CN101302988A - 波浪发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪发电系统，包括：波浪能量拾取单元、运动转换单元和发电机，还包括为了适应不同参数的波浪而设置的波浪适应单元；波浪能量拾取单元通过波浪适应单元连接运动转换单元，运动转换单元的输出端再与发电机动力连接；所述波浪适应单元包括波浪纹机构，所述波浪纹机构与波浪能量拾取单元动力连接，随波浪起伏在垂直方向作往复直线运动；波浪纹机构的一侧设有波浪面，波浪面的参数与不同大小的波浪相适配。采用本发明技术方案的波浪发电系统，由于设置了波浪适应单元，且波浪适应单元包括波浪纹机构，可以通过改变波浪纹机构上波浪面的尺寸，适应不同大小的波浪，使得系统可以在浪高为0.5米至10米的范围内都能正常发电。

Description

波浪发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别涉及波浪发电系统，尤其涉及一种利用海浪发电并能适应潮汐的波浪发电系统。

背景技术

现有的海浪发电装置就其能量转化的方式而言，大体分为两种类型：一种是利用海浪的推动力是海浪能转化为高速流动的气体，再由气体推动空气涡轮其叶片旋转进行发电。比如日本的“海明”号发电船、“巨鲸”海浪发电系统等。但由于是利用气流推动涡轮机进行发电，气体与叶片作用的时间短，能量吸收少、能量转化率低，据报道，从理论上海浪能仅有16％可转化为电能，且在浪高超过3米和不足0.5米时均无法很好的正常工作。另一种是利用海浪的上下波动来推动浮于水面的浮子运动，再利用传动机构连接浮子和发电机，利用浮子推动发电机发电。此类装置直接将海浪能转化为机械能，再利用机械能进行发电，因而发电效率较高。但是由于潮起潮落的影响，浮子的运动范围会在较大的一个范围内变动，如何有效地适应潮汐的影响，是海浪发电面临的一个大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种波浪发电系统，解决目前波浪发电系统无法适应潮涨潮落的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

波浪发电系统，包括：波浪能量拾取单元、运动转换单元和发电机，还包括为了适应不同参数的波浪而设置的波浪适应单元；波浪能量拾取单元通过波浪适应单元连接运动转换单元，运动转换单元的输出端再与发电机动力连接；所述波浪适应单元包括波浪纹机构，所述波浪纹机构与波浪能量拾取单元动力连接，随波浪起伏在垂直方向作往复直线运动；波浪纹机构的一侧设有波浪面，波浪面的参数与不同大小的波浪相适配。

优选的技术方案中，所述波浪适应单元还包括液压伸缩杆，所述液压伸缩杆根据潮水的水位自行改变长度，在涨潮时变短、在落潮时变长，从而消除潮汐对波浪发电系统的影响。

进一步优选的技术方案中，所述液压伸缩杆包括一个竖直设置的液压缸，所述液压缸的缸筒中设置有阻挡环；所述阻挡环之上的缸筒中设置有上活塞，所述上活塞的活塞杆与波浪纹机构固定连接；阻挡环之下的缸筒中设置有下活塞，所述下活塞的活塞杆与波浪能量拾取单元固定连接；且位于上活塞与下活塞之间的下液缸具有出液口和入液口，所述入液口和出液口分别通过单向阀与外界液压系统的储液箱连接。

进一步优选的技术方案中，所述上活塞之上的缸筒构成上液缸，所述上液缸具有与外界液压系统的储液箱相连接的出入口。

优选的技术方案中，所述运动转换单元包括：顶杆、摇杆、曲轴和变速箱，所述顶杆水平设置，其一端通过滚轮与波浪纹机构的波浪面接触，另一端与摇杆铰接，摇杆的另一端又与曲轴铰接，曲轴通过变速箱与后续的发电机动力连接。

进一步优选的技术方案中，所述波浪适应单元和运动转换单元有两套，且并行对称设置；所述波浪能量拾取单元通过两套并行对称设置的波浪适应单元和运动转换单元与发电机动力连接。

更进一步优选的技术方案中，所述波浪能量拾取单元有多个，每个波浪能量拾取单元通过两路并行对称设置的波浪适应单元和运动转换单元与发电机动力连接。

再进一步优选的技术方案中，所述波浪能量拾取单元垂直于波浪的方向排列，且相邻两个波浪能量拾取单元之间的距离为波浪浪距一半的奇数倍；所述运动转换单元中的曲轴连成两条长曲轴，每条长曲轴通过一个变速箱与发电机动力连接。

采用本发明技术方案的波浪发电装置与现有技术对比的有益效果在于：

由于设置了波浪适应单元，且波浪适应单元包括波浪纹机构，可以通过改变波浪纹机构上波浪面的尺寸，适应不同大小的波浪，使得系统可以在浪高为0.5米至10米的范围内都能正常发电。

由于波浪适应单元进一步包括液压伸缩杆，可以适应潮起潮落的变化，消除潮汐对波浪发电系统的影响，而且结构简单、控制方便而且使用效果好。

由于液压伸缩杆主要为一个具有两个活塞的液压缸，且两活塞之间形成的液缸具有出液口和入液口，涨潮时下液缸中的液压令液柱整体上移，并推动上活塞向上移动，当上活塞移动到极限位后，下活塞仍有上移推力时，构成液柱的液体由通过出液口流出使得液压伸缩杆变短；落潮时液柱在上活塞下移的推动下整体下移，当上活塞下移到下极限后下活塞仍有下移重力作用时，构成液柱的液体通过入液口进入下液缸使得液压伸缩杆变长，从而能很好的适应潮涨潮落。

由于运动转换单元包括顶杆、摇杆、曲轴和变速箱，结构简单、技术成熟。

由于每一套波浪发电系统包括两套并行对称设置的波浪适应单元和运动转换单元，因而结构更加优化和合理，发电效果更好。

由于波浪能量拾取单元有多个，相当于多组波浪发电单元并极集中发电，能够发挥规模优势。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一波浪发电系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式一中波浪适应单元中液压伸缩杆的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式二波浪发电系统的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式三波浪发电系统的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一

本具体实施方式提供的波浪发电系统适合建造在海岸附近的浅海中的平台上，其主要包括：波浪能量拾取单元、波浪适应单元、运动转换单元和发电机。

如图1所示，整个系统设置在平台1上。波浪能量拾取单元用于拾取波浪的能量，本具体实施方式中的波浪能量拾取单元主要包括浮子3，浮子3浮于平台1下方的水面上，随着波浪上下起伏，将波浪的能量转换成上下往复运动。浮子3通过波浪适应单元与运动转换单元动力连接，将能量传递给运动转换单元，并由运动转换单元转化为旋转运动后驱动发电机发电。

为了适应浪的不同大小和潮涨潮落，本系统在浮子和运动转换单元之间设置了波浪适应单元。所述波浪适应单元包括为了适应潮涨潮落而设置的液压伸缩杆2，和为了适应不同浪高而设置的波浪纹机构4。

所述液压伸缩杆2如图2所示，主要包括一个竖直固定设置在平台1上的液压缸2，以及配合所述液压缸2工作的液压系统，所述液压系统至少具有储液箱。所述液压缸2的缸筒中设置了一个阻挡环20，将液压缸2的缸筒分成上下两部分；上部缸筒内设置了一个活塞称为上活塞23，其只能在阻挡环20上部的缸筒内运动；下部缸筒内设置了一个活塞称为下活塞24，其只能在阻挡环20下部的缸筒内运动。

下活塞24的活塞杆与波浪拾取单元的浮子3固定连接，因此下活塞24能随着浮子3在竖直方向作往复直线运动。上活塞23的活塞杆与所述运动转换单元的输入端固定连接。上活塞23和下活塞24之间的缸筒内充满了液压油，由于液压油的不可压缩性，当浮子3在竖直方向作往复直线运动时，下活塞24和上活塞23也随之作往复直线运动，从而将浮子3的往复直线运动传递给运动转换单元，由运动转换单元转换成旋转运动之后驱动发电机9旋转而发电。

液压伸缩杆2主要用于解决潮汐对波浪发电的影响，由于整个系统除了波浪能量拾取单元中的浮子3在水面上浮动之外，其它部分均是固定的。当涨潮时浮子3的运动中心必定上移，因此需要将浮子3与运动转换单元之间的距离进行必要的调整，落潮时也是如此。所以液压伸缩杆2在阻挡环20下方，靠近阻挡环20处设置了一个入液口26和一个出液口27，并且在其上各连接有一个单向阀28，保证液压油只能由入液口26进入液压缸2，并由出液口27流出液压缸2。而且还将液压缸2的上端封闭，以次保证上活塞23不会跑出液压缸2，而且在上活塞23之上的缸筒中也注有液压油，并且在缸筒的最上端设置了出入口25。为了便于描述，将上活塞23和下活塞24之间填充有液压油的空间称为下液缸22，而将上活塞23之上填充液压油的空间称为上液缸21。出入口25通过管道与外部的储液箱连接，当上活塞23上行时，上液缸21的空间被压缩，其中的液压油通过出入口25流入外部储液箱。当上活塞23下行时，上液缸21的空间变大，储液箱中的液压油通过出入口25进入上液缸21。

涨潮时浮子带动上活塞23和下活塞24上行，上活塞23运动到最上端之后不能再上行，此时下液缸22中的液压油通过出液口27排往储液箱，使得上活塞23和下活塞24之间的距离变小，从而适应了涨潮。落潮时，浮子带动上活塞23和下活塞24下行，上活塞23运动到最下端之后被阻挡环20阻挡而不能再下行，此时储液箱中的液压油通过入液口26进入下液缸22，使得上活塞23和下活塞24之间的距离变大，从而适应落潮。

所述波浪纹机构4固定设置在上活塞23的活塞杆上，其一侧具有起伏的波浪面，其作用类似于凸轮机构中的凸轮。可以通过改变波浪纹机构4上波浪面的尺寸，适应不同大小的波浪，使得系统可以在浪高为0.5米至10米的范围内都能正常发电。适应波浪高度的机构是波浪纹机构具有起伏的波浪面，每个波浪面的曲线高度与最小海浪高度一致，因而每个波浪周期能保证凸轮机构往复运动至少一次。

运动转换单元用于将波浪能量拾取单元产生的，在垂直方向上的往复直线运动最终转换成旋转运动，其输出端与发电机9动力连接，其输出的旋转运动驱动发电机9旋转而发电。运动转换单元在本具体实施方式中如图1所示，具体包括顶杆5、摇杆6、曲轴7和变速箱8。所述顶杆5的一端设置有滚轮，顶杆5通过所述滚轮与波浪纹机构4的波浪面接触。当浮子3随着波浪上下浮动的时候，上活塞23的活塞杆带动波浪纹机构4随之上下运动，由于顶杆5被限制在一个套筒内，其只能在水平方向运动，故顶杆5会左右运动。顶杆5的右端与摇杆6的左端铰接，摇杆6的右端又连接曲轴7，所以顶杆5在水平方向的往复直线运动会驱动曲轴7旋转。曲轴7与变速箱动力连接，其旋转运动经过变速箱变速之后驱动发电机9旋转而发电。

具体实施方式二

为了使得系统更加优化，可以如图3所示，将具体实施方式一中的两套系统对称设置在一个平台1上，且两个浮子3连成一体，则动力经过两路传输后共同驱动一台发电机9发电。

具体实施方式三

还可以如图4所示，将若干组图3所示的系统并列起来，若干个浮子3产生的运动，经过各自的液压伸缩杆2和波浪纹机构4、顶杆5、摇杆6后共同驱动两根长长的曲轴7，每根曲轴7各连接一个变速箱8后驱动发电机9发电。实际使用时将系统从海边向海中延伸设置，并且调整好每一组单元之间的间距，使得每两个浮子3之间的间距大约为半个浪距的奇数倍，则一个浮子3处于波峰时，其相邻的两个浮子3如图4所示恰好处于波谷，则系统能协同动作，达到最好的发电效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1、波浪发电系统，包括波浪能量拾取单元、运动转换单元和发电机，波浪能量拾取单元通过运动转换单元与发电机动力连接，其特征在于，所述波浪发电系统还包括为了适应不同参数的波浪而设置的波浪适应单元，所述波浪适应单元连接在波浪能量拾取单元和运动转换单元之间；所述波浪适应单元包括波浪纹机构，所述波浪纹机构与波浪能量拾取单元动力连接，随波浪起伏在垂直方向作往复直线运动；波浪纹机构的一侧设有波浪面，波浪面的参数与不同大小的波浪相适配。

2、如权利要求1所述的波浪发电系统，其特征在于，所述波浪适应单元还包括液压伸缩杆，所述液压伸缩杆根据潮水的水位自行改变长度，在涨潮时变短、在落潮时变长，从而消除潮汐对波浪发电系统的影响。

3、如权利要求2所述的波浪发电系统，其特征在于，所述液压伸缩杆包括一个竖直设置的液压缸，所述液压缸的缸筒中设置有阻挡环；所述阻挡环之上的缸筒中设置有上活塞，所述上活塞的活塞杆与波浪纹机构固定连接；阻挡环之下的缸筒中设置有下活塞，所述下活塞的活塞杆与波浪能量拾取单元固定连接；且位于上活塞与下活塞之间的下液缸具有出液口和入液口，所述入液口和出液口分别通过单向阀与外界液压系统的储液箱连接。

4、如权利要求3所述的波浪发电系统，其特征在于，所述上活塞之上的缸筒构成上液缸，所述上液缸具有与外界液压系统的储液箱相连接的出入口。

5、如权利要求1至4中任意一项所述的波浪发电系统，其特征在于，所述运动转换单元包括：顶杆、摇杆、曲轴和变速箱，所述顶杆水平设置，其一端通过滚轮与波浪纹机构的波浪面接触，另一端与摇杆铰接，摇杆的另一端又与曲轴铰接，曲轴通过变速箱与后续的发电机动力连接。

6、如权利要求5所述的波浪发电系统，其特征在于，所述波浪适应单元和运动转换单元有两套，且并行对称设置；所述波浪能量拾取单元通过两套并行对称设置的波浪适应单元和运动转换单元与发电机动力连接。

7、如权利要求6所述的波浪发电系统，其特征在于，所述波浪能量拾取单元有多个，每个波浪能量拾取单元通过两路并行对称设置的波浪适应单元和运动转换单元与发电机动力连接。

8、如权利要求7所述的波浪发电系统，其特征在于，所述波浪能量拾取单元垂直于波浪的方向排列，且相邻两个波浪能量拾取单元之间的距离为波浪浪距一半的奇数倍；所述运动转换单元中的曲轴连成两条长曲轴，每条长曲轴通过一个变速箱与发电机动力连接。

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