【摘要】：能源是人類生存和從事一切生產(chǎn)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺的矛盾；傳統(tǒng)能源過(guò)度開(kāi)發(fā)與環(huán)境急劇惡化的因果關(guān)系；國(guó)際能源沖突與能源安全等重大問(wèn)題已引起國(guó)內(nèi)外越來(lái)越高的關(guān)注。波浪能由于具有可再生、綠色環(huán)保和儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn),日益受到世界許多國(guó)家的重視�？茖W(xué)地、更大規(guī)模地利用波浪能對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的深遠(yuǎn)意義。針對(duì)波浪隨機(jī)波動(dòng)的不確定性和惡劣的海洋環(huán)境等不利因素,能否制造出科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)適用的能源機(jī)械裝備不僅直接影響到波浪能轉(zhuǎn)化效率和成本的高低,而且往往決定著實(shí)際利用波浪能總體技術(shù)的成敗。 作為一種系統(tǒng)集成創(chuàng)新的利用波浪能來(lái)發(fā)電的海洋能源利用裝備,浮力擺式波浪能發(fā)電裝置的研制存在若干關(guān)鍵技術(shù)難題,本文試圖通過(guò)理論分析、仿真試驗(yàn)并結(jié)合實(shí)驗(yàn)樣機(jī)廠房試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段以期研究論證浮力擺式波浪能發(fā)電裝置雙行程全周期做功的可行性,大幅提高其工作效率和在不確定波況等惡劣海況下的生存能力和可靠性,優(yōu)化浮力擺翼型結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)機(jī)組的功率控制實(shí)現(xiàn)最大能量捕獲和功率穩(wěn)定輸出等。 論文首先通過(guò)波浪理論對(duì)浮力擺在波浪上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析,并在流體動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上運(yùn)用有限元法流固耦合多物理場(chǎng)建模仿真對(duì)浮力擺翼形進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)特性的研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)。在傳動(dòng)系統(tǒng)方面,重點(diǎn)研究了雙行程全周期做功的液壓式能量傳動(dòng)方案,通過(guò)對(duì)液壓傳動(dòng)方案的仿真試驗(yàn)和廠房的半物理仿真試驗(yàn)的結(jié)果分析,表明采用蓄能器的雙行程全周期做功的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在提高系統(tǒng)效率及輸出功率穩(wěn)定性方面性能良好。論文還對(duì)浮力擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)的功率控制技術(shù)進(jìn)行了研究,對(duì)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制算法進(jìn)行了仿真研究,結(jié)果表明基于負(fù)載控制的最大能量捕獲可以使浮力擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)功率較好地穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近。 論文各章內(nèi)容分述如下： 第一章在調(diào)研查閱了大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,論述了波浪能發(fā)電裝置研究的背景、目的和意義；介紹了國(guó)內(nèi)外各種波浪能發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展及取得的成果；總結(jié)了當(dāng)前浮力擺式波浪能發(fā)電裝置研究方面亟待解決的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 第二章運(yùn)用波浪理論、流體動(dòng)力學(xué)理論分析了波浪流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性,隨后介紹了浮力擺在波浪上的運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ),最后介紹了浮力擺在波浪能發(fā)電裝置的組成結(jié)構(gòu)及工作原理。 第三章分述了浮力擺式波浪能發(fā)電裝置的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。首先利用理論分析對(duì)浮力擺翼型水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行流固耦合有限元法多物理場(chǎng)模擬仿真；在分析研究仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)浮力擺翼型進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；在比較了波浪能發(fā)電裝置各種傳動(dòng)方式優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,引申出本課題提出的帶蓄能器的雙行程全周期做功的液壓能量傳動(dòng)系統(tǒng)方案；最后對(duì)機(jī)組的電氣及負(fù)載控制系統(tǒng)等也進(jìn)行了設(shè)計(jì)介紹。 第四章著重研究了雙行程全周期做功的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在浮力擺式波浪能發(fā)電裝置中的應(yīng)用,包括雙行程全周期做功的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)、液壓元器件的計(jì)算與選型等；聯(lián)合軟件AMESim及Matlab/Simulink對(duì)雙行程全周期做功的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模,并進(jìn)行蓄能穩(wěn)壓恒頻及功率穩(wěn)定等方面的聯(lián)合仿真驗(yàn)證,并進(jìn)行分析總結(jié)。 第五章首先對(duì)浮力擺式波浪能發(fā)電裝置運(yùn)行工況進(jìn)行分析,由此對(duì)浮力擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,并提出基于負(fù)載控制的最大能量捕獲及改進(jìn)的自適應(yīng)變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)功率控制策略,根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行功能需求對(duì)控制器做了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì),并對(duì)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制算法進(jìn)行了建模仿真研究驗(yàn)證。 第六章介紹了5kW浮力擺式波浪能發(fā)電裝置原理樣機(jī)的廠房原理可行性驗(yàn)證試驗(yàn)及雙行程全周期做功試驗(yàn),并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)機(jī)組整體性能進(jìn)行了分析及總結(jié)。 第七章對(duì)本文的研究工作及成果進(jìn)行了歸納總結(jié),并指出本課題今后進(jìn)一步的工作內(nèi)容與研究方向。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P743.2

【引證文獻(xiàn)】

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5 齊家龍;帶波浪模擬的浮力擺式波浪能發(fā)電裝置的試驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2648819