面向新能源浮标的平面摆式波浪能收集装置研究

波浪能是世界上分布最广泛的可再生能源之一。海洋环境中波浪运动随机复杂且频率极低,这为海洋波浪能的高效收集利用提出挑战。设计了一种混沌平面摆式波浪能收集装置,其中混沌平面摆作为超低频随机波浪俘能机构,配合齿轮增速传递机构与电磁旋转机构实现波浪能收集装置的高功率输出。为更好响应浮标在海洋中的运动激励,对俘能机构进行动力学分析建模与优化。针对装置输出电压无规律且低频交流的特性,设计功率采样跟踪升压存储的电源管理电路。通过实验室测试与实际近海测试,装置能够对复杂波浪产生最大10 V的开路电压,最大输出功率约205 mW。海试中,4小时可将200 mAh锂电池电压由3.12 V充电至3.6 V,能够作为新能源海洋浮标低功耗传感器的可持续电源。

筏式波浪能转换和摩擦纳米发电机能量输出耦合系统的模拟研究

发展海洋能源转化技术是优化能源结构、拓展“蓝色经济”空间的战略要求。为此,设计了一种基于筏式波浪能转换和点头鸭型摩擦纳米发电机能量输出的耦合系统,并对影响系统中筏体装置部分捕能特性的压载吃水、筏体尺寸参数以及影响系统输出电势分布的尼龙球径、滚动距离参数进行了仿真分析。结果表明:增大筏体装置的吃水(增加压载)和优化筏体装置的尺寸都可以降低装置的固有频率,使其与波浪频率达到共振,从而可以提高装置捕获波浪能的能力;摩擦纳米发电机两电极之间的电势差随着尼龙球球径的增大呈现出先增大后减小的趋势,在球径为30 mm时电势差达到最大值,该电势差还随着尼龙球滚动距离的增大而增大,并在外部负载电阻为770 MΩ时实现了瞬时最大功率密度3.7W/m^(3)。由此可见,当在筏式波浪能转换装置中布置多个摩擦纳米发电机阵列时,完全可以将海洋中原本无法利用的大量低频波浪能转化为电能,从而满足深海传感器网络供电需求,这大大扩展了波浪能的发电潜力,使得蓝色能源在未来有望得到更有效地开发。

基于摩擦纳米发电机的波浪能采集系统的研究进展

简单阐述了近年来摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理、四种工作模式以及性能优化的方法,并对其四种工作模式的典型结构、优缺点、应用场合以及影响输出功率的主要因素进行了总结。重点介绍了固-液接触型、带有内部机械结构型、混合发电型以及其他类型的用于波浪能收集的TENG的几种结构设计,并对它们的性能以及优缺点进行了比较。介绍了两种通用的能量管理电路,总结了近年来TENG通过采集波浪能在金属防腐蚀、海水淡化与电解、船舶水位监测及海面溢油检测等海洋环境应用方面的研究进展。最后,对该领域当前存在的问题进行了分析,并展望了未来发展的方向。

垂直圆柱形点吸式波浪能发电装置数值模拟

研究点吸式波浪能收集装置的重点是研究在波浪作用下浮筒的水动力学响应特性。该文应用基于自主开发的NEWTANK模型对垂直圆柱形点吸式波浪能发电装置的特性进行研究。通过模拟静水中浮筒的自由衰减进行模拟并对试验结果进行对比,确定了数值模型需要的参数,搭建了传统点吸式波浪能发电装置的数值模型,从而进行点吸式波浪能装置在线性波作用下的数值模拟研究,并通过与试验数据的对比进行验证。结果显示,搭建的垂直圆柱形点吸式波浪能发电装置模型能够很好地预测波浪作用下浮筒的位移响应和装置的能量转化特性。