隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)能源枯竭和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻,尋找清潔可再生的新能源已成為人類社會持續(xù)發(fā)展的迫切要求。海洋波浪能作為新能源之一,具有蘊藏量大、能量密度高、分布面廣等優(yōu)點,其開發(fā)利用技術(shù)受到人類社會的高度重視。目前,振蕩浮子式波能裝置因具有可靠性高、成本低、效率高的的優(yōu)勢,已成為波浪能利用技術(shù)的研究熱點。浮體繩輪波能裝置隸屬于振蕩浮子式波能裝置,為進(jìn)一步提高其波能俘獲效率,本文針對共振技術(shù)和鎖定控制技術(shù)提高浮體繩輪波能俘獲效率的可行性進(jìn)行了研究。本文主要完成的工作總結(jié)如下:(1)根據(jù)試驗海域的實際海況,選擇有限水深線性波理論及莫里森方程計算波浪載荷,利用AQWA求解水動力系數(shù),通過將繩輪機(jī)構(gòu)等效為彈簧阻尼模塊,并對外部阻尼系數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置,利用OrcaFlex實現(xiàn)對浮體繩輪波能裝置的水動力仿真,推導(dǎo)了浮體繩輪波能俘獲效率計算公式。(2)基于共振原理構(gòu)建了具有可比性的共振型與非共振型兩種浮體繩輪波能裝置模型,利用上述浮體繩輪波能俘獲效率計算公式,以最大波能俘獲效率為優(yōu)化目標(biāo),分別優(yōu)化并計算兩種裝置模型相同浪況下的最優(yōu)波能俘獲效率,通過比較兩種效率,驗證共振技術(shù)提高浮體繩輪波能裝置俘獲效率的不可行性。(3)基于繩輪機(jī)構(gòu)等效外置的思路,構(gòu)建具有可比性的共振型與非共振型浮體模型,并創(chuàng)建了波能俘獲測試平臺,通過模型實驗測得兩種模型在相同浪況下的最優(yōu)波能俘獲效率,驗證了共振技術(shù)提高浮體繩輪波能裝置俘獲效率的技術(shù)路線不可行。(4)利用OrcaFlex的Winch模塊實現(xiàn)了對波能裝置的鎖定控制,以最大波能俘獲效率為優(yōu)化目標(biāo),對鎖定時間進(jìn)行優(yōu)化,并求取最大波能俘獲效率,通過比較有無鎖定控制的浮體繩輪波能裝置,在相同海況下的最大波能俘獲效率,證明了鎖定控制技術(shù)提高浮體繩輪波能裝置俘獲效率的可行性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P743.2
【部分圖文】：

振蕩浮子式波能裝置基本處于實驗研究和示范推廣階段，逡逑并沒有實現(xiàn)真正的商業(yè)化運作，其主要原因是現(xiàn)有波能裝置仍存在可靠性低、逡逑發(fā)電成本高的瓶頸。因此，高可靠性和低成本仍然是振蕩浮子式波能裝置研逡逑發(fā)的兩個主要目標(biāo)，其中高可靠性主要依賴于波能裝置的一級采集原理和結(jié)逡逑構(gòu)，低成本除了波能裝置制造、布放和后期維護(hù)成本外，主要依賴于波能裝逡逑置的一級采集效率，因此對于一種高可靠的振蕩浮子式波能俘獲技術(shù)來講，逡逑尚效率是其研發(fā)的重點。逡逑由山東大學(xué)提出的浮體繩輪波能裝置是一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的振蕩逡逑浮子式波裝置，如圖１－２所示，該裝置在２０１１年度國家海洋可再生能源專逡逑項“浮體繩輪波浪發(fā)電技術(shù)研宄與試驗項目編號：ＧＨＭＥ２０１１ＢＬ０２）的逡逑資助下，先后完成了理論建模、模型試驗、樣機(jī)研制和實海況實驗等工作，逡逑海試結(jié)果表明浮體繩輪波能裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造維護(hù)成本低、極端氣候逡逑，

（ｃ）愛爾蘭Ｗａｖｅｂｏｂ波能裝置邐（ｃＪ）山東天舉１２０ｋ＞￥邋ｋｆｅ裝置逡逑圖１－１振蕩浮子式波能裝置逡逑但截止目前，振蕩浮子式波能裝置基本處于實驗研究和示范推廣階段，逡逑并沒有實現(xiàn)真正的商業(yè)化運作，其主要原因是現(xiàn)有波能裝置仍存在可靠性低、逡逑發(fā)電成本高的瓶頸。因此，高可靠性和低成本仍然是振蕩浮子式波能裝置研逡逑發(fā)的兩個主要目標(biāo)，其中高可靠性主要依賴于波能裝置的一級采集原理和結(jié)逡逑構(gòu)，低成本除了波能裝置制造、布放和后期維護(hù)成本外，主要依賴于波能裝逡逑置的一級采集效率，因此對于一種高可靠的振蕩浮子式波能俘獲技術(shù)來講，逡逑尚效率是其研發(fā)的重點。逡逑由山東大學(xué)提出的浮體繩輪波能裝置是一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的振蕩逡逑浮子式波裝置，如圖１－２所示，該裝置在２０１１年度國家海洋可再生能源專逡逑項“浮體繩輪波浪發(fā)電技術(shù)研宄與試驗項目編號：ＧＨＭＥ２０１１ＢＬ０２）的逡逑資助下

右側(cè)為線性波理論和斯托克斯波理論的適用邊界條件，左側(cè)逡逑為橢圓余弦波理論，孤立波理論及流函數(shù)波理論的適用邊界條件。逡逑天津大學(xué)竺艷蓉［６３］教授根據(jù)物體結(jié)構(gòu)在海洋的中受力情況，通過理論和逡逑實驗研究，將各種波浪理論的適用情況表達(dá)得更加具體，如下：逡逑（１）邐Ｔ＾ｆｇＪｄ邋＜６．０邋（相當(dāng)于ｄ／Ｚ〉０．２），／／／＂＜０．２，適用于線性波理論；逡逑（２）邐Ｔｙｊｇ／ｄ邋＜１０．０邋（相當(dāng)于＂／Ｌ＞０．１），適用于邋Ｓｔｏｋｅｓ邋Ｖ邋階理論；逡逑（３）邐ＴｙｆｇＪｄ邋＞１０．０邋（相當(dāng)于ｄ／Ｌ＜０＿ｌ），適用于橢圓余弦波理論；逡逑其中尸邐波浪周期，ｓ；邋ｇ邐重力加速度，ｍ／ｓ２；邋ｄ邐水深，ｍ；邋Ｌ逡逑邐＾長，ｍ。逡逑本文波能裝置試驗海域的水深為Ｊ＝２０ｍ，波浪周期ｒ＝６．３ｓ，波高為開逡逑－２邋ｍ＝逡逑９逡逑

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本文編號：2817368