新型海洋摆动发电系统设计

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1、第30卷第4期计算机仿真2013年4月文章编号：1006—9348(2013)04—0129—04新型海洋摆动发电系统设计罗凯，黄闯，李旺，肖锐钢(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)摘要：海浪能摆动发电是实现海洋浮体续能的有效方式，利用海浪运动规律和周期摆动特点，提出一种新型海洋波浪能悬锤摆动发电系统，基于海浪波动规律以及运动和能量传递特性，建立了发电系统的数学模型，设计优化方案；采用Rouge—Kut—ta方法对数学模型进行时域仿真，并开展原理样机试验进行对比分析验证。研究结果表明：试验结果与仿真结果一致性

2、好；系统输出的电压和功率具有周期性，且频率等于海浪频率。研究成果可作为海洋波浪能有效利用和摆动发电系统优化设计的理论依据。关键词：摆动发电；海洋波浪能；浮体中图分类号：TP391．9文献标识码：BDesignofNovelOceanicOscillatingPowerGenerationSystemLUOKai，HUANGChuang，LIWang，XIAORui—gang(CollegeofMarineEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’a／1Shan

3、xi710072，China)ABSTRACT：Oscillatingpowergenerationutilizingoceanwavesisaneffectivewayforfloatingbody’senergysuppl—ying．Anewkindofoscillatingpowergenerationdeviceutilizingoceanwaveshasbeenputforth．Inthiseffert，basedonthelawofwaveaswellasthepropertiesofmovementand

4、energytransferring，amathematicalmodelofsystemwasbuilt．Moreover，theoptimizationschemewasproposed．Toseekforatheoryresult，simulationusingthemethodofRounge—Kuttahasbeenadopted．Thecomparativeanalysiswascarriedoutthroughaprototypetesting．Theresultshowsthat，theexperime

5、ntandthesimulationresultscoincidewellwitheachother，andthefrequencyofoutputtingvoltageandpowerisnearlyequaltothewaves’．Theresearchachievementofthisarticlehassomereferencevalueinprovidingtheoreticalbasistooceanwaveenergy’Seffectiveusingandsystem’Soptimization．KEYW

6、ORDS：Oscillatingpowergeneration；Oceanicwaveenergy；Floatingbody1引言海洋浮体是人们在远海实现海况监测、船只导航的重要工具，搭载各种电子设备的浮体广泛分布在各个海域‘1．2j。由于特殊的工作环境和工作性质，能源供应成为制约海洋浮体寿命的关键因素。设计一种利用海洋波浪能的新型发电系统为浮体续能，具有重要意义。日本和美国的研究人员已研制了几种利用浮子相对于固体或浮动参数点的运动来发电的浮子式波浪能发电装置”J。中国科学院广州能源研究所也研制了一种岸式振荡浮子波能转

7、换装置。4j。这些海浪能发电装置，电机固定在基建设施上，靠浮子的振荡或摆动进行发电。这种形式的发电装置规模较大，建设成本较高，只能利用较大的海浪，受地域收稿日期：2012—06—04修回日期：2012-07—26和时间的约束，适用于大型发电站。51。目前，国内外关于工作在小型航行器或者浮标内部的小型摆动发电装置的文献鲜见。本文提出了一种基于海洋浮体的悬锤摆动式发电装置，该装置安置于海洋浮体内部进行工作。电机与浮体固连，在海浪的驱动下进行周期性摆动。电机轴与悬锤固连，由于重力和惯性的作用，存在一个相对于电机壳体的稳定摆动

8、，因而产生交变电流。这种发电装置体积较小、成本较低，可以工作于大多数海况，用于为海洋浮标、探测设备、海洋航行器等提供能源，具有可观的经济效益和应用前景。根据海浪、涌浪的运动规律，分析浮体和摆锤的周期性摆动特性，推导能量传递方程。针对提出的摆动式发电系统，进行理论建模和仿真分析，并制作原理样机进行试验验证。结合工程实践，基于小扰动理