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。

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。

浮力摆式波浪能发电装置模型试验

设计了一种浮力摆式波浪能发电装置,并根据其原理在实验室中开展比例模型试验。介绍了该装置的设计原理、试验原理,试验设计以及数据处理与结果分析,并在实验室模拟波况下,绘制出了波浪能装置的转换效率曲线。试验显示,该波浪能发电装置具有性能稳定,能量转换效率较高,能适应小波浪发电等特点。

基于液压传动的蓄能稳压浮力摆式波浪能发电系统分析

将基于液压传动的蓄能稳压方法应用于波浪能发电系统,可以较好地实现输出功率稳定。采用双行程浮力摆式波浪能捕获装置可以提高能量利用率。文中给出了此发电系统的数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下对其进行了计算机仿真,然后在半物理试验平台上进行了仿真试验。计算机和半物理试验仿真的结果表明,该发电系统在蓄能器的缓冲作用及控制系统的调节作用下,能保证系统输出功率稳定,从而验证了采用液压传动方案的蓄能稳压浮力摆式波浪能发电系统的可行性。

新型浮式浮力摆波浪能装置运动特性试验研究

针对目前已有的坐底式浮力摆波浪能发电装置,设计开发了一种新型的浮式浮力摆波浪能发电装置,将摆板其铰接于一个浮式基础上.对这种新型装置进行模型试验研究其运动特性.采用1∶4缩尺比制作摆板和浮式基础的试验模型,通过测量摆板和浮式基础模型在不同波浪和不同吃水下的运动响应,研究了摆板的固有运动特性以及不同环境参数对浮式浮力摆波浪能发电装置运动特性的影响规律,评估了此种新型浮式浮力摆波浪能发电装置的发电作业能力.结果表明:摆板的摆幅明显受到波浪周期的影响,浮式基础的运动幅值较小,稳定性较好,上部摆板在不同潮位下均可以正常发电,证明了浮式浮力摆波浪能发电装置是一种可行的方案.

非坐底式浮力摆波浪能装置运动的特性试验

针对现有的坐底式浮力摆波浪能发电装置维修困难的问题,本文提出一种非坐底式浮力摆波浪能发电装置,并对其运动特性进行试验研究。在将摆板不铰接于海底的情况下,采用1∶4的大比尺制作浮力摆进行试验模型,并在模型底部转轴上安装旋转阻尼器来模拟发电时液压缸的运动阻尼。通过无触点角度传感器来测量不同厚度的模型在不同海况和不同吃水下的运动响应,可以得出结论:浮力摆随着浸没深度增加,固有周期先增大后减小,波浪周期在靠近浮力摆固有周期时,浮力摆运动幅值显著增加;浮力摆在不同的吃水下均可以正常摆动发电,在浮力摆刚浸没水中时其运动幅值最小。

共振直驱式浮力摆波能发电装置动力学研究

为提升浮力摆式波能转换装置的效率,基于摇杆—滑块—弹簧模型设计了一种由浮力摆直接驱动电磁式直线发电的波能转换装置,其中直线发电模块一端处连接有弹簧,与浮力摆形成复合振动。建立了波能转换装置的物理模型,基于频域势流理论推导浮力摆所受到的波浪激振力矩、附加惯性力矩,分析波能装置中浮力摆及位于滑块位置处的直线发电机构的运动学特征。基于ADINA实现浮力摆与给定参数下的波浪域流固耦合数值模拟,计算浮力摆与波浪的流固耦合界面力。为进一步分析直线发电模块所连接弹簧对波能装置发电效率的影响,分别设置为无弹簧、弹簧刚度系数为100 N/m和弹簧刚度系数为800 N/m三种不同的连接弹簧参数,分析弹簧参数对直线发电模块运动学响应的影响。研究结果表明:施加弹簧可有效提升浮力摆波能转换效率;当所施加弹簧刚度系数与直线发电模块所形成的结构固有频率接近波浪激振频率时,系统形成共振,运动学响应最大,可实现浮力摆式波能转换装置的优化设计及改进。

新型摆板式波浪能发电装置的设计与模型试验

在现有摆板式波浪能发电装置的基础上,提出一种新型密闭式自适应潮位摆板式波浪能发电装置,并在水池中进行物理模型试验。摆板在波浪作用下与主体之间产生相对运动,将波浪能转换为机械能,再利用发电机转换为电能输出。试验研究摆板形状、锚泊方式、入射浪向、摆板负载对装置发电功率的影响。试验结果表明:鹰式摆板俘获波浪能最优;张紧式锚泊方式更有利于波浪能的吸收;摆板正向迎浪布置较斜浪好;摆板的发电功率与负载大小存在最佳的匹配关系。摆板式波浪能发电装置各系统设计符合要求,能较好地俘获波浪能量。

摆动式波浪发电装置

1海底摆动式波浪发电装置图1为苏格兰Oyster海底摆动式波浪发电装置的原理图,图2为制造中的海底摆动式波浪发电装置,该装置的功率300 k W^600 k W。由图2可见五段中空圆筒构成摆臂,在波浪及摆臂的浮力双重作用下,摆臂绕置于海底的底盘的转轴摆动,同时驱动液压缸活塞杆往复伸缩运动,向液压马达输送高压油液,即波浪能转换成液压能,最后由与液压马达相连的发电机将液压能转换成电能。

摆动叶片式波浪能发电装置的水动力性能分析

简述了摆动叶片式波浪能发电装置的结构和工作原理,结合波浪力学和浅水波理论对摆动叶片进行理论分析,推导出俘获效率公式。为了分析装置的性能,采用Fluent软件仿真的方法,分析了摆角和波高参数对装置的水动力学性能的影响,提出最佳摆角概念,并研究了最佳摆角与波高的关系。研究结果表明:装置的俘获效率随着摆角的增大先增大后减小;随着波高的增加,装置的俘获效率在增加,研究结果为后期装置的试验提供了理论依据。

漂浮摆式波浪能发电装置的频时域仿真分析

文章研究了3种不同外形(圆、椭圆和椭圆-圆)波浪能发电装置的纵摇运动,通过ANSYS AQWA对3种外形装置进行了频域仿真,对比了3种外形装置的辐射阻尼、附加质量和波浪激励力等水动力系数;再将频域分析中得到的水动力系数导入WEC-SIM,进行了时域仿真,对比了3种外形装置的摆角和瞬时功率。研究结果表明,尽管椭圆形装置的辐射阻尼、附加质量和波浪激励力矩等水动力系数最大,但椭圆-圆形装置的摆角和瞬时功率最大,说明了不对称结构更有利于波浪能量的吸收和转化。

摆动叶片式波浪能发电装置在船舶上的应用研究

介绍了摆动叶片式波浪能发电装置在船舶上的工作原理,基于线性波理论研究了装置的水动力学性能,推导出了装置中叶片波能拾取率的公式。基于Gambit和Fluent软件,在最优摆角的情况下,模拟仿真了装置模型在变流速下的转矩和轴向力,为分析装置的波能效率和抗风浪能力奠定了基础。通过对装置试验研究,得到了装置的平均波能拾取率约为4.37%。研究结果表明:该装置在船舶上应用良好,为波浪发电技术在船舶上的开发利用提供参考依据。

一种浮摆式波能发电装置摆板运动响应的数值模拟

海况是影响波浪能发电装置运行效率的因素之一。以浮摆式波能发电装置为基础,描述了其中摆板系统的收集原理;并基于AQWA(advanced quantitive wave analysis)水动力学计算软件,仿真计算了三种波况下各摆板的运动响应,发现波向为45°角是摆板系统的最佳运行角度;当波高不超过0.6 m时,摆板的运动状态较易趋于平衡。另外,提出了一种估算摆板采集波能的平均转换效率的方法,并基于相关拟合函数软件,计算了5种较理想波况下摆板采集波能的平均能量转换效率,结果发现,波浪的周期和波高越大,摆板的波能采集效率越低。

基于数字液压缸组的波浪能装置压力匹配

为了解决分布式波浪能装置液压传动系统中不同支路液压油汇集时的压力不均衡问题,提出新型的数字液压缸组以替代常规的液压缸.该液压缸组由多个面积不同的液压缸组成,由高速开关阀控制液压缸组切入传动系统的液压缸数目,这意味着可以控制不同液压支路的压力以实现不同支路之间的压力匹配.通过建模仿真和半物理试验表明,与基于传统的液压缸的分布式波浪能装置相比,基于数字液压缸组的分布式波浪能装置能够有效减少在不同波浪载荷作用下的不同液压支路的压力不平衡,系统中不同浮力摆均能够吸收波浪能对外做功,驱动液压马达稳定持续运行.

浸没式参数激励摆波能转换装置能量俘获特性研究

引入参数激励摆的非线性机制,应用于波浪能发电装置,并根据实际波浪低频、低幅值激励特性,提出浸没式单摆波能转换装置,研究其在规则波中的能量俘获情况。基于势流理论,针对垂荡运动,建立非线性运动方程,进行数值求解,分析摆球质量比、激励频率、幅值和系统阻尼对能量俘获效率的影响,并与空气中单摆的能量俘获效率进行对比。结果表明:合理选取质量比,可降低浸没式参数激励摆固有频率;与空气中单摆相比,浸没式参数激励摆在低频、小振幅的波浪激励环境下,俘获能量频谱带宽更宽,发电功率更高。

一种新型波浪能发电装置的性能

如何稳定有效地获取波浪能是海洋能研究方向的一个热点,设计了一种利用上下摆动叶片拾取波能的新型波浪发电装置。基于线性波理论,对叶片进行受力分析,得出计算装置拾取波能效率的方法,然后利用Fluent对装置模型进行模拟仿真,计算出模型的转矩,并且得到叶片的最优摆角。讨论分析了如何计算装置的发电功率,进一步验证了装置的可行性,为下一步定量优化装置,提供了理论依据。