碟形越浪式波能发电装置锚固系统设计研究

论文摘要

海洋波浪能是一种清洁的可再生能源。利用波浪能发电既不占用土地,不受气候影响,也不污染环境,是开发前景广阔、潜力巨大的新能源。我国波浪能储量丰富,深入研究波能转换装置,对解决我国日益严峻的能源和环境问题具有重要意义。碟形越浪式波能发电装置是一种新型的波能发电装置,它采用了漂浮结构形式,上部漂浮结构为水轮机和发电机组提供工作平台。本文以碟形越浪式波能装置的实用化为背景,对发电装置的锚固系统进行系统设计。为保证发电装置在风、海浪、海流工作海况下的正常发电和恶劣海况下的安全生存,合理设计其锚固系统至关重要。本文应用基于三维势流理论原理的AQWA-LINE软件,计算了装置浮体在规则波中水动力特性,根据计算结果和对现有锚固系统形式的分析,提出锚链张力腿这一新的锚固方式,并对锚链几何尺寸和海底锚固基础进行合理设计,最后对装置在规则波和不规则波中的运动性能进行了校核,证明该种锚固系统设计方案适合本装置开发。运用AQWA-NAUT软件对锚固系统设计方案下装置运动响应和锚链张力进行计算,考虑正常工作海况和恶劣海况两种情况。计算结果表明:锚固系统对装置定位效果较好,装置运动响应幅值（尤其是主要影响工作性能的横荡和垂荡）满足装置工作稳定性要求,锚泊力满足装置安全性要求,装置在低水位的工作状态较高水位时不利。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 前言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 能源危机
• 1.1.2 海洋能概述
• 1.1.3 波浪能利用
• 1.1.4 我国波浪能状况
• 1.2 离岸漂浮式波能利用装置技术现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 近海漂浮式海洋结构物锚固系统设计现状
• 1.3.1 垂直导桩锚固形式
• 1.3.2 悬链线锚链锚固形式
• 1.3.3 张力腿锚泊形式
• 1.4 本文研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 本文工作要点
• 2. 浮体运动基本理论
• 2.1 概述
• 2.1.1 装置受力概述
• 2.1.2 装置运动概述
• 2.2 三维势流理论
• 2.2.1 坐标系定义
• 2.2.2 速度势
• 2.3 频域线性运动方程
• 2.3.1 频域运动方程
• 2.3.2 流体作用力求解
• 2.4 二阶作用力
• 2.5 本章小结
• 3. 装置浮体的受力和运动计算
• 3.1 发电装置简介
• 3.1.1 装置介绍
• 3.1.2 前期研究
• 3.2.A QWA 软件应用
• 3.2.1.A QWA 概述
• 3.2.2.A QWA 模块介绍
• 3.2.3.A QWA 计算步骤
• 3.2.4 模型建立
• 3.3 装置浮体受力和运动计算
• 3.3.1 装置工作环境条件
• 3.3.2 风荷载计算
• 3.3.3 海流荷载计算
• 3.3.4 波浪荷载计算
• 3.3.5 装置浮体运动计算
• 3.4 本章小结
• 4. 发电装置锚固系统方案设计
• 4.1 锚固系统形式选取
• 4.1.1 锚固系统选型要求
• 4.1.2 锚固系统选型
• 4.1.3 锚链张力腿锚固系统原理
• 4.2 锚链张力腿锚固系统方案设计
• 4.2.1 工作海况设计环境条件
• 4.2.2 锚链选取和布置
• 4.2.3 装置受力和运动响应计算
• 4.2.4 海底锚固基础
• 4.2.5 设计方案小结
• 4.3 恶劣海况下锚固系统设计方案安全验算
• 4.3.1 恶劣海况设计环境条件
• 4.3.2 装置受力和运动响应计算
• 4.4 本章小结
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文