基于装置研发的波浪能评估方法研究

【摘要】：随着传统化石能源的日益枯竭，环境问题的日益严重，寻找新型可再生能源代替传统能源逐渐成为世界能源发展的方向。我国海岸线绵长，海洋能资源蕴藏丰富，波浪能利用在我国具有很广阔的前景。随着对波浪能利用的重视，波浪能转换装置的形式亦多种多样，许多技术成熟的波能转换装置已广泛应用于商业。与波能转换装置的发展相比，波浪能评估方法的发展较为落后，现有的波浪能评估方法仅仅是对海区波浪能蕴藏量的评估，而不能评估可以有效利用的波能量。本文分析研究岸式振荡水柱、碟型越浪式、振荡浮子式三种波能发电装置，从装置的角度对波浪能资源的评估方法进行研究，提出装置可利用的波能资源的评估方法。 波浪能评估数据的获取有现场观测和根据波浪模型提取两种方法，文中分别描述了由波浪谱和模型结果计算波能功率的方法，提出拟开发海区能量矩阵和装置捕能矩阵的概念，并利用装置捕能矩阵和年平均波功率得到装置在拟开发海区的平均发电功率及年发电量。 针对海洋环境要素对波能发电装置捕能效果的影响进行研究，分析岸式振荡水柱、碟型越浪式和振荡浮子式三种波能发电装置，分别从波高和周期的角度，提出波浪要素对装置输出功率的影响。分析结果表明： 岸式振荡水柱波能发电装置，装置的输出功率随波高的增大而增大，增幅较小。短周期区（T≤6s），输出功率随周期的增大而增大；长周期区（T＞6s），周期对输出功率的影响较小。 碟型越浪式波能发电装置，装置的输出功率随波高的增大而增大，随周期的增大而减小。 振荡浮子式波能发电装置，装置的输出功率随波高的增大而增大，周期对装置输出功率的影响较小，但应注意装置的纵摇响应。 文中以PE=5kW为标准输出功率，分别得出三种装置满足标准输出功率的波浪条件，岸式振荡水柱波能发电装置为波高H=1m~2m，周期T=6s~9s；碟型越浪式波能发电装置为波高H=1.5m~2m，周期T=6s~7s；振荡浮子式波能发电装置为波高H=1.5m~2m，周期T=5s~8s。 本文运用SWAN模型对担杆岛附近海域波浪场进行模拟，得出波高、周期、波长分布，分析该海域波浪条件，根据波高、周期分布及三种波能发电装置满足输出的波浪条件对其在预备投放点的利用率进行对比。综合目标点的波高及周期条件，振荡浮子式波能发电装置在该海区的利用率最高。为更明确直观的根据波高和周期条件选择装置，本文建立装置的波高周期联合分布表，从表中可以直接得到不同波高周期组合下满足输出条件的波能发电装置类型。 【关键词】：波浪能 波浪能发电装置 评估方法
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P743.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-33
• 1.1 概述11-14
• 1.1.1 波浪能利用及其特点11-13
• 1.1.2 研究背景13-14
• 1.2 国内外发展现状14-31
• 1.2.1 国内外波浪能发电装置的研发现状14-25
• 1.2.2 国内外波浪能资源评估研究现状25-31
• 1.3 研究内容31-33
• 1.3.1 典型波浪能发电装置特性31-32
• 1.3.2 波能发电装置与海洋环境要素关系的建立32-33
• 2 波浪能资源评估方法33-49
• 2.1 波浪能观测数据的获取与筛选33-38
• 2.1.1 现场观测33-36
• 2.1.2 波浪模型36-38
• 2.2 波浪能数据分析38-46
• 2.2.1 波谱分析38-42
• 2.2.2 统计数据分析42-45
• 2.2.3 模型结果分析45-46
• 2.3 波浪能评价指标的确定46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 3 海洋环境要素对典型波浪发电装置捕能效果影响研究49-67
• 3.1 波浪要素对岸式振荡水柱波能发电装置捕能效果影响研究49-54
• 3.1.1 岸式振荡水柱波能发电装置(OWC)49-51
• 3.1.2 波浪要素对装置捕能效果的影响51-54
• 3.2 波浪要素对碟型越浪式波能发电装置捕能效果影响研究54-63
• 3.2.1 碟型越浪式波能发电装置（OWEC）55-61
• 3.2.2 波浪要素对装置捕能效果的影响61-63
• 3.3 波浪要素对振荡浮子式波能发电装置捕能效果影响研究63-66
• 3.3.1 振荡浮子式波能发电装置63-65
• 3.3.2 波浪要素对装置捕能效果的影响65-66
• 3.4 本章小结66-67
• 4 工程实例67-89
• 4.1 装置及其参数的确定68-69
• 4.2 示范海域波浪特性分析69-79
• 4.2.1 计算区域水深地形条件69-70
• 4.2.2 计算波浪条件输入70-71
• 4.2.3 模型设置71
• 4.2.4 计算结果71-79
• 4.3 示范海域波浪资源评估79-85
• 4.3.1 波高统计分布结果79-82
• 4.3.2 周期统计结果82-85
• 4.4 装置效率评价85-89
• 4.4.1 根据波高对装置利用率的评价86
• 4.4.2 根据周期对装置利用率的评价86-87
• 4.4.3 根据波高-周期对装置的评价87-89
• 5 结论与展望89-91
• 5.1 结论89
• 5.2 主要创新点89-90
• 5.3 不足与展望90-91
• 参考文献91-94
• 致谢94-95
• 个人简历95
• 发表的学术论文95

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