漂浮直驅式波浪能發電裝置由振盪浮子、水下附體和直線發電機等組成。水下附體上有一剛性圓筒伸出水而，直線電機的線圈裝在圓筒內，磁軸同振盪浮子相連，在波浪作用下，振盪浮子同水下附體產生相對運動，驅動直線發電機輸出電能負載的大小會直接影響到振盪浮子的運動速度和幅度，波浪能裝置的負載大小應根據波況進行自動調節。
基本介紹
- 中文名：漂浮直驅式波浪能發電裝置
- 外文名：Floating direct drive wave power plant
- 類型：發電裝置
- 形式：波浪能發電
- 領域：能源
- 學科：電氣工程
簡介,漂浮直驅式波浪能裝置發電的原理,負載控制原理,漂浮式直驅波浪能裝置初步設計方案,波浪能發電裝置主要部件的研究,展望,
簡介
漂浮直驅式波浪能裝置是通過直線電機將波浪能轉換成電能的一種新型發電裝置、負載控制技術是波 浪能發電中的關鍵技術之一，負載控制一方面可調整裝置的運行狀態，另一方面可最佳化裝置的轉換效率，負載控制系統可按照直線電機輸出電壓的大小自動調整裝置的負載大小，負載分為3級:基木負載、一級負載、二級負載試驗表明，負載控制系統實現了按電壓進行分級控制的目的，為實海況下按照平均波高分級控制打下了基礎、海洋能是清潔的可再生能源，開發利用海洋能對緩解能源危機和環境污染具有重要的意義。波浪能是分布最廣泛的一種海洋能，波浪能的利用有很多種形式。目前，世界上波浪能利用技術大致分為振盪水柱(OWC)技術、擺式技術、筏式技術、點吸收式(振盪浮子)技術、鴨式技術等。點吸收式技術近年來發展很快，該技術採用浮子俘獲波浪能，通過與浮子連線的液壓裝置將波浪能轉換成液壓能，再通過發電機轉換成電能。目前建成的點吸收式裝置有英國的AquaBuoy裝置、阿基米德波浪擺以及波浪騎士裝置。
波浪能發電裝置的轉換效率和所帶負載有很大關係，負載過重和過輕都不利於提高裝置的轉換效率。負載控制既能夠最佳化裝置運行效果，又能夠提高裝置的發電效率。為了使發電系統穩定和高效地運行，設計了波浪能發電裝置的負載控制系統，並論述了該系統的設計思想、實現方法和試驗結果。
研究了岸式波力電站的測試和負載控制技術，通過定負載、變轉速、定轉速三種策略研究了振盪水柱式波浪能裝置(OWC)的輸出控制技術。研究了太陽能、風能最大功率點跟蹤的原理和實現方法。為了提高波浪能裝置的轉換效率和最佳化裝置的運行效果，對漂浮直驅式波浪能發電系統的負載控制方案進行了研究。
漂浮直驅式波浪能裝置發電的原理
漂浮直驅式波浪能發電裝置由振盪浮子、水下附體和直線發電機等組成。水下附體上有一剛性圓筒伸出水而，直線電機的線圈裝在圓筒內，磁軸同振盪浮子相連，在波浪作用下，振盪浮子同水下附體產生相對運動，驅動直線發電機輸出電能。負載的大小會直接影響到振盪浮子的運動速度和幅度，波浪能裝置的負載大小應根據波況進行自動調節。
負載控制原理
能量轉換機構通過克服阻尼將一種能量轉換為另一種能量。最佳阻尼是能量轉換的特性，其作用不是實現能量的高效轉換，而是能量的高效俘獲。因此，一個優秀的能量轉換系統，不僅要實現高效轉換，還要為能量俘獲系統提供最優阻尼。任何一個電源，例如發電機、電池或各種信號源，都含有電動勢和內阻。
漂浮式直驅波浪能裝置初步設計方案
經過對現有的波浪能發電裝置的研究分析，發現當下技術裝備的主要缺點是多級傳動波能利用率低，裝置結構複雜加工製造不便，設備安裝結構系統不穩定，電能後處理系統輸送困難等。針對以上的技術需求，研製了以下的漂浮式直驅波浪能發電裝置。
基於現有的國內外水平軸式波浪能發電設備的結構和設計理念。該裝置主要由一個機架、兩個浮筒、一個鞍型焊件、一個輪機、一個主軸、一個變速箱、一個發電機和錨鏈等部件構成，在浮筒的兩側對稱安放著兩個相同的圓形浮筒，他們和機架之間利用鞍型焊件進行安裝固定，為了最大程度地降低水流對浮筒的衝擊在浮筒兩端球形面與圓柱體之間切成一定角度的圓角，該裝置設計時為了實現較大功率的傳動，採用了獨特的大傳動比變速箱，通過它來連結水輪機的主軸和發電機。該波浪能發電裝置的工作原理:海洋中海浪的流動經過水輪機時帶動水輪機上的葉輪進行旋轉，水輪機通過主軸帶動變速箱內的軸轉動，接著變速箱內的軸通過聯軸器與發電機聯動，發電機一旦開始運轉即意味著發電過程的開始，實現了波浪能發電的整個程式。整個裝置可以不需要固定安裝在某一個平台上，它能夠藉助於機架兩側的浮筒漂浮在海面上，然後通過錨鏈將整個裝置系泊起來，穩定可靠。該裝置的獨特之處還在於一改己有裝置的多級傳動方式，採用主軸直連的單級傳動結構，使得能量在多級轉換環節中的損耗大幅下降，提高了整個裝置的波浪能利用率。
該漂浮式直驅波浪能發電裝置主要是通過水輪機葉片在波浪力與潮流力合力作用下旋轉來帶動電機轉動發電，從而完成對波浪能量吸收轉換。在深入參考了流體動力學的有關原理之後，為了儘可能地降低水輪機葉片受到負面阻力，選擇了NACA663系列翼型作為該款漂浮式波浪能發電裝置水輪機葉片的形狀，它能偶使得海流在經過其表面時流速相同，從而實現阻力最小化。
波浪能發電裝置主要部件的研究
採用的漂浮式直驅波浪能發電裝置水輪機的浪翼表面參考航空技術機翼採用流線型扁平結構，接觸面積大，在轉動過程中也有利於分開海水，減小阻力;浪翼兩端各固定一個弧狀翼尖，起保護浪翼和分流作用，弧狀翼尖用螺釘固定在螺紋孔位置;浪翼內部空間大部分是空的，這樣既減輕重量，又使結構堅固。這樣浪翼能在海浪和海流的衝擊下快速的轉動，帶動電機發電。
的波浪能發電裝置水輪機採用固定攻角式的浪翼作為課題的研究對象，它的安裝也很簡便，直接固定在由主軸和法蘭連線在一起的支撐板上;主軸兩端分別固定在機架上，在主軸的右側右端通過聯軸器使電機能夠連在一起，主軸的旋轉直接帶動了電機的運轉減少了多餘轉換環節對能量的損耗。
為了提升計算效率，我們對葉片建立二維模型並分析它在流場中的各項數士此處我們簡化了模型，對葉片兩端能量的損耗和支撐板、法蘭以及主軸對選定}l場的影響不予考慮，因為水輪機在葉片高度處的截面每一刻都是相同的。
展望
由於時間和條件的原因，本論文只是對新型裝置的葉片進行了二維仿真分析，簡化了波浪在實際海域中的作用，因此，研究後續還有很多工作可以進一步開展下去，希望能在接下里的研究中能做到以下幾點:
(1>使用Fluent對葉片進行動格線劃分，建立三維模型，提高對水輪機仿真計算的準確度。
(2)海洋可再生能源的發電電機的匹配問題有待進一步改善研究，是影響能量捕獲的主要因素之一。
(3)海洋環境下，在風、浪、流多場禍合力的作用下，機構設備以及系統整體的防腐、穩定性、強度等長期耐久性問題有待進一步完善，因此機構及系統應體現結構工藝性好、便於安裝拆卸、系統組成簡單易行。
