海上大功率風浪復合發(fā)電系統(tǒng)設計及關鍵技術.pdf

1、能源是科技和經(jīng)濟發(fā)展的命脈。化石能源(煤，石油，天然氣)長期以來一直作為人類主要的能源來源，盡管推動著人類進步，也帶來了越來越多的問題。海洋蘊藏著豐富的可再生能源，而且海洋能源是取之不盡，用之不竭的。充分利用海洋能源，是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。海洋能源中風能和波浪能儲量尤其顯著，綜合利用海上風能和波浪能是國際可再生能源利用領域的研究熱點和學科前沿，具有巨大的意義。目前國際上尚沒有出現(xiàn)具體的風浪復合發(fā)電系統(tǒng)的設計。本文提出了海上大功

2、率風浪復合發(fā)電系統(tǒng)將無規(guī)則、不穩(wěn)定的風能和波浪能均通過相同的介質液壓能高效地吸收轉換成穩(wěn)定的電能，并對復合發(fā)電系統(tǒng)中的風力發(fā)電，波浪能發(fā)電，能量轉換裝置效率實驗，波浪能發(fā)電布置拓撲及參數(shù)，復合發(fā)電單元和發(fā)電場進行了全面系統(tǒng)的設計，具體內(nèi)容如下：
　　(1)設計了一種可伸縮葉片的海上液壓式風力發(fā)電系統(tǒng)。建立了風能轉換系統(tǒng)的動力學模型；建立了可伸縮葉片速度追蹤模型，找到了風輪直徑與風速之間滿足的關系以捕獲最佳風能；建立了液壓式風能轉換

3、系統(tǒng)的仿真平臺，并分析了能量轉換的輸出性能。
　　(2)設計了三自由度振蕩浮子型波浪能發(fā)電裝置的能量吸收界面。確定了波浪能發(fā)電裝置的自由度為三個包括垂蕩、縱搖和橫搖；建立了該發(fā)電裝置能量吸收的頻域模型；比較了三種形狀浮筒包括圓錐、圓柱和半球的性能，優(yōu)選出半球形的浮筒；基于浮筒垂蕩和縱搖(橫搖)方向固有頻率相等的條件，匹配了半球形浮筒的慣性參數(shù)；分析了不同尺寸半球形浮筒在隨機海況下的適應性，為浮筒尺寸設計提供參考。
　　(3)

4、發(fā)明了三自由度波浪能發(fā)電裝置并分析了其吸收性能。建立了三維波浪能傳遞機構的運動學模型；以Cummins方程和拉格朗日方程為基礎，建立了波浪-浮筒-傳遞機構-能量轉換裝置的系統(tǒng)動力學模型；以垂蕩和縱搖(橫搖)方向的固有頻率相等的條件，建立了傳遞機構參數(shù)的關系模型，設計了機構參數(shù)；搭建了系統(tǒng)動力學仿真平臺分析了其功率特性，發(fā)現(xiàn)其額定海況下的吸收功率達到80%以上。
　　(4)提出了功率回收方法測試了能量轉換裝置的效率。設計了功率回收的

5、測試方案；搭建了測試方案的仿真平臺驗證了方案的可行性；測試了單缸靜態(tài)的機械效率和容積效率；測試了能量轉換裝置的機械傳動部分的功率損耗；基于功率回收方法搭建了能量轉換裝置的效率測試臺測試了其在不同轉速和不同壓力下的總效率，結果表明其轉換效率在80%左右。
　　(5)設計了波浪能發(fā)電的布置拓撲及參數(shù)。建立了多波浪能發(fā)電裝置能量吸收的頻域模型；設計了波浪能發(fā)電場三角形布置拓撲的參數(shù)；分析了三角形布置拓撲的波浪能吸收性能與平臺的關系，發(fā)現(xiàn)