基本信息
- 項目名稱：
- 擺式波能轉(zhuǎn)換裝置的開發(fā)研究
- 小類：
- 機械與控制
- 簡介：
- 海洋波浪能利用時新能源開發(fā)的重要方向，本作品通過對大量國內(nèi)外資料的調(diào)研，對波浪能轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換效率進行了進一步研究。 在這一領(lǐng)域目前國內(nèi)已有一定得研究，本文充分了解前人研究成果的基礎(chǔ)上，對擺式波能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率進行分析，并著重利用數(shù)值模型對各種可能影響其轉(zhuǎn)換效率的因素進行了研究。取得了卓有成效的成果，并在此基礎(chǔ)上提出了我國周邊海域下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式，有利于我國波能利用的推廣。
- 詳細介紹：
- 波浪能轉(zhuǎn)換裝置可分為固定式和漂浮式兩類，擺式波能轉(zhuǎn)換裝置屬固定式，它利用一個水室聚波形成立波，懸掛其內(nèi)的擺板做吸能載體隨波浪運動而前后擺動，擺板的擺動帶動液壓泵，驅(qū)使發(fā)電機發(fā)電。相較于其他裝置，擺式波能裝置有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，安全性好，能夠較好地適應(yīng)惡劣的海洋環(huán)境，波能轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)點。 國外對擺式波能發(fā)電裝置進行了一些研究，最為典型的是日本，日本室蘭工業(yè)大學(xué)于1983年在北海道室蘭附近的內(nèi)浦灣建造了一座裝機容量為5kW的推擺式波力電站[3]。在國內(nèi)也建有該形式的發(fā)電裝置，中國國家海洋技術(shù)研究所研制的坐落于山東大管島30kW擺式波力電站于1999年6月開始實施海況試驗[4]，但總體研究仍不夠廣泛與深入，特別是核心的波能轉(zhuǎn)換效率所受影響因素與變化規(guī)律了解較模糊，為此，筆者利用大型非線性有限元軟件ADINA建立海水與擺板相互作用的影響因素，側(cè)重對波況因素和擺板結(jié)構(gòu)尺寸對轉(zhuǎn)換效率的影響進行研究，以期找到提高波能轉(zhuǎn)換效率的可行方案，并綜合考慮我國各大海域?qū)嶋H波浪情況等因素，最終為其大規(guī)模工程應(yīng)用提供實驗依據(jù)及相關(guān)合理化建議。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本文以擺式波能發(fā)電裝置為基礎(chǔ)，通過搜集國內(nèi)外相關(guān)論文資料了解該裝置的相關(guān)應(yīng)用情況和已有成果，運用ADINA軟件建立裝置的數(shù)值模型，進行流固耦合實驗，通過改變裝置和波況的各種參數(shù)，分析擺式波能發(fā)電裝置各影響因素對發(fā)電效率的影響，提供最優(yōu)形式裝置的應(yīng)用參數(shù)，為其推廣提供參考。我們還制作了一個該裝置的簡單物理模型，成功發(fā)電，證明了該裝置有較好的發(fā)電前景。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 我們搜集了大量前人的研究資料，并利用已得到前人物理實驗驗證的數(shù)值模擬方法進行本項目的研究，保證了研究方法的正確性。所進行試驗分析的ADINA軟件在流固耦合方面功能強大，保證了最終實驗結(jié)果的準確性。本作品考慮波高、波長和水深等波浪因素和裝置擺腹、擺板距后墻距離、負載、板厚等結(jié)構(gòu)自身因素，非常全面的分析各因素的影響效果。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 為解決能源供應(yīng)在社會發(fā)展的瓶頸問題，尋找替代的可再生能源已成為全球的共識。擺式波能發(fā)電裝置利用清潔的波能通過擺板的擺動帶動液壓泵，驅(qū)使發(fā)電機發(fā)電，結(jié)構(gòu)簡單、安全性好。我們對波況因素和擺板結(jié)構(gòu)尺寸對轉(zhuǎn)換效率的影響進行研究，并綜合考慮我國各大海域?qū)嶋H波浪情況等因素，找到了提高波能轉(zhuǎn)換效率的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，推動其應(yīng)用推廣，這對開發(fā)沿海地區(qū)與島嶼的資源、維護我國海洋權(quán)益、解決全球性能源危機有重要的現(xiàn)實意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 擺式波能轉(zhuǎn)換裝置是一種將波浪能轉(zhuǎn)換為電能的簡單發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)換效率是反映其工作性能的主要指標?；诩僭O(shè)流體具有一定粘性，擺板為一剛性體，采用大型非線性有限元軟件ADINA建立二維有限元模型，模擬流體與擺板相互接觸的流固耦合作用，從水深、周期、波高、擺腹長度、擺板厚度、擺板距后墻的距離、荷載等多角度研究影響擺式波能轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換效率的因素及其影響規(guī)律，并確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式。結(jié)果表明：所研究的各因素對轉(zhuǎn)換效率有較規(guī)律的影響，通過取各因素的最優(yōu)值所給出的最優(yōu)結(jié)構(gòu)可較大幅度提高轉(zhuǎn)換效率。
獲獎情況
- 本項目以學(xué)院最高分通過第三期國創(chuàng)終審 已向《中國港灣建設(shè)》期刊投稿，正在等待審核
鑒定結(jié)果
- 情況屬實
參考文獻
- [1]薛鴻超，海岸及近海工程，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003. [2]蔣秋飚，鮑獻文，韓雪霜，我國海洋能研究與開發(fā)述評，海洋開發(fā)與管理，2008，25（12）：22-29. [3]Tomiji WATABE,Hideo KONDO,and Kenji YANO.Wave Power Extraction at Coastal Structures by Means of Pendulor System(The First Experimental Operation of the Plant at Muroran-Port). JSME International Journal,52-477, B(1986), 2267-2274. [4]呂曰恒，我國建成 30kW 擺式波力電站，海洋信息，2000，（03）：31. [5]王彥龍，波浪發(fā)電裝置博能轉(zhuǎn)換效率數(shù)值模擬研究：[碩士學(xué)位論文]，天津，2009. [6]劉臻，岸式振蕩水柱波能發(fā)電裝置的試驗及數(shù)值模擬研究：[博士學(xué)位論文]，中國海洋大學(xué)，2008. [7]高學(xué)平，張效先，水利學(xué)，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.
同類課題研究水平概述
- 英國對開發(fā)波浪能研究的重視使其在 20 世紀 80 年代初就已成為世界波浪能研究中心。于 1990 年和 1994 年分別在蘇格蘭伊斯萊島和奧斯普雷建成了75kW 和 2 萬千瓦振蕩水柱式和固定式岸基波力電站。它的波浪發(fā)電技術(shù)居世界領(lǐng)先地位，并實現(xiàn)了商業(yè)化。 挪威 1985 年在卑爾根島上相繼建成振蕩水柱式和聚波能流式兩座不同形式的岸式波力電站。其裝機容量分別為 500kW 和 350kW，均取得良好的經(jīng)濟效益。挪威的岸式波力電站技術(shù)已向商品化發(fā)展并打入國際市場。印尼、美國、葡萄牙均與挪威簽訂了協(xié)議。 日本的波浪能研究與開發(fā)也十分活躍。從 20 世紀 80 年代中期至今，日本已建成 4 座岸基固定式和防波堤式波力電站，單機容量為 40～125kW。 我國有組織的對波浪發(fā)電的研究系自 20 世紀 70 年代開始。1975 年，上海進行了我國波浪裝置的海上首次試驗，但未取得科學(xué)上和實用上的收獲。如今，波浪發(fā)電研究已由上海擴展到大連、青島、廣州、南京等地。20 世紀末期我國開始研制 30kW 和 100kW 波浪發(fā)電裝置。 對于波能發(fā)電裝置，目前各國研制的多半是用于航標燈、浮標等電源使用的小型波能發(fā)電裝置。據(jù)統(tǒng)計，全世界約有數(shù)千座該類波力發(fā)電裝置在運轉(zhuǎn)，僅日本就有 1500 多座在使用中，我國也有 500 臺左右該類裝置已被投入到實際運行中。目前，波能轉(zhuǎn)換裝置理論已基本建立，研究課題主要集中在幾種較佳的方案上，如漂浮式波力發(fā)電裝置、沿岸固定式波力發(fā)電裝置、近岸固定式波力發(fā)電 裝置、聚波式波力發(fā)電裝置、推擺式波力發(fā)電裝置等。 鑒于波浪能利用在成本及其技術(shù)方面仍難以和常規(guī)能源相競爭，波力發(fā)電裝置在近期內(nèi)還不能得到廣泛推廣。但在某些不便利用常規(guī)能源的地區(qū)，波力發(fā)電就顯示出了其特有的優(yōu)越性和生命力。隨著海洋開發(fā)向離岸及縱深發(fā)展，海洋能可為將來的海上工程作業(yè)提供便利的電力，解決離岸用電問題。目前開發(fā)波浪能發(fā)電的首要任務(wù)是依靠海岸工程領(lǐng)域的技術(shù)進步以大幅度提高波浪能的利用率和盡可能的降低工程造價。隨著波力發(fā)電中某些關(guān)鍵技術(shù)的逐步解決，波力發(fā)電必將在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置。
