一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法制造方法及图纸

本申请公开了一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，属于海洋能利用领域。针对“传统的波浪能装置评价标准无法兼顾普适性需求，并且不能统一评价不同种类装置的获能特性”的问题，本申请造波并测量水面上波浪能装置安装点的入射波面ξ1(t)；再次造相同波浪，并测量波浪能装置输出功率P(t)；计算波浪能装置在步骤2)的波浪波动作用下的做功W

【技术实现步骤摘要】
一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法


[0001]本专利技术涉及一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，属于海洋能利用领域。

技术介绍

[0002]波浪能是海洋能的一种具体形态，也是海洋能中最主要的能源之一，它的开发和利用对缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。目前，波浪能作为一种绿色可再生能源日益受到世界各国关注，开发利用前景广阔。然而，海浪运动是不规律的且不稳定的，如何充分利用波浪能，日益受到科研工作者的广泛关注。
[0003]波浪能装置俘获收集波浪能并转化为电能，实现波浪发电。然而，不同结构参数的波浪能装置在随机海浪条件下的工作表现存在差异，如何寻找到具体海域条件下最适宜的波浪能装置或装置参数配置，即随机海浪下的获能性能评价指标，成为波浪能发电研究的关键技术。
[0004]当前波浪能捕获的机理研究与装置研发大多集中于确定性力学关系及规则波入射条件，用于计算功率摄取PTO(Power Take
‑
Off)及捕获宽度比CWR(Capture Width Ratio)的方法大多源于势流理论，虽然已拓展至非线性领域，但基于随机海浪的研究较少，导致对于PTO的估计偏于乐观，装置设计偏向保守可靠度难以考量。显然波浪能装置投放于实海况后的的运行表现取决于输入的随机性，而装置的设计亦应与投放海域的波浪构成特征相匹配。若仅简单地以类似“设计波高”和“设计周期”等统计参数对装置的捕获能力进行设计，则部分波浪能量将由于装置在该频段的弱响应而被错失，导致CWR与规则波下理论值相差悬殊。
[0005]波浪环境的复杂性导致单一装置无法吸收所有频段的能量，故不同频响范围装置的配合是当前对阵列研究的目标。传统意义的阵列是将相对成熟的同类装置在空间上进行排列，研究其遮敝效应，以单机装置获能之和作为整体获能。上述技术观点未考虑波浪场本身的能量分布，阵列的真正内涵应以波浪场为本，以阵列获能谱与海浪频谱的匹配作为目标，是解决问题的新思路。
[0006]将不同频响范围装置放到同一阵列中进行布置，必须考虑如何统一评价不同种类装置的获能特性，该评价标准不仅应准确反应该种装置对于波浪场不同频段波浪资源的吸收能力，同时还应具有普适性，可将各种装置放在同一标准下进行讨论。然而传统的波浪能装置评价标准无法兼顾以上两种需求，因此应转换思路，将装置获能本质与波浪场波况条件相结合，体现装置获能随频率变化特点，提出全新的统一获能评价，完善不同响应特性捕能装置联合阵列布置的理论体系。

技术实现思路

[0007]本申请提出一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，可针对目标海域波浪条件作为评价指标对任意波浪能装置进行优化或进行波浪能装置阵列构建。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是，一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，包括以下步骤：
[0009]1)造波并测量水面上波浪能装置安装点的入射波面ξ1(t)；
[0010]2)在波浪能装置安装点安装波浪能装置，再次造与步骤1)相同波浪，并测量波浪能装置输出功率P(t)；
[0011]3)计算波浪能装置在步骤2)的波浪波动作用下的做功W
1,i
；
[0012]4)获取等效获能时程信号ξ
′
(t)；
[0013]5)通过数值方法计算ξ
′
(t)的自相关函数R
xx
(τ)，并计算S
′
(ω)；
[0014]6)计算波浪能装置的获能谱S
A
(ω)。
[0015]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，在步骤1)中，按照目标海况造随机波，测量水面上波浪能装置安装点的入射波面ξ1(t)；
[0016]在步骤2)中，待步骤1)造波结束水面平静后，在该波浪能装置安装点安装波浪能装置，安装完成且水面平静后，再次造与步骤1)相同波浪，并测量波浪装置输出功率P(t)。。
[0017]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，在步骤3)中，将波面时程曲线ξ1(t)按照跨零法划分为若干个独立波动，其中第i个波的时间起点和终点分别为Ts
i
、Te
i
；
[0018]波浪能装置在该波动作用下做功W
1,i
表示为，
[0019]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，在步骤4)中，按照步骤3)中独立波动的数量，构建相同数量正弦波动，并按照i的编号将其首尾相连，其中第i个正弦波动的周期和振幅分别为：
[0020][0021]生成与波面时程曲线ξ1(t)时长相同的平滑波动ξ
′
(t)，并将平滑波动ξ
′
(t)作为等效获能时程信号。
[0022]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，与波面时程曲线ξ1(t)时长相同的平滑波动ξ
′
(t)的能量F
1,i
正比于原入射波作用下装置捕获的能量，则具有
[0023]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，步骤5)中，参考随机海浪模型，以多数随机正弦波叠加来描述固定点波面，可将等效获能时程信号ξ
′
(t)表达为，表达为，
[0024]能量F
1，i
正比于原入射波作用下装置捕获的能量，对于每个频率下的波动能量F
2，n
亦正比于该频率下装置一周期内的做功W
2,n
，即由此可得可得
[0025][0026]即
[0027]其中W
2,n
代表在频率为ω
n
的入射波作用下，装置在一个周期内的获能。
[0028]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，在步骤6)中，
[0029]通过数值方法计算ξ
′
(t)的自相关函数R
xx
(τ)，对R
xx
(τ)进行傅里叶变换，可得S
′
(ω)，其中
[0030]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，在步骤6)中，已知规则波单宽波能表达为虚拟的获能波面η
a
(t)单个频率下的吸收波能E
n
表达为，其中，L
n
为波长，d为装置宽度；由E
n
等于波浪能装置在该频率下单周期的做功W
2,n
，得到
[0031]由得到将波浪能装置获能谱为将波浪能装置获能谱为
[0032]优化的，上述波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，将ω至ω+δω频率间隔内组成波被装置捕获的能量表示为，
[0033][0034]其中，S
A
(ω)正比于入射波在ω至ω+δω被捕获的能量，正确反映本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，其特征在于：包括以下步骤：定义获能谱S
A
(ω)为种波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标，并测算获能谱S
A
(ω)；测算获能谱S
A
(ω)包括以下步骤：1)造波并测量水面上波浪能装置安装点的入射波面ξ1(t)；2)在波浪能装置安装点安装波浪能装置，再次造与步骤1)相同波浪，并测量波浪能装置输出功率P(t)；3)计算波浪能装置在步骤2)的波浪波动作用下的做功W
1,i
；4)获取等效获能时程信号ξ
′
(t)；5)通过数值方法计算ξ
′
(t)的自相关函数R
xx
(τ)，并计算S
′
(ω)；6)计算波浪能装置的获能谱S
A
(ω)。2.根据权利要求1所述的波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，其特征在于：在步骤1)中，按照目标海况造随机波，测量水面上波浪能装置安装点的入射波面ξ1(t)；在步骤2)中，待步骤1)造波结束水面平静后，在该波浪能装置安装点安装波浪能装置，安装完成且水面平静后，再次造与步骤1)相同波浪，并测量波浪装置输出功率P(t)。。3.根据权利要求1所述的波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，其特征在于：在步骤3)中，将波面时程曲线ξ1(t)按照跨零法划分为若干个独立波动，其中第i个波的时间起点和终点分别为Ts
i
、Te
i
；波浪能装置在该波动作用下做功W
1,i
表示为，4.根据权利要求1所述的波浪能装置随机海浪下的获能性能评价指标测算方法，其特征在于：在步骤4)中，按照步骤3)中独立波动的数量，构建相同数量正弦波动，并按照i的编号将其首尾相连，其中第i个正弦波动的周期和振幅分别为：生成与波面时程曲线ξ1(t)时长相同的平滑波动ξ
′
(t)，并将平滑波动ξ
′
(t)作为等效获能时程信号。5.根据权利要求4所述的波浪能装置随机海浪...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩治，史宏达，曹飞飞，陶霁，魏志文，龚昊翔，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：