一种新型漂浮式波浪能发电装置的设计与研究(2)

　　图4直列漂浮式波浪能装置抗风浪半潜工作状态（正常情况下）

　　当海况出现恶劣情况时候，提前将装置的压载调整到适合配置（图5），减少装置上部的受浪面积，使装置在较稳定的状态下工作。

　　图5直列漂浮式波浪能装置抗风浪半潜工作状态（恶劣情况下）

　　如海况环境进一步恶化，如强台风的袭击，此时可打开采能器的进水口，自然灌入海水，使采能器的内外壁等压，调整装置进入全潜状态（见图6），以便保护装置的安全，锚链浮球将会指示装置下潜的位置。需要上浮时，从采能器进水口注入高压空气，将水从采能器排水口排出，调采能器回复到海面进行工作。

　　图6直列漂浮式波浪能装置抗大风浪下全潜安全状态

　　通过波浪能发电装置抗侧浪、采能器耦合结构斜浪受扭曲的分析，提高装置耐大浪能力。当发生侧浪力作用时，装置会因为受侧向力而沿着锚固中心点进行旋转漂移，在这个过程中装置的设计强度足以克服由于侧浪力给装置带来的冲击；当发生斜浪力的冲击时，装置会因为受斜向力分力的作用而沿着锚固中心点进行旋转漂移，装置采能器、耦合机构会受到因侧浪力的冲击而形成的结构扭曲力，耦合连接件、铰链结构充分考虑此环节的破坏力量，在理论设计和仿真测试当中给予高度重视，将铰链结构的设计安全系数调整到上位（见图7）：

　　图7直列漂浮式波浪能发电装置抗侧浪斜浪结构扭曲设计

　　2.3集压器蓄能器匹配，稳定可靠的发电

　　直列漂浮式波浪能发电装置采用波浪能集压器转换为液压能，液压能转换为电能的总体设计方案。其中液压能转换为电能的具体方案为：稳压蓄能后，驱动液压发电机发电。液压发电机是一个成熟的设备，可实现电能稳定输出，转换环节采用的元件均为成熟的工业产品，性能稳定可靠。集压器与蓄能器的匹配显得至关重要，如设计、调试不当，会出现能量传递瓶颈，将降低整个系统的发电能力。项目组将对本环节进行细致深入的研究调试。

　　2.4装置海水防腐研究分析

　　直列漂浮式波浪能发电装置的大部件中只有采能器浸在海水中工作，所以采能器的防止海水腐蚀是必须重视的研究内容。本项目将研究采用常规海洋工程防腐技术防腐方法，降低日常维护和防腐成本。

　　3技术路线

　　3.1装置总体设计

　　直列漂浮式波浪能发电装置利用采能器随海洋波浪的波幅而运动，将采集到的能量传送到集压器，通过能量整合等一系列运作，驱动发电机平稳地运转，从而实现电站的发电。

　　图8发电系统示意图

　　采能传输系统接受海洋涌动的能量后随波涌运动，通过耦合件铰链驱动集压系统工作，集压系统给流体施加压力，把不稳定的压力流压入稳压系统中，经过调平稳定后的压力流进入工作环节。经过调平稳定后的压力流驱动流体发电机稳定运转——控制器通过输出系统输出稳定电压和电流（见图8）。

　　3.2技术路线

　　3.2.1通过理论计算、仿真设计试验和零部件测试，对直列漂浮式波浪能发电装置进行整体优化和仿真分析，确定采能器外形尺寸、连接耦合件尺寸和主要技术参数。优良的设计方案是降低制造以及使用成本的重要环节，也直接影响直列漂浮式波浪能发电装置发电效率的高低。设计采能器外形尺寸时，通过理论计算和仿真测试，获得采能器的最佳外形尺寸。同时对耦合件进行大量比对仿真测试，得到最佳的波浪能采集效率。当采能器、连接耦合件与波浪达到较好的匹配时，即达到获得最大平均功率的设计目的。

　　3.2.2匹配设计集压器蓄能器液压系统。根据采能器相关数据，计算出集压器液压和流量参数需求，能量处理过程采用变动液压直接蓄能调压的方式，环节简单可靠，能量行程路线短，管损率低。需要特别注意匹配设计集压器与蓄能器液压系统的与调试，可以有效地提高生产率和降低运营成本。

　　3.2.3装配发电系统。项目计划装备液压发电机作为发电装置，液压发电机通过稳定的液压、稳定的流量驱动发电。属于成熟的工业标准化零部件，可靠性很高，容易维护。

　　3.2.4设计安装锚固系统。项目采用浮球牵引的弹性锚固系统，有效防止锚链崩断，可靠性很高，容易调整维护。

　　3.2.5采能器、耦合件设计调试。采能器、耦合件完成设计制造后，通过一个周期的实海况调试、试验验证方案是否合理，零部件强度是否等效匹配等。通过实海况测试及时发现问题破解原因，并在优化中得以解决，提高装置的适应能力。

　　3.3关键问题

　　3.3.1低波高启动问题。本装置采用采能器作为能量采集的第一步，波浪高度不够可能导致无法驱动采能器工作，所以必须设置和验证最小启动波高，使装置在适当波高的海域中正常工作。

　　3.3.2抗台风破坏问题。通过将装置整体下潜脱离海面以避免台风的破坏。

　　3.3.3抗斜浪对结构的扭曲问题。结构在遇到斜浪时，耦合件会发生扭曲，为解决此类问题，耦合件截面设计成封闭圆管结构，以抵抗采集单元横摇导致的耦合件扭曲问题。本装置设计为最大限度地追求纵摇，在海上工况下允许其最大限度地横摇，以最大限度地释放斜侧浪对装置的冲击，提高装置的安全性。

　　4结语

　　波浪发电装置的研究与试验面临的首要问题就是如何抵御海上恶劣的环境，以保障发电设备的安全。通过本项目的研究，综合考虑海上多种不利因素，设计较为科学与合理的发电装置，在避免装置损坏的前提下，稳定进行电力输出。项目组对该结构的波浪能装置已初步进行多次仿真分析，下一步，课题组将进行多次模型实海况试验分析，充分验证波高、采能器的有效运动量与液压发电机输出之间的关系。在大量仿真及实验的基础上，召集船舶设计专家及相关专业专家进行详细论证与结构设计，研制出直列漂浮式波浪能发电装置，并提高装置的抗风浪破坏能力，稳定发电。

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