EAGER: Integrating efficient and dependable wave power generation into ocean sensing buoys: at-sea pilot tests.
EAGER:将高效、可靠的波浪发电集成到海洋传感浮标中:海上试点测试。
基本信息
- 批准号:1941314
- 负责人:
- 金额:$ 30万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-11-01 至 2022-10-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Small oceanographic buoys enable a range of long-term in-situ measurements of ocean properties that are closely related to the earth's climate-related and other natural phenomena. Currently, such buoys rely on solar panels, wind turbines, and batteries for the energy they need for instrument operation. These researchers plan to conduct pilot tests to evaluate a new technique dependably to utilize ambient ocean waves to provide dramatically greater power amounts than existing sources. Dependable availability of larger power amounts to operate high-power instruments for long periods should be of interest the Ocean Science and Engineering communities. Additionally, the methods and data from this project are also expected to be transferable to small platforms designed for mid-ocean recharging of autonomous vehicles. This research plans to test a new technique to control the wave energy conversion process such that the maximum practical power amounts can be converted in changing, irregular wave conditions. The team has learned through detailed hydrodynamic simulations and wave-tank testing that force and motion-constrained impedance matching control in realistic sea states can enable a 4-5 fold increase in the time-averaged power amounts that small oceanographic buoys might otherwise convert. With modest hardware additions, this improvement could allow standard oceanographic buoys to use wave energy as a power source. However, the proposed control requires real-time up-wave surface elevation measurements for deterministic wave-profile prediction 20-30 seconds into the future, and a bi-directional power take-off capable of providing large forces. To that end, the pilot study will use a fully-instrumented, currently operational wave-energy converter buoy with a bi-directional electro-hydraulic power take-off, to quantify the performance improvements possible (over baseline resistive control) with constrained optimal acausal real-time wave-by-wave control of the buoy oscillations. The team will use a high-resolution, short-range radar on-board the device to infer (up-wave) incoming wave fields for deterministic wave-profile prediction at the device. Results will enable an evaluation of the immediate merit of wave energy relative to other power sources available for ocean sensing buoys, such as solar, wind, fuel cells, batteries, and diesel generators.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
小型海洋浮标能够对与地球气候相关和其他自然现象密切相关的海洋特性进行一系列长期原位测量。 目前,此类浮标依靠太阳能电池板、风力涡轮机和电池来提供仪器运行所需的能量。 这些研究人员计划进行试点测试,以可靠地评估一项新技术,以利用环境海浪提供比现有来源大得多的电量。 海洋科学和工程界应该对长期可靠地提供较大功率来运行高功率仪器感兴趣。 此外,该项目的方法和数据预计也可转移到专为自动驾驶车辆在海洋中充电而设计的小型平台上。 这项研究计划测试一种控制波浪能转换过程的新技术,以便在变化的、不规则的波浪条件下可以转换最大的实际功率量。该团队通过详细的水动力模拟和波浪池测试了解到,在现实海况下,力和运动约束的阻抗匹配控制可以使小型海洋浮标可能转换的时间平均功率增加 4-5 倍。 通过添加适度的硬件,这种改进可以允许标准海洋浮标使用波浪能作为电源。然而,所提出的控制需要实时上波表面高程测量,以便对未来 20-30 秒的确定性波浪剖面进行预测,并且需要能够提供大力的双向动力输出装置。为此,试点研究将使用一个配备齐全、目前正在运行的波浪能转换器浮标,带有双向电动液压动力输出装置,以量化在受限的最佳非因果条件下可能的性能改进(超过基线电阻控制)浮标振荡的实时逐波控制。 该团队将使用设备上的高分辨率短程雷达来推断(上行波)入射波场,以便在设备上进行确定性的波剖面预测。 结果将能够评估波浪能相对于可用于海洋传感浮标的其他电源(例如太阳能、风能、燃料电池、电池和柴油发电机)的直接优点。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为是值得的通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估来提供支持。
项目成果
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