美国能源部向11个流体动力涡轮机开发项目拨款3500万美元

美国能源部(DOE)将为11个项目提供3500万美元的资金,作为能源高级研究计划局(ARPA-E)的潜艇水动力和河流千兆瓦系统(SHARKS)计划的一部分。SHARKS团队将为潮汐和河流潮流开发具有经济竞争力的新型流体动力涡轮机(HKT)。

水动能是一种丰富的可再生资源,可以提高电网的弹性并减少基础设施的脆弱性,但与其他能源相比,目前是一种成本过高的选择。SHARKS团队将通过设计新型,高效的HKT系统来解决这一障碍,该系统利用美国的潮汐,河流和海洋资源来开发具有经济吸引力的能源发电机会。—ARPA-E总监Lane Genatowski

SHARKS项目至少涉及四种发电用途中的一种:偏远的河流能源,偏远的潮汐能源,公用事业规模的河流能源和公用事业规模的潮汐能源。

鼓励项目应用并行(而不是顺序)设计方法:控制协同设计,协同设计以及用于操作和维护的设计。这些方法将显着降低最终HKT设计的平均能源成本(LCOE)。

项目将通过多种方法来降低LCOE,包括提高发电效率、增加单位等效质量的转子面积、降低运行和维护成本、最大限度地减少对周围环境的潜在影响以及最大限度地提高系统可靠性。

HKT设计的多学科性质和挑战要求同时来自多个科学和工程领域的专业知识。SHARKS团队将反映这一多学科范围。他们将聘请流体力学,结构动力学,控制系统,电力电子,电网连接和性能优化方面的专家。

11个SHARKS项目是:

国家可再生能源实验室。一种控制协同设计流体动力系统的计算机工具-1,200,000美元。国家可再生能源实验室将通过集成伺服控制(WEIS)工具箱扩展其开放源代码的风能,以包括潮汐和河流动水涡轮机的控制协同设计功能。基于OpenFAST计算机工具,新的工具箱将得到扩展,以包括潮汐和河流能源系统的水弹性伺服建模功能。

密西根大学。RAFT:用于水动力收集的高效风管涡轮机可重构阵列-$ 3,900,000。密歇根大学提出了RAFT概念,作为水动力能量收集的解决方案。拟议中的RAFT由多个微型涡轮机组成,具有模块化的体系结构和可重配置的单元,使其能够适应不同的应用和海洋环境。

创新的新型涡轮机设计,以及分布式负载控制和调节器概念,显着降低了平均的能源成本。基于现场实时优化的控制和分布式连续系统健康监测优化了RAFT的功能,以实现性能、弹性、可靠性和成本目标。通过广泛的建模、迭代优化、控制协同设计和实验验证等多学科的工程努力,将减轻已确定的技术风险。

Aquantis,Inc.潮汐动力拖船4,500,000美元。潮汐动力拖船是一种潮汐水动力涡轮机,带有一个垂直轴偏航浮标和一个水平轴平行流转子。应用控制协同设计技术,该水轮机将在所有海况下实现稳定、安全的运行,并通过使用新型材料、垂直质量-浮力分布、高功率重量比、高效部署/回收、叶片俯仰和剪切补偿的自适应控制以及高效运维的先进分析工具获得前所未有的性价比。这些因素将导致涡轮机的高运行时间。

该涡轮机将设计用于向远程和本地电网供电。它将通过远程监控和数据采集计算机自主运行,向车载控制器提供数据分析和操作员输入。控制系统将能够优先考虑保持最低的能源成本,增加组件寿命和最大可用能源。

Westergaard Solutions,Inc. HydroMINE:简单,模块化和可扩展– $ 2,000,000。HydroMINE是一个颠覆性的、优雅简单的系统,其内部螺旋桨由固定的水翼结构的压力驱动到一个独立的内部流。内部螺旋桨驱动一个普通的电动发电机。静止的HydroMINE水翼结构的大小与同等面积的普通转子相当,产生的能量也差不多。

HydroMINE对海洋环境是安全的,而且非常坚固。它的维护成本低,从而降低了能源成本。它是用现有的供应链的钢板制造的,并且很容易与普通的海洋结构集成,以便灵活部署。该设计可从社区规模(千瓦)扩展到公用事业水平(多兆瓦),使HydroMINE立即具有商业意义。

华盛顿大学。封闭-利用交叉流涡轮阵列– $ 2,000,000。河流和潮汐通道的底部、侧面和表面限制了水流,这极大地改变了河流和潮汐涡轮机的运行。当水轮机阵列呈现给水流的面积是河道横截面积的一个可观的部分时,水流的变化会增加阵列的功率输出和整体效率。当水轮机距离很近时,相互间的相互作用可以进一步增加功率输出。华盛顿大学提出了一种控制协同设计过程,该过程应结合涡轮机控制策略,流体动力学配置和阵列几何优化方面的先进技术,以利用非稳态非线性流体动力学。

该团队将重点研究错流式水轮机,该水轮机非常适合在河道和潮汐河道中实现高度封闭。该项目旨在证明效率的显着提高与能源成本的显着降低。

弗吉尼亚大学。生物启发的可再生能源(BIRE),用于高效低成本的Riverine流体动力学-$ 3,500,000。弗吉尼亚大学的BIRE系统旨在通过实时控制成对流入的异相振荡水翼对,从河流环境中产生能量。河水使两个箔片以相反的方向振动。一种新颖的功率转换机制将箔片的振荡运动转换为单向旋转运动,以收集能量。BIRE对环境的影响最小,并且可以轻松连接到本地电网。该项目提出了一种控制协同设计方法,以优化BIRE系统,从而在河流环境中开辟了以前无法利用当前技术来发电的机会。

SRI国际。曼塔:可靠和安全的风筝能源系统-4,202,231美元。水下风筝系统有望以最低的结构成本从潮汐能中捕获能量。但是,当前的方法不适用于小型社区。SRI提出的Manta风筝系统很简单,它基于风筝的支出和卷入抽水动作。集成在风筝系绳中的新型传动装置将风筝运动直接有效地耦合到紧凑型旋转发电机,而只需要一个旋转轴承。曼塔风筝可以以最小的结构和安装成本生产电力,实现的能源成本是旋转涡轮机的四倍。Manta风筝系统将支持远程微电网以及更大的系统。

阿拉斯加大学费尔班克斯分校。材料和成本效益模块化河道水动能系统-$ 3,331,361。阿拉斯加大学费尔班克斯分校的概念采用BladeRunner的浮动发电机壳体和系留式涡轮机来制造水力涡轮机(HKT)系统,该系统资本和运营成本低,非常适合社区共同设计。涡轮机通过柔性扭转电缆与发电机相连,在传递机械动力的同时,使涡轮机在碎片周围发生偏转。

这项技术结合了三项重要的创新解决方案,以减少偏远的HKT沿河地区的能源成本:(1)高效节能的BladeRunner架构在基本情况下每单位质量的扫掠面积增加了130%;(2)实施C-Motive新型静电发生器,以有效地将低速机械旋转转换为电网电压电力;(3)BladeRunner模块化设计支持的基于岸上的部署和检索方法。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

Emrgy,Inc.使用可靠的低成本动态组件增强流体动力学阵列的性能-$ 3,613,020。Emrgy,Inc.正在应用控制协同设计和运行设计,以开发一种低成本,基于河流和潮汐的清洁能源发电的高度创新的解决方案。该项目将实施(1)新的控制系统执行器,这些执行器能够实时修改涡轮的流体动力学和几何形状以及流经转子的流量;(2)新颖的功率转换硬件,可优化机械效率至电气效率;(3)采用新型协调,优化和机器学习技术的涡轮机和系统级控制算法,可实时管理涡轮机和阵列的水动力特性。该技术的成功实施将大大降低能源的平均成本。

海洋可再生能源公司,优化水动力系统-$ 3,676,997。通过使用控制协同设计方法和操作技术设计,海洋可再生能源公司(ORPC)提出了一种新颖的动能系统,该系统可识别涡轮机子系统与组件之间的动态耦合,从而优化系统质量和性能。新系统将以阵列形式部署。该项目包括对模型级涡轮机进行水动力测试,以指导和验证新概念以及大型涡轮机的构造,并在制造过程中嵌入传感器以验证结构设计。该团队将通过将涡轮机安装在基于ORPC RivGen动力系统的开放水测试框架中,进行开放水测试以及性能和负载的测量。它将展示预知健康监测和主动负载控制方法。

美国能源部向11个流体动力涡轮机开发项目拨款3500万美元

ORPC RivGen电源系统设计为在水下运行,它使用拖曳式浮桥支撑结构,并带有“自我部署/自我获取”远程启动浮力系统。


Littoral Power Systems,Inc.控制改造成本高效的水动力能源涡轮系统的共同设计和共同优化-$ 3,677,507。Littoral Power Systems,Inc.提议设计,制造和测试一种新型的现有水动力能源涡轮机系统,与现有技术相比,该系统可大幅降低能源成本。该团队将采用控制协同设计工程框架,通过三个并行活动,对系统进行特性分析和数值运算,以使LCOE最小化。(1) 最大限度地减少和平衡关键的设计驱动载荷,并利用主动与被动技术来控制软系泊的动态;(2) 分析系统各部件之间的动态相互作用,以确定在哪些方面可以整合功能,并以最大的效率进行控制;(3) 分析部署、回收和操作的关键成本驱动因素,以确定在哪些方面可以整合海洋机器人技术,以对降低成本和(或)提高系统可用性产生最大影响。

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