王樹杰， 紀(jì)合盼， 譚俊哲， 袁　鵬

(中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東省海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

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基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的潮流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布置方法*

王樹杰， 紀(jì)合盼， 譚俊哲， 袁鵬

(中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東省海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

摘要：潮流能發(fā)電場(chǎng)是潮流能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化開發(fā)的必然選擇，潮流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布置及方法研究是潮流能發(fā)電場(chǎng)規(guī)劃的關(guān)鍵，本文依據(jù)實(shí)際海域的潮流能資源勘查與地理水文測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)潮流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布置與規(guī)劃方法進(jìn)行了探討，結(jié)合發(fā)電場(chǎng)的選址條件選定發(fā)電場(chǎng)的海域范圍，確定水輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照水輪機(jī)最優(yōu)排列間距，合理布局水輪機(jī)，優(yōu)化水輪機(jī)安裝數(shù)量，預(yù)測(cè)發(fā)電場(chǎng)年發(fā)電量，為實(shí)際海域潮流能資源利用提供了參考，為實(shí)現(xiàn)潮流能發(fā)電規(guī)?；虡I(yè)化開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：潮流能； 發(fā)電場(chǎng)； 布局規(guī)劃； 發(fā)電量

引用格式：王樹杰， 紀(jì)合盼， 譚俊哲, 等. 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的潮流能發(fā)電場(chǎng)機(jī)組布置方法研究[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2016, 46(4)： 127-133.

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中國(guó)是一個(gè)沿海國(guó)家，擁有綿長(zhǎng)的海岸線和廣闊的海域面積，海洋能儲(chǔ)量豐富，前景廣闊。潮流能是海洋能中最具開發(fā)前景的能種之一，它將海水流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，工作原理與風(fēng)力機(jī)發(fā)電類似。隨著潮流能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，潮流能發(fā)電裝置進(jìn)入實(shí)尺樣機(jī)與示范工程階段，對(duì)于潮流能發(fā)電的規(guī)?；_發(fā)建立基礎(chǔ)[1]。要實(shí)現(xiàn)潮流能資源的規(guī)?；茫仨氂蓡闻_(tái)發(fā)電裝置擴(kuò)大到多臺(tái)機(jī)組，建立一個(gè)安裝多臺(tái)潮流能發(fā)電裝置的發(fā)電場(chǎng)。

歐洲是研究潮流能發(fā)電最早地區(qū)之一，歐盟的焦耳計(jì)劃較早的開始對(duì)多個(gè)海域進(jìn)行潮流能資源評(píng)估，對(duì)于潮流能發(fā)電場(chǎng)的布局規(guī)劃進(jìn)行初步研究，提出通過“潮流田”方法，參照風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)來(lái)規(guī)劃設(shè)計(jì)潮流能發(fā)電場(chǎng)。Bahaj A S和Myers L E針對(duì)水道的流速、水深以及地形等因素[2]，并且考慮潮流能發(fā)電裝置尾流相互影響，合理對(duì)于奧爾德尼水道的潮流能發(fā)電場(chǎng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，提高潮流能的利用效率，實(shí)現(xiàn)了奧爾德尼水道潮流能發(fā)電場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

英國(guó)MeyGen公司潮流能研究組Sarah Crammond等人對(duì)于潮流能資源豐富的英國(guó)彭特蘭灣進(jìn)行了水輪機(jī)布局優(yōu)化研究[3]。通過軟件CFD進(jìn)行數(shù)值仿真，研究水輪機(jī)在流速較大的水道中尾流場(chǎng)的相互影響，合理確定發(fā)電場(chǎng)中發(fā)電裝置之間的布放間距，明確具體的安裝位置。如圖1所示，發(fā)電場(chǎng)中總共安裝有9排水輪機(jī)，共計(jì)86臺(tái)，在發(fā)電場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中充分考慮尾流場(chǎng)影響，合理排布水輪機(jī)，降低上游水輪機(jī)尾流對(duì)下游水輪機(jī)的影響作用，提高水輪機(jī)發(fā)電效率，充分利用海洋能資源。

圖1　彭特蘭灣水輪機(jī)尾流場(chǎng)分布圖

上述對(duì)于發(fā)電場(chǎng)布局的相關(guān)研究推動(dòng)了潮流能資源的開發(fā)，但是在發(fā)電場(chǎng)水輪機(jī)布局中只是考慮機(jī)組尾流場(chǎng)的影響，沒有針對(duì)海域的潮流流速、地形以及水深分布等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定水輪機(jī)的參數(shù)，規(guī)劃水輪機(jī)的排布。

本文依據(jù)中國(guó)北方較有代表性的黃海某海域的潮流及地理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行潮流能發(fā)電裝置的選型，以及發(fā)電場(chǎng)的布排進(jìn)行規(guī)劃，形成一套可應(yīng)用于不同海域的發(fā)電場(chǎng)規(guī)劃策略。

1發(fā)電場(chǎng)海域?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)概況

建立潮流能發(fā)電場(chǎng)受多方面因素的影響，充分考慮海域的地理水文測(cè)量數(shù)據(jù)，合理選取發(fā)電場(chǎng)的范圍。選址區(qū)域要求水流流向穩(wěn)定以及流速平穩(wěn)，海域地形平坦，水深適宜，便于發(fā)電裝置安裝和固定[4]。

本文選取黃海某海域?yàn)檠芯繉?duì)象，海島與附近海岸形成狹長(zhǎng)水道，海域漲落潮流方向基本上平行于岸線(ENE-WSW)，由于受到海島以及海島附近凸出岸線的挑流作用，水道變窄，流速值變大。因此，海島的兩側(cè)都屬于高流速區(qū)域，適合開發(fā)潮流能資源。該海域?qū)嶋H測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

小潮落急與漲急海流流速的二維分布情況分別如圖2和3所示?？煽闯鲂〕逼谧畲鬂q潮流速出現(xiàn)在海島東南側(cè)海域，潮流流速可達(dá)110cm/s，小潮期最大落急流速出在海島東南側(cè)海域，最大流速可達(dá)112cm/s[5]。

小潮與大潮周期平均流速分布情況如圖4與5所示。最大流速分別為66和75cm/s，最大流速位置與漲落急相似，都出現(xiàn)在海島與大陸之間的水道以及海島東南側(cè)海域[5]。

海島周邊水深分布如圖6所示，海島附近海域水深較淺，主要集中在5～8m，在海島的東南側(cè)海域水深較深，集中在20～40m[5]。

圖2　某海島附近海域小潮期間落急潮流場(chǎng)

圖3　某海島附近海域小潮期間漲急潮流場(chǎng)

圖4　某海島附近海域小潮期間周期平均潮流場(chǎng)

圖5　某海島附近海域大潮期間周期平均潮流場(chǎng)

圖6　某海島海域水深分布圖

2潮流能發(fā)電場(chǎng)范圍的確定

根據(jù)潮流測(cè)量資料，對(duì)于海域的小潮與大潮周期平均流速分布、周期最大流速分布圖進(jìn)行分析，最大流速位置出現(xiàn)在海島與大陸之間的水道以及海島東南側(cè)海域。小潮與大潮周期最大流速分別為112和135cm/s，出現(xiàn)在水道以及海島東南側(cè)[5]。同時(shí)海島的東南側(cè)水深集中在20～40m之間，適合安裝發(fā)電裝置。

針對(duì)該海域的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，選定適合建立潮流能發(fā)電場(chǎng)的范圍(見圖7)。發(fā)電場(chǎng)位于島的東南部海域，區(qū)域面積約為800m×500m的矩形，該區(qū)域大小潮期間平均流速較大，集中在0.8～1.5m/s之間，水深主要集中在25～40m之間，適合安裝潮流能發(fā)電裝置。

圖7　某島潮流能發(fā)電場(chǎng)選址范圍

3發(fā)電裝置各參數(shù)的選擇

3.1 水輪機(jī)半徑選取

水輪機(jī)直徑尺寸的選取由公式：

(1)

式中:D為設(shè)計(jì)水輪機(jī)的直徑；H為海域總的水深值；hm為開發(fā)海域50年內(nèi)最大波高值，依據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)觀測(cè)總深度的10%～15%為海底低流速區(qū)域，所以安裝水輪機(jī)要避開低流速區(qū)，提高潮流能的利用效率。

由公式(1)知水輪機(jī)直徑與安裝海域的水深和波浪影響高度等因素有關(guān)。該海域選定發(fā)電場(chǎng)區(qū)域的等深線分布如圖8所示，根據(jù)水深分布圖進(jìn)行細(xì)化分析，可以將整個(gè)發(fā)電場(chǎng)分成兩個(gè)不同水深區(qū)域來(lái)考慮，一部分是水深集中在25～30m范圍的區(qū)域，另一部分是水深集中在35～40m范圍的區(qū)域。在水輪機(jī)半徑選取時(shí)根據(jù)安裝點(diǎn)實(shí)際水深來(lái)確定具體尺寸，依據(jù)水深值分區(qū)域分別選擇安裝的水輪機(jī)，同時(shí)也方便水輪機(jī)組的批量生產(chǎn)，達(dá)到最大限度的獲取潮流能的目的。

通過雙疊加法模型以多向不規(guī)則波的波能同時(shí)分布在一定的頻域和方向范圍理論，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在Matlab軟件中仿真計(jì)算[6]，最終結(jié)果顯示海面以上波高與海平面以下波浪影響區(qū)域大致相同，因此，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)該海域選定的發(fā)電場(chǎng)區(qū)域波浪影響范圍確定為8m，能夠基本保證水輪機(jī)葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不受波浪的影響。

圖8　發(fā)電場(chǎng)區(qū)域等深線分布圖

最終根據(jù)水輪機(jī)直徑計(jì)算公式(1)，依據(jù)安裝海域的水深值計(jì)算適合的水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)直徑。分別對(duì)于兩塊不同水深區(qū)域進(jìn)行計(jì)算分析：

(1)水深集中在25～30m之間時(shí)。通過上述公式計(jì)算，用總的水深值減去海底低流速區(qū)域，減去8m的波浪影響區(qū)域，最終在25～30m范圍內(nèi)水輪機(jī)直徑可選擇范圍為14.5～19m；

(2)水深集中在35～40m之間時(shí)。參照以上方法同樣減掉8m的波浪影響區(qū)域，最終該水域范圍可以安裝水輪機(jī)直徑范圍是23.5～32m。

3.2 水輪機(jī)額定流速確定

額定流速是水輪機(jī)一個(gè)非常重要的參數(shù)，它取決于擬建潮流能發(fā)電場(chǎng)海域潮流能資源情況。歐洲學(xué)者給出了一個(gè)初步確定水輪機(jī)額定流速的方法，取流速超過數(shù)為20%的對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為水輪機(jī)的額定流速[4]。參考風(fēng)電場(chǎng)中確定風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速的方法，在降低制造成本的前提下以年平均流速來(lái)計(jì)算額定流速[7]，最后確定可變槳距水輪機(jī)的額定流速為年平均流速的1.67～1.77倍。對(duì)于實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出該海域流速頻率分布情況如圖9所示。從圖中可知，海域流速集中在0.75～1.45m/s之間，占總流速分布的88.71%，流速相對(duì)歐洲潮流能開發(fā)海域偏低。結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)以及潮流能水輪機(jī)設(shè)計(jì)要求，最終確定該發(fā)電場(chǎng)中水輪機(jī)的額定流速為1.5m/s。

圖9　某海域流速分布

3.3 水輪機(jī)額定功率的確定

水輪機(jī)的額定功率公式：

(2)

式中：p為額定流速；ρ為海水密度；v為額定流速；R為水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)直徑；CP為葉片的獲能效率。

水輪機(jī)的額定功率是根據(jù)海域?qū)嶋H測(cè)量數(shù)據(jù)確定的水輪機(jī)直徑值、額定流速值以及水輪機(jī)的獲能效率計(jì)算而得。為方便整個(gè)發(fā)電場(chǎng)的布局規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置的批量生產(chǎn)，因此，在整個(gè)發(fā)電場(chǎng)最終決定安裝兩種裝機(jī)功率的水輪機(jī)。根據(jù)發(fā)電場(chǎng)中不同水深分布狀況，在水深分布為25～30m范圍內(nèi)選取安裝直徑為14m的水輪機(jī)，在水深是35～40m范圍內(nèi)選取安裝直徑為21m。通過公式(2)計(jì)算兩種水輪機(jī)額定功率分別為100和200kW。

兩種不同裝機(jī)功率水輪機(jī)詳細(xì)參數(shù)值見表1，水輪機(jī)翼型選取NACA63-8XX，額定流速都確定為1.5m/s，參考相關(guān)實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果該水輪機(jī)翼型的獲能系數(shù)選取0.35。

表1　水輪機(jī)各項(xiàng)參數(shù)值

4發(fā)電場(chǎng)整體布局方案

4.1 計(jì)算發(fā)電場(chǎng)的裝機(jī)總數(shù)

水流經(jīng)過水輪機(jī)后產(chǎn)生尾流，使得后方以及周邊潮流流速和水流方向發(fā)生變化，影響到其它發(fā)電裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此發(fā)電場(chǎng)中安裝多臺(tái)發(fā)電裝置，必須選取合適的布排間距，降低尾流場(chǎng)的相互影響，提高潮流能資源的利用效率[12]。依據(jù)許多相關(guān)水輪機(jī)尾流場(chǎng)的研究[8-11]，最終本文水輪機(jī)的橫向間距(垂直于水流方向)選擇5D，縱向間距(平行于水流方向)選擇10D，排列方式選擇交錯(cuò)布局，保證相鄰機(jī)組尾流場(chǎng)不影響水輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

發(fā)電場(chǎng)的二維坐標(biāo)簡(jiǎn)圖(見圖10)，其中100kW水輪機(jī)安裝區(qū)域是800m×200m的矩形，200kW水輪機(jī)安裝區(qū)域是800m×300m的矩形。

圖10　發(fā)電場(chǎng)坐標(biāo)簡(jiǎn)圖

首先計(jì)算發(fā)電場(chǎng)能安裝水輪機(jī)的排數(shù)，根據(jù)沿水流方向的長(zhǎng)度，安裝排數(shù)可表示為：

(3)

式中：m為水輪機(jī)安裝排數(shù)；X為發(fā)電場(chǎng)長(zhǎng)度。

由于水輪機(jī)采用交錯(cuò)布排方式，每一排水輪機(jī)的安裝數(shù)目不同，安裝數(shù)目分別可表示為：

n1=Y5Dé?êêù?úú+1

。

(4)

(5)

式(4)、(5)中：n1為奇數(shù)排水輪機(jī)數(shù)目；n2為偶數(shù)排水輪機(jī)數(shù)目；Y為發(fā)電場(chǎng)的寬度。

由公式(3)、(4)、(5)推導(dǎo)出發(fā)電場(chǎng)中水輪機(jī)安裝數(shù)目：

當(dāng)m為偶數(shù)時(shí)：

(6)

當(dāng)m為奇數(shù)時(shí)：

(7)

式(6)、(7)中，N1、N2分別表示水輪機(jī)安裝排數(shù)為偶數(shù)和奇數(shù)時(shí)發(fā)電場(chǎng)總的安裝數(shù)目。

最終計(jì)算得：該發(fā)電場(chǎng)能安裝15臺(tái)100kW的水輪機(jī)，10臺(tái)200kW的水輪機(jī)，發(fā)電場(chǎng)總的裝機(jī)功率為3.5MW。

4.2 發(fā)電場(chǎng)布局方案

根據(jù)確定的水輪機(jī)類型以及水輪機(jī)排列間距，結(jié)合計(jì)算出的各裝機(jī)功率水輪機(jī)數(shù)目，對(duì)于發(fā)電場(chǎng)進(jìn)行理論排布(見圖11)。其中小圓圈代表100kW水輪機(jī)，旋轉(zhuǎn)直徑為14m，大圓圈代表200kW水輪機(jī)，旋轉(zhuǎn)直徑為21m。最終通過排布計(jì)算，采用交錯(cuò)布排方式，在水深25～30m區(qū)域能安裝15臺(tái)100kW的水輪機(jī)；在水深為35～40m區(qū)域能安裝10臺(tái)200kW的水輪機(jī)。

圖11　發(fā)電場(chǎng)理論布局圖

以上是發(fā)電場(chǎng)的理論布局方案，水輪機(jī)布排完全是在理想環(huán)境中，只是考慮水輪機(jī)的尾流場(chǎng)的影響，依據(jù)最優(yōu)布排間距和計(jì)算的最大安裝數(shù)目，采用傳統(tǒng)“潮流田”進(jìn)行排列。

若水輪機(jī)采用座底式支撐結(jié)構(gòu)，需考慮海底地形，盡量選擇安裝在平坦的區(qū)域，同時(shí)，加大水輪機(jī)的橫向間距，便于進(jìn)行安裝施工。圖中等深線密集區(qū)域地形相對(duì)不平坦，發(fā)電場(chǎng)的東北部等深線密集度較大，所以，在等深線密集區(qū)域不適合安裝發(fā)電裝置，不能有效固定，在圖13中圈出的東北部?jī)膳_(tái)100kW水輪機(jī)不予進(jìn)行安裝。

全面考慮發(fā)電場(chǎng)的地形分布和現(xiàn)場(chǎng)施工最終確定機(jī)組排列方案，如圖12所示，其中13臺(tái)100kW水輪機(jī)，10臺(tái)200kW水輪機(jī)，整個(gè)發(fā)電場(chǎng)的裝機(jī)功率為3.3MW。

圖12　某海域發(fā)電場(chǎng)最終實(shí)況布局圖

4.3 發(fā)電場(chǎng)年發(fā)電量估算

本文對(duì)于發(fā)電場(chǎng)安裝水輪機(jī)的額定流速確定為1.5m/s，葉片啟動(dòng)流速為0.8m/s，依據(jù)不同水深值確定安裝100和200kW兩種單機(jī)功率水輪機(jī)。計(jì)算發(fā)電量按照一年300個(gè)工作日，共計(jì)工作時(shí)間為7200h。根據(jù)測(cè)量結(jié)果整理的該水道一年內(nèi)的能流密度見表2。

根據(jù)該海域能流密度觀測(cè)統(tǒng)計(jì)值，分別計(jì)算100和200kW單臺(tái)機(jī)組的年發(fā)電量。計(jì)算結(jié)果見表3，可以得出整個(gè)發(fā)電場(chǎng)的年發(fā)電量為4599178.297kW·h。

表2　發(fā)電場(chǎng)海域一年內(nèi)水流的能量密度表

表3　兩種功率水輪機(jī)年發(fā)電量計(jì)算結(jié)果

5結(jié)語(yǔ)

本文以某海域?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)為實(shí)例，確定發(fā)電場(chǎng)規(guī)劃思路，首先對(duì)于該海域進(jìn)行潮流能資源勘查與地理水文測(cè)量數(shù)據(jù)介紹，選出發(fā)電場(chǎng)區(qū)域，依次進(jìn)行發(fā)電裝置的選型，發(fā)電裝置的布排，布局方案的優(yōu)化，最終確定出發(fā)電場(chǎng)的布局方案，并根據(jù)該海域流速頻率統(tǒng)計(jì)值計(jì)算整個(gè)發(fā)電場(chǎng)的年發(fā)電量，總結(jié)發(fā)電場(chǎng)規(guī)劃方法，為不同海域的潮流能開發(fā)提供規(guī)劃依據(jù)。本文在發(fā)電場(chǎng)水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)直徑選取時(shí)，選用可選直徑范圍的最小值進(jìn)行研究。水輪機(jī)設(shè)計(jì)直徑越大，同樣安裝區(qū)域中水輪機(jī)數(shù)量減少，因此水輪機(jī)的直徑與安裝數(shù)量存在對(duì)應(yīng)關(guān)系直接影響發(fā)電場(chǎng)的裝機(jī)功率和潮流能利用率。在以后發(fā)電場(chǎng)的布局優(yōu)化中,水輪機(jī)的直徑與安裝數(shù)量之間的關(guān)系有待于進(jìn)一步探究。

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責(zé)任編輯陳呈超

Research on the Methodology of Layout for the Turbines in Tidal Farm Based on Real Measured Data

WANG Shu-Jie, JI He-Pan, TAN Jun-Zhe, YUAN Peng

( College of Engineering, Ocean University of China, Shandong Key Laboratory of Marine Engineering, Qingdao 266100, China)

Abstract：With the global economic development in recent years, energy shortage problem is becoming more and more serious all over the world and more attention is paid on the better use of marine renewable energy. Among all the variety of marine renewable energy, tidal power generation technology is relatively mature. At present, the most research work on the utilization of tidal energy is focus on the theoretical calculation, simulation and experimental study on the model turbines in laboratory. In the future, tidal farm is the inevitable choice to achieve large scale industrial development of tidal energy. In order to gain more tidal energy for the purpose of commercial application, one of the best ways is to arrange more turbines in tidal farm. Because of the wake effects on tidal turbines in tidal power farm, the performance of the flow field around of the turbines was changed and has impact on the capture efficiency of electric power. The layout method of the tidal turbines and the longitudinal and lateral distance between turbines can influent the capture efficiency of turbines. Therefore, study on the interaction effects on tidal turbines and the optimization of the layout of the tidal stream turbine array becomes one of the key problem in the construction of tidal power farm, which directly influent the economic benefits of tidal power farm. In order to realize the large scale utilization of tidal power plant, the influence rules of horizontal axis tidal turbines in different layout of tidal turbines based on the real measured data should became one of the research topics. Therefore, rational parameters in tidal farms should be chosen to improve the capture efficiency. Research on the layout method of the tidal turbines is the key issue for planning of the tidal farm. In this paper, according to the real measured data obtained in the exploration of tidal energy resources and the measurement of the geological hydrology for the actual resources, method of layout and planning of tidal turbines in the tidal farm was studied. Tidal farm area combined with the farm's location conditions was selected, design parameters of turbines were determined, turbines were reasonably laid out according to the optimal spacing, turbine number was optimized and generating capacity was predicted. These research works will provide theoretical basis for the construction of tidal power farms in the future. The method used in this paper would be a reference for the development of tidal energy in actual sea, and it would also become the foundation for the large-scale commercial development of tidal energy.

Key words:tidal energy; tidal farm; layout planning; energy production

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20140170

中圖法分類號(hào)：P743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-5174(2016)04-127-07

作者簡(jiǎn)介：王樹杰(1961-)，男，博士，教授，主要從事海洋能及海洋機(jī)電裝備方面的研究。E-mail:wangshujie@ouc.edu.cn

收稿日期：2014-08-10；

修訂日期：2015-03-11

*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279191)；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012AA052601)資助

Supported by the NSFC (51279191) and the State Key Development Program for Basic Research of China (2012AA052601)