Перспективный генератор электрической энергии для автономных морских станций

Д. Г. Грязин1, 2, ✉, К. А. Глеб3

1 АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург, Россия

2 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО», Санкт-Петербург, Россия

3 ПАО «Газпром», Санкт-Петербург, Россия

✉ e-mail: volnagdg@yandex.ru

Аннотация

Цель. Обоснована конструкция плавучих морских станции с волновым генератором энергии, обладающая большей эффективностью по сравнению с известными конструкциями за счет использования бортовой качки и резонансного режима работы.

Методы и результаты. Изложен резонансный метод преобразования энергии волн в электрическую и описана конструкция автономной станции на основе резонансного преобразования бортовой качки корпуса станции в электрическую энергию. Метод предполагает подстройку частоты собственных угловых колебаний корпуса плавучей станции к преобладающей частоте набегающих волн. В статье теоретически доказано, что преобразование энергии бортовой качки эффективнее, чем преобразование энергии вертикальных колебаний. Это связано с тем, что величина демпфирования при вертикальных колебаниях тела судовой или цилиндрической формы в воде больше величины демпфирования при угловых колебаниях такого тела. Кроме того, показано, что метод преобразования эффективен для применения при разработке измерительных систем и накопительных устройств. Для реализации резонансного метода преобразования энергии волн предложена конструкция плавучей станции. Показано, что подстройка частоты собственных бортовых колебаний корпуса станции к преобладающей частоте набегающих волн может производиться с помощью дополнительных наполняемых цистерн. Описан алгоритм настройки бортовых колебаний корпуса в резонанс с преобладающей частотой волн. Предложена кинематическая схема механического преобразователя энергии качки в электрическую энергию.

Выводы. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальным исследованием модели устройства в волновом опытовом бассейне, которое показало, что гидродинамическая эффективность предложенного волнового преобразователя возрастает при уменьшении высот волн.

Ключевые слова

энергия, волны, преобразование, механическая, электрическая энергия, плавучие станции, бортовая качка

Благодарности

Авторы выражают благодарность сотруднику ФГУП «Крыловский государственный научный центр» к. т. н. С. Г. Живице за оказанную помощь при выполнении исследований и формировании материалов статьи.

Для цитирования

Грязин Д. Г., Глеб К. А. Перспективный генератор электрической энергии для автономных морских станций // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 4. С. 588–610. EDN QKYNRW.

Gryazin, D.G. and Gleb, K.A., 2024. An Advanced Electric Power Generator for Offshore Autonomous Stations. Physical Oceanography, 31(4), pp. 539-561.

Список литературы

  1. Applied Soft Computing and Embedded System Applications in Solar Energy / R. K. Pachauri [et al.]. Boca Raton, USA : CRC Press, 2021. 254 р.
  2. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для гидрографических исследований в Охотском море / Д. Н. Михайлов [и др.] // Подводные исследования и робототехника. 2017. № 2. С. 4–13. EDN YLFSVL.
  3. Modelling dynamic photovoltaic arrays for marine applications / J. Storey [et al.] // 2016 IEEE 17th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL). Trondheim, Norway, 2016. P. 1–8. https://doi.org/10.1109/COMPEL.2016.7556720
  4. Design methodology for a SEAREV wave energy converter / M. Ruellan [et al.] // IEEE Transactions on Energy Conversion. Vol. 25, iss. 3, P. 760–767. http://doi.org/10.1109/TEC.2010.2046808
  5. Scaled development of a novel Wave Energy Converter through wave tank to utility-scale laboratory testing / K. Rhinefrank [et al.] // 2015 IEEE Power & Energy Society General Meeting. Denver, CO, USA, 2015. P. 1–5. http://doi.org/10.1109/PESGM.2015.7286008
  6. Wave tank testing of a pendulum wave energy converter 1:12 scale model / N. Pozzi [et al.] // International Journal of Applied Mechanics. 2017. Vol. 9, no. 2. 1750024. http://doi.org/10.1142/S1758825117500247
  7. Clément A. H., Babarit A. Discrete control of resonant wave energy devices // Philosophical transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences. 2012. Vol. 370, iss. 1959. P. 288–314. http://doi.org/10.1098/rsta.2011.0132
  8. Application of a simulation model for a heave type wave energy converter / S. Saeidtehrani [et al.] // Proceedings of the 12th European Wave and Tidal Energy Conference, 27th Aug –1st Sept 2017, Cork, Ireland. Cork (Ireland), 2017. 948. P. 1–8.
  9. Линейные электрические машины возвратно-поступательного действия – типы и конструкции электрических машин / В. Б. Баль [и др.] // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2015. Т. 148, № 5. С. 3–13.
  10. Salter S. Wave energy: Nostalgic ramblings, future hopes and heretical suggestions // Journal of Ocean Engineering and Marine Energy. 2016. Vol. 2, iss. 4. P. 399–428. https://doi.org/10.1007/s40722-016-0057-3
  11. Pastor J., Dou Y.-Q., Liu Y. Wave energy resource analysis for use in wave energy conversion // Proceedings of the 36th Industrial Energy Technology Conference (IETC 2014). New Orleans, USA, 2014.

Скачать статью в PDF-формате