漂浮摆—斜坡组合式波浪能发电装置研究.pdf

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1、第36卷第4期2017年8月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYV01．36，No．4Aug，2017doi：10．3969／j．issn．1003-2029．2017．04．001漂浮摆一斜坡组合式波浪能发电装置研究万占鸿，张大海，郑红浩(浙江大学海洋学院，浙江舟山316021)摘要：目前全球对能源的需求急速增长。其中对可再生能源的需求也越来越大。中国将成为全球能源消费第一大国，研发高效的可再生能源装备已刻不容缓。我国有大量可开发的海洋波浪能，其中舟山附近海域的波浪能相当丰富。文中研发了适合舟山海域波浪条件的波浪能发电装

2、置。具体研究内容包括以下几个方面：(1)从流体力学理论出发，采用斜坡将水平速度转化为垂向速度，设计了近岸固定式可适应潮位变化的波浪能发电装置。(2)进行了多种结构漂浮摆一斜坡组合的模型试验．找到了最佳结构方案．验证了漂浮摆原理的可行性。利用提升重物的方法获得了模型装置的一级波浪能捕获效率．成功通过液压装置将波浪能转化为电能。(3)建立了基于非稳态RANS的CFD仿真模型，分析漂浮摆式波浪能捕获模块的水动力性能。研究在不同载荷情况下漂浮摆装置的能量输出情况，得到了装置在特定工况下的漂浮摆受力情况．为能量转化系统设计和装置设计制造提供参考。关键词：水

3、动力性能；波浪能装置；漂浮摆一斜坡；CFD中图分类号：P743．2文献标志码：A文章编号：1003—2029(2017)04—0001—06随着经济的不断发展和人们消费水平的不断提高，全球的能源需求也在快速增长。国际能源署2013年报告显示，未来30年全球能源需求将增加37％，2040年的原油需求量将为10400万桶／日，比2013年的原油需求量多1400万桶／日。报告还指出，大约20年后我国将成为全球最大的石油消费国。此外，2040年与能源相关的二氧化碳排放量将增长1／5，与这一排放量相对应的是，全球平均气温将上升3．6℃。因化石能源使用而引发

4、的气候异常现象和酸雨等环境问题也呈逐年增多之势。波浪能由风产生，是太阳能辐射的衍生物。太阳能输入到地球表面的能量平均功率密度为350W／m2，其中转化成波浪能的功率密度通常为0．014)．1W／m2，虽然这只占太阳能总输入的极小部分，但是海浪可以在极远的距离上传播而损失很小，因此可以在海面上积累起超过100kW／m的能量密度(每米迎波面宽度的功率)。波浪能的主要优点是它具有高质量的形式——振动的机械能，并且可以传递很长的距离，几乎没有能量损失，这使得大洋深处的波浪能可以在海洋边缘或附近积累和捕获。其他优点包括吸收器效应，由此装置可以从任一侧的波长

5、的一部分提取能量。舟山市不仅具有足够的资源，而且还提供所有必要的条件，以确保波能量转换器的连续和可靠的操作。选址的关键因素是靠近岸边，因为它不仅影响成本(例如水下电力电缆)，而且大多数要考虑在当地造船厂安全地恢复设备和进行维护的可行性。所以在考虑资源、成本、运行和维护等因素后，可以认为舟山市可以作为全国波浪能发展的重点位置之一。研究波浪能发电对改善我国环境条件、促进社会经济发展具有非常好的意义和前景，如果研究得当，这会成为一种可以为全国乃至全人类生收稿日期：2017—02—09基金项目：海洋可再生能源专项资金资助项目(SDME20IOGC02)；

6、海洋公益性行业科研专项经费资助项目(20110518-5)作者简介：万占鸿(1974一)，男，博士，副教授，主要研究方向为海洋流体动力学、船舶与海洋工程、清洁能源及海洋生态等理论和T．程应用。E—mail：wanzhanhong@zju．edu．叫2海洋技术学报第36卷活生产需要服务的绿色能源的技术。1漂浮摆一斜坡组合式波浪能发电装置组成原理与模型试验-n_图】装置三维建模不意图根据流体力学理论可知，深水波水质点速度随水深的增加迅速减小，主要的波浪能分布在水面附近。一般的摆式波浪能多采用液压装置转化发电。本文设计一种在水面附近工作的漂浮摆式波浪能

7、发电装置。如图1所示，该发电装置主要包括固定在海底上的桩柱，桩柱呈等腰梯形布置，开口大的朝着波浪人射方向，有可以在桩柱上滑动的滑动平台，滑动平台下部有摆动框架，摆动框架内部铰接受波浪驱动的漂浮摆，该漂浮摆转动轴位于水面附近。摆动支架两侧有侧板、下部有斜坡；还包括摇杆式液压泵以及液压能转化电能装置。滑动平台上有桩柱锁紧装置，有摆动框架位置的控制部件，滑动平台下方有用于提供浮力的浮箱。图2波浪能捕获模块原理图本文主要研究波浪能捕获部分(图2)，即波浪能转化为机械能的一级捕获效率。浮摆为轻质材料浮体，漂浮摆与机架铰接点位于静水面附近，漂浮摆铰接的连杆连

8、接液压泵摇杆。波浪驱动漂浮摆向上摆动驱动液压泵摇杆，将机械能转化为液压能，漂浮摆向上摆动到极限位置后依靠自身重力向下摆动复位，液压泵摇杆