漂浮式风浪能混合利用系统水动力性能研究

As the growing demand on the new green energy and the development of marine engineering technology, the exploitation of marine energy will gradually move from near-shore shallow water to offshore deep (larger than 50m)water area where energy density is higher. However, the cost of installation, operation and maintenance of power generation system will be higher in the offshore deep water. One way to reduce the cost is to use the hybrid energy system. Compared with other marine energy resources, wind and wave energy in deep sea is richer, and therefore the best option would be to use the hybrid wind-wave system. In this system, the wind turbine is on the top of the structure unit while the wave energy converter is on or near water surface. The biggest challenge facing the designers of the system is to deal with the hydrodynamics associated with integrated system consisting of wind turbine-wave energy converter-support platform-mooring lines, such as loading on and coupled responses of the whole system. This project is to tackle the challenge by carrying out numerical calculation and experimental tests. The outputs will help develop hybrid wind-wave harnessing systems.

随着人类对新型绿色能源需求的增长和海洋能开发技术的发展，海洋能的开发将逐步由近岸浅海向资源更丰富的远深海(水深大于50m)推进。但由于远深海中发电设备的建造、运营和维护成本的增加以及海洋能发电的不平稳性，传统的单一海洋能发电方法的局限性日渐凸显。可提高平台利用率、增加并稳定发电量和减小发电成本的海洋能多能源混合利用系统的研究已成为了新的热点。相对于其他能源，风能和波浪能在远深海更丰富。因此，风浪能的混合利用将成为最有希望的多能源混合利用方式。在这一系统中，风机与波浪能装置建在一个结构模块上，水上为风机，水下为波浪能装置。要设计建造这一系统，必需掌握风机-波浪能装置-漂浮式支撑平台-锚链耦合系统的载荷、运动及各部分相互影响的水动力特性。目前，对该系统水动力特性的研究还不多。本项目将通过数值计算和模型试验等手段，对该系统水动力特性进项研究，为研发浮式风浪能混合利用系统奠定基础。

随着人类对新型绿色能源需求的增长和海洋能开发技术的发展，海洋能的开发将逐步由近岸浅海向资源更丰富的远深海(水深大于50m)推进，风浪能的混合利用成为有潜力的高效利用方式。混合利用系统中，风机与波浪能装置建在一个结构模块上，水上为风机，水下为波浪能装置。要设计建造这一系统，必需掌握风机-波浪能装置-漂浮式支撑平台-锚链耦合系统的载荷、运动及各部分相互影响的水动力特性。. 项目研究内容包括：1）漂浮式风浪能混合利用系统的方案确定及选型研究。从建造和维护成本、深海海洋环境适应性和设备集成等角度出发，研究风机和波浪能俘获装置的方案选择和集成方式，研究漂浮支撑平台和锚泊系统的基本方案和构型；2）漂浮式风浪能混合利用系统的稳性研究。研究在运行工况和极限工况中考虑波流载荷和稳定/不稳定的风载荷下，漂浮式支撑平台静稳定性和动稳定性；3）风机－波浪能俘获装置－漂浮式支撑平台－锚泊系统动力学模型及解算方法研究。研究锚泊状态下风机、波浪能俘获装置和支撑平台的定常、非定常和线性、非线性的空气/水动力载荷与运动特征及其计算方法；4）风机与波浪能俘获装置之间的相互作用规律及特性。根据数值计算结果，研究风机与波浪能俘获装置之间产生的相互影响及其变化规律，探讨它们在极限工况下的所受非线性载荷及运动的水动力特征；5）模型试验研究。研制漂浮式风浪能混合利用系统模型，在风浪水池中开展典型工况下平台模型的运动性能、风浪载荷和发电功率的测量试验，获得试验数据，为理论预报方法的建立和数值计算结果验证提供可靠的依据。. 课题通过上述内容的研究，提出了一种漂浮式风浪能混合利用系统和相关的稳性分析方法。采用缩尺比模型完成了水池测试，掌握了一类多体可再生能源开发装置的系统试验做法，验证了数值分析结果并积累了经验。分别基于势流、粘流理论，开发了风机系统数值分析方法，对混合利用系统支撑平台进行了数值模拟，得到了令人满意的计算结果。课题通过数值计算和模型试验等研究手段，完成了全面系统的动力特性研究，为浮式风浪能混合利用系统开发利用奠定了基础。. 课题完成总结报告1份，专题研究报告11份（见附件）、发表论文20篇、申请专利/软件著作权共9项，培养、引进人才多人。