上海海洋可再生能源工程技术研究中心

【中心简介】

“上海海洋可再生能源工程技术研究中心”以上海海洋大学海洋工程学科为基础，联合上海亨通海洋装备有限公司共同组建。中心面向国家海洋强国战略重大需求，通过组织和承担海洋可再生能源产业关键与共性技术研发，构建完备的海洋可再生能源科学研究、人才培养、人才集聚和社会服务功能体系，为上海市“五个中心”的建设特别是临港新片区海洋装备和新能源开发等战略性新兴产业提供支撑。

中心通过人才、项目、基地的结合，构建完备的海洋可再生能源科学研究、人才培养、国内重要的国际高端人才集聚和社会服务体系，组织和承担海洋可再生能源产业关键与共性技术研发，为行业提供海洋开再生能源成果工程化试验与验证的环境及相关技术咨询服务。围绕支撑示范工程建设和海洋能发电装置设计定型的总体思路，研究发电装置设计定型方法及检测环境建设，支持波浪能、潮流能和风能电场设计及功率预测工具软件研发，支持海上试验场建设与运行管理配套技术及相关激励政策研究，为加速我国海洋能发展提供技术支撑保障。为了海洋能规模化应用，促进产业化发展的总体目标，项目示范工程建设，注重产学研一体，多方参与，协同发展。贯穿整个项目流程，从工程勘察和工程总体设计；示范泊位配电、变压、变流、电气测试及系统电力传输的设计，海洋工程环境影响评价，建立海洋能工程技术研究中心和示范基地。

【研究方向】

1   海洋能开发利用相关基础理论和关键共性技术研究

1.1海洋波浪能与潮流能综合利用装置研发和基础研究

研究波浪能原理样机和海试工程样机，采取柔性直接驱式浪轮机结构，有效突破传统的经过机械能转换的三级波浪能转换模式，实现波浪能发电设备核心零部件和整机原理、材料及制备技术和工艺的突破。具有较高的科学技术含量、地区特色和推广应用价值。

1.2海上风机结合海洋能发电装置结构的稳定性研究

开展导管架基础风能潮流能集成结构的概念设计，进行导管架基础风能潮流能集成结构载荷分析。水平轴潮流能装置通过四根铰链安装固定在导管架基础的四根支撑管桩上。在海水中，导管架基础风能潮流能集成结构主要受到海流载荷作用，海面以上主要受到风载荷与波浪载荷作用。探究了集成结构受力情况，得到集成结构位移云图及等效应力云图。

1.3水轮机叶片设计流体力学仿真研究

水轮机叶片的基本参数包括叶片的周向诱导角速度(ω)，水轮机的转动角速度(Ω)，叶片的切向位置(r)，叶片数目(B)，水轮机的入流速度(Vo)和叶片的扭角(θ)等需要被提前选定。根据profili软件选择叶片的翼型以及翼型的升力系数(CL)和阻力系数(CD)。计算原始诱导因子和迭代诱导因子之间的误差值。如果误差值小于设定的迭代误差值，则输出入流角和攻角。

1.4海洋波浪能直驱发电技术

基于旋转式垂直轴设计原理，采用径向与切向阵列结合的新型Halbach阵列磁性结构和双永磁混合励磁方法，突破了少槽多极直驱发电技术，并具有较宽的频率适用范围。采取径向与切向阵列结合的新型阵列磁性结构，研发和突破了多功率少槽多极直驱发电技术，并具有较宽的频率适用范围。

1.5波浪能发电装置的数学模型研究

为了实质性地理解和分析波浪能发电装置的性能，须建立其精确的数学模型。工程中心项目组试图绕开波浪能发电装置内部复杂的反应机理，基于收集到的试验数据建立波浪能发电装置的辨识模型。仿真研究表明，所建模型可以精确预测不同波高条件下，波浪能发电装置的输出电压-水位特性。

1.6海洋功能材料腐蚀及生物附着

海洋环境相当复杂，其中还存在种类以及数量众多的微生物，而多种微生物的生长、繁殖、代谢以及分解都会对材料腐蚀产生较大的影响。主要研究厌氧型硫酸还原菌对材料的腐蚀作用机制。研究了喷涂制备与工艺以及涂层的耐腐蚀性能研究。

2   海洋可再生再生能源装备研发设计和测试验证

2.1浪流联合作用下的发电轮机水动力特性测试

结合理论分析及三维模拟仿真分析，将从导流罩、叶轮、整体装置方面进行实验研究，采集相关参数数据，验证海洋发电装置的合理性和稳定性。水槽测试是在动水槽中进行，模拟不同海浪状态下，测试装置的原理及其结构设计的合理性、流体动力性、能量转换率、电能传输性等技术性能；在水槽试验的基础上对上述指标进行修正和优化。

2.2基于自抗扰控制的潮流发电系统最大功率跟踪控制

为使潮流发电系统输出最大功率，以发电机转速对理想转速的快速收敛为目标，采用了经典的磁场导向控制方法。在实际的潮流发电过程中，流速以方波形式突变的情况很少见，多数情况下还是以近似正弦的平缓变化为主。在仿真过程中加入一个正弦波信号来模拟实际中潮流发电的流速波动。电机转速达到目标转速所需时间越来越短，且相对目标转速没有出现任何超调。

3   工程化或中试转化目标

3.1海洋能发电设备工程化装置设计和应用

突破海洋能发电机理和发电设备拓扑结构，形成了基于海上浮式风电的多能集成发电设备拓扑结构设计与优化基础理论，构建了风浪流集成系统的能量获取与转化技术体系，解决了不同海域多能互补能量集成匹配和实验验证关键共性问题，研发出具有我国自主知识产权的模块化柔性直驱漂浮式高效多能互补系列发电设备。主要成果包括形成了基于海上浮式风电的多能集成发电设备拓扑结构设计与优化基础理论，构建了风浪流集成系统的能量获取与转化技术体系。

3.2管网余压发电系统

储水罐的水经管道流入增压泵，然后经过增压泵加压，接着流入驱动泵，通过第一变压器控制驱动泵中水压大小。水流从驱动泵中出来后，经过管道上安装的流量计速器，水流冲击叶轮叶片，进而带动发电机发电，产生的电进行储存并给负载供电。在石油注水余压发电模拟装置控制系统中，利用变频器对电动机进行变频调速是控制系统的技术关键。提出了基于LABVIEW编程的余压发电数据采集系统控制方法的研究。

3.3电能控制系统设计

设计出新型发电装置配套的完整的电能后处理系统，从整流、Boost单元、锂电池、DC/DC单元到逆变单元进行原理研究和设计，软硬件结合，对系统CPU进行编程设计；采用占空比扰动的PID控制策略获取叶轮最佳尖速比，发电系统发出的电能进行后处理以及其平稳高效率利用。对波浪能发电机发出电源能量包括电机电压、电流、功率等的数据采集，同时以无线通信方式，把远程发电设备收集到的各项数据传送至监控中心，通过后台数据处理分析海上发电机的运行情况。

3.4国家行业标准的研究制定

海洋可再生能源工程中心获得知识产权认证和相关行业标准认证18项，其中参与制定了2项中国海洋行业标准“浮子式验潮仪现场比测激光测距法”；“海洋水文气象自动化观测系统现场比测方法”。帮助企业完成1项标准。

【中心成果】

表1 中心研发的样机成果

表2 中心仿真研究成果