多个世纪以来，海洋能资源丰富、分布广、清洁度高，一直让研究人员着迷。作为典型的潮流能，在过去的十年中，由于其高能流密度和出色的可预测性而受到越来越多的关注。迄今为止，用于从潮流中提取能量的三种类型的涡轮机是水平轴、垂直轴和振荡水翼涡轮机。与水平轴和垂直轴涡轮相比，振荡水翼由于运行速度和叶尖速比较低，对海洋环境和海洋生物的影响较小。因此，利用振荡水翼从潮流中提取能量具有良好的应用前景。继McKinney和DeLaurier在振荡水翼能量捕获的开创性工作以来，过去十年中，国内外多个研究小组对其展开研究，其目标是优化能量提取性能。Kinsey、Taylor、Ashraf等对振荡水翼的折算频率、升沉幅值、俯仰幅值及俯仰轴位置等运动参数进行研究，结果表明：当折算频率介于0.1和0.25之间、具有大的俯仰幅度（70°-95°）、升沉幅值为一倍弦长、俯仰轴在1/3c处、相位滞后角为90°时，振荡水翼展现出良好的功率提取性能。为了进一步提高水翼的能量捕获能力，各研究小组还对水翼非正弦运动、水翼形状、结构柔性及双水翼配置进行了研究，进一步提高了振荡水翼能量捕获能力。除此之外，Kinser对水翼的3D模型数值仿真结果显示能量捕获功率随展弦比的增大而增大，考虑到阻力及装置加工等问题，水翼展弦比为7时，最适于加工实验；Gauthier和Kinsey的研究表明水翼所处的阻塞环境对功率提取性能有一定的影响；Boudreau探究了尾涡对水流能量恢复的影响，当振荡频率与尾涡不稳定频率一致时可获得最多的能量。除了全主动式振荡水翼能量捕获概念之外，还有几种利用被动运动的振荡水翼设计被提出。Young使用飞轮来关联升沉和俯仰运动，并用与飞轮相连的阻尼器对获取的能量进行评估，这种仅频率不受约束的水轮机的效率达到了30％。在利用被动运动减少振荡水翼能量捕获装置所受约束的研究中，采纳最多的策略是约束俯仰运动。换句话说，这种水翼的俯仰运动的形状，幅度和频率受到约束，而升沉运动特性以及两个运动之间的相位滞后则是自由的，该半主动式能量捕获装置在数值模拟和实验中获得效率分别达到了30％和20％。Kinsey和Zhu的研究表明振荡水翼式水轮机提取的大部分能量来自升沉运动，借助于这个思想Boudreau和Dumas提出了一种新型的半主动式振荡水翼能量捕获方式，其升沉运动受到约束而俯仰运动自由，该装置与前述半主动式相比，结构更加的简单且能量提取效率更高。虽然半主动装置不需要升沉-俯仰耦合机构，但它需要一个控制系统来约束升沉或俯仰运动，因此与全被动装置相比，机械结构还是较为复杂。自主设计、加工、搭建的摆动式水翼潮流能发电装置，结构简单，功能多样，可完成不同基本参数设置（运动幅值及振荡频率等）、单双水翼及不同形状水翼对能量提取性能影响的试验研究，且能量获取效率达到了20％以上。本装置技术成熟已达6级，已设计并搭建了试验原型，并在学校水槽中完成了相应的检测与测试，证明了该发电装置的可行性。海洋能作为一项战略新能源，全球不少于30个国家和地区制定了宏伟的海洋能利用规划，并大力开展海洋能相关技术的研究。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》将发展可再生能源作为推动能源结构优化升级的重点，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》将海洋能作为重要支持方向。在国家良好政策支持下，海洋能的开发及利用已经迎来黄金时期。随着我国科学技术的不断进步，海洋能已经成为最具活力的能源市场之一。摆动式潮流能发电装置作为海洋能的一种利用形式，由于其成本低，对周围环境影响小，无污染物排放且占地面积小等优点，现已成为沿海及岛屿电力候补来源之一。

哈尔滨工程大学

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