波浪能量采集器的收集性能研究(附件)【字数：14605】
摘 要摘 要能源收集已经成为一个越来越大的研究兴趣，并且研究报告的数量在过去十年里一直在增加。能源促进了经济增长，经济的发展也必须以能源的可靠供给为保障。在化石能源日益减少的今天，新能源的开发利用尤为重要。海洋波浪能具有能量密度高，分布面广等优点。它是一种最易于直接利用、取之不竭的可再生清洁能源。中国有广阔的海洋资源，波浪能的理论存储量为7000万千瓦左右，沿海波浪能能流密度大约为每米2千瓦~7千瓦，波浪能的开发前景广阔。本文首先介绍了海浪的特征及其能量收集的重要性，然后介绍了几种典型的海洋能量收集装置。之后对波浪能量收集装置的相关原理理论进行了回顾，并且提出了一种波浪能收集模型，建立其控制方程，用Matlab软件对其进行非线性分析，绘制相应的图像。最后根据目前的研究和应用问题，提出波浪能利用的发展前景。关键字波浪能；能量回收；Matlab；能量发电
目 录
第一章 绪论 5
1.1 课题背景及研究意义 5
1.2 海洋能利用情况 5
1.2.1 潮汐能 5
1.2.2 潮流能 6
1.2.3 温差能 7
1.2.4 波浪能 7
1.3 海洋波浪能量采集技术的国内外研究现状 8
1.4 本文的主要研究内容 13
第二章 波浪能量采集系统的原理与设计 14
2.1 电磁感应 14
2.2 磁学基础 14
2.2.1 磁场强度和磁感应强度 14
2.2.2 永磁材料 14
2.3 非线性系统的受迫振动 15
2.3.1 达芬系统的受迫振动 15
2.3.2 单自由度非线性系统的受迫振动 16
2.3.3 庞加莱映射 17
2.3.4 混沌与分叉 17
2.4 非线性动力学的发展史 18
第三章 模型建立与Matlab分析 20
3.1 系统模型 20
3.2 系统的幅频响应分析 21
3.3 系统的分叉混沌图 24
3.4 本章小结 26
第四章 时间历程图 27
4.1 位移时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
间历程图 27
4.2 速度时间历程图 31
4.3 电压时间历程图 35
4.4 本章小结 40
第五章 相轨迹图 41
5.1 不同的外激励力 41
5.2 不同的非线性参数 44
5.3 本章小结 45
第六章 庞加莱映射 46
6.1 不同的激励力 46
6.2 不同的非线性参数 48
6.3 本章小结 49
结论 50
致谢 51
参考文献 52
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等化石能源和水能、风能、太阳能、海洋能等清洁能源[1]。世界上的化石能储量丰富，但工业革命之后人类进行大量的开采，出现了资源枯竭、环境污染等现实问题。清洁能源不但取之不尽、用之不竭，而且绿色环保无污染，未来开发潜力巨大。海洋可再生能源无污染、储量丰富和可循环利用[2]。其中波浪能能量密度高、分布面广，具有高利用率的特点。即便在冬天人们对能源需求剧增，波浪能能量的储备也是充足的。同时，波浪能还具有价格低廉，对生态环境影响小，可通过小型装置利用等优势。波浪能的采集，在电力市场上具有广阔的发展空间[3]。
中国人口数字巨大，能源产量大但也消费多。中国的能源消费长期以来都以煤炭为主，而燃烧煤炭会产生大量污染。因此，发展的同时，对环境污染的治理已迫在眉睫[4]。当今中国发展迅速，对能源的需求也剧烈上升，传统能源消耗尤为巨大。特别是石油资源，严重依赖国外。我国有广阔的海洋资源，波浪能的理论存储量为7000万千瓦左右，沿海波浪能能流密度大约为每米2千瓦~7千瓦[5]。沿岸波浪能理论平均功率为1285万千瓦，在波浪能海流密集的地方，每1米海岸线外波浪的能流就足以为几十个家庭提供照明。由于波浪没有规律的几何特性，波浪能在所有再生能源中是最不稳定，其分布的地方波高也不同，因此波浪能难以为我们所用。我国有大小岛屿近7000个，能源的缺乏严重制约了岛屿开发和岛屿驻守力量的建设，人口密集的东部沿海地区在用电高峰时期也多次出现“电荒”[3]。因此，波浪能的开发利用在社会和环境等方面有非凡的意义，对我国的经济发展和国防建设[2]，具有重大的意义。
1.2 海洋能利用情况
1.2.1 潮汐能
潮汐能中蕴藏着巨大的动能。在月球的引力作用下，海水会产生涨落的规律性运动现象，即为“潮汐”。潮汐指海水铅直方向的运动，潮流指海水水平方向的运动[6]。潮汐发电的原理就是利用海水涨潮落潮产生的势能来进行发电的。
潮汐发电的原理：在潮汐发生时落差大的位置建造水坝。潮涨时，海水由大海流向水坝内的水库，带动水轮机旋转从而发电。而当潮落时，海水便会流回大海，又会带动水轮机旋转，进而转换为电能，其原理图如图11所示。目前，潮汐能发电技术已经越来越多的被应用，利用潮汐能发电也会有很好的经济收益。
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图 11 潮汐能发电原理图
1.2.2 潮流能
潮流不同于潮汐，它是指海水沿着既定的线路一直不停地流动，从而形成了“海中之河”。在潮汐涨落的过程中，潮汐会发生具有周期规律的波动，海水水位也会改变，又由于地形的不同，海峡与海岸间的狭窄水道中就会形成潮流。潮流往复运动，周期与潮汐相同。潮流能其实是一种周期性变化的无污染的动能。
潮流发电的原理：潮流能发电装置类似于风力发电装置。其利用海水流动的动能转化为动能来进行发电。图12中的发电装置也被称为“水下风车”。目前，潮流能发电已拥有大规模试验的条件，为以后商业化应用提供了基础。
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图 12 潮流发电原理图
1.2.3 温差能
海洋深层海水低，表层海水温度高，这种由于海水温差而产生的能量称为海水温差能。通常，海洋温差能通过装置转换为机械能，进而转换为电能发电。热能转换为机械能一般采用三种循环系统：开式、闭式以及混合循环系统[7]，如图13所示的海水温差发电原理图。
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图 13 海水温差发电原理图
1.2.4 波浪能
目 录
第一章 绪论 5
1.1 课题背景及研究意义 5
1.2 海洋能利用情况 5
1.2.1 潮汐能 5
1.2.2 潮流能 6
1.2.3 温差能 7
1.2.4 波浪能 7
1.3 海洋波浪能量采集技术的国内外研究现状 8
1.4 本文的主要研究内容 13
第二章 波浪能量采集系统的原理与设计 14
2.1 电磁感应 14
2.2 磁学基础 14
2.2.1 磁场强度和磁感应强度 14
2.2.2 永磁材料 14
2.3 非线性系统的受迫振动 15
2.3.1 达芬系统的受迫振动 15
2.3.2 单自由度非线性系统的受迫振动 16
2.3.3 庞加莱映射 17
2.3.4 混沌与分叉 17
2.4 非线性动力学的发展史 18
第三章 模型建立与Matlab分析 20
3.1 系统模型 20
3.2 系统的幅频响应分析 21
3.3 系统的分叉混沌图 24
3.4 本章小结 26
第四章 时间历程图 27
4.1 位移时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
间历程图 27
4.2 速度时间历程图 31
4.3 电压时间历程图 35
4.4 本章小结 40
第五章 相轨迹图 41
5.1 不同的外激励力 41
5.2 不同的非线性参数 44
5.3 本章小结 45
第六章 庞加莱映射 46
6.1 不同的激励力 46
6.2 不同的非线性参数 48
6.3 本章小结 49
结论 50
致谢 51
参考文献 52
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等化石能源和水能、风能、太阳能、海洋能等清洁能源[1]。世界上的化石能储量丰富，但工业革命之后人类进行大量的开采，出现了资源枯竭、环境污染等现实问题。清洁能源不但取之不尽、用之不竭，而且绿色环保无污染，未来开发潜力巨大。海洋可再生能源无污染、储量丰富和可循环利用[2]。其中波浪能能量密度高、分布面广，具有高利用率的特点。即便在冬天人们对能源需求剧增，波浪能能量的储备也是充足的。同时，波浪能还具有价格低廉，对生态环境影响小，可通过小型装置利用等优势。波浪能的采集，在电力市场上具有广阔的发展空间[3]。
中国人口数字巨大，能源产量大但也消费多。中国的能源消费长期以来都以煤炭为主，而燃烧煤炭会产生大量污染。因此，发展的同时，对环境污染的治理已迫在眉睫[4]。当今中国发展迅速，对能源的需求也剧烈上升，传统能源消耗尤为巨大。特别是石油资源，严重依赖国外。我国有广阔的海洋资源，波浪能的理论存储量为7000万千瓦左右，沿海波浪能能流密度大约为每米2千瓦~7千瓦[5]。沿岸波浪能理论平均功率为1285万千瓦，在波浪能海流密集的地方，每1米海岸线外波浪的能流就足以为几十个家庭提供照明。由于波浪没有规律的几何特性，波浪能在所有再生能源中是最不稳定，其分布的地方波高也不同，因此波浪能难以为我们所用。我国有大小岛屿近7000个，能源的缺乏严重制约了岛屿开发和岛屿驻守力量的建设，人口密集的东部沿海地区在用电高峰时期也多次出现“电荒”[3]。因此，波浪能的开发利用在社会和环境等方面有非凡的意义，对我国的经济发展和国防建设[2]，具有重大的意义。
1.2 海洋能利用情况
1.2.1 潮汐能
潮汐能中蕴藏着巨大的动能。在月球的引力作用下，海水会产生涨落的规律性运动现象，即为“潮汐”。潮汐指海水铅直方向的运动，潮流指海水水平方向的运动[6]。潮汐发电的原理就是利用海水涨潮落潮产生的势能来进行发电的。
潮汐发电的原理：在潮汐发生时落差大的位置建造水坝。潮涨时，海水由大海流向水坝内的水库，带动水轮机旋转从而发电。而当潮落时，海水便会流回大海，又会带动水轮机旋转，进而转换为电能，其原理图如图11所示。目前，潮汐能发电技术已经越来越多的被应用，利用潮汐能发电也会有很好的经济收益。
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图 11 潮汐能发电原理图
1.2.2 潮流能
潮流不同于潮汐，它是指海水沿着既定的线路一直不停地流动，从而形成了“海中之河”。在潮汐涨落的过程中，潮汐会发生具有周期规律的波动，海水水位也会改变，又由于地形的不同，海峡与海岸间的狭窄水道中就会形成潮流。潮流往复运动，周期与潮汐相同。潮流能其实是一种周期性变化的无污染的动能。
潮流发电的原理：潮流能发电装置类似于风力发电装置。其利用海水流动的动能转化为动能来进行发电。图12中的发电装置也被称为“水下风车”。目前，潮流能发电已拥有大规模试验的条件，为以后商业化应用提供了基础。
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图 12 潮流发电原理图
1.2.3 温差能
海洋深层海水低，表层海水温度高，这种由于海水温差而产生的能量称为海水温差能。通常，海洋温差能通过装置转换为机械能，进而转换为电能发电。热能转换为机械能一般采用三种循环系统：开式、闭式以及混合循环系统[7]，如图13所示的海水温差发电原理图。
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图 13 海水温差发电原理图
1.2.4 波浪能
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