【摘要】：當(dāng)今世界,綠色可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)重要趨勢。同時(shí),由于環(huán)境污染及能源危機(jī)問題日趨嚴(yán)重,尋找新型清潔能源已經(jīng)成為熱門話題。海上風(fēng)力發(fā)電憑借其諸多優(yōu)勢,已成為世界可再生能源的熱點(diǎn)。由于海風(fēng)與海上波浪具有天然相關(guān)性,在風(fēng)能富集的海域部分,波浪能資源也是較為豐富的。因此,本文擬提出一種固定式單樁基礎(chǔ)風(fēng)力機(jī)與垂蕩式波浪能發(fā)電裝置集成的新型發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。從自身角度考慮,此種新型集成發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不僅可以共享一套支撐結(jié)構(gòu)以及配套的電力傳輸系統(tǒng),還有益于降低單位發(fā)電成本。而且,此種集成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以提高海洋可再生能源的利用效率,節(jié)省海面空間,并且順應(yīng)國家構(gòu)建可再生能源系統(tǒng)的重大戰(zhàn)略需求,符合我國建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。本文主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)提出新型固定式單樁基礎(chǔ)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)-垂蕩式波浪能發(fā)電裝置集成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的初步概念設(shè)計(jì)方案,其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)參考美國可再生能源試驗(yàn)(NREL)5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。針對(duì)所提方案,獲取波浪能發(fā)電裝置初步優(yōu)化的排水量以及動(dòng)力輸出裝置(PTO系統(tǒng))的設(shè)計(jì)參數(shù),以便后文對(duì)其水動(dòng)力性能的開展進(jìn)一步研究。本文通過液壓傳動(dòng)系統(tǒng)——PTO系統(tǒng)(Power-take-off)利用波浪能發(fā)電裝置的垂向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕獲波浪能,經(jīng)過數(shù)值模擬驗(yàn)證,波浪能輸出功率是較為可觀的。(2)基于勢流理論及多體動(dòng)力學(xué)分析方法,本文對(duì)此集成發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算分析,重點(diǎn)開展其在不同典型海況下水動(dòng)力特性的研究,其中包括波浪能發(fā)電裝置的垂向運(yùn)動(dòng)特征,這是評(píng)估垂蕩式波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電功率性能的重要參考依據(jù);同時(shí),對(duì)波浪能發(fā)電裝置與單樁基礎(chǔ)所受到的水動(dòng)力荷載以及兩者間的耦合作用力進(jìn)行研究,所獲取的荷載時(shí)程將應(yīng)用于后文所研究的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析。(3)本文將此集成發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與本團(tuán)隊(duì)此前提出的張力腿式風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的水動(dòng)力性能進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果顯示兩者波浪能輸出功率相差甚微,固定式單樁基礎(chǔ)集成發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的發(fā)電功率略大一些,考慮到單樁基礎(chǔ)成本較低,所以固定式單樁基礎(chǔ)集成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的方案更為可行。(4)將典型工況下獲取的風(fēng)載荷時(shí)程和水動(dòng)力載荷時(shí)程以及多體耦合力時(shí)程輸入到有限元結(jié)構(gòu)模型中,對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析(關(guān)鍵部位應(yīng)力分析)。通過模態(tài)分析可以排除此結(jié)構(gòu)與波浪發(fā)生共振的可能性。對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度安全校核,并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM61;P743.2

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本文編號(hào)：2591859