四季,三淹没海岸的浮标花园岛在澳大利亚利用波浪能发电和淡水该国最大的海军基地。14000小时的累积操作登录项目建立了一个世界纪录短波能系统和证明的可行性和可靠性CETO 5波能源技术。
去年,卡内基清洁能源成功完成的目标CETO 5部署,我们正在研发新一代技术。CETO 6有潜力产生四倍多的电力CETO 5 /浮标同时降低维护成本,使波农场位于离海岸更远。
CETO 6我们的设计是基于全面wave-to-wire模型我们正在建设的整个多畴的系统仿真软件金宝app®和Simscape™。我们稳步增加了trl CETO 6通过使用仿真软件模拟快速尝试新的想法和迭代改进设计。金宝app我们使用仿真软金宝app件模型和模拟发电链中的每一个步骤,包括所涉及的力学当波作用于浮标,机械能转化为液压能,液压能转化为电能。
教训CETO 5
CETO技术使用浮标利用波的运动能量,产生电能。CETO 5浮标直径是11米,低于海平面的大约两米深的水下。每一个浮标是通过绳索与液压缸连接安装在海底。浮标的垂直运动推动活塞气缸,造成压力,迫使水通过水下管道与岸上发电设施(图1),高压水是用于驱动水力涡轮机发电和生产通过反渗透脱盐水。
图1所示。部署CETO 5系统的示意图。
长达一年的CETO 5项目不仅证明了该技术的可行性,同时也为我们提供了丰富的信息,我们正在申请CETO 6。CETO 300配备了传感器,监测压力,流,在液压元件和温度;电压和电流频率电器元件;和负载、位移和加速度的机械部件。我们分析和可视化tb的MATLAB的传感器收集的数据®,使用结果通知我们设计决策和验证仿真软件模型(图2)。金宝app
图2。测量功率输出的情节CETO 5 # 2单元作为一个控制变量的函数。
我们的经验与CETO 5突出改善CETO 6的结构设计的机会。我们有浮标从11米的直径增加到近20米,和设计CETO 6生成电力在浮标而不是在岸上(图3)。
图3。CETO 6图系统。
代替波之间的高压管道安装和维护公里农场和岸边,我们现在可以使用一个电子脐把生成的土地,降低系统的成本,使我们能够部署海上浮标多远,波条件更有利于发电。在CETO 6中,液压泵是安装在浮筒,而不是海底。这种变化使得它更容易进行维修和执行维护整个系统因为我们可以拖回岸边,而不是在水下工作。
建模和优化动力输出
的心CETO 6系统是动力输出,子系统,将水力泵的能量转换成电能。我们的设计目标取力器是提取最大的可用功率波能量。从理论研究,我们知道多少力量完美高效的系统可以提取。金宝app仿真软件模型使我们配置和大小取力器子系统,尽可能接近这个理想水平的效率。
对系泊缆索建模后,联系,与Simscape多体™和其他机械部件,我们专注于液压子系统。我们创建了一个完整的模型,这个子系统仿真软件和Simscape液体™(图4)。该模型包括多个液压蓄能器金宝app、管道、压力释放阀、液压马达,液压压力和流量转换成用于驱动发电机的转矩。
图4。金宝app仿真软件模型显示CETO 6液压元件。
我们跑了数以万计的模拟仿真软件优化设计。金宝app我们跑清洁工找到最优配置和参数值,同时运行在多核处理器上使用并行计算工具箱™。模拟产生了一些意想不到的见解。例如,他们发现一个特定的控制参数,我们认为需要根据海况变化显著,实际上对性能影响很小,无论海状态。这一观点使我们简化我们的设计,降低系统的整体成本。
验证仿真结果和组装Wave-to-Wire模型
测试我们早期的设计,我们构建了一个1:20版本的CETO 6系统规模和放置在一个波箱,我们接触它仔细控制波条件(图5)。在测试我们聚集来自传感器的数据,我们已经完成了实际CETO 5部署,并在MATLAB分析了传感器数据。
图5。规模的原型波箱。
在准备开发一个完整的wave-to-wire模型中,我们使用Simscape电™模型系统的电子元件,包括发电机和电容器,它将用于功率平滑。在系统的另一端,我们已经创建了一个自定义模型水动力模型模拟浮标与海浪之间的交互。金宝app我们现在有机会从这个自定义模型过渡到WEC-SIM,开源波浪能量转换器模拟工具,越来越广泛地应用在我们的行业。WEC-SIM发达的国家可再生能源实验室(NREL)和桑迪亚国家实验室使用MATLAB仿真软件,和Simscape多体,这将使它容易融入我们的工作流程。金宝app
完整的wave-to-wire模型将使我们能够计算特定波剖面浮标的位移,压力的液压缸位移,应用于发电机轴的力矩由液压马达根据压力,和产生的电力发电机的转矩。
CETO 6部署和超越
卡内基清洁能源计划部署短CETO 6系统波中心海洋能源开发和测试设施位于康沃尔海岸16公里,在英国(图6)。
图6。英国康沃尔郡波中心海洋能源测试设施。
我们也收到了来自我们当地政府承诺资金来部署一个波浪能源农场奥尔巴尼在西澳大利亚海岸。
作为我们努力这些部署,我们继续探索改善CETO 6技术。我们目前正在评估的一个改进是相关的优化把浮标系泊配置。当前CETO 6垂直锚绳主要从浮标的升沉运动捕获能量(图7)。
图7。引渡CETO 6浮标系泊缆绳。
这个新配置捕获音高和运动,也可能提高输出功率。最后,我们向微型电网公司最近的扩张,我们正在整合CETO 6波能源技术与太阳能和能源存储系统发展的目标和运营世界上第一个wave-solar-battery微型智能电网"。
