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潮流能发电装置功率特性测试分析方法研究

夏海南  
【摘要】:近年来,随着能源消耗量的增大、石油煤炭等化石能源价格的上涨、空气污染的加剧,世界各国越来越重视海洋能源的开发与利用。我国从2010年以来,国家海洋局联合财政部每年安排2亿元专项资金,支持海洋可再生能源的开发与利用。在国家的大力支持下,潮流能发电装置的研发取得了很多研究成果,但是还存在转换效率不高、发电成本居高不下等问题。潮流能发电装置功率特性测试分析方法的研究,对于潮流能发电装置转换效率的提高和发电成本的降低具有积极的促进作用。在研究国内外潮流能发电装置研发现状的基础上,分析了我国潮流能发电装置功率特性的测试需求,介绍了国内外潮流能发电装置功率特性测试方法的研究进展。最终,立足于我国潮流能发电装置的测试需求,提出了潮流能发电装置功率特性的测试方法。该测试方法主要分析了潮流能发电装置功率特性指标的测量要素、确定了测量仪器的布放位置和数据采集的方法、研究了测试数据的处理方法和功率特性指标的计算方法。在此基础上,将“海能III”潮流能发电装置确定为被测试的对象。并于2014年8月将电力测试系统和海洋环境监测系统布放到测试海域,开展了测试系统与测试对象之间的联调,验证了测量仪器布放位置的合理性与数据采集方法的可行性。应用“基于潮流能利用的变几何水轮机发电装置研制”项目的实海况测试数据,采用比恩法对测试数据进行处理,然后对功率特性指标进行计算与分析,得到了潮流能发电装置功率特性。结果表明:(1)垂直轴潮流能发电装置的涨潮和退潮功率曲线具有相似性;(2)在流速达到潮流能发电装置的切入流速时,潮流能发电装置的转换效率波动较大,转换效率在1m/s附近时得到了大幅提升,并且在流速为2.5m/s时,该发电装置的转换效率达到最大值;(3)本次测试的潮流流速没有达到潮流能发电装置最大输出功率时的流速值,潮流能发电装置的输出功率随着流速的增大而一直增加。本文的创新点是应用海洋可再生能源专项资金支持下研发的测试系统,开展了潮流能发电装置功率特性的现场测试工作,在国内首次应用比恩法对现场测试数据进行处理与分析,并且得到了潮流能发电装置的功率特性。本文提出的潮流能发电装置功率特性测试方法能够满足潮流能发电装置功率特性的测试需求,同时在专项资金的支持下将会有大批的潮流能发电装置进入实海况试验示范阶段。因此,对潮流能发电装置功率特性测试分析方法的研究具有广阔的应用前景。


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