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第五届全国海洋能学术讨论会

第五届全国海洋能学术讨论会

  • 召开年：2014
  • 召开地：北京
  • 出版时间： 2014-11-22

主办单位：中国可再生能源学会海洋能专业学术委员会

会议文集：第五届全国海洋能学术讨论会论文集

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  • 摘要：本文通过试验研究和理论分析,提出一种可提高海流能出力的新型涡轮机叶片及其文丘里管增速装置.试验研究了文丘里管对低速来流的增速作用、对斜向来流的纠偏作用,考虑了自由流不同偏流角、文丘里管的不同长径比、不同面积比的影响;从理论上推导出作用于海流发电涡轮机上动水荷载(轴向力、转矩及径向力)的计算公式,结合试验分析了海流作用于文丘里管涡轮机上的动水荷载随自由流偏流角、文丘里管长径比及面积比的变化关系,得出转矩和轴向力随偏流角和长径比的变化存在极大值.
  • 摘要：以往建立的非线性粘性数值波浪水槽中,大多研究波流与单浮体的相互作用,未曾研究过波流与相互铰接的两浮体的相互作用.作者在RANS方程中添加动量源项,建立非线性粘性数值波浪水槽,主要研究了相互铰接的双浮体(即筏式波能消能器)在该数值波浪水槽中的动力响应及消波效果,并与无粘性的数值波浪水槽中的情况进行对比;还研究了粘性波浪水槽与非粘性波浪水槽在有流的情况下,相互铰接的双浮体在数值波浪水槽中的动力响应及消波效果.研究发现两浮体之间设立的阻尼弯矩对消波起到积极作用,在不同波频下,存在特定波频使得波浪能耗散率最高,大波频的波浪穿透率小,发现波流同向时潮流的作用使得共振波频往高频段偏移,对消波产生显著的消极影响,发现由于KC值较小,粘性对浮体动力响应几乎没有影响,从而也不影响波能耗散率和波浪穿透率.
  • 摘要：利用斋堂岛海域一周年的实测波浪资料,分析了本海域海浪谱的特点,该海域海浪谱以单峰谱为主,出现频率为69.43％,也有双峰谱及多峰谱出现,出现频率为20.11％和10.46％;同时谱峰周期介于2.5s～14.7s之间,谱宽度介于0.44～0.92之间，表明研究海域收到外海长周期涌浪的影响.基于Neumann谱和JONSWAP谱谱型的基本结构,对实测谱进行无因次估计,并拟合谱参数给出适用于本海域的谱型,为研究海域的海浪特征分析和研究和工程应用提供参考作用.
  • 摘要：针对振荡浮子式波浪能发电装置输出不稳定且不能有效利用浮子的体积的问题,本文提出了一种新型振荡浮子式波浪能发电装置.可在筒体内上下浮动的浮子在筒内海水漫过浮子——浮子所受浮力最大时运动运动,与浮子相连的液压缸的输入压力为浮子的最大浮力,输出高压海水压力稳定.本装置将不稳定的波浪能转化为稳定的海水液压能,进而可以利用液压马达驱动发电机发电,也可以利用反渗透技术进行海水淡化;本装置提高浮子体积的利用率,提高波浪能收集效率,降低成本.
  • 摘要：波浪能泵是波浪能利用装置的核心部件之一,它可以有效地将波浪能转换为液压能,直接为反渗透膜海水淡化装置提供动力或将其转换为电能,其运行特性决定了发电和海水淡化的成本.本文采用共轴式双浮体波浪能泵作为研究对象,在不同波浪和外负载条件下对其运行特性进行了试验研究.研究结果表明:波频和外负载条件是影响波浪能泵出水流量和转换效率的主要因素,流量和效率均随着波频的增大呈先增后减的变化规律;外负载增大时,出水流量减小,效率存在最大值.
  • 摘要：海洋波浪能是海洋表面波浪所具有的动能和势能,具有能量密度高、分布面广等优点,是一种清洁、无污染的可再生新能源,对波浪能发电装置的研究已成为各国研究的重点内容.本文主要介绍一种新型的漂浮式浪流发电装置技术方案整体设计与研究.首先确定吸收装置设计方案,完善波浪能供电装置功能,完成样机模型制作.选择合适的发电方式和电机方案,通过控制器得到稳定电压,并将稳定的电能存储在蓄电池中.通过远程电能测控管理系统,对发电关键参数进行测试,通过无线通讯方式将测得的参数传输到测控中心,后台分析现场发电机的运行状态.在技术设计的基础上,进行水槽实验与海上试验.根据水槽测试结果,评估样机结构合理性、吸收效率和可靠性等技术性能,进行系统改进,完成海上试验样机制作;海上试验时,对样机工作状态进行实时监测,获取实际数据和资料,与水槽数据进行对比研究.
  • 摘要：“点头鸭”(NoddingDuck)作为鸭式波浪发电装置的基础和核心部件，由英国爱丁堡大学的StephenSalter博士于1974年发明。该波浪能发电装置的结构是由一系列浮于水面相互运动的凸轮组成，每一个凸轮的形状和运行特性近似于鸭头作俯仰运动，故称其为“点头鸭”。“点头鸭”的外形对其波能转换效率具有重要的影响,本文以FLUENT软件为平台建立二维数值波浪水槽,对"点头鸭"在规则波作用下的绕流进行了数值模拟.规则波采用推板造波的方式生成,采用VOF方法追踪自由波面,模拟得到了不同外形"点头鸭"在同一波浪参数中的受力情况,并进行了对比和分析.“点头鸭”装置的尾部为圆弧形，且吃水较深。波浪绕流经过“点头鸭”之后，波幅变得很小，装置背后几乎为无浪区，所以“点头鸭”波浪能转换装置的转化效率比较高。所得结论可为进一步研究鸭式波浪能发电装置提供理论依据.
  • 摘要：海上风力机所处海况恶劣,需要系泊系统来保证平台对不同作业海域具有良好的适应能力,系泊系统的设计一直被视为浮式风力机平台的重点和难点问题之一.本文针对一种三浮筒式浮式风力机平台,运用ANSYS-AQWA软件进行建模和水动力计算,并设计六根锚链的对称式和非对称式两种系泊系统,应用OrcaFlex软件在不同海况下计算锚链张力来校核安全因子和分析比较,由结果可得到在满足系泊系统的设计要求下,非对称式系泊优于对称式系泊,为实际工程应用提供依据和参考.
  • 摘要：准确确定离岸海洋结构物在复杂海洋环境中所受到的水波流荷载,对于海洋结构的设计、建造和运行具有重要的意义.本文对一组离岸式复合结构在水波流作用下所受的荷载进行试验研究.为了获得结构在正常运行和极端情况下所受的最不利荷载,考虑不利潮位与设计波要素和设计水流进行组合的四种海洋水文环境条件,即:百年一遇波浪和潮型;百年一遇波浪、潮流和不利水位情况;十年一遇波浪和潮型;十年一遇波浪、潮流和不利水位情况.同时,也考虑波浪按顺结构体轴向和斜向两种情况,分别进行波流力模型试验.本文给出了复合结构各部分所受波流力的量测方法.在上述四种工况下，分别量测了结构体基础整体受力(包括水平力和浮托力)、结构体各部分(上部结构、承台和群桩)所受的水平波流力，以及百年和十年重现期波浪和水流及不利水位情况下单桩最大水平波流力，量测结果可为离岸式复合结构本各部分的设计提供理论依据。
  • 摘要：本文采用三维数学模型研究大规模水轮机阵列对潮流能资源的开发模式及潮流运动特性产生的影响,水轮机的作用表示为潮流动量的损失项被添加到模型的控制动量方程中.计算结果表明水轮机阵列对潮流速度的分布产生重要的影响,这将进一步影响机组阵列的作用特性.径向上,由于上游尾流的影响,位于阵列内部的水轮机对能源的开发量较小.水轮机扫海面上由于潮流动量的减小,潮流速度降低;水轮机阵列上下游分别受壅水作用和尾流的影响,对应的潮流速度也减小;而水轮机阻挡效应使得其上下缘的流速增大,进而加速了下游尾流的掺混进程.大规模的水轮机阵列对涨落潮时的高、低水位均有抬高作用,水位的变化值随阵列规模的增加而增大,并且低水位所受的影响更为明显.
  • 摘要：面对日趋紧张的国际能源局势以及环境保护上的需求,可在生能源是缓解危机的一条重要途径.潮流能是可再生能源的一种重要形式,由于其高度可预测、环境影响小、开发成本低等特点而受到了社会的关注.在对潮流能开发区域进行能量分布预测和环境影响评估的过程中,基于浅水方程的数值模拟是最常用的研究手段.此类模型通常在运动方程中引入额外的底摩阻来模拟水轮机的作用.与此同时,为了更好地适应近岸区域水深变化大的特点,三维浅水模型在垂向上经常采用坐标系统.此次研究将叶片动力分析耦合到浅水方程之中,以精确计算水轮机所造成动量损失的实时变化.另一方面,通过基于网格的动态积分,解决了运动网格中固定设备的问题.最后,通过对比模拟结果与实测数据,对优化后的模型进行了验证.
  • 摘要：本文利用斋堂岛2013年9月至12月的实测潮流资料,分析了该海域的潮流能垂向变化特征,并根据分析结推荐该位置发电机组布置的最佳深度应为12～18m(0.4～0.6倍水深),同时还根据实测流向对潮流发电机组的安装布置朝向进行了优选,结果显示该位置机组朝向237°时潮流能可捕获量最大.本文还使用调和分析手段对推荐安装深度水层全年的流速流向进行了预报,计算了年内各级流速的保证率和全年小时数,并计算出该位置全年平均潮流能功率密度为329W/m2,机组朝向最优时最大可捕获功率密度为316W/m2.
  • 摘要：根据潮流通道内断面总功率和可捕获潮量的内在关系,理论推导得到通道内可捕获潮能的计算公式,以及潮能可捕获率的数学表达式,得出一种数学上更为严谨的潮流能评估计算方法,数学推导结果可见潮流通道内潮能最大可捕获率即仅与阻力和地形相关.并选取秀山水道建立二维水动力数学模型展开实例计算,将本理论公式结合数学模型结果,计算得出秀山水道理论最大可捕获潮能储量为8.14×104kW,表明在潮流通道内理论最大可捕获潮能仅为断面总潮能的一小部分.
  • 摘要：杭州湾及舟山群岛简介杭州湾与舟山群岛,是我国海洋潮流能资源最为丰富的地区.蕴藏量约占全国总量的51％,浙江省沿岸96％潮流能资源都集中在该地域,欲开发海洋可再生能源,该处是首选的第一目标位.杭州湾，舟山群岛，及钱塘江下游，潮强流急，水能充沛，环境优越，所蕴藏的潮流能，具有极大的开发价值。开发杭州湾及舟山群岛岛间水道的潮流能，究竟应该走什么路呢?笔者以为；应采取投入重金，以技术实力雄厚的加工制造单位，及高校国家重点水利试验室为依拓，集中优势兵力，形成多学科技术拳头，加速研发顺应潮流特性的万千瓦级大功率，并兼备蓄能系统的，复合式潮流能发电系统。以此来集中兴建几座百万千瓦级大中型潮流能发电站。此为开发杭州湾及舟山群岛海域潮流能发电的必由之路。研发的万千瓦级复合式综合发电系统；应该是集发电，蓄能，智能输变电于一身。以此整体技术方案向国家电网提供持续而稳定的高质量电力。rn 历经多年分析研究，笔者公开推出一套潮流能复合发电系统实施技术方案，供开发潮汐及潮汐流发电站采纳实施。本发电系统由矩形文丘里管飘浮沉箱系统，水力翼轮机换能系统，增速机系统，直流发电机系统，逆变电源系统，电解水制氢系统，氢能源储运系统，氢燃料电池发电系统，海水淡化处理系统，智能输变电系统等组成。用文丘里管的加速效应将潮流提速，在喉部提高潮流的能流密度，用来驱动水力翼轮机运转，(该水力翼轮机是遵循潮流特性而设计的最新发明，另作专文论叙)。水力翼轮机经增速机带动直流发电机发出直流电，直流电一路输往逆变电源将直流电转变成交流电，向交流电网输送。另外一路输往电解水制氢系统，将电能转变成氢能，并将产生的氢能源储存。当临近平潮期时，启动氢燃料电池发电，将储存的氢能源转化成电能，将所产生的直流电输往逆变电源，转换成交流电，输送至交流电网，以此技术措施，实现向电网输送稳定而连续的优质电力。
  • 摘要：本文利用波浪现场实测资料,分析了斋堂岛海洋能综合试验基地海域的波浪特性,进一步对波浪能状况作了分析.资料显示,该海域波浪能功率密度年均0.88kW/m,主要波浪均来自E-SSE向.文中分别给出各个波高、周期分级范围内的发生时间,可针对不同波高-周期组合条件获得波浪能转换装置开发利用的有效波时.此外还对该海域波浪能的变异系数COV进行讨论,年均COV约为1.88,稳定性相对较好.
  • 摘要：基于微幅波势流理论和牛顿第二定律,建立了浮力摆式波能俘获装置在波浪作用下的频域和时域运动方程.频域中首先研究了波能俘获系统中线性阻尼对波能俘获效率的影响规律,存在适当的线性阻尼使波能俘获效率最大.通过在俘获系统中添加刚度或转动惯量,可以使摆板运动与波浪之间发生共振,大幅提高装置的波能俘获效率.共振条件下,最优线性阻尼与波浪辐射阻尼相等.时域计算中将波能俘获系统中的阻尼视为恒定抵抗力矩的非线性作用.随着非线性阻尼的增大,波能俘获效率有一个先增大后减小的过程,存在适当的非线性阻尼使波能俘获效率最大.在时域中引入频域中率定出来的最优刚度后,摆式装置的波能俘获效果得到了显著提高.
  • 摘要：浮体水动力响应计算和模拟是波能转换装置设计过程中的重要环节，通过模型开展参数计算研究人员可细致地了解波要素以及能量提取系统(PTD)变化对浮体响应影响，并基于此开展锚泊、结构强度、结构优化以及设计装机容量等的设计。本文结合Prony方法与状态空间模型计算方法,对含有库伦阻尼的单自由度垂荡圆柱型浮体简谐频响进行了数值积分计算.参数研究发现,库伦阻尼作用下,浮体响应存在一定的能量阈值,仅当波周期或波高达到一定数值时,浮体发生响应.当浮体发生响应后,响应幅值与波高呈线性关系,线性比例系数不随库伦阻尼常数变化而变化;当浮体发生响应后,单位周期阻尼做功与波高也呈线性关系,线性比例系数随阻尼常数增加而增大.水槽试验结果验证了模型的准确性.
  • 摘要：按波力机干线功能和支线功能的需求正确制定或选用设计原则,可确保所设计的波力机科学合理、高效低耗和安全稳定地运行,可确保实现波力机的预期功能和性能——遵守拾能量最大化原则而采用聚浪罩,可低成本地大幅提高其灵敏度和拾能量;遵守拾能效率最大化原则和自行避灾原则而采用机架移动于轨道刚性固定方式和配置自动跟踪浪向与潮位的系统,可兼顾岸基式和漂浮式拾能方式的长处而弥补其缺陷;遵守配平原则和有功功率最大化原则而配置配重体,可确保因提高强度而被迫增加自重的拾-换能器效率高居不降;遵守三全原则和换能效率最大化原则而采用"水缸"技术,可确保扭矩和换能效率始终以最大值运行;遵守所用原理之间无冲突原则,可确保波力机运行流畅等.制定和遵守设计原则是理论指导开发利用波浪能实践的理性行为.种种关联的设计原则构成了波力机设计之科学合理与否的事前保证体系、事后检验或评判标准,及其商品化进程中的第一关.
  • 摘要：当今世界经济的不断发展,使以石油和煤炭为代表的传统能源已经越来越不能满足人们对能源的需求.波浪能作为新能源的重要组成部分有着蕴藏量大,可再生和清洁等优点.振荡浮子式波能转换装置由于其转换效率高,容易建造等优点成为了最有发展前景的波能转换装置之一.本文给出了振荡浮子式波能转换装置的数学模型,，利用流体力学计算商业软件对该波能转换装置进行了流固耦合计算，对其影响波能转换效率的几个主要参数：波长、波浪振幅、浮子半径、淹没水深和阻尼系数进行了优化设计。研究结果显示，当其他装置结构和波况参数保持不变而只令波长、波浪振幅、浮子半径和阻尼系数这几个参数之一变化时，波能转换效率随着每一参数的变化而呈现单峰曲线。而当其他参数不变使淹没水深变化时，波能转换效率随着淹没水深的增加而减小，说明在实际工程建造时，在保证装置稳定性和一定成本范围内尽量减小浮子的淹没水深。
  • 摘要：对我国潮汐能、波浪能、潮流能等形式的海洋能,主要从资源储量分布、开发利用现状两方面进行了介绍,同时阐述了我国海洋能开发利用过程中对海洋生态环境保护的相关内容.最后得出结论,并对海洋能的开发利用前景进行展望.我国海域面积辽阔,海岸线漫长,海洋能源开发利用潜力巨大.全面、及时地了解我国海洋能利用的发展动态以及对环境产生的负面影响,对今后更好地利用海洋能造福人类具有重要的现实指导意义.
  • 摘要：本文采用CFX数值模拟的方法分别模拟了固定偏角水轮机、自由变偏角水轮机、主动变偏角水轮机以及内外双层垂直轴水轮机的流场信息,计算并提取了内外双层水轮机的"效率-叶尖速比"曲线,以及其他形式水轮机在速比λ=2.0和λ=2.5时的效率值.为分析各种形式水轮机性能差异的原因,本文还提取了各模型单个叶片所受切向力系数随位置角变化的曲线,最后综合各方面的因素对所研究的几种水轮机结构形式进行了比较和分析并得出结论,为今后更高效水轮机的开发提供依据.
  • 摘要：为了提高潮汐机组的双向发电的综合性能,研究了采用单侧、双侧导叶两种形式对贯流式潮汐机组水力性能的影响.基于N-S方程和RNGk-ε湍流模型,采用SIMPLIC算法,分别对采用单侧导叶、双侧导叶方案的水轮机全流道进行了三维定常数值模拟,分析了正向、反向发电时水轮机的内部流动状况.对不同导叶开度下水轮机的水头、流量和力矩等参数进行计算.结果表明,采用双侧导叶时,虽然正向发电效率有所降低,但反向发电的效率大大提高.
  • 摘要：基于Simplic算法,采用标准k-ε双方程湍流模型,利用FLUENT数值模拟软件对共水平轴相向旋转双叶轮海流涡轮机进行了三维流场数值模拟研究.通过单叶轮以及相向旋转双叶轮分别在1倍、2倍、3倍间距时的轴向速度分布的比较,分析了不同涡轮后部距离时的轴向速度亏损;通过单叶轮在不同尖速比(Tip Speed Ratio,TSR)时所受的轴向力矩的差异,分析了涡轮叶片的功率变化情况.结果表明:由于上游涡轮的存在会影响到下游反向旋转涡轮的流场分布,导致下游涡轮的功率损失.随着涡轮间距的增大,下游涡轮受到上游来流的影响逐渐减小;单涡轮机在TSR为6.5～7之间时能获得40％的总可用功率.
  • 摘要：本世纪海洋竞争日益激烈,对海洋权益的保护也日趋重要.监测海洋要素的监测仪在海洋开发过程中都扮演着不可替代的角色.现有的监测仪采用蓄电池供电,用电功率低但是长期使用用电量大.考虑开发利用海底低海流能发电的微型水轮机为监测仪进行持续的供电具有重大的意义.然而,低流速情况下(流速不超过0.5m/s)的海流能开发仍然是一个有待解决的难题.从贝兹理论、叶素理论和Navier-Stokes方程出发,给出了海洋环境中微型水轮机的数学模型.选用适合优化选型的标准k-ε紊流模型,设定合理的边界条件,计算分析了微型水轮机叶片数、桨距角、尖速比和流速对水动力特性以及微型水轮机运作的功率的影响,结果揭示了功率影响的机理.

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