对称式多机组振荡水柱波浪发电装置的研发

The symmetrical multi-unit oscillating water column device can improve the adaptive wave-facing performance of the device in real sea conditions, reduce the failure rate of the device, and make the output power of the device more stable. On the one hand, the symmetrical multi-unit scheme enhances the adaptive wave-facing capability of the oscillating water column device. On the other hand, the symmetrical multi-unit scheme brings a series of problems to the wave response characteristics of the device, the design of the air turbine, and the control strategy of the air turbine. In order to solve these problems, the project is planned to carry out the following research：(1) Studying the wave response amplitude-frequency characteristics, phase-frequency characteristics, and adaptive wave-facing characteristics of the symmetrical multi-unit oscillating water column device. (2) Analyzing the motion law of air turbine in reciprocating unsteady flow and the coupling motion mechanism between air turbine and load circuit. Establishing the coupled motion equation of air turbine. And analyze the power generation characteristics of symmetric multi-unit oscillating water column device. (3) Combining the prediction of waves, establish an active air turbine control strategy aiming at high wave energy utilization efficiency and high electrical power quality. This study will lay the theoretical foundation for the industrialization of floating oscillating water column technology.

对称式多机组振荡水柱装置可以改善振荡水柱装置在真实海况中的自适应迎浪性能、降低振荡水柱装置的故障率、使装置的输出电功率更平稳。对称式多机组的方案一方面加强了振荡水柱装置的自适应迎浪能力，但另一方面对称式多机组方案为装置的波浪响应特性、空气透平的设计、以及多机组空气透平的控制策略带来了一系列的问题。为了解决这些问题，本项目拟开展以下研究：（1）研究对称式多机组振荡水柱装置的波浪响应幅频特性、相频特性，以及自迎浪特性。（2）分析空气透平在往复不稳定流中的运动规律、分析空气透平和负载电路间的耦合运动机理、建立空气透平的耦合运动方程，分析对称式多机组振荡水柱装置的发电特性。（3）结合对波浪的提前预测，以高波浪能利用效率和高电能质量为目标，建立主动的空气透平控制策略。本研究将为漂浮式振荡水柱技术的产业化奠定理论基础。

振荡水柱技术是一种实现波浪能转换为电能的技术手段。为提高振荡水柱装置的波浪发电效率，本项目分别对波浪能俘获装置的设计、空气透平的设计、负载电路的影响展开研究。项目的主要研究内容包括：（1）本项目通过建模仿真、水槽实验等方式，分析了对称式波浪能俘获装置的垂荡、纵摇、首摇运动特性；（2）通过分析实验数据和振荡水柱装置的运动机理，提出了振荡水柱装置和空气透平设计的匹配设计方法；（3）利用后弯管实验数据，对振荡水柱装置的空气透平进行了匹配设计，并通过实验验证了相应方法的有效性；（4）从空气透平-发电机-负载电路的基本运动方程出发，建立了空气透平-发电机-负载电路耦合运动模型，并编制了相应的求解程序；利用耦合运动模型的求解程序，分析了空气透平机组和负载电路各个参数对后弯管装置发电性能的影响,并通过实验测试了相关参数对发电性能的影响。.后弯管的实验结果表明，本项目的振荡水柱装置和空气透平设计的匹配设计方法既能保证振荡水柱装置的俘获宽度比，又能保证空气透平的转换效率。后弯管最高总体发电效率能够达到49%左右。实验结果表明，通过优化负载电路的结构及参数，可以改善输出电功率的波动性，并轻微提高装置的总体转换效率。本项目的研究成果可以为振荡水柱装置空气透平的设计提供科学依据和实验基础。