[论文解读] Study Pelamis system to capture energy of ocean wave

Ricardo Gobato, Alekssander Gobato+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2015

Energy Harvesting in Wireless Networks参考文献 3被引用 8

一句话总结

本文分析了Pelamis波浪能转换器，这是一种通过浮子铰接段之间的相对运动驱动液压功率输出系统的衰减器型装置，用于捕获海洋波浪能。尽管早期面临技术和财务挑战，研究结论认为，由于其可再生特性以及在理想波浪区域具有高能量密度，Pelamis系统在长期具有显著的可扩展清洁发电潜力。

ABSTRACT

Over the years, energy has become vital for humans, enabling us to comfort, leisure, mobility and other factors. The quest for cheap energy sources, renewable and clean has grown in recent years, mainly for the reduction of effects that comes degrading nature, allowing scientists and engineers to search for new technologies. Many energy sources have been researched for proper funding where some stand out for their ease of obtaining, by other low cost and others by being renewable. The main objective of this work is to study one of these energy sources - wave energy, whose capture is still in development. This energy comes from the waves of the sea and is 100% renewable and with minimal environmental impact when compared to hydro, nuclear, coal, thermal, etc. The system studied here is the Pelamis system.

研究动机与目标

• 评估Pelamis波浪能转换器作为捕获海洋波浪能技术的可行性。
• 评估Pelamis P1和P2原型机在真实海上环境下的技术性能与效率。
• 比较Pelamis系统与其它可再生能源的效益成本比和环境影响。
• 探讨基于Pelamis设计的波浪能转换技术的可扩展性与长期可行性。
• 识别发展中国家和沿海国家推进波浪能技术面临的挑战与机遇。

提出的方法

• 本研究将Pelamis系统分析为一种由多个铰接的圆柱形浮体段组成的衰减器型波浪能转换器，浮体段水平漂浮于海面。
• 研究分析了液压功率输出机制，即波浪引起的浮体段间运动驱动连接至发电机的液压泵。
• 论文回顾了Pelamis P1（长120米，直径3.5米，额定功率750千瓦）和升级版P2型（长180米，宽4米，重1350吨，含五个浮筒）的设计与运行数据。
• 研究利用Wave Watch III模型的波浪能通量数据，重点分析南北半球30°–60°纬度区域的能量分布。
• 分析包括使用波浪功率通量测量值（单位为kW/m），以评估葡萄牙Peniche沿海等区域的能量潜力。
• 研究引用了葡萄牙Aguçadoura波浪农场（全球首个商业化波浪能农场）的实地数据，以评估实际部署结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实海上条件下，Pelamis系统将海洋波浪运动转化为可用电能的效率如何？
• RQ2 限制Pelamis型波浪能转换器广泛部署的关键技术和经济挑战是什么？
• RQ3 与点吸收式或振荡水柱式等其他波浪能转换器相比，Pelamis系统的能量输出与效率如何？
• RQ4 全球波浪能潜力的分布如何？哪些区域最适合部署Pelamis技术？
• RQ5 未来哪些因素可改善Pelamis系统的效益成本比与可扩展性？

主要发现

• Pelamis P1原型机在葡萄牙Peniche沿海成功向电网输电超过一年，验证了海上波浪能转换的可行性。
• Pelamis P2设计采用五个浮筒段，总重达1350吨，相较于P1型号在尺寸与效率方面实现了显著升级。
• 在理想区域（30°–60°纬度），波浪能通量通常超过每米波峰长度40–50 kW，表明具有极高的能量潜力。
• 尽管遭遇技术和财务挫折，包括原始开发商破产，Pelamis系统仍是衰减器型波浪能转换器中的领先候选者。
• 研究证实，波浪能与潮汐能和海流能不同，其依赖风力驱动的表面波，对环境影响极小。
• Pelamis系统的容量系数在0.25至0.4之间，表明在真实波浪条件下具有中等但可行的能量输出。