潮流能水轮机阵列多目标自动优化及其海洋动力环境影响研究

Tidal stream energy is one of important resources of renewable energy, and its reasonable exploration may help ease the energy crisis and environmental pollutions. It is urgent to develop theoretical and numerical technology for multi-objectives automatic optimization of tidal stream turbine array and their impacts on coastal environments, which help guide the deployment of tidal stream turbine array with a good balance between energy extraction efficiency and environmental impacts in engineering application. A combination method of laboratory experiment and numerical simulation is applied in this study. The hydrodynamics and performance of single tidal stream turbine and its simplification method are investigated, while the modeling technology for multi-objectives automatic optimization of tidal stream turbine array is developed. The influences of turbine array on coastal environments are understood, with an application to demonstration project of tidal stream energy in Zhoushan. The research results will provide guidelines and technical supports in the development of tidal stream farm.

潮流能作为可再生能源的重要来源之一，其合理开发和利用对缓解能源危机和改善环境污染问题具有重大意义。在潮流能开发利用的工程实践中，亟需可靠的多目标阵列布局自动优化及其海洋动力环境影响的模拟技术来指导大规模水轮机的布局，以实现整体发电效率、海洋动力环境影响以及安装和维护成本之间的全面平衡。本项目采用物理模型试验和数值模拟计算相结合的研究方法，深入开展单台水轮机性能及其对潮流泥沙运动的总摩阻概化研究，进而发展水轮机阵列布局的多目标自动优化模拟技术，阐明水轮机阵列对大范围水沙动力环境的影响效应，并结合浙江舟山潮流能示范工程开展应用研究，为潮流能资源的大规模开发和利用提供参考依据和有效工具，具有重要理论和工程应用价值。

潮流能作为可再生能源的重要来源之一，其合理开发和利用对缓解能源危机和改善环境污染问题具有重大意义。在潮流能开发利用的工程实践中，亟需可靠的多目标阵列布局自动优化及其海洋动力环境影响的模拟技术来指导大规模水轮机的布局，以实现整体发电效率、海洋动力环境影响以及安装和维护成本之间的全面平衡。本项目采用物理模型试验和数值模拟计算相结合的方法开展研究，在室内搭建了宽水槽水轮机水动力特性试验研究平台，开展单台和多台水轮机性能及其对潮流泥沙运动的总摩阻概化研究，基于开源代码OpenTidalFarm与Thetis发展了水轮机阵列布局的单目标和多目标自动优化模拟技术，阐明水轮机阵列对大范围水沙动力环境的影响效应，并结合浙江舟山潮流能示范工程开展应用研究，为潮流能资源的大规模开发和利用提供参考依据和有效工具，具有重要理论和工程应用价值。项目组与帝国理工大学Matthew D. Piggott教授等国际知名学者深度合作，有力推进项目的顺利实施。已在《Coastal Engineering》《Renewable Energy》《Ocean Engineering》和《河海大学学报（自然科学版）》期刊和国际学术会议共发表学术论文6篇，授权发明专利2项，结合项目研究培养了2名博士和4名硕士。