坐底式豎直軸潮流能發(fā)電裝置設計研究.pdf

1、近年來，隨著環(huán)境污染和能源枯竭問題日益嚴重，使得人類探索可再生能源的愿望越來越強烈。海洋潮流能以其可預測性強、能量所在地靠近海岸、開發(fā)技術可借鑒風機等優(yōu)點，受到了世界各個國家的重視，研究開發(fā)潮流技術成了可再生清潔能源利用領域的熱點。潮流能發(fā)電裝置的載體可分為三種:坐底式、樁柱式和漂浮式。其中樁柱式和漂浮式，對沿海航道的交通都會造成一定的影響;樁柱式對海上打樁和安裝的技術要求很高，需要使用較大型設備，費用昂貴;漂浮式需要用錨泊系統(tǒng)來定位，

2、比較適合用于水深大于30m的海域，且載體在海面上會受到風浪流的作用發(fā)生低頻運動，對水輪機組的穩(wěn)定運行產(chǎn)生一定的影響。我國沿海有眾多潮流能資源富集的水道和淺海區(qū)域，坐底式潮流電站是開發(fā)這些區(qū)域潮流能的有效手段之一。
　　本文參照國內(nèi)外存在的潮流能發(fā)電裝置和各種海洋平臺的技術特點，基于綜合考慮，提出了一種適合于淺海和江河的坐底式豎直軸潮流能發(fā)電裝置概念方案，并根據(jù)方案進行設計和關鍵技術研究。
　　(1)針對電站的工作特性，選擇符

3、合條件的海底地質條件和海洋環(huán)境，基于電站的工作環(huán)境參數(shù)，進行水輪機參數(shù)設計、載體方案設計和能量傳遞系統(tǒng)設計。
　　(2)對電站的六個主體結構進行設計研究，包括樁靴、沉箱、導流艙、支撐艙和機艙的結構形式。針對各個主體部分的內(nèi)部構件，參照相近的規(guī)范，完成電站鋼材選取、骨材間距確定、板厚取值、骨材規(guī)格設計、支柱設計等部分內(nèi)容。基于結構設計，統(tǒng)計得到電站的重量重心設計，為電站的總體性能校核提供數(shù)據(jù)支持。電站的總體性能校核主要包括沉浮穩(wěn)性和

4、坐底穩(wěn)性，研究了坐底穩(wěn)性校核包含三個部分，分別是抗傾覆穩(wěn)性校核，抗滑移穩(wěn)性校核和地基承載力校核，驗證了電站機構設計的合理性。
　　(3)對水輪機的受力分析進行研究，針對誘導速度和水輪機水動力計算，分別介紹了基于動量理論的流管法、基于勢流理論的渦方法、基于粘性計算流體力學的(CFD)方法。并應用CFD方法來求解水輪機的工作載荷，具體是使用Gambit軟件與Fluent軟件來計算水輪機的推力、側向力和扭矩，為水輪機參數(shù)設計和電站強度校

5、核提供參照依據(jù)。
　　(4)針對電站具體結構，采用ANSYS軟件建立有限元模型。針對不同形式的坐底面積損失情況，設計了九種計算工況;以電站底部與泥面接觸處鉸接為邊界條件;電站受到的載荷分為重力載荷、作業(yè)載荷和環(huán)境載荷;有限元計算結果與許用應力衡準相比較，得出強度校核結果，驗證了電站的設計效果。
　　(5)在介紹了潮流電站的評價指標體系和評價方法的研究現(xiàn)狀后，指出當前對潮流電站的評價十分缺乏。但是對潮流電站方案的評價具有十分重