【摘要】：世界范圍內(nèi)能源日趨緊張,環(huán)境污染不斷加劇,開(kāi)發(fā)利用可再生能源成為緩解能源緊張,降低環(huán)境污染的有效途徑。潮流能作為一種清潔無(wú)污染的綠色可再生能源,近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前關(guān)于漂浮式潮流能發(fā)電裝置的研究大多分別針對(duì)豎軸水輪機(jī)、浮式載體及系泊系統(tǒng)方面,然而實(shí)際海況中水輪機(jī)和漂浮式發(fā)電裝置載體之間存在耦合作用,現(xiàn)階段對(duì)在風(fēng)浪流環(huán)境下潮流能發(fā)電裝置整體耦合預(yù)報(bào)和耦合作用機(jī)理的研究較少。本文以2×150kW漂浮式潮流能發(fā)電裝置為研究對(duì)象,采用兩種方法研究了漂浮式潮流能發(fā)電裝置水動(dòng)力性能,并分析在復(fù)雜海洋環(huán)境載荷下發(fā)電裝置系統(tǒng)的時(shí)域耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng),具體方法為三維勢(shì)流理論和計(jì)算流體力學(xué)CFD。本文可為基于豎軸水輪機(jī)的漂浮式潮流能發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。本文首先采用三維勢(shì)流理論研究漂浮式潮流能發(fā)電裝置的水動(dòng)力性能。建立豎軸水輪機(jī)和浮式載體的水動(dòng)力學(xué)模型,利用CFD方法求解水輪機(jī)強(qiáng)迫振蕩時(shí)的水動(dòng)力載荷,并擬合求解水輪機(jī)的水動(dòng)力系數(shù);采用三維頻域勢(shì)流理論對(duì)漂浮式發(fā)電裝置載體進(jìn)行頻域分析,得到漂浮式發(fā)電裝置載體在規(guī)則波中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)RAO和水動(dòng)力系數(shù);然后對(duì)AQWA軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),將水輪機(jī)的附加質(zhì)量、輻射阻尼以及實(shí)時(shí)變化的平均力加載到系統(tǒng)時(shí)域計(jì)算數(shù)值模型上,對(duì)在規(guī)則波和隨機(jī)波浪作用下漂浮式發(fā)電裝置的耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行時(shí)域分析,得出了水輪機(jī)載荷和不同海況對(duì)系統(tǒng)水動(dòng)力特性的影響規(guī)律。采用CFD方法對(duì)漂浮式潮流能發(fā)電裝置載體進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析。基于CFD方法建立三維波浪數(shù)值水池,考慮粘性和波浪非線性等因素,對(duì)漂浮式發(fā)電裝置在規(guī)則波作用下的流場(chǎng)、受力以及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析,并與基于勢(shì)流理論的計(jì)算結(jié)果對(duì)比,計(jì)算結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了數(shù)值水池在模擬載體運(yùn)動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)確性,具有較強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值,為后續(xù)的漂浮式潮流能發(fā)電裝置性能預(yù)報(bào)提供了一種方法。
【圖文】：

ＳｅａＧｅｎ潮流水輪機(jī)是英國(guó)Ｍａｒｉｎｅ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｔｕｂｉｎｅｓ公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出“Ｓｅａｆｌｏｗ”后的逡逑又一成果，是配有雙直徑為１６ｍ轉(zhuǎn)子的水平軸水輪機(jī)，發(fā)電功率達(dá)到１．２ＭＷｍｉ，是世逡逑界上第一臺(tái)達(dá)到兆瓦級(jí)的潮流能發(fā)電裝置，如圖１．２所示。該水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子直接連接到逡逑載體內(nèi)部的齒輪箱上，這樣可以增加其轉(zhuǎn)速使發(fā)電機(jī)發(fā)電。ＳｅａＧｅｎ所配備的可控螺距逡逑的轉(zhuǎn)子葉片可以保證其在漲潮和落潮時(shí)都能夠有較好的性能，但是采用樁柱式基礎(chǔ)成本逡逑較高，同時(shí)對(duì)海底地質(zhì)條件有較高要求。ＳｅａＧｅｎ的１．２ＭＷ機(jī)組己在２００９年１月正式逡逑投入運(yùn)行。逡逑４逡逑圖］．１邋ＳｅａＦｌｏｗ潮流能發(fā)電裝置邐圖１．２邋ＳｅａＧｅｎ潮流能發(fā)電裝置逡逑英國(guó)的Ｏｃｅａｎｆｌｏｗ能源有限公司開(kāi)發(fā)ＥｖｏｐｏｃＦｌ潮流發(fā)電機(jī)組如圖１．３所示，此設(shè)備逡逑可以利用潮流、洋流等進(jìn)行發(fā)電。該設(shè)備抗腐蝕性極好，可以直接于深水中進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。逡逑系泊系統(tǒng)也值得借鑒，能夠保證系統(tǒng)應(yīng)對(duì)相對(duì)較為惡劣的風(fēng)浪環(huán)境。整個(gè)發(fā)電機(jī)組可以逡逑提供５５ｋＷ電能。Ｏｃｅａｎｆｌｏｗ公司還在不斷改進(jìn)此方案，，Ｅｖｏｐｏｄ的雙禍輪方案將配備雙逡逑１．２ＭＷ發(fā)電機(jī)以獲得更多電能。逡逑２逡逑

第１章緒論逡逑圖１．３邋Ｅｖｏｐｏｄ潮流發(fā)電機(jī)組邐圖１．４邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｐｏｗｅｒ水輪機(jī)逡逑Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｐｏｗｅｒ邋水輪機(jī)是由瑞典邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｐｏｗｅｒ邋ＡＢ邋公司、Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ邋和逡逑Ｕｐｐｓａｌａ大學(xué)聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的［１３］，如圖１．４所示。該水輪機(jī)為低速三葉片垂直軸水輪機(jī)，逡逑直徑１０ｍ，整個(gè)轉(zhuǎn)子固定于海底基座上，并成功地進(jìn)行了海上測(cè)試。逡逑２００５年意大利的Ｐｏｎｔｅ邋ｄｉ邋Ａｒｃｈｉｍｅｄｅ邋Ｓ．ｐ．Ａ邋（ＰＤＡ）公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款Ｋｏｂｏｌｄ型逡逑漂浮式潮流能發(fā)電裝置［１４］，如圖１．５所示，該發(fā)電裝置水輪機(jī)采用的是變偏角直葉片垂逡逑直軸式，裝機(jī)容量１２０ｋＷ，葉輪直徑６ｍ，葉片展長(zhǎng)５ｍ，電站發(fā)電接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。這是逡逑世界首臺(tái)接入電網(wǎng)投入商業(yè)運(yùn)行的垂直軸漂浮式潮流能發(fā)電裝置，該裝置對(duì)今后的潮流逡逑能發(fā)電技術(shù)的研發(fā)起到了關(guān)鍵作用。邐邐逡逑圖１．５邋Ｋｏｂｏｌｄ水輪機(jī)逡逑１．２．２國(guó)內(nèi)潮流能發(fā)電裝置發(fā)展現(xiàn)狀逡逑我國(guó)對(duì)潮流能的開(kāi)發(fā)利用也相對(duì)較早｜１５］。１９７８年舟山漁民何世鈞在西堠門海域通逡逑過(guò)在漁船尾部安裝水輪機(jī)，進(jìn)行潮流能發(fā)電實(shí)驗(yàn)，最初水輪機(jī)選用水平軸式，經(jīng)過(guò)多次逡逑試驗(yàn)使水輪機(jī)功率達(dá)５．７ｋＷ。逡逑２０世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)潮流能發(fā)電裝置的研究開(kāi)始蓬勃發(fā)展。哈爾濱工程大學(xué)是最早著手逡逑于研究潮流能發(fā)電的高校［１６１
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P743.1;TM612

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本文編號(hào)：2604974