基于联合仿真的波浪能发电装置PTO系统参数优化研究

PTO(power take-off)系统是波浪能发电装置(wave energy converter,WEC)的重要组成部分。本文针对摇臂式波浪能发电装置,提出一种机械式PTO系统,考虑发电机负载与机械传动的影响,开展摇臂浮子水动力性能与PTO系统的联合仿真研究。分析摇臂浮子在不同行程工作模式下的运动响应,并对联合仿真模型的PTO系统参数进行优化。研究发现:在目标海况下,本项目设计的发电装置,双行程工作的WEC系统功率显著高于单行程工作状态,双行程WEC最佳功率对应的传动比约为72.5;单行程工作的摇臂浮子在低传动比(小于60)下的上升、下降功率近乎相等,随着传动比的增加,上升、下降行程的功率相较于双行程模式都分别递增,且下降行程功率大于上升行程功率。本文采用的联合仿真方法可为不同海况与各类振荡浮子式波能发电装置的设计与选型提供参考。

基于受迫振动理论的波浪能发电装置的研究

基于波浪能清洁无污染、分布广等优点,首先,从分析波浪能发电装置在海水中垂荡和纵摇运动的角度出发,分别对浮子和振子进行受力分析,依据动静法建立了动力学方程,并确定了波浪能装置纵摇运动转轴位置,得到了浮子和振子的转动惯量函数。随后,运用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法进行求解,获得了浮子和振子从静止到进行垂荡和纵摇运动各时刻的运动状态。最后,以平均输出功率为目标函数,运动微分方程和阻尼系数是否恒定为约束条件,建立了波浪能输出功率的最优化模型,使用变步长搜索法和多起点全局搜索算法,求解了最大平均输出功率及相应参数。

波浪能发电装置现场测试中波浪输入能量计算方法研究及对比分析

在波浪能发电装置功率特性现场测试工作中,波浪输入能量的计算是评估波浪能发电装置性能的重要依据之一。在分析国内外波能流计算方法的基础上,研究国际电工委员会和欧洲海洋能中心提出的波能流计算方法,并应用波浪能发电装置现场测试数据,对两种波能流计算方法进行对比分析。结果表明:国际电工委员会所提方法计算的波能流数值大于欧洲海洋能中心所提方法,且约有52.1%的数据差异在20%~30%之间,但二者之间具有较强的线性正相关关系。国际电工委员会所提方法计算的波浪能发电装置整机转换效率数值小于欧洲海洋能中心所提方法,且从理论上分析了转换效率的差异性与波能流的差异性相同的原因。研究成果为波浪能发电装置现场测试工作中波浪输入能量的计算提供参考。

两节筏式波浪能发电装置水动力性能研究

基于CFD方法对两节筏式波浪能发电装置进行数值分析,建立二维数值波浪水槽模型,验证波与物的相互作用,并与已公开的实验数据进行对比。研究装置几何尺寸比例、相对波高、波频对装置转换效率和透射系数的影响,结果表明:几何因素对转换效率影响比较明显,当筏板长度相同时,前筏尺寸较小的,转换效率更高;总筏长度增加,转换效率也在增加,在控制成本的前提下,前后对称的筏更适合投入实际生产和使用;在装置几何尺寸相同时,装置转换效率先随波频增大,在装置与波发生共振后,继续增大波频,装置转换效率会减小。而对于透射系数只有在总长度或波频增加时,系数才逐渐变小,装置前后的比例与相对波高对透射系数的大小几乎没有影响。

一种基于4G/5G的波浪能发电装置远程锁存控制系统设计

在台风、飓风等恶劣海洋环境情况下,较高的海浪波高将会损坏波浪能发电装置。针对双浮筒结构形式的波浪能发电装置,设计一套远程锁存控制系统来保护设备。首先,在波浪能发电装置的结构基础上,设计该发电装置的锁存系统结构;其次,利用Android系统和Socket编程设计一款手机App;最后,对该App进行调试和分析,使之初步具备向波浪能发电装置的锁存系统发送控制指令的功能,从而实现锁存系统的启动、停止运行命令操作。

海洋波浪能发电装置PTO系统研究进展

从波浪能发电能量转换过程出发,梳理动力输出系统与波浪能发电装置及其各部分的协同作用关系,并通过不同类型动力输出系统基本结构和工作过程归纳技术特点,列举对应的典型波浪能发电装置实例,探讨动力输出系统及波浪能发电装置存在的问题并展望未来发展趋势。

新型浮力摆式波浪能发电装置波-电动力学建模和时域特性分析

主动共振浮力摆式波浪能发电装置通过调节内部配重位置实现共振发电。本文以基于机械式动力输出系统(Power Take-off,PTO)的主动共振浮力摆式波浪能发电装置为研究对象,构建波-电时域动力学模型并验证模型可行性,该模型的非线性特征主要体现在正弦函数形式的静水回复力矩及止动力矩中。进一步,研究自振周期同不规则波能量周期一致的共振状态下,不同负载形式及取值大小对装置时域响应曲线、时均功率和效率的影响。研究结果表明:不同负载设置对俘获宽度比的影响大于PTO传动效率。阻性负载值过大或过小均会削弱俘获宽度比,使有功时均值和发电效率下降,共振状态下,负载的感性或容性成分会使发电机产生大量无功,且无功有正有负,感性或容性成分能有效削弱俘获宽度比、有功时均值和发电效率。

煤矿井下随钻涡轮发电装置研制与试验

针对孔口防爆计算机供电能力有限和可充电电池组供电需要提钻更换电池的问题,研制了一种煤矿井下随钻涡轮发电装置;在进行涡轮发电装置总体结构设计的基础上,优化设置涡轮和导轮叶片数量和螺旋角,配套开发了具备电池组件自行关断和恢复功能的主控电路。涡轮发电装置性能试验表明:冲洗液流量保持390 L/min时,涡轮发电装置的发电能力可达13 W;冲洗液流量保持200 L/min时,300 min充电过程中涡轮发电装置充电功率平稳,充电过程可靠;经过近3 h温升性能试验,涡轮发电装置温度稳定在41℃附近,满足煤矿井下安全规程的要求。

点吸收式波浪能发电装置姿态特性分析

点吸收式波浪能发电装置是一种最简单的振荡体式波浪能发电装置,但其安装成本高、生存能力较差。本文针对点吸收式波浪能发电装置的姿态稳定性问题,开展了其在波浪作用下的运动姿态和发电功率之间的关系研究。首先介绍了点吸收波浪能发电装置的工作原理;然后,根据我国南海海域的自然资源条件,划定波况范围,利用相似理论在实验室中模拟波浪参数,选定工况,建立模型,设计测量系统,开展物理模型试验;最后,利用试验结果分析了发电装置的最佳发电周期、波高对装置发电功率的影响,装置姿态对发电功率的影响等。本文为点吸收式波浪能发电装置设计及测试提供了参考。

振荡扑翼波浪能发电装置的建模与研究

为实现波浪能的高效采集与转换,参考鸟类的运动特性,提出一种振荡扑翼波浪能发电装置。将键合图方法引入多物理场耦合的波浪能发电系统,建立了波浪能发电装置由波浪能到电能的全局模型,并利用多能域系统仿真软件AMESim,搭建了能量采集-转换-储存全过程的系统仿真平台,设置参数进行了仿真分析。开发仿规则波浪振荡扑翼波浪能发电装置试验平台,验证了仿真平台的有效性,仿真结果与试验结果吻合度较高。研究结果表明,该振荡扑翼波浪能发电装置能够有效采集波浪能,实现电能的稳定输出,发电效率达62.9%;键合图法可作为波浪能发电装置的设计与研究的重要工具;该仿真平台与试验平台为波浪能发电装置的设计和评价提供了理论基础和途径。

一种全开放式波浪能发电装置的设计与研究

波浪能作为一种清洁且储量丰富的新型海洋能源,目前它的研究应用正是人们关心的课题。设计了一种可升降、可变速的全开放式波浪能发电装置,其可以适应潮差变化及海况条件,可利用任意方向的波浪能,经变速将能量更高效地传递给发电机,从而其整机效率达到较高的44.5%,同时它还具有承载能力强、寿命长等优点。

风光互补发电装置制作的高速公路防远光护栏设计

为解决高速公路“远光灯”问题,依照护栏设计安装规范,设计一种用风光互补发电装置制作的高速公路防远光护栏,由基座(蓄电池)、垂直轴微风风力发电机和太阳能电池板(顶部和底座)组成,装设在高速公路中央,用于分隔双向车道。通过设计一种基于风光互补发电的防远光护栏,并对该护栏进行模拟仿真和数据分析,探究对高速公路远光灯进行有效防护的措施。结合现有研究成果和规范要求,提出防眩措施建议,以破解因“远光灯眩光”引发的事故高发问题,呼吁全社会共同关注并予以重视。

波浪能发电装置输出功率的微分方程模型

波浪能是当今社会一种十分具有前景的清洁可再生能源,提高波浪能发电装置的转化效率尤为重要。针对波浪能发电装置只做垂荡运动的情况,本文建立基于微分方程的垂荡模型。以垂荡模型为基础,本文进一步计算波浪能发电装置的平均输出功率,并建立以波浪能发电装置平均输出功率最大为目标的最优阻尼系数模型。最后,本文通过多重搜索算法,遍历求解得到最大输出功率及对应的最优阻尼系数。

基于GPS-RTK技术的波浪能发电装置结构动态位移监测及滤波方法

利用全球定位系统实时差分技术(Global Positioning System Real-Time Kinematic,GPS-RTK)对波浪能发电装置进行结构变形监测得到的信号会存在噪声。针对这个问题,本文提出一种结合巴特沃斯(Butterworth)滤波器和自相关函数经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的滤波降噪算法,利用动态位移仿真信号进行了实验验证。结果表明:该滤波算法能够有效降低装置动态位移监测数据中噪声的影响,利用滤波算法对仿真信号进行降噪处理之后,可以提取出信号中包含的结构固有频率。

波浪振动式发电装置

研究背景:有一次,我去海边玩,看到海面上有很多波浪,心想:这些波浪可以用来发电吗?波浪能是一种清洁能源,可以将它们利用起来。于是,我决定利用所学的物理知识设计一种新型的波浪振动式发电装置。这种装置不仅可以用来建立水上波浪发电场,还适用于轮船在水上航行时发电,具有广泛的推广应用价值。

涡激振动海流能发电装置质量比影响的试验研究

针对海流能转换装置的振动杆开展质量比实验研究,对质量比分别为0.38和0.85的振动杆在循环水槽中进行实验.实验结果表明:振动杆受来流影响发生了涡激振动现象,且表现出一些共性,随折合速度增加,振动频率增加,振动幅值减小,当折合速度较小时,涡激振动为单一模态,随折合速度增加,逐渐转换为多模态;质量比对振动幅值有影响,质量比小的振动杆在中低流速下的振幅大于质量比大的振动杆,但高流速下,其幅值小于质量比大的振动杆;质量比的变化对无量纲的振幅频率影响较小,两条无量纲振动频率曲线相互靠近,随折合速度增加,无量纲振动频率由1.0增至2.0以上.

波浪能发电装置的鹰式吸波浮体研究

为更好地开发利用波浪能,以“南鲲”号波浪能发电装置为例,对其中用于捕获波浪能的鹰式吸波浮体进行研究。阐述波浪能发电装置的发电原理,其先采用鹰式吸波浮体捕获波浪能,推动液压缸做功,再将产生的液压能转化为电能。阐述波浪能捕获装置鹰式吸波浮体的组成,以及各组成部分的设计要点和工艺特点;结合该装置各组成部分的工作原理详细分析鹰式吸波浮体在俘获波浪能方面的有效性。

基于多流向耦合海洋能发电装置探讨

文章基于海洋能的多流向性和发电装置的特点,耦合潮流能的特征,构建了一种新型水平轴海洋能发电装置,并阐述其工作原理,研究其尖速比对发电效率的影响。通过仿真软件构建发电装置,结合详细的功能参数,分析得出当尖速比姿=5.4时,发电效率Cp可高达40%,为利用海洋能发电提供理论依据和工程应用提供参考和借鉴。

水力发电装置的运行状态故障及检修方法分析

水力发电装置的持续稳定运行要求检修人员能根据水力发电装置实际情况,合理选择检修措施,制定检修方案。据此,基于水力发电装置的常见运行状态故障,介绍了一种水力发电装置运行状态故障诊断与检修决策系统设计架构方案。此系统架构方案主要包括信息采集、风险评估、故障诊断及检修决策,可实现水力发电装置的运行状态故障诊断分析和最优检修决策方法的快速获取,为水力发电装置故障检修活动提供重要故障源分析与检修决策参考。

每年减碳1万t 有望实现零碳电力 国内首台套冷能发电装置完成并网发电调试

近日,申能集团旗下上海液化天然气有限责任公司(简称上海LNG)冷能发电试车团队传来好消息,当前正在调试的国内首台套冷能发电装置成功通过性能及可靠性试验,期间最大发电功率达3000 kW以上,装置安全可靠,并达到各项性能指标。上海LNG冷能发电装置为国内首套、目前世界上最大规模的冷能发电装置,设计年发电量2400万kWh,每年可减少能耗近7000 tce,减少碳排放约1万t。该装置不仅有效开发利用了多余冷能,也填补了我国在冷能发电领域的空白。