海浪發(fā)電實驗裝置設(shè)計與研究.pdf

1、海洋能具有儲量巨大、清潔無污染，可再生等突出優(yōu)點，海浪發(fā)電研究具有廣闊的發(fā)展空間。課題依托國家海洋局可再生能源專項資金項目“120kW漂浮式液壓海浪發(fā)電站中試”（項目編號GHME2010ZC01）。因該漂浮式液壓海浪發(fā)電站的設(shè)計缺乏足夠的技術(shù)參考資料。故應(yīng)實際工程樣機(jī)的設(shè)計所需，進(jìn)行了本課題的研究工作。
　　 文中綜述了海浪發(fā)電的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹了國內(nèi)外現(xiàn)有的海浪發(fā)電裝置的工作原理及特性，并對國內(nèi)海浪實驗裝置的研究

2、情況進(jìn)行了闡述，提出了本課題的研究內(nèi)容。
　　 依據(jù)實際工程樣機(jī)的實驗要求設(shè)計了液壓海浪發(fā)電實驗裝置機(jī)體結(jié)構(gòu);遵循工程樣機(jī)的浮體運動規(guī)律設(shè)計了海浪模擬液壓系統(tǒng);為達(dá)到精確模擬的目的，采用與工程樣機(jī)的發(fā)電液壓系統(tǒng)完全相同的原理設(shè)計了實驗裝置的發(fā)電液壓系統(tǒng);根據(jù)工程樣機(jī)浮體所受浮力大小、浮體運動速度等參數(shù)計算得出了海浪模擬液壓系統(tǒng)和發(fā)電液壓系統(tǒng)的工作壓力、流量，在此基礎(chǔ)上對海浪模擬油缸、發(fā)電油缸的活塞直徑、行程等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計計算并

3、對強(qiáng)度、穩(wěn)定性等進(jìn)行了校核計算;選擇了電動機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)等主要工作元件。
　　 依照海浪模擬液壓系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計了電氣系統(tǒng)。根據(jù)樣機(jī)浮體的動作特點和實驗數(shù)據(jù)采集要求編寫了PLC程序;為采集裝置的發(fā)電參數(shù)、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩以及發(fā)電液壓系統(tǒng)工作時的內(nèi)部壓力數(shù)據(jù)，設(shè)計了電量顯示柜、耗電箱;配置了轉(zhuǎn)速、扭矩和功率采集軟件;利用組態(tài)軟件EB8000的在線模擬和曲線繪制功能并配合PLC程序設(shè)計了發(fā)電液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力采集軟

4、件。
　　 推導(dǎo)出了閥控液壓缸的數(shù)學(xué)模型;建立了伺服閥、位移傳感器、伺服放大器的數(shù)學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上得出了海浪模擬液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;將表達(dá)式輸入MATLAB軟件，得出了系統(tǒng)的伯德圖，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，系統(tǒng)滿足奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，具有足夠的穩(wěn)定裕量。
　　 在以上工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了海浪發(fā)電的實驗研究。實驗揭示了工程樣機(jī)的發(fā)電量和負(fù)載之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)通過合理配置工程樣機(jī)的負(fù)載能夠增大發(fā)電功率。實驗利用蓄能器

5、改善了發(fā)電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和發(fā)電功率輸出性能，并發(fā)現(xiàn)通過降低蓄能器的調(diào)定壓力、增大蓄能器的容量可以提高發(fā)電效率。得出了不同負(fù)載、不同海浪力作用下發(fā)電液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力的特性曲線。通過加大蓄能器容量，改善了發(fā)電液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力性能。
　　 根據(jù)工程樣機(jī)的設(shè)計要求，得出了五組浮體浮力作用下發(fā)電功率和發(fā)電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速特性曲線，測定了各個浮力作用下發(fā)電功率、發(fā)電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的平均值，并對這五組數(shù)值進(jìn)行了擬合，得出了浮力-發(fā)電功率擬合方程、浮

6、力-發(fā)電機(jī)扭矩擬合方程和浮力-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速擬合方程，對工程樣機(jī)浮體的設(shè)計和發(fā)電機(jī)的選擇提供了有價值的參考數(shù)據(jù)。
　　 發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的前提是必須要連接有電能消耗裝置，而工程樣機(jī)暫未實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，故需要自身耗掉電能，考慮到實際海況下電阻耗電的缺點，提出了采用一套液壓系統(tǒng)耗電的新方案并進(jìn)行了實驗研究，實驗結(jié)果表明，可以采用這種方案進(jìn)行耗電。
　　 在實驗的基礎(chǔ)上對影響發(fā)電量的因素進(jìn)行了理論分析。
　　 最后，對原發(fā)電液