【摘要】：能源是科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈�；茉�(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(jìn)步,也帶來了越來越多的問題。海洋蘊(yùn)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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。海洋能源中風(fēng)能和波浪能儲量尤其顯著,綜合利用海上風(fēng)能和波浪能是國際可再生能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和學(xué)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(fēng)浪復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文提出了海上大功率風(fēng)浪復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)將無規(guī)則、不穩(wěn)定的風(fēng)能和波浪能均通過相同的介質(zhì)液壓能高效地吸收轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電能,并對復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電,波浪能發(fā)電,能量轉(zhuǎn)換裝置效率實(shí)驗(yàn),波浪能發(fā)電布置拓?fù)浼皡?shù),復(fù)合發(fā)電單元和發(fā)電場進(jìn)行了全面系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具體內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)了一種可伸縮葉片的海上液壓式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。建立了風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的動力學(xué)模型;建立了可伸縮葉片速度追蹤模型,找到了風(fēng)輪直徑與風(fēng)速之間滿足的關(guān)系以捕獲最佳風(fēng)能;建立了液壓式風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的仿真平臺,并分析了能量轉(zhuǎn)換的輸出性能。(2)設(shè)計(jì)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(gè)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(jī)海況下的適應(yīng)性,為浮筒尺寸設(shè)計(jì)提供參考。(3)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)模型;以Cummins方程和拉格朗日方程為基礎(chǔ),建立了波浪-浮筒-傳遞機(jī)構(gòu)-能量轉(zhuǎn)換裝置的系統(tǒng)動力學(xué)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(jī)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系模型,設(shè)計(jì)了機(jī)構(gòu)參數(shù);搭建了系統(tǒng)動力學(xué)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(dá)到80%以上。(4)提出了功率回收方法測試了能量轉(zhuǎn)換裝置的效率。設(shè)計(jì)了功率回收的測試方案;搭建了測試方案的仿真平臺驗(yàn)證了方案的可行性;測試了單缸靜態(tài)的機(jī)械效率和容積效率;測試了能量轉(zhuǎn)換裝置的機(jī)械傳動部分的功率損耗;基于功率回收方法搭建了能量轉(zhuǎn)換裝置的效率測試臺測試了其在不同轉(zhuǎn)速和不同壓力下的總效率,結(jié)果表明其轉(zhuǎn)換效率在80%左右。(5)設(shè)計(jì)了波浪能發(fā)電的布置拓?fù)浼皡?shù)。建立了多波浪能發(fā)電裝置能量吸收的頻域模型;設(shè)計(jì)了波浪能發(fā)電場三角形布置拓?fù)涞膮?shù);分析了三角形布置拓?fù)涞牟ɡ四芪招阅芘c平臺的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)平臺的存在對能量吸收產(chǎn)生了積極的影響;基于拓?fù)淅碚?以獲得最佳影響系數(shù)為目標(biāo)設(shè)計(jì)了由三角形拓?fù)鋯卧M成的串聯(lián)拓?fù)浼皡?shù)。(6)提出了海上大功率風(fēng)浪復(fù)合發(fā)電的原理,將無規(guī)則、不穩(wěn)定的風(fēng)能和波浪能均通過液壓能轉(zhuǎn)換為電能。設(shè)計(jì)了包含一個(gè)風(fēng)機(jī)和三個(gè)波浪能發(fā)電裝置的15MW風(fēng)浪復(fù)合發(fā)電單元;最后設(shè)計(jì)了包含五個(gè)單元的82MW風(fēng)浪復(fù)合發(fā)電場。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P743.2;TM61

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本文編號：2694310