数学工具测量波浪能设备是否会保持漂浮

海浪代表了丰富的可再生能源。但是,要最好地利用这种自然资源,波能转换器必须能够在不倾覆的情况下物理处理不同强度的海浪。

德州A&M大学的研究人员已经开发了分析工具,可以帮助表征浮动但锚定的波能设备的运动。与昂贵且费时的复杂模拟不同,他们表示,其技术快速但准确,足以估计波浪能设备是否会在不断变化的海洋环境中翻转。

“波能转换器需要利用大波浪运动来发电。但是,当大风暴来临时,您就不希望大浪,大风和当前的运动破坏这些设备。” 海洋工程系。 “我们开发了更加简单的分析工具来判断这些设备在动态海洋环境中的性能,而无需进行大量的模拟或物理模型测试,而这些模拟或物理模型测试需要花费大量时间来运行且成本高昂。”

数学工具在杂志上在线描述 船舶和近海结构 在七月。

波能设备有两种模式。在“正常”模式下,它们将潮汐的能量转换为电能。该模式在很大程度上决定了波能设备的设计是否经济有效。但是,在“生存”模式下,或者当入射波在波能设备中引起较大运动时,波能设备的性能在很大程度上取决于将设备锚定在设备底部的系泊系统。水体。

系泊设备有多种类型,包括码头和锚浮标,并且可以以不同的配置进行布置。另外,波能设备的形状也有相当大的变化,从而可以预测设备是否会倾覆。

“船有各种形状和大小;例如,油轮与渔船或其他军舰有很大不同。这些不同的几何形状会影响船在水中的运动。” Falzarano说。 “类似地,波能设备的形状可能会非常不同。”

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为了进行分析,法萨拉诺(Falzarano)的研究生王浩(Hao Wang)使用了圆柱形波能设备。这种通用形状使研究人员可以简化预测问题,并将分析扩展到其他类似形状的波能转换器。他还考虑了三种系泊配置。

郝使用两种分析方法(马尔可夫和梅尔尼科夫方法)来预测在随机激励下翻身的风险。更具体地说,利用来自波能设备的几何形状,系泊系统的配置和潮汐特性的信息,这些方法可以得出包含包络状区域的图形。直观地讲,如果波浪很大(例如在暴风雨期间),并且浮动船逃脱了这个包络线,则很可能会翻转。

研究人员指出,尽管分析模型完全不同,但它们产生的结果几乎相同,从而证明了它们的优点和准确性。他们还表示,他们的数学方法可用于评估其他浮动设备(例如浮动风力涡轮机)的性能。

Falzarano说:“用于漂浮式风力涡轮机的平台与用于波浪能装置的平台相同,因此,如果波浪很高,则漂浮式涡轮机也可以变桨距或翻转。” “我的团队一直是开发预测船舶稳定性的方法的领导者。我们现在正在考虑将这些方法应用于可再生的浮动能源设备。”



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