碟形越浪式波能发电装置越浪性能的试验研究.pdf

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1、第41卷第3期2011年3月中国海洋大学学报PERIODlCALOFOCE：ANUNIVERSITYOFCHINA41(3)：093～098Mar．，201l碟形越浪式波能发电装置越浪性能的试验研究’黄燕，史宏达“，刘臻(中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100)摘要：碟形越浪式波能发电装置是1种新型的波能发电装置，本文对其几何形状及尺寸进行了初始设计。通过对装置越浪性能的物理模型试验研究。揭示r装置越浪量与入射波要素的变化关系，得到了不同十舷高度在各入射波要素下装置的波能俘获能力。关键

2、词：碟形越浪式；物理模型试验；波浪要素；干舷高度；越浪件能中图法分类号：TV871文献标志码：A文章编号：1672—5174(2011)03—093—06随着不可再生能源的日益枯竭，对于新能源的开发刻不容缓。海洋波浪能是1种无污染、可再生的能源，与其他海洋能源相比，它具有能量转换原理简单、相对成本低的优点，因此世界各国对于海洋波浪能的开发非常重视。1980年代以来，挪威Llj、日本[2。、印度[3

3、、英国[4。、葡萄牙[5]与中国[6]等国家相继建造了数种波能发电装鼍。波能转换装置在进行波能发电时，通常包

4、含2个能量转换过程：首先是将波浪能转换为町供涡轮电机利用的机械能，即能量的一次转换过程；其次是通过涡轮电机将机械能转换为电能进行输出，即能量的二次转换过程。波能转换装置的核心问题是能量的一次转换过程。根据能量在一次转换过程中产生的机械能的形式，波能发电装置主要可分为以下3种形式：液压式、越浪式、振荡水柱式。越浪式波能发电装置具有波能转换率较高、装置整体稳定性较高、可与其他近岸设施相结合以减少投资等优点。其摹本工作原理为利用海岸地形或特殊装置将入射波聚集于坡道之上，波浪越过坡道后进入蓄水池，波浪能转换为蓄水

5、池内水体的压力势能，水体沿出流管道返回大海时带动低水头发电机组运转实现发电。目前世界上比较著名的越浪式发电装置主要有：瑞典开发的漂浮式波能船¨j(FloatingWavePower)，主要组成部分为1个由4个压载仓制成的漂浮式水池，其特有的锚同系统町使船体正对波能最强的方向；丹麦开发的龙式波能装置(waveDragon)L8j，其发电原理与前述装置一致，其曲线型发射壁可将入射波最大程度的聚集到坡道上，该装置还可根据不同情况进行排列组装，数量从2到200不等；挪威开发的渐缩水道式装置(TAPCHAN)，主要

6、由一个喇叭形的聚波器和1个通向蓄水池的渐缩楔形导槽构成，当波浪进入导槽宽阔的一端向里传播时，波高不断放大，直至波峰溢过边墙，将波浪能转换成势能。本文提出的碟形越浪式波能发电装置是1种新型的越浪式发电装置。基于此装置的工作原理，保证一定的越浪量是装置正常工作的莺要前提。为了考察碟形装置的基本越浪趋势，同时为日后研究导流叶片的作用提供依据，本文研究了在不同入射波要素、干舷高度下，未设置导流叶片装置的越浪性能。1碟形越浪式波能发电装置的设计1．1装置的发电原理及优点碟形越浪式波能发电装置的锚固系统采用钢管桩浮式

7、抱桩结构。钢管桩浮式抱桩结构的优点是适用于不同海况及水深条件，不受潮差影响，受风、浪、流变化引起的影响小，且便于安装。碟形越浪式波能发电装置的主体结构如1．a所示。其中桶型蓄水池(浅绿色部分)用于贮存越人池内的水体，水池中央向下伸出一出水管(如1．b所示)，低水头涡轮发电机组悬挂安装于出水管内。蓄水池外侧为一碟形引浪面(黄色部分)，适于波浪爬升与翻越，引浪面上装配具有导流聚波作用的导流叶片(蓝色部分)。装置的基本原理是：入射波通过碟形引浪面越入蓄水池，蓄水池将越人其中的波浪能量转换为具有一定水头高度的压力

8、势能。出水管再将压力势能转换为淹没出流的动能，水流带动涡轮电机便可最终实现波-基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2009AA052427)；山东省科技攻关计划项目(2010GHYl0508)；教育部新教师基金项目(20090132120015)项日资助收稿日期：2010—04—10；修订f1期：2010—08—10作者简介：黄燕(1982一)，女，博士生。E-mail：huangy@ouc．edu．cn·*通讯作者：E-mail：hd_shi@OUC．edu．ca中国海洋大学学报浪能到电能的换转过程。

9、此装置的优点在于：(1)碟形越浪式波能装置是一种越浪式波能发电装置，越浪式波能发电装置能将较不稳定的入射波能转换为蓄水池内水体的位能，再转换为较为稳定的淹没出流水流的动能，波能转换率较高；(2)碟形越浪式波能发电装置采用低水头水轮机，减小了发电水头的要求，便于收集更多的波能；(3)装置的碟形引浪面设计能够吸收不同入射方向的波浪；同时，装配在碟形引浪面坡道的导流叶片既可以防止波浪向两侧滑落，又可以抬高波浪的爬升，有助于波浪的越过