海上大功率風(fēng)浪復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、能源是科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。化石能源(煤，石油，天然氣)長(zhǎng)期以來(lái)一直作為人類主要的能源來(lái)源，盡管推動(dòng)著人類進(jìn)步，也帶來(lái)了越來(lái)越多的問(wèn)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(chǔ)量尤其顯著，綜合利用海上風(fēng)能和波浪能是國(guó)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(guó)際上尚沒(méi)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

2、率風(fēng)浪復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)將無(wú)規(guī)則、不穩(wěn)定的風(fēng)能和波浪能均通過(guò)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(duì)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(chǎng)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(dòng)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

3、系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，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)

4、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(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)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(cè)試了能量轉(zhuǎn)換裝置的效率。設(shè)計(jì)了功率回收的

5、測(cè)試方案；搭建了測(cè)試方案的仿真平臺(tái)驗(yàn)證了方案的可行性；測(cè)試了單缸靜態(tài)的機(jī)械效率和容積效率；測(cè)試了能量轉(zhuǎn)換裝置的機(jī)械傳動(dòng)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(cè)試臺(tái)測(cè)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(chǎng)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(tái)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)