新型浪流發(fā)電裝置及葉片分析.pdf

1、能源危機、生態(tài)環(huán)境污染、偏遠海島維權(quán)等問題的出現(xiàn)，引發(fā)了世界各國對于無污染、可再生能源的迫切需求，開發(fā)清潔能源成為各國貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段。占地球表面70％的海洋吸引了世界各國關注的目光，廣闊的海洋蘊藏著儲量驚人的可再生能源，其中最具代表性的有潮流能、波浪能等。縱觀國內(nèi)外海洋能技術的發(fā)展現(xiàn)狀，國外對于波浪能和潮流能的利用相對較早，憑借著突出的資源優(yōu)勢，部分國外波浪能和潮流能發(fā)電裝置已實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，并呈現(xiàn)出大裝機容量、高可靠性、高

2、轉(zhuǎn)換效率等特點。我國自主設計的絕大多數(shù)海洋能發(fā)電裝置仍處于研發(fā)階段，鮮有意義重大的示范項目，與國外技術存在一定的差距。
　　現(xiàn)有的國內(nèi)外波能發(fā)電技術多種多樣，但多級能量轉(zhuǎn)換的形式大大降低了發(fā)電效率，也是造成發(fā)電成本高昂的主要原因之一。因此，如何解決能量分散不易集中、開發(fā)成本高、裝置運行穩(wěn)定性差等問題，成為了能否推動技術突破的關鍵問題。
　　論文基于現(xiàn)有的波浪潮流技術及裝置結(jié)構(gòu)，以提升能量轉(zhuǎn)換效率為目的，自主研發(fā)了一種通過 S

3、形葉輪完成能量捕獲的新型浪流發(fā)電裝置。裝置采用特殊設計的葉輪與雙邊電機組的搭配可以將能量的轉(zhuǎn)化效率最大化，同時兼顧電機的選型與密封、裝置整體的降阻及輕量化，采用CATIA、FLUENT等軟件完成裝置結(jié)構(gòu)的建模與仿真分析。在結(jié)構(gòu)部分的設計完成后，制作了不同尺寸工程樣機完成配套水槽試驗及海上試驗。下面逐條簡述設計思路及相關試驗方法：
　　首先對比主流的海洋能利用技術發(fā)現(xiàn)，能量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)是導致利用率低的原因之一，因此確定了直驅(qū)式的結(jié)

4、構(gòu)形式，省去了復雜的中間環(huán)節(jié)。參考軸流泵葉輪裝置結(jié)構(gòu)，設計了一種基于 S形葉輪浪流發(fā)電裝置，采用升力法設計葉輪結(jié)構(gòu)并計算參數(shù)。
　　其次結(jié)合實際海況及葉輪尺寸，選用細長型永磁發(fā)電機作為能量轉(zhuǎn)換裝置，為了達到能量利用率最大化，在葉輪兩端對稱布置兩組發(fā)電機。為了檢驗結(jié)構(gòu)及發(fā)電機設計能否滿足海上試驗的要求，開發(fā)設計了一套實驗室用模擬海浪發(fā)電機測試系統(tǒng)，通過繼電器與電磁閥控制水泵實現(xiàn)模擬海浪流速的效果，進而完成不同條件下發(fā)電機功率等參數(shù)的

5、測量。
　　隨后闡述海洋能相關理論，依據(jù)設計參數(shù)選取相關計算模型、公式及流體力學系數(shù)。借助CATIA完成建模，運用FLUENT軟件分析輪機的水動力性能和結(jié)構(gòu)力學性能，驗證了理論設計的合理性，同時將仿真分析后的輪機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，相關參數(shù)用于工程樣機的制造。
　　最后將制造完成的多組工程樣機分別應用于水槽及海上試驗，經(jīng)過試驗得出結(jié)論：S形葉輪具有雙邊捕獲性能，電機密封達到海試條件要求，輪機具有低速啟動特性及優(yōu)良的能量利用率。