Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của lực Froude–Krylov phi tuyến đến hiệu suất của hai bộ hấp thụ năng lượng sóng
Tóm tắt
Hành vi phi tuyến của các bộ chuyển đổi năng lượng sóng trong chế độ sản xuất điện có thể có liên quan tùy thuộc vào trạng thái biển, hình dạng hoặc chuyển động của thiết bị. Do đó, các mô hình toán học được sử dụng để mô phỏng hành vi của thiết bị có thể cần bao gồm các hiệu ứng phi tuyến. Bài báo này nghiên cứu tác động của việc mô hình hóa các lực Froude–Krylov phi tuyến bằng cách tính toán áp lực trên bề mặt ướt tức thì và sử dụng lý thuyết sóng phi tuyến (lý thuyết Rienecker–Fenton) bao gồm các điều kiện biên phi tuyến của mặt nước tự do, nhằm đồng nhất hơn với việc tính toán các lực Froude–Krylov phi tuyến. Đầu tiên, các phi tuyến hình học được nghiên cứu thông qua việc xem xét hai bộ hấp thụ điểm nhô lên với các đặc điểm hình học khác nhau: một hình trụ bị cắt cụt với diện tích mặt cắt ngang (CSA) không đổi và một hình cầu với CSA không đồng nhất. Sau đó, các phi tuyến liên quan đến động lực học của thân máy được nghiên cứu bằng cách áp dụng một chiến lược điều khiển giữ, nổi bật hiệu ứng của động lực học phi tuyến, cho thấy sự cần thiết phải xem xét các mô hình WEC phi tuyến như là cơ sở cho việc thiết kế điều khiển dựa trên mô hình. Kết quả cho thấy rằng hiệu suất của một chiến lược giữ thời gian cố định tiêu chuẩn giảm đáng kể khi áp dụng động lực học phi tuyến, do đó chiến lược giữ thời gian cố định đã được điều chỉnh bằng cách thực hiện chiến lược giữ thích ứng. Tác động của sức Froude–Krylov phi tuyến được chứng minh là thấp đối với các thiết bị có CSA không đổi, nhưng đáng kể đối với các thiết bị có CSA biến động.
Từ khóa
#lực Froude–Krylov phi tuyến #bộ hấp thụ năng lượng sóng #mô hình hóa phi tuyến #động lực học phi tuyếnTài liệu tham khảo
Babarit A (2010) Achil3D v2.011 user manual. Laboratoire de Mécanique des Fluides CNRS, Ecole Central de Nantes
Babarit A, Clément A (2006) Optimal latching control of a wave energy device in regular and irregular waves. Appl Ocean Res 28(2):77–91
Babarit A, Delhommeau G (2015) Theoretical and numerical aspects of the open source BEM solver NEMOH. In: 11th European wave and tidal energy conference, Nantes
Babarit A, Laporte-Weywada P, Mouslim H, Clement AH (2009) On the numerical modelling of the nonlinear behaviour of a wave energy converter. In: Proceedings of the ASME 28th international conference on ocean, offshore and arctic engineering, Honolulu, OMAE, vol 4, pp 1045–1053. doi:10.1115/OMAE2009-79909
Bacelli G, Ringwood JV (2015) Numerical optimal control of wave energy converters. IEEE Trans Sustain Energy 6(2):294–302
Costa PR, Garcia-Rosa PB, Estefen SF (2010) Phase control strategy for a wave energy hyperbaric converter. Ocean Eng 37(1718):1483–1490. doi:10.1016/j.oceaneng.2010.07.007
Cretel J, Lewis A, Lightbody G, Thomas G (2010) An application of model predictive control to a wave energy point absorber. Control Methodol Technol Energy Effic 1:267–272
Cummins W (1962) The impulse response function and ship motions. Schiffstechnik 9(Heft 47):101–109
Delhommeau G (1993) Seakeeping codes AQUADYN and AQUAPLUS. In: Proceedings of the 19th WEGEMT school on numerical simulation of hydrodynamics: ships and offshore structures, Nantes
Fenton J (1990) Nonlinear wave theories. The Sea 9(1):3–25
Fusco F, Ringwood J (2010) Short-term wave forecasting with ar models in real-time optimal control of wave energy converters. In: 2010 IEEE international symposium on industrial electronics (ISIE), pp 2475–2480. doi:10.1109/ISIE.2010.5637714
Garcia-Rosa P, Costello R, Dias F, Ringwood JV (2015) Hydrodynamic modelling competition: Overview and approaches. In: International conference on offshore mechanics and arctic engineering. Ocean renewable Energy, vol 9. doi:10.1115/OMAE2015-42182
Gilloteaux JC (2007) Mouvements de grande amplitude d’un corps flottant en fluide parfait. Application a la recuperation de l’energie des vagues. PhD thesis, Ecole Centrale de Nantes (ECN)
Gilloteaux JC, Bacelli G, Ringwood J (2008) A nonlinear potential model to predict large-amplitude-motions: application to a multi-body wave energy converter. In: Proceedings of the 10th world renewable energy conference, Glasgow
Giorgi G, Ringwood J (2015) Implementation of latching control in a numerical wave tank. J Eng Mar Energy. Preprint version
Giorgi G, Penalba M, Ringwood J (2016) Nonlinear hydrodynamic force relevance for heaving point absorber and oscillating surge converters. In: Proceedings of the Asian wave and tidal energy conference, Singapore
Hals J, Bjarte-Larsson T, Falnes J (2002) Optimum reactive control and control by latching of a wave-absorbing semisubmerged heaving sphere. In: ASME 2002 21st international conference on offshore mechanics and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, New York, pp 415–423
Hals J, Ásgeirsson GS, Hjálmarsson E, Maillet J, Möller P, Pires P, Guérinel M, Lopes M (2016) Tank testing of an inherently phase-controlled wave energy converter. Int J Mar Energy 15:68–84
Kracht P (2013) Wave prediction and its implementation on control systems of wave-energy converters. EU MaRINet infrastructure access report, Frauenhofer IWES
Lawson M, Yu YH, Nelessen A, Ruehl K, Michelen C (2014) Implementing nonlinear buoyancy and excitation forces in the WEC-SIM wave energy converter modeling tool. In: ASME 2014 33rd international conference on ocean, offshore and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, New York, pp V09BT09A043–V09BT09A043
Merigaud A, Gilloteaux J, Ringwood J (2012) A nonlinear extension for linear boundary element method in wave energy device modelling. In: Proceedings of the 31st international conference on ocean, offshore and arctic engineering (OMAE), Rio de Janeiro, pp 615–621
Paparella F, Bacelli G, Mícheál O, Ringwood J (2015) On the solution of multi-body wave energy converter motions using pseudo-spectral methods. In: Proceedings of European wave and tidal energy conference, Nantes
Penalba M, Mérigaud A, Gilloteaux JC, Ringwood JV (2015) Nonlinear froude-Krylov force modelling for two heaving wave energy point absorbers. In: Proceedings of European wave and tidal energy conference, Nantes
Penalba M, Giorgi G, Ringwood J V (2017) Mathematical modelling of wave energy converters: a review of nonlinear approaches. Renew Sustain Energy Rev 78:1188–1207. doi:10.1016/j.rser.2016.11.137
Rienecker M, Fenton J (1981) A fourier approximation method for steady water waves. J Fluid Mech 104:119–137
Ringwood JV, Butler S (2004) Optimisation of a wave energy converter. In: Proceedings of the IFAC conference on control application sin marine Systems, Ancona, Italy
Ringwood JV, Davidson J, Giorgi S (2015) Optimising numerical wave tank tests for the parametric identification of wave energy device models. In: Proceedings of the 34th international conference on ocean, offshore and arctic engineering (OMAE 2015)
WAMIT Inc M (2013) WAMIT v7.0 manual
Zurkinden A, Ferri F, Beatty S, Kofoed J, Kramer M (2014) Nonlinear numerical modelling and experimental testing of a point-absorber wave energy converter. Ocean Eng 78:11–21