CN112836360B - 波浪能阵列能量俘获密度计算方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法、装置和计算机设备，该波浪能阵列能量俘获密度计算方法包括：获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度。本发明的波浪能阵列能量俘获密度计算方法，通过利用波浪能装置阵列的波浪能总量以及总用海面积进行计算后，获得的能量俘获密度可以用于进行比较，以调整波浪能装置阵列的排列方式，以求达到最优效率。

Description

波浪能阵列能量俘获密度计算方法、装置和计算机设备
技术领域
本发明涉及波浪能技术领域，具体而言，涉及一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法、装置、计算机设备和可读存储介质。
背景技术
波浪能是一种重要的海洋可再生能源，通过波浪能转换装置可以将海表波浪的动能和势能转化为电能获得。波浪能阵列是把多个波浪能装置按照一定的规律布置在海中，既要尽可能的提高阵列对波浪能的俘获效率，减少装置之间的不利影响，又要控制装置之间的距离，以节约阵列的用海面积，同时降低阵列布设所需海缆等配套设施的布设和维护成本。现有技术中缺少一种定义波浪能阵列效率的参数及相应的算法，从而导致不利于调整波浪能装置阵列的排列方式。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法、装置、计算机设备和可读存储介质，以获得的能量俘获密度可以用于进行比较，以调整波浪能装置阵列的排列方式，以求达到最优效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法，包括：
获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；
计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；
利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法中，所述计算当前波浪能装置阵列的总用海面积包括：
以各个波浪能装置为顶点将当前波浪能装置阵列划分为多个三角形单元区域；
计算当前波浪能装置阵列中每个所述三角形单元区域的面积，以获得所述总用海面积。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法中，
计算总用海面积的算式包括：
Figure BDA0002908773880000021
Figure BDA0002908773880000022
式中，Sarray为所述总用海面积；Sn为第n个三角形单元区域的面积；Cn为第n个三角形单元区域的周长的一半；Ln,n+1、Ln+1,n+2以及Ln+2,n为第n个三角形单元区域的边长。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法中，所述预设算法的算式包括：
Figure BDA0002908773880000023
式中，ρarray为当前波浪能装置阵列的所述能量俘获密度；Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量；Sarray为当前波浪能装置阵列的所述总用海面积。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法中，所述波浪能总量的计算算式包括：
Figure BDA0002908773880000031
Figure BDA0002908773880000032
Figure BDA0002908773880000033
式中，Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量，S(ω)为当前波浪能装置阵列的工作期间的波浪谱，
Figure BDA0002908773880000034
为第n个波浪能装置的能量输出函数，Hs为第n个波浪能装置工作期间的有效波高，Tp为放置波浪能装置阵列的海域的波浪峰值的周期，X为第n个波浪能装置响应振幅的列向量，α为风速风区系数，g为重力加速度，ω为波浪频率，ω0为波浪谱峰频率，γ为观测修正值，b为修正项指数，σ为概率峰值系数。
本发明还提供一种波浪能阵列能量俘获密度计算装置，包括：
波浪能获取模块，用于获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；
用海面积计算模块，用于计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；
能量密度计算模块，用于利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算装置中，所述用海面积计算模块包括：
阵列划分单元，用于以各个波浪能装置为顶点将当前波浪能装置阵列划分为多个三角形单元区域；
区域面积计算单元，用于计算波浪能装置阵列中每个所述三角形单元区域的面积，以获得所述总用海面积。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算装置中，计算总用海面积的算式包括：
Figure BDA0002908773880000041
Figure BDA0002908773880000042
式中，Sarray为所述总用海面积；Sn为第n个三角形单元区域的面积；Cn为第n个三角形单元区域的周长的一半；Ln,n+1、Ln+1,n+2以及Ln+2,n为第n个三角形单元区域的边长。
优选地，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算装置中，所述预设算法的算式包括：
Figure BDA0002908773880000043
式中，ρarray为当前波浪能装置阵列的所述能量俘获密度；Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量；Sarray为当前波浪能装置阵列的所述总用海面积。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法。
本发明还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法。
本发明提供一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法，该波浪能阵列能量俘获密度计算方法包括：获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度。本发明的波浪能阵列能量俘获密度计算方法，通过利用波浪能装置阵列的波浪能总量以及总用海面积进行计算后，获得的能量俘获密度可以用于进行比较，以调整波浪能装置阵列的排列方式，以求达到最优效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1是本发明实施例1提供的一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法的流程图；
图2是本发明实施例1提供的一种总用海面积计算方法的流程图；
图3是本发明实施例3提供的一种波浪能阵列能量俘获密度计算装置的结构示意图；
图4是本发明实施例3提供的一种用海面积计算模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
图1是本发明实施例1提供的一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤S11：获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量。
本发明实施例中，波浪能装置可以将大海表面波浪的动能和势能转化为电能，为了降低安装和维护的成本，该波浪能装置一般以阵列的方式设置在目标海平面上，通过一定数量的波浪能装置有规律的阵列设置以满足总装机功率的需求，甚至还可以通过改变阵列的方式来提高相同数量波浪能装置下阵列俘获能量的效率。因此本申请中定义波浪能装置阵列的能量俘获密度，通过获取波浪能装置阵列的波浪能总量进行计算后，获得的能量俘获密度可以用于进行比较，以调整波浪能装置阵列的排列方式，以求达到最优效率。
本发明实施例中，在目标海面上布置好波浪能装置的阵列后，波浪能装置阵列将海面波浪能转化电能，在收集电能的时候可以通过计算机设备与电能收集装置连接，从而通过计算机设备采集当前波浪能装置阵列的波浪能总量。或者，还可以在计算机设备中设置有当前波浪能装置阵列的理论值能量总量计算的算法或应用程序，例如可以在计算机设备中设置有理论值能量总量计算的应用程序，将需要进行布置的波浪能装置的阵列的参数数据，以及目标海面的参数数据输入至该应用程序，以便获得相应的波浪能总量。
步骤S12：计算当前波浪能装置阵列的总用海面积。
本发明实施例中，在计算机设备中还可以设置有计算当前波浪能装置阵列的总用海面积的算法或应用程序，例如可以在计算机设备中设置有用于计算当前波浪能装置阵列的总用海面积的应用程序，获取当前波浪能装置阵列中各个波浪能装置之间的距离数据输入至该应用程序中，即可计算出当前波浪能装置阵列的总用海面积。
步骤S13：利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度。
本发明实施例中，所述预设算法的算式包括：
Figure BDA0002908773880000071
式中，ρarray为当前波浪能装置阵列的所述能量俘获密度；Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量；Sarray为当前波浪能装置阵列的所述总用海面积。
本发明实施例中，在计算出当前波浪能装置阵列的波浪能总量以及总用海面积后，通过预设算法的运算即可获得相应的能量俘获密度，其中，上述运算过程可以利用算法或应用程序来实现，例如可以在计算机设备中设置有基于预设算法的应用程序，在计算获得波浪能总量以及总用海面积后输入至该应用程序中进行运算，从而得到当前波浪能装置阵列相应的能量俘获密度。
本发明实施例中，通过利用波浪能装置阵列的波浪能总量以及总用海面积进行计算后，获得的能量俘获密度可以用于进行比较，以调整波浪能装置阵列的排列方式，以求达到最优效率。
实施例2
图2是本发明实施例1提供的一种总用海面积计算方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤S21：以各个波浪能装置为顶点将当前波浪能装置阵列划分为多个三角形单元区域。
本发明实施例中，在获得当前波浪能装置阵列的分布区域图形后，可以根据波浪能装置的顶点将波浪能装置阵列的分布区域图形划分为多个三角形单元区域，也即将三个相邻之间的波浪能装置划分为一个三角形单元区域。
步骤S22：计算波浪能装置阵列中每个所述三角形单元区域的面积，以获得所述总用海面积。
本发明实施例中，
计算总用海面积的算式包括：
Figure BDA0002908773880000081
Figure BDA0002908773880000082
式中，Sarray为所述总用海面积；Sn为第n个三角形单元区域的面积；Cn为第n个三角形单元区域的周长的一半；Ln,n+1、Ln+1,n+2以及Ln+2,n为第n个三角形单元区域的边长。
本发明实施例中，在计算机设备中可以设置有基于上述算法的应用程序，通过应用程序计算当前波浪能装置阵列中每个三角形单元区域的面积，再总和为总用海面积。
本发明实施例中，所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法中，所述波浪能总量的计算算式包括：
Figure BDA0002908773880000091
Figure BDA0002908773880000092
Figure BDA0002908773880000093
式中，Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量，S(ω)为当前波浪能装置阵列的工作期间的波浪谱，
Figure BDA0002908773880000094
为第n个波浪能装置的能量输出函数，Hs为第n个波浪能装置工作期间的有效波高，Tp为放置波浪能装置阵列的海域的波浪峰值的周期，X为第n个波浪能装置响应振幅的列向量，α为风速风区系数，g为重力加速度，ω为波浪频率，ω0为波浪谱峰频率，γ为观测修正值，b为修正项指数，σ为概率峰值系数。
本发明实施例中，上述观测修正值γ可以为3.3，而
Figure BDA0002908773880000095
以及X在形成波浪能装置阵列后，根据波浪能装置阵列的结构可以通过力学方针模拟软件计算获得，或者通过比例模型的实验室试验获得。也即，通过上述计算算式，在未设置波浪能装置阵列前，根据需要进行设置的阵列结构以及目标海域的各项参数，即可计算出理论值的波浪能总量，以便进行各种波浪能装置阵列结构之间的能量俘获密度理论值比较。
上述发明实施例中，能量俘获密度的计算可以在布置阵列结构前进行，以便计算出理论上能量俘获密度最大的波浪能装置阵列，而在波浪能装置阵列布置完毕后，同样可以进行上述能量俘获密度的计算，从而获取当前波浪能装置阵列的实际能量俘获密度，以便于后续该波浪能装置阵列的维护、调整以及评价。
实施例3
图3是本发明实施例3提供的一种波浪能阵列能量俘获密度计算装置的结构示意图。
该波浪能阵列能量俘获密度计算装置300包括：
波浪能获取模块310，用于获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；
用海面积计算模块320，用于计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；
能量密度计算模块330，用于利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度。
如图4所示，该用海面积计算模块320包括：
阵列划分单元321，用于以各个波浪能装置为顶点将当前波浪能装置阵列划分为多个三角形单元区域；
区域面积计算单元322，用于计算波浪能装置阵列中每个所述三角形单元区域的面积，以获得所述总用海面积。
本发明实施例中，
计算总用海面积的算式包括：
Figure BDA0002908773880000101
Figure BDA0002908773880000102
式中，Sarray为所述总用海面积；Sn为第n个三角形单元区域的面积；Cn为第n个三角形单元区域的周长的一半；Ln,n+1、Ln+1,n+2以及Ln+2,n为第n个三角形单元区域的边长。
本发明实施例中，所述预设算法的算式包括：
Figure BDA0002908773880000111
式中，ρarray为当前波浪能装置阵列的所述能量俘获密度；Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量；Sarray为当前波浪能装置阵列的所述总用海面积。
本发明实施例中，上述各个模块以及各个单元更加详细的功能描述可以参考前述实施例中相应部分的内容，在此不再赘述。
此外，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，存储器可用于存储计算机程序，处理器通过运行所述计算机程序，从而使计算机设备执行上述方法或者上述波浪能阵列能量俘获密度计算装置中的各个模块的功能。
存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本实施例还提供了一种可读存储介质，用于储存上述计算机设备中使用的计算机程序。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种波浪能阵列能量俘获密度计算方法，其特征在于，包括：
获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；
计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；
利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度，其中，所述预设算法的算式包括：
Figure FDA0003579703070000011
式中，ρarray为当前波浪能装置阵列的所述能量俘获密度；Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量；Sarray为当前波浪能装置阵列的所述总用海面积。
2.根据权利要求1所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法，其特征在于，所述计算当前波浪能装置阵列的总用海面积包括：
以各个波浪能装置为顶点将当前波浪能装置阵列划分为多个三角形单元区域；
计算波浪能装置阵列中每个所述三角形单元区域的面积，以获得所述总用海面积。
3.根据权利要求2所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法，其特征在于，计算总用海面积的算式包括：
Figure FDA0003579703070000012
Figure FDA0003579703070000013
Figure FDA0003579703070000014
式中，Sarray为所述总用海面积；Sn为第n个三角形单元区域的面积；Cn为第n个三角形单元区域的周长的一半；Ln,n+1、Ln+1,n+2以及Ln+2,n为第n个三角形单元区域的边长。
4.根据权利要求1所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法，其特征在于，所述波浪能总量的计算算式包括：
Figure FDA0003579703070000021
Figure FDA0003579703070000022
Figure FDA0003579703070000023
式中，Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量，S(ω)为当前波浪能装置阵列的工作期间的波浪谱，
Figure FDA0003579703070000024
为第n个波浪能装置的能量输出函数，Hs为第n个波浪能装置工作期间的有效波高，Tp为放置波浪能装置阵列的海域的波浪峰值的周期，X为第n个波浪能装置响应振幅的列向量，α为风速风区系数，g为重力加速度，ω为波浪频率，ω0为波浪谱峰频率，γ为观测修正值，b为修正项指数，σ为概率峰值系数。
5.一种波浪能阵列能量俘获密度计算装置，其特征在于，包括：
波浪能获取模块，用于获取波浪能装置阵列所获取的波浪能总量；
用海面积计算模块，用于计算当前波浪能装置阵列的总用海面积；
能量密度计算模块，用于利用所述波浪能总量以及所述总用海面积通过预设算法运算，获得当前波浪能装置阵列的能量俘获密度，其中，所述预设算法的算式包括：
Figure FDA0003579703070000031
式中，ρarray为当前波浪能装置阵列的所述能量俘获密度；Parray为当前波浪能装置阵列的所述波浪能总量；Sarray为当前波浪能装置阵列的所述总用海面积。
6.根据权利要求5所述的波浪能阵列能量俘获密度计算装置，其特征在于，所述用海面积计算模块包括：
阵列划分单元，用于以各个波浪能装置为顶点将当前波浪能装置阵列划分为多个三角形单元区域；
区域面积计算单元，用于计算波浪能装置阵列中每个所述三角形单元区域的面积，以获得所述总用海面积。
7.根据权利要求5所述的波浪能阵列能量俘获密度计算装置，其特征在于，计算总用海面积的算式包括：
Figure FDA0003579703070000032
Figure FDA0003579703070000033
Figure FDA0003579703070000034
式中，Sarray为所述总用海面积；Sn为第n个三角形单元区域的面积；Cn为第n个三角形单元区域的周长的一半；Ln,n+1、Ln+1,n+2以及Ln+2,n为第n个三角形单元区域的边长。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行根据权利要求1至4中任一项所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法。
9.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至4中任一项所述的波浪能阵列能量俘获密度计算方法。
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