漂浮式液压海浪发电装置锚泊系统研究

摘要

随着经济社会高速发展，人们对煤炭、石油、天然气等矿产资源需求量持续增加，但经过近两个世纪对这些地质资源不合理的开发和利用，陆上和近海油气资源逐渐枯竭，同时地球环境也遭到难以估计的破坏，所以对清洁新能源的开发迫在眉睫。而海洋能因其范围广、储量大、无污染、品种多等优点逐渐受到高度重视，越来越多国家随之加大对海洋能开发的人力和物力的投入，所以目前对各种类型海洋能的开发也逐步进入成熟阶段，但如何利用波浪能持续高效地发电仍然是一大难题。而在众多波浪能发电装置研发中，漂浮式海浪发电平台的系泊系统的研究不容忽视，适当的系泊方案能确保平台在海洋中准确定位，保证各种海况下平台正常的工作发电，同时能降低研发成本并提高发电效率。本课题建立在漂浮式液压海浪发电站基础上，对装置的锚泊系统力学特性进行深入的研究，具体的工作如下:
　　首先，研究海浪发电装置的设计原理及实际海试海域的海况，分析线性波浪理论。基于悬链线理论，简化系泊系统受力，推导出锚链线的空间构型方程，利用MARLAB开展了锚链系统的力学特性分析，最终确定装置的锚及锚链选择方案。
　　其次，考虑系泊线惯性及流体阻尼力影响，基于完全朗格朗日表述和曲线模型下两节点的等参桁架单元模拟的索结构单元，采用几何非线性有限元法和Newmark方法建立锚链动力分析的数值模型，获得锚链各节点在海洋中实际受力及位移速度参数，并利用该模型考察水深、顶角、顶端激励频率等因素对系泊线动张力影响。
　　最后，构建了浮标式波浪能吸收器模型，提出了发电装置在海上批量化布置方案。本文采用三角形网格阵列布置，基于线性波浪理论，计算获得关于浮标三种显著振荡模态起伏、冲击、摇摆的频域线性方程组以及浮标瞬时和平均吸收功率方程。利用SESAM软件中的WAMIT程序模块，获得与频率相关数据，分析了体间系泊、独立系泊以及无系泊三种系泊方案下浮标振荡幅值和吸收平均功率，并考察系泊线夹角、波入射角对它们影响，最终确定最佳阵列布置方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景及意义

1．2 国内外海浪发电研究现状

1．2．1 波浪能简介

1．2．2 国外海浪发电的研究现状

1．2．3 国内海浪发电的研究现状

1．3 锚泊系统国内外研究现状

1．4 本论文主要的工作

第2章 漂浮式液压海浪发电站设计

2．1 漂浮式液压海浪发电站结构

2．2 漂浮式液压海浪发电站液压系统

2．3 漂浮式液压海浪发电站实施海域海况

2．4 波浪理论

2．4．1 波浪理论前提假设

2．4．2 线性波理论

2．4．3 波浪形式的确定

2．5 波浪冲击力计算及莫里森方程

2．6 本章小结

第3章 锚泊系统的静力特性分析

3．1 引言

3．2 建立数学模型

3．3 发电站单一锚链的静力特性分析

3．3．1 海试地点水深确定

3．3．2 锚链受力状况及参数确定

3．3．3 发电站锚链静力分析计算

3．3．4 利用MATLAB计算仿真悬链线静态空间构型

3．4 组合锚泊线的静力特性分析

3．4．1 锚泊线的组成

3．4．2 锚链与钢丝绳锚泊性能的比较

3．4．3 锚泊线重量和断裂强度的估算

3．4．4 发电站组合锚泊线静力分析计算

3．5 本章小结

第4章 锚泊系统的动态特性分析

4．1 引言

4．2 动态分析的数值方法

4．2．1 有限差分法

4．2．2 Houbolt法

4．3 锚索动态响应数值计算

4．3．1 坐标系定义

4．3．2 系泊缆索的控制方程与边界条件

4．3．3 几何非线性有限元法

4．3．4 数值计算

4．3．5 参数敏感度分析

4．4 本章小结

第5章 阵列系泊系统频域分析

5．1 引言

5．2 三个浮子阵列的基本方程

5．3 三角形阵列的频域方程组

5．4 三浮标阵列的数值结果及分析

5．4．1 规则波

5．4．2 不规则波

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的科研项目

致谢