析,简化控制器的分析与设计,从而建立基于模型预测控制的高效波浪能提取问题。提出一种结合波浪激励力辨识、预测与快速模型预测求解的控制算法,并且设计了双浮体直驱波浪发电装置,在不同波浪条件下进行了相关实验测试。实验结果表明,所提控制算法能够在有效降低运算复杂度的前提下提高装置的波浪能提取效率。

不同动力输出系统下多浮体波浪能转换装置性能研究

[目的]旨在对一种兼具防波效果的多浮体波浪能转换装置(MBFWEC)进行动力输出系统控制优化。[方法]应用OpenFOAM程序构建数值波浪水槽,模拟5种不同PTO阻尼(线性阻尼、定常阻尼、线性弹簧阻尼、速度平方阻尼、跳跃阻尼)作用下多浮体波浪能转换装置与波浪的相互作用。同时,比较不同PTO阻尼作用下波能转换装置的能量俘获效率和消波性能。[结果]结果表明,多浮体波浪能转换装置的波浪能俘获效率最高可达52.6%,线性弹簧阻尼和跳跃阻尼作为基于线性阻尼的优化,对波浪能装置的波浪能俘获和防浪消波效果有一定程度的影响。综合考虑波浪能俘获和防浪消波作用,线性阻尼相比线性弹簧阻尼和跳跃阻尼更有优势。[结论]通过研究,找到了定常阻尼、速度平方阻尼等PTO的优势波浪区间,对多浮体的PTO阻尼设置优化有一定参考意义。

双浮筒式波浪能发电装置的浮体运动及水动力性能分析

针对漂浮式波浪能发电技术,提出一种双浮筒式波浪能发电方案,为获得该装置的双浮筒浮体的运动规律,建立了双浮筒浮体及波能装置的数学模型,采用CFD方法分析浮体在不同PTO阻尼系数工况下的运动及载荷变化,根据横摇运动仿真结果选择4种定攻角工况进行水动力特性及载荷分析,得到不同攻角下浮体表面压强及受力的变化规律,并通过制作的样机模型开展简易水池试验,验证了其发电可行性,研究及试验结论为下一步装置的优化及实海况试验提供了理论依据。

双体波浪能装置运动及系泊系统特性研究

波浪能是一种清洁、可再生的新型能源,波浪能发电装置在海上作业时会受到变化的风、浪、流载荷作用,需要系泊系统保证其稳性和安全性。以适用于中国南海500 m水深的振荡双浮体式波浪能发电装置为研究对象,运用频域计算与时域计算结合的方法对双浮体及其系泊系统的运动响应和动力载荷进行计算,获取极端海况与工作海况下浮体运动和系泊缆索张力的时历数据。参照BV船级社NR-493规定的海上浮式结构物系泊安全系数规范,对3种系泊方案进行安全校核和对比分析。选定其中一种系泊方案,通过改变系泊系统以及能量转换器(PTO)的参数,探究参数变化对双体波浪能装置运动响应以及系泊系统特性的影响,为类似应用于深水的双体波浪能装置系泊系统的设计提供参考。

新型双浮体波浪能发电装置的频域分析与试验

针对海洋监测活动的需求,提出运用一种新型的双浮体波浪能发电装置(WEC),并应用基于三维势流理论的有限元软件AQWA对装置的垂荡特性进行了频域分析,即采用无阻尼的质量弹簧系统共振理论对能量转换装置(PTO)刚度和阻尼进行优化,分析了入射波浪频率和浮体初始吃水深度对装置的影响。结合我国渤海区域特定波况取相似因子为1∶15,对该双浮体波浪能发电装置进行了模型设计,并在华南理工大学造波水池进行试验,结果显示该装置在规则波作用下俘获宽度比达1.433,具有实际应用意义。

振荡浮子式双浮体波浪能装置的频域和时域分析

为有效利用波浪能发电,对振荡浮子式双浮体波浪能装置进行分析。在对海洋结构物频域和时域的基本理论和计算方法进行分析的基础上,以双浮体波浪能装置为研究对象,提出一套基于势流理论的ANSYS-AQWA方法,对振荡浮子式双浮体波浪能装置的振荡运动进行模拟计算。利用Fortran对ANSYS-AQWA软件进行二次开发,在考虑线性脉冲串输出(Pluse Train Output,PTO)阻尼影响的条件下,将数值计算结果与NREL的试验结果相对比。针对特定的双浮体波浪能装置进行频域和时域的响应分析,为波浪能装置的进一步研究提供参考。

同轴双浮体波能装置最优获能研究

该文以同轴双浮体波能装置为研究对象,通过理论分析建立运动方程,求解线性能量摄取(PTO)作用下的最优阻尼系数及最大输出功率。同时探究了装置能量捕获的影响因素及控制策略,提出一种具有普遍意义的最优获能估算公式。研究结果表明:双浮体波能装置可通过调节PTO阻尼力使得获能最大化,且较单浮体装置具有更宽的能量俘获频率范围;不同PTO控制策略及水体粘性阻尼均对该类装置获能影响显著。

直驱式波能装置振动及转换效率分析

波浪能利用装置一般是利用振动来获取波浪能量,如鸭式装置、点吸收式装置。点吸收技术是世界上目前研究得比较热门的一类波浪能利用技术,漂浮直驱式波能装置是点吸收技术的一种。文章首先通过物理过程分析,把由双圆柱浮体构成的漂浮直驱式波浪能装置当成一个双自由度振动系统,建立系统振动方程;然后,运用势流理论求解由双圆柱浮体的垂荡辐射问题和绕射问题,求解出振动分析所需要的水动力学参数。考虑波浪能装置通过粘性阻尼吸收波浪能,利用求得的水动力学参数,设定的外部阻尼和弹簧弹性系数,可求解出此情况下水面浮体和水下浮体的相对运动幅值,进而求得装置的转换效率。给定模型尺寸参数,在一些确定的外部阻尼值和弹簧弹性系数点,分别通过变化外部阻尼和弹簧弹性系数,分析装置的振动特性以及转换效率的变化,从而在不同波况下选择适合装置的外部阻尼系数和弹簧弹性系数。

双浮体波能装置的水动力计算与能量转换特性分析

波浪能是一种可再生清洁能源,波浪能发电是开发和利用波浪能的主要形式。双浮体波浪能发电装置是一种结构简单、建造和安装成本较低的波浪能装置。为提高该类装置的可靠性和能量转换效率,本文针对其水动力性能和能量转换特性进行研究。基于线性波浪理论,建立装置的运动学方程,确定装置不同结构体的运动响应函数以及能量输出函数,并采用频域水动力数值方法,计算装置不同结构体的水动力系数,获得不同条件下位移幅值和输出功率随波浪频率的变化曲线。经过计算与分析,获得波浪作用下装置的运动规律和能量输出受波浪频率、PTO系统阻尼系数以及装置的结构和材料等因素的影响规律。

悬挂摆式波能发电装置聚波口的优化设计

为了提高浮体型悬挂摆式波浪能发电装置的入射波能量,提出在浮体前端设置增加迎波宽度的楔形聚波口的方案.为了优化楔形聚波口形状,基于Fluent 流体体积法模型,研究不同浮体楔形聚波口的角度对装置水室内流体的流速以及聚波效果的影响规律.通过分析不同楔形口角度下的最高流速、流速梯度以及摆板安装处流速的变化趋势,发现当楔形聚波口角度在30°~45°时,由聚波口反射形成的反射波波高较小,故反射波能量较小,波浪汇流平缓,水室内流速分布较为均匀,聚波效果较好.

双浮体——棘轮式波浪能发电装置

简述了一种新型的波浪能发电装置。其特点是利用两个浮体因波浪的波动而产生相对倾斜来收集波浪能 ,采用两个反向棘轮和一对链轮组 ,将往复运动转换成旋转运动 ,再带动发电机发出电力。是一种结构简单、造价低廉。

舟山海域波浪能开发利用方式的设想与展望

为充分开发舟山海洋波浪能源,结合舟山海域地理位置和波浪资源,在分析国内外波浪能源装置现状和发展水平的基础上,提出岸式、近岸式和离岸式波浪能源装置及资源综合利用的设想和展望,对舟山海域如何利用岛屿众多、外岛特征、波浪运动特性等优势,开发研究波浪能资源提供参考。

具有非线性PTO的波能装置水动力及获能分析

运用计算流体力学（CFD）方法对系泊双浮体波浪能装置的水动力及PTO（动力输出装置）非线性出力特性进行模拟和分析,利用VOF（流体体积分数）方法结合动网格及刚体求解技术模拟波浪生成及浮体运动,分析了不同速度指数的非线性动力输出装置下波浪能装置的水动力及获能特性,并与线性PTO的特性进行对比.在此基础上提出一种组合控制模式,可使波浪能装置在较大的PTO阻尼系数范围内维持较高的俘获宽度比.