浮体绳轮波浪发电系统研究_王延刚

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一种新型漂浮式波浪发电系统研究共3篇

一种新型漂浮式波浪发电系统研究共3篇一种新型漂浮式波浪发电系统研究1一种新型漂浮式波浪发电系统研究随着人们对可再生能源的需求不断提高，波浪能作为一种重要的可再生能源被广泛关注。

目前，海上波浪发电技术主要分为三类：浮式、固定式和深水式。

其中，浮式波浪发电系统具有结构简单、适应性强等优点，成为研究的热点之一。

本文介绍一种新型漂浮式波浪发电系统。

该系统由漂浮装置、波浪能转换装置和电力转换装置三部分组成。

漂浮装置采用多边形形状，由多段复合材料拼接而成，具有良好的承载能力和稳定性。

波浪能转换装置由串联排列的多个环形或直线型浮标组成，浮标内部设有转轴和发电机装置，当波浪通过浮标时，产生与波浪相位同步的压力和拉力，通过转轴和发电机装置转换为电能。

电力转换装置包括整流器和逆变器两部分，以将直流电转换为交流电，进而实现电能的输出。

该系统的优点在于，漂浮装置能够自适应波浪的运动，提高波浪能转换效率；波浪能转换装置的环形或直线型浮标数量可根据波浪的大小和频率进行调整，以最大程度利用波浪能；电力转换装置采用先进的整流器和逆变器技术，保证了发电效率和输出质量。

此外，该系统还具有一定的生态优势。

相比于其他波浪发电系统，漂浮式波浪发电系统能够减少对海洋生态环境的影响。

同时，多段复合材料的使用也使得该系统具有一定的环保性和可持续性。

值得注意的是，漂浮式波浪发电系统的运行过程中还面临一系列技术挑战。

尤其是在恶劣的海况下，海浪的冲击可能对漂浮装置、波浪能转换装置和电力转换装置造成损坏。

因此，加强对材料强度、波浪运动反应和电力输出的控制与研究尤为重要。

总之，新型漂浮式波浪发电系统承载着人们对波浪能的美好愿景。

随着各类关键技术的不断发展，相信其将成为一种具有广泛应用前景的新型波浪发电系统漂浮式波浪发电系统是一种利用海洋能源的环保新型发电系统，具有高效性和可持续性。

该系统采用先进的技术，能够自适应波浪的运动，最大化地利用波浪能转换成电能。

一种波浪能发电系统及波浪能发电方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811255022.7(22)申请日 2018.10.26(71)申请人成都理工大学地址 610059 四川省成都市成华区二仙桥东三路1号(72)发明人荆海莲　刘伟　庞鹏　任家富　谭玄　(51)Int.Cl.F03B 13/20(2006.01)(54)发明名称一种波浪能发电系统及波浪能发电方法(57)摘要本发明公开了一种波浪能发电系统及波浪能发电方法，其利用波浪能进行发电。

包括浮动装置、直线发电机、导向组件。

在波浪上升阶段，受波浪驱动的浮动装置驱动直线发电机的动子向上运动进行发电，此时流体能够进入浮动装置的流体容纳部内；在波浪下降阶段，流体容纳部能够阻止进入到流体容纳部内部的流体流出流体容纳部，浮动装置的重力势能与流体容纳部中所容纳流体的重力势能同时作为动子的驱动能量驱动动子向下运动进行发电。

该发电系统及方法能够充分利用波浪蕴含的能量，提高波浪能发电的效率。

权利要求书1页说明书5页附图15页CN 109404209 A 2019.03.01C N 109404209A1.一种波浪能发电系统，包括浮动装置、直线发电机，其特征在于：所述浮动装置包括浮子、流体容纳部、固定架，所述流体容纳部与所述浮子同轴固定至所述固定架；所述流体容纳部、所述固定架与所述浮子一起随着流体形成的波浪上下运动；在波浪上升阶段，流体能够进入流体容纳部；在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出所述流体容纳部；所述直线发电机包括定子和动子，所述定子固定至流体底部，所述动子的动子轴与所述固定架的动力输出端固定连接；还包括导向组件，其用于引导浮动装置沿着波浪的起伏方向往复运动。

2.根据权利要求1所述的波浪能发电系统，其特征在于：在波浪下降阶段，所述流体容纳部能够阻止进入到所述流体容纳部内部的流体流出流体容纳部，以使浮动装置的总质量能够包含容纳在所述流体容纳部中的流体的质量。

波浪能发电装置的研究

波浪能发电装置的研究岳文艳;张友恒【摘要】本论述所研究的装置主要是利用漂浮于海上的大浮体和在大浮体顶部凹槽内浮标在波浪的作用下相对运动来提取波浪能,再由浮标带动活塞推动使液体循环系统工作,从而实现水轮机的运转,最终实现发电系统均匀稳定的发电。

【期刊名称】《甘肃科技纵横》【年(卷),期】2011(040)004【总页数】3页(P41-43)【关键词】新能源;波浪能发电;波浪采集;液体循环【作者】岳文艳;张友恒【作者单位】兰州超高压输变电公司,甘肃兰州730050;甘肃肃瑞电力工程技术有限公司,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TM621.3随着人类对能源需求的与日俱增，能源危机即日可待，新能源的研究、开发和利用势在必行。

海洋能是一种取之不尽用之不竭的无污染可再生能源，地球上海洋波浪蕴藏的电能可达5000GW。

我国是海洋大国，可利用的波浪能极为丰富，尤其是东海沿岸（福建、浙江近海）海洋能蕴藏量大，能量密度高，开发条件优越，具有较大的开发利用价值。

波浪能发电装置首先用波浪能转换装置把波浪能转换成机械能，再把机械能转换为电能。

波浪能发电装置通常可以分为三部分：第一部分为波浪能采集系统，作用是捕获波浪的能量；第二部分为机械能转换系统，作用是把捕获的波浪能转换为某种特定形式的机械能（一般是将其转换成某种工质如空气或水的压力能，或者水的重力势能）；第三部分为发电系统，用涡轮机（也叫透平，可以是空气涡轮机或水轮机）等设备将机械能传递给旋转发电机转换为电能。

基于上述，本文提出了一种新型的波浪发电装置，可以单体置于海中发电，也可以实现大规模并网发电，因此具有重要的理论和实际意义。

1 概述图1 波浪能发电装置总体效果图本装置提供了一种漂浮式双浮体波浪能发电装置（见图1）。

包括一个漂浮于海面的大浮体，大浮体由均匀分布于大浮体底面边缘的三条锚链系泊于海底，以确保其稳定性，大浮体外形为台体，台体顶部有凹槽，浮标置于凹槽内，浮标下端由刚性杆链接液体循环系统和发电系统。

圆筒浮体式波浪能发电装置[发明专利]

专利名称：圆筒浮体式波浪能发电装置专利类型：发明专利
发明人：何宏舟,曲泉铀
申请号：CN201310012223.5
申请日：20130114
公开号：CN103075293A
公开日：
20130501
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种圆筒浮体式波浪能发电装置，它包括圆筒浮体、发电机舱、锚泊装置等三个部分。

该装置属于一种漂浮式发电装置，圆筒浮体通过稳定弹簧和电机拉绳与发电机舱连接，发电机舱通过锚链与海底重物连接，整个装置可通过调节锚链的长度以适应不同的海域深度。

当波浪作用于圆筒浮体时，圆筒浮体实现上下运动，使电机拉绳拉紧，拉紧的电机拉绳的分力和回位弹簧的水平力使滑体在滑动腔内实现往复运动，滑体的往复运动导致直线电机腔体发生磁场变化，使嵌于定子铁心槽中的线圈绕组产生了感应电动势。

本发明装置具有结构简单，能全方位的收集波浪的势能和动能的优点。

申请人：集美大学
地址：361021 福建省厦门市集美区银江路185号
国籍：CN
代理机构：厦门市新华专利商标代理有限公司
代理人：朱凌
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浮体绳轮式往复波浪能发电装置[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720503737.4(22)申请日 2017.05.08(73)专利权人上海交通大学地址 200240 上海市闵行区东川路800号(72)发明人杨立军　张钰祺　冒羽　徐士程　(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317代理人张宁展(51)Int.Cl.F03B 13/18(2006.01)(54)实用新型名称浮体绳轮式往复波浪能发电装置(57)摘要一种浮体绳轮式往复波浪能发电装置，其特征在于，包括两个对称布置的重力锚，两条拉绳、两个导绳器、两个永久磁体、两个定滑轮机构以及一个浮体。

该发电装置在工作中，拉绳将浮体随波浪的上下运动转换为卷筒的旋转，卷筒直接驱动上下两个垂直放置的低速同步永磁交流发电机分别在波浪上升和下降过程发电，具有全波发电、工作高效的优点。

权利要求书1页说明书3页附图1页CN 207212575 U 2018.04.10C N 207212575U1.一种浮体绳轮式往复波浪能发电装置，其特征在于，包括第一重力锚(1)第二重力锚(12)、下永久磁体发电机(4)、上永久磁体发电机(9)、浮体(8)、左定滑轮机构(10)和右定滑轮机构(11)；所述的下永久磁体发电机(4)和上永久磁体发电机(9)设置在浮体(8)内；所述的下永久磁体发电机(4)由下卷筒(7)、固定在该下卷筒(7)内的永磁体与超越离合器(6)组成；所述的上永久磁体发电机(9)由上卷筒、固定在该上卷筒内的永磁体与超越离合器组成；所述的第一重力锚(1)与第一导绳(2)的一端相连，该第一导绳(2)的另一端经下导绳器(3)伸入浮体(8)内，并缠绕于下卷筒(7)外壁，所述的第二重力锚(12)与第二导绳(13)的一端相连，该第二导绳(13)的另一端依次经右定滑轮机构(11)、左定滑轮机构(10)和上导绳器(15)伸入浮体(8)内，并缠绕于上卷筒(14)外壁。

新型潮流波浪集成柔性浪轮式发电轮机的研究

新型潮流波浪集成柔性浪轮式发电轮机的研究
王世明;杨志乾;吴帅桥;田卡;江恩祝;秦渭华;李延刚
【期刊名称】《海洋技术》
【年(卷),期】2016(035)005
【摘要】为了寻求波浪和潮流能集成利用的可能性,基于Gorlov浪流集成理论,提出一种新型潮流波浪集成发电轮机结构,主要包含组合式导流罩、S型叶片轮机、发电机、浮体4个部分.通过水动力理论计算、流体数值模拟以及水槽实验结合的方式,对其进行结构的优化设计.实验证实了轮机优化方案的可行性以及浪流获能合理性.
【总页数】4页(P51-54)
【作者】王世明;杨志乾;吴帅桥;田卡;江恩祝;秦渭华;李延刚
【作者单位】上海海洋大学工程学院,上海201306;上海海洋大学工程学院,上海201306;上海海洋大学工程学院,上海201306;上海海洋大学工程学院,上海201306;国家海洋局东海标准计量中心,上海201306;国家海洋局东海标准计量中心,上海201306;国家海洋局东海预报中心,上海201306
【正文语种】中文
【中图分类】P743.1
【相关文献】
1.新型潮流波浪集成柔性浪轮式发电轮机的研究 [J], 王世明;杨志乾;吴帅桥;田卡;江恩祝;秦渭华;李延刚;
2.浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究 [J], 马伟佳;荆丰梅;王树齐;刘京
3.基于新型垂直轴水轮机的潮流能发电装置设计与探究 [J], 刘洋;庄乾铎;王洁;范毅伟;付志强
4.基于新型垂直轴水轮机的潮流能发电装置设计与探究 [J], 刘洋;庄乾铎;王洁;范毅伟;付志强;
5.潮流发电帆翼式柔性叶片水轮机实验研究 [J], 王树杰;鹿兰帅;李冬;单忠德;赵宏;张静
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No． 1
王延刚等：浮体绳轮波浪发电系统研究
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图4 Fig． 4
幅频特性曲线 Fig． 5
图5
附加阻尼系数拟合曲线
Magnitudefrequency characteristic
Fitted curve of added damping coefficient
图6 Fig． 6
附加质量拟合曲线
0324 ；修订日期： 20141009 收稿日期： 2014基金项目： 2011 年度国家海洋可再生能源专项（ GHME2011BL02 ） mail： wangyangang6361@ 163． com 男，博士生． E作者简介：王延刚（ 1981 —）， mail： zlinsen@ sina． com 男，副教授，硕士生导师． E通信作者：朱林森（ 1966 —），
doi： 10． 16058 / j． issn． 10050930． 2015． 01． 019
浮体绳轮波浪发电系统研究
王延刚，仝兴华，朱林森，刘勇
（山东大学力学与机电装备联合工程技术研究中心，山东威海 264209 ）
摘要：海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节．合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率．为提高波浪能利用率，降低波 — —浮体绳轮波浪发电系统．能转换装置成本，设计新型点吸收式波浪发电装置— 基于线性规则波理论及粘性阻尼理论，考虑浮体附加质量及附加阻尼影响，对浮体上升和下降阶段进行受力分析，分别得到了浮体上升和下降两个阶段的运动方程，推导出浮体完整的运动方程．利用数值计算得到浮体获取最优转换效率的然后通过水动力学频域及时域分析对数值计算结阻尼系数 C = 10600N· s / m，果进行了验证．理论分析及仿真过程为浮体绳轮波浪发电系统的研究和实际应用提供了理论基础．
2 ¨ / r + 405 ． 5 c x + M 弹簧 F p r = Jx Ｒ
（ 9）
将式（ 1 ）与式（ 4 ）左右相加得 ¨ ρgA（ y － x） + F ez － G1 － F p = （ m + m1 ） x 式（ 10 ） r + 式（ 9 ）并将式（ 3 ）带入得 2 ¨ + 405 ． 5 c － λr x + ρgAxr － ρgAyr + G1 r + M 弹簧 = 0 （（ m + m1 + μ ） ·r + J / r ） x Ｒ
第 23 卷 1 期 2015 年 2 月
应用基础与工程科学学报 JOUＲNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEEＲING
中图分类号： TK79 文献标识码： A
Vol． 23 ， No． 1 February 2015
0930 （ 2015 ） 010203009 文章编号： 1005-
1
浮体绳轮波浪发电系统
浮体绳轮波浪发电系统主要由浮体和直流永磁发电机组成，如图 1 所示．
图1 Fig． 1
浮体绳轮发电系统示意
Sketch of buoyropedrum wave power system
波浪的上下起伏带动浮体进行垂荡运动，发电机定子绕组固定于浮体，随浮体完成垂荡运动，同时镶嵌磁钢套的发电机外壳由拉绳与海底重力锚连接，浮体的垂荡运动转化成发电机转子的旋转运动，转子绕定子绕组旋转实现发电．实验阶段，发出的电能主要由纯电阻消耗．发电系统的发电过程发生在浮体上升过程，在下降过程中拉绳会被内置卷簧自动收回，为下一个上升过程做好准备．因此，在浮体运动的过程中只有上升阶段能够实现．，发电同时上升和下降阶段浮体的受力及运动方程也不同，要进行分段处理．
则方程式（ 11 ）可简化为 ¨ + Cx + ρgAx － ρgAy + G1 + M 弹簧 / r = 0 Mx C 为阻尼系数．式中，除浮体质量及电机性能参数为未知量外，附加质量和附加阻尼系数也是未知量，且两［1718 ］．因此先利用水动力学分析软件 AQWA 对浮体进行频域分析［19］，者皆为频率的函数求解系统的附加质量和附加阻尼系数．图 4 为 AQWA 计算所得浮体的幅频特性曲线，从即振幅最高点，幅频特性曲线可以看出， H（ ω）峰值，出现在共振频率附近，且随着阻尼比的增大幅频响应减小，证实了之前质量选择依据．根据频域计算，可得浮体的附加质量和附加阻尼随频率的变化规律及拟合曲线，如图 5 、图 6 所示，可得当 ω = 1rad / s 时，附加质量 μ = 3560kg 及附加阻尼系数 λ = 130N·s / m．
Fitted curve o统波能采集功率
波能采集功率是波浪能发电系统的重要指标，是检验系统效果的重要参数．因此，需
对系统的采集功率进行深入研究．波能采集系统发电过程中发电机输入的瞬时功率为 P = Tn 2 = Cx 9550 （ 13 ）
m 为浮体质量； ρ 为海水密度； g 为重力加速度； x 为浮体运动位移； y 为波浪运动位式中，移； A 为浮体水线面面积； μ 为附加质量； λ 为附加阻尼系数． F p 为拉绳拉力，取卷筒为研究对象，受力分析如图 3 所示．
图3 Fig． 3
卷筒受力分析
Stress analysis diagram of drum
m1 为卷筒质量； r 为卷筒半径； M 电机为电机转矩； M 弹簧为弹簧扭矩； ε 为角加速度； J 式中，为卷筒转动惯量； E 为发电机电动势； c 为发电机参数（常数）； n 为发电机转速； p 为发电
206
应用基础与工程科学学报
Vol． 23
机功率；Ｒ为负载电阻．由式（ 5 ） —式（ 8 ）得
关键词：波浪能；线性规则波；阻尼系数；浮体绳轮
在全球能源紧缺的严峻形势下，储备丰富的海洋波浪能作为可再生清洁能源，其开发［12 ］，设计并制造出形和利用已经引起世界各国的重视，研究人员已对其进行了多年研究式多样的波浪能发电装置，目前波能发电装置的主要形式有振荡水柱型（如英国的 LIMPET（ land installed marine powered energy transformer ）［3］固定式 500kW、中科院广州能
H cos（ kx － ωt）， H 为波高， 2
取 x = 0 的位置，则有 η =
H cos （－ ωt ），周期为 T = 2 πs，则 ω = 2π / T 令波高为 H = 0． 8m， 2
3 3
= 1rad / s，则有 y = 0 ． 4cost．工作区域水深为 50m，为减少海水腐蚀及自重对系统的影响，浸水密度为 1g / cm ，按绳索长拉绳采用高强、高模聚乙烯纤维绳索，其密度为 0． 9g / cm ， 100m 计算，其重量为 100kg，采用恒力矩卷簧收绳，其力矩为 220N · m．为便于计算，将方程（ 11 ）左右同时除以 r 并令 M = （ m + m1 + μ ） + J / r 2 ， C = 405 ． 5 c2 －λ Ｒr
［10 ］［11 ］以及丹麦的 Wave 置）和收缩波道式（挪威 350kM 的固定式收缩波道装置［12 ］ Dragon ）等装置．在诸多发电系统中，能够成功实现商业化、规模化的技术方案尚属罕
见，究其原因在于实际海况的复杂性导致波浪发电装备的可靠性难以保证，风险较大，且．，成本较高浮体绳轮波浪发电装置是一种新型漂浮式点吸收波浪发电装置该装置与传统波浪发电装置相比，具有结构简单、可靠性高、制造布放维护成本低、发电效率高、综合发电成本低等特点．本文主要针对浮体绳轮波浪发电装置中波浪能获取及转换效率进行系统研究．为获
No． 1
王延刚等：浮体绳轮波浪发电系统研究
205
图2 Fig． 2
浮体受力分析
Stress analysis diagram of buoy
根据受力分析得浮体时域的运动方程：上升阶段 ¨ F s + F ez － N － G = mx F s = G + ρgA（ y － x）得 ¨ ρgA（ y － x） + F ez － N = mx 下降阶段 ¨ F s + F ez － G = mx F s = G + ρGA（ y － x）得 ¨ ρgA（ y － x） + F ez = mx ［ 13 ］ ¨ － λx F ez = － μx （ 2）（ 3）（ 1）
（ 10 ）
(
)
（ 11 ）
由式（ 2 ）得 + ρgAx － ρgAy = 0 ¨ + λx （ 12 ）（ m + μ） x 方程式（ 11 ）、式（ 12 ）即为浮体运动方程．由运动方程可以看出浮体的运动规律受到浮体质量、负载电阻值及发电机参数的影响． 3 2 2 运动方程中：海水密度 ρ = 1030kg / m ，浮体水线面面积 A = πD /4 = 4． 52m ，重力加
其运动方程为 ¨ N － G 1 － F p = m1 x F p r － M 电机－ M 弹簧 = Jε 发电机电动势与转速的关系： E = cn M 电机 = 9550 p / n = 9 ． 55 c2 n / Ｒ n = 60 v / 2 πr ¨ /r ε = x （ 4）（ 5）（ 6）（ 7）（ 8）
［1316 ］，共振时浮体能俘获到更多的能量速度 g = 9． 8N / kg．根据之前研究结论，因此取系统 m1 = 150kg，总质量 m s = 46600kg．卷筒为空心圆柱：内直径 0． 26m，则其转外直径 0． 45m， 2 2 2 动惯量： J = m（ 0． 45 + 0． 26 ） /8 = 5kg·m ．波浪波面方程： η =