隨著傳統(tǒng)化石能源瀕臨枯竭及環(huán)境污染的日益嚴重，各國都加大了對清潔能源的開發(fā)利用。其中海洋能源因其分布范圍廣、儲量大及能量密度高而被認為是21世紀最重要最具開發(fā)潛力的清潔能源。人類已利用現(xiàn)有技術將海洋能量轉化為電能,從海洋發(fā)電技術層面及能量轉化層面上綜合考慮，潮流能發(fā)電是迄今最為成熟最易實現(xiàn)的海洋能發(fā)電技術。目前國內外潮流能發(fā)電機多采用變槳對流技術，但傳統(tǒng)的變槳技術存在變槳能量消耗高、變槳葉片承載巨大及變槳系統(tǒng)密封困難等問題。 在傳統(tǒng)變槳技術面臨一系列技術問題的時候，本文創(chuàng)新性地設計出一種新型的變槳技術試圖來解決這些問題，該變槳系統(tǒng)在變槳過程中無額外的電能消耗，僅在海水作用下便可完成槳葉小范圍自動變距以提高海流利用系數，減少了因大角度變槳引起的葉片承載過大及變槳能量消耗高等問題。本文又在滿足載荷要求的前提下，選用非金屬聚合物徑向滾柱為變槳軸承滾動體并采用等離子陶瓷噴涂技術對軸承內外表面進行處理，避免了變槳軸承的動密封，從而無需對變距系統(tǒng)進行維護并大幅提升整機的可靠性。 針對透平系統(tǒng)設計中的問題，本文將著重圍繞以下幾個方面展開研究： 建立水平軸潮流能發(fā)電透平系統(tǒng)設計基礎理論，運用動量理論分析得出潮流能透平捕獲海洋能量峰值；通過假設各葉素間無氣流影響，將三維葉片水動力性能的研究簡化成二維葉素的研究，以此計算推導出水平軸潮流能透平葉片的載荷計算方法；基于葉素動量理論的應用，可進一步確定葉素幾何參數、潮流能流速和葉素載荷之間的關系，在此基礎上推導出自變距透平變槳數學模型。 研究潮流能流場數值模擬理論基礎，任何流體都可用質量守恒方程、動量方程及能量方程來表達，對流場的數值求解分析可通過對控制方程的求解而得到。鑒于難以直接對這些控制方程求解，因此需要將其在規(guī)定區(qū)域進行離散化處理，對離散得到的線性方程進行迭代求解。 潮流能自變距系統(tǒng)可行性研究，根據我們設想制作變距透平模型，對其進行水槽試驗，驗證自變槳設計方案的可行性。以葉素動量理論為葉片設計基礎，設計出自變距透平并通過機械三維軟件建立幾何模型。基于數值模擬理論基礎使用網格劃分軟件gambit對幾何模型進行網格的劃分，將劃分好的網格文件加載進世界通用計算流體分析軟件fluent中進行迭代求解。通過物理模型水槽試驗和計算流體力學數值模擬驗證了自變距透平系統(tǒng)的可行性，同時表明了通過前移變槳軸相對位置及增大葉根舵面面積兩種方式，可有效提升變槳力矩，降低變槳啟動流速，使葉片易于克服軸承摩擦阻力完成自動變槳。 設計雙向共軸變距透平系統(tǒng)，通過水槽試驗及仿真軟件對其水動力性能進行研究。通過物理模型水槽試驗和計算流體力學數值模擬結果表明，與定槳單透平相比共水平軸自變距雙透平在發(fā)電功率及獲能效率上有較大的提升；隨安裝角增加，透平效率急劇下降，但大安裝角有助于透平啟動，因此對于自變槳潮流能透平來說，固定安裝角的選擇至關重要。在串聯(lián)分布透平結構中，上游透平對下游透平有較大的干涉作用，隨著上游及下游兩組透平間距的縮短，上游透平對下游透平的干涉影響逐步增強，下游透平會對上游透平產生拖延作用，將會降低整個共水平軸雙透平系統(tǒng)的獲能效率，可以通過增加串置透平的間距來降低上游透平對下游透平的影響，提高整體發(fā)電效率。但對共軸雙透平系統(tǒng)來說，前后透平的增加勢必會導致加工困難、制造及維護成本增大幅增加，并也降低了整機水下運行的可靠性。 本文的研究為攻克了水平軸潮流能發(fā)電裝置變槳的關鍵技術，為后續(xù)潮流能發(fā)電機大規(guī)推廣奠定了技術基礎。
【學位單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：P743;TM619
【部分圖文】：

第一章 緒 論題研究背景、目的及意義究背景界上主要能源消費以石化能源消費為主。我們可以使用的石化聯(lián)合國能源署報告，煤炭儲量可供使用 200 年，天然氣可供使用 30 年[1]。這預示著如不改變現(xiàn)有能源消費結構，石化能源有朝。隨著現(xiàn)代工業(yè)化高速發(fā)展，人類已認識到人類社會的發(fā)展將甚至戰(zhàn)爭爆發(fā)及地區(qū)沖突的直接導火索就是為爭奪更多燃料能源尋找新型能源來代替化石燃料[3-6]。中國一次能源消費以 24.32 億噸油當量位居世界第一位，占2000 年占世界比例增長了 11.2%。除此之外，亞太及中東國家在比例也顯著提高，北美州及歐洲仍是一次能源消耗大國，其占為23.1%及16.4%。俄羅斯、拉美、非洲的一次能源消耗比例分[7]。（見圖 1.1）

東北師范大學博士學位論文海洋能發(fā)電技術。與其它海洋能源相比，潮流能是因太陽及月球對成的，其流速和流向以半日、半月為周期變化，有著很強的規(guī)律性海洋潮流能的開發(fā)利用成為當今海洋能源研究的熱點，國內外越來入到海洋潮流能開發(fā)利用的研究中來。沿岸潮流資源豐富，根據對130個水道的計算統(tǒng)計，理論平均功率為這些資源在全國沿岸的分布（圖 1.2 中國沿岸潮流能資源分布），以37 個水道，理論平均功率為 7090MW，約占全國的 50%。其次是臺灣份的沿岸也較多，約占全國總量的 42%，其它省區(qū)較少[35]。潮流能黃海、渤海水道，最大流速 4-5 節(jié)的有幾十處，部分水道如舟山群島達 5-7 節(jié)，其功率密度近 30kW/3〖豢⒓壑礫36]。如果將這部分能濟的利用起來將會使我國能源的結構更加合理，資源的利用更加充分

圖 1.3 英國 IT 動力公司潮流發(fā)電裝置Fig.1.3. IT Tidal Cuurrent turbine月英國 IT 公司聯(lián)合幾家公司在英國創(chuàng)辦了海洋潮流前在世界潮流能開發(fā)利用技術領域處于領軍的地位。司還推行了潮流能開發(fā) 水下風車 項目商業(yè)化的計劃W 樣機的設計制作；第二階段計劃 2003-2004 年研制段計劃2004年-2005年建設潮流能發(fā)電設備制造工廠；第四階段計劃于2005年-2006年開展潮流能發(fā)電商 年設計制造了世界上第一臺大型水平軸潮流發(fā)電樣機 15m,額定功率 300kW 潮流水輪機，該電機組被成功安過一年，該項目是世界上第一個在廣闊海域上安置并

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 錢伯章;;世界能源消費現(xiàn)狀和可再生能源發(fā)展趨勢(上)[J];節(jié)能與環(huán)保;2006年03期

2 馬岳,段祝平,楊治星,吳承康;表面等離子噴涂材料研究的現(xiàn)狀及發(fā)展[J];表面技術;1999年04期

3 朱愛華;朱成九;張衛(wèi)華;;滾動軸承摩擦力矩的計算分析[J];軸承;2008年07期

4 游亞戈;李偉;劉偉民;李曉英;吳峰;;海洋能發(fā)電技術的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J];電力系統(tǒng)自動化;2010年14期

5 馬舜;李偉;劉宏偉;林勇剛;;25kW獨立運行式水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)[J];電力系統(tǒng)自動化;2010年14期

6 馬舜;李偉;劉宏偉;林勇剛;;潮流能透平裝置電液比例變槳距控制系統(tǒng)設計及其試驗[J];電力系統(tǒng)自動化;2010年19期

7 馬舜;李偉;劉宏偉;林勇剛;;基于液壓傳動的獨立運行潮流能發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻控制[J];電力系統(tǒng)自動化;2011年10期

8 應有;李偉;劉宏偉;林勇剛;;海流能發(fā)電裝置葉片性能及氣蝕研究[J];風機技術;2008年04期

9 王穎婕;;《海洋可再生能源專項資金管理暫行辦法》的積極性與局限性[J];法制與社會;2012年04期

10 ;聚甲醛的應用[J];廣東塑料;2005年08期

相關博士學位論文 前2條

1 陸勝利;世界能源問題與中國能源安全研究[D];中共中央黨校;2011年

2 王樹杰;柔性葉片潮流能水輪機水動力學性能研究[D];中國海洋大學;2009年

本文編號：2822734