CN101858297A - 滚动式浪涌发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种重力砂车在滚动浮体内置圆弧形轨道上往复运动带动发电机发电的方法。是利用迎浪装置受浪涌的冲击作用使圆柱形浮体来回滚动，获得浪能，用最简便的方法、最简单的设备充分利用海洋中最丰富的水浮力，最普通浪涌冲击力的发电装置及方法，是目前已公布技术中较液压、空气压缩和位差等方法原理利用最合理最实用的新技术产品。无需基础固定安装发电装置，它解决了已有海浪发电装置结构复杂、能量获取效率低、商品化差，整体性结构不怕风暴，安全性好，无外露元件，运动件抗腐能力强，无需刚性固定装置，施工简单、成本低，轴承和齿轮、轨道是唯有的运动部件，使用可靠、寿命长，浪能转换成电能效率高。

Description

滚动式浪涌发电方法

技术领域

本发明涉及利用浪能发电的方法，属海洋波浪能开发利用技术领域。

背景技术

海洋中最丰富的是水、最普遍的是浪，波浪能是海洋能源中最丰富、最普遍、较难利用的资源之一。波浪能又是海洋能中所占比重较大的海洋能源。海水的波浪运动产生十分巨大的能量，波浪能是一种密度低、不稳定、无污染、可再生、储量大、分布广、利用难的能源。由于海浪的能量都集中在海面表层，使海浪成为高度集中的能量源，同时浪能也是最环保的能源，但目前浪能还没有被有效的利用。波浪是海水的运动形式之一，它的产生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。波浪形成时，水质点作震荡和位移运动，水质点的位置变化产生位能。我国陆地海岸线长达一万八千多公里、大小岛屿6960多个。近海受季风控制，冬季浪大，夏季浪小，特别是冬季在强烈的偏北风吹拂下，从黄海到南海形成一条东北-西南走向的大浪带，平均波高在2米以上，且周期在4-8s之间，有利于波浪能发电，具有广阔的开发利用前景。

全球已申请的波力发电专利超过千项，已有20多种进行过实验，虽然波浪能开发的技术复杂、成本高、投资回收期长。但是近200年来，世界各国还是投入大量人力、物力进行不懈的探索和研究。除实验室研究外，挪威、日本、英国、美国、法国、西班牙和中国等国家已建成多个数十瓦至数百千瓦的试验波浪发电装置。目前已经研究开发比较成熟的波浪发电装置基本上有三种类形。一是振荡水拄型，用一个容积固定的、与海水相通的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化引起容器内的空气容积发生变化，压缩容器内的空气(中间介质)，用压缩空气驱动叶轮，带动发电装置发电。二是机械型，利用波浪的运动推动装置的活动部分(鸭体、筏体、浮子等)，活动部分压缩(驱动)油、水等中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电。三是水流型，利用收缩水道将波浪引入高位水库形成水位差(水头)，利用水头直接驱动水轮发电机组发电。这三种类型各有优缺点，但有一个共同的问题是波浪能转换成电能的中间环节多，效率低，电力输出波动性大，这也是影响波浪发电大规模开发利用的主要原因之一。把分散的、低密度的、不稳定的波浪能吸收起来，集中、经济、高效地转化为有用的电能，装置及其构筑物能承受灾害性海洋气候的破坏，实现安全运行，是当今波浪能开发的难题和方向。

由于波浪能的利用地点局限在海岸附近，还容易受到海洋灾害性气候的侵袭。开发成本高，规模小，社会效益好但是经济效益差，投资回收期长，长期以来，波浪能的大规模商业化开发利用发展缓慢。

与已公开技术相比本发明的特点在于：

1、运动件极少，只有电机、重力砂车轮、齿轮；

2、抗灾害性气候能力强，外体全密封圆柱形整体结构，由于重心的调整能自然复位，任凭风浪摆布；

3、结构装置成本低，钢板、电机、砂石是本装置的主材，只有8个主要部件；

4、抗腐能力强，无外露元件、运动件和设备；

5、发电效率高，能量传递简单，原理可靠、实用、安全，传递能量损失极少；

6、海浪可取能量中不是浪峰而是浪涌，浪峰只是海浪的表现像，所以本发明吸取的是浪峰和浪涌；

7、无固定支架或海底固定结构，对地点选择无要求，用软缆绳定位，海面安装发电装置。

发明内容

本发明是一种重力砂车在滚动浮体内置圆弧形轨道上往复运动带动发电机发电，是利用迎浪装置受浪涌的冲击作用使用圆柱形浮体来回滚动，获得浪能，用最简便的方法、最简单的设备充分利用海洋中最丰富的水浮力，最普通浪涌冲击力的发电方法。

1、圆柱形浮体

圆柱形浮桶体内置砂车轨道，轨道上放置砂车，安装一组或多组发电机，并设置有定位石锚连接环、迎浪板，圆柱形滚动浮体为抗风暴和巨浪采取整体结构。

2、发电机

发电机是将浪能转换为电能的装置，每台发电装置设置一组或多组发电机，并在发电机上配置飞轮，因砂车的运动特点为圆弧形往复运动，有发电死点，发电机安装在砂车的两端，使砂车受力平衡减少单边受力磨损现象，延长砂车使用寿命。

3、迎浪装置

迎浪装置是将冲击浪能转换为机械能的主要装备，该设备的作用为增加摆动幅度，从而更多获得浪能。它安装在圆柱形滚动浮体的上部，当迎浪装置受浪能冲击后带动圆柱形滚动浮体向背浪方向运动，使重力砂车与发电装置作相对运动获取能量。

4、动力惯性飞轮

动力惯性飞轮是为安装在发电机主轴上的砂车保证发电机能正常输出较平稳电能而设置的。

5、限位缓冲装置

当发电装置遇暴风巨浪时，砂车运行的距离会增加，可能会造成发电装置的翻滚，电缆扭曲变形。为防止上述现象的发生，保证重心始终保持在一定的范围，发出更多电能。

6、重力砂车

重力砂车是承载砂子而设置，它的作用是当浮桶受浪能冲击时，浮桶发生滚动。使砂车在桶内获得势能，由于重力的作用，砂车沿轨道方向运动，从而带动发电机运动发出电能。采用砂子作为重力物成本较低，易于获取，比重较大，运输和施工方便，无维护和抗腐力强。砂车下部设有多组轮子在轨道上反复运动，根据承重情况，轮子组数可增减数量，载重量又随环境要求而增减。

7、砂车轮子

砂车轮子为圆锥形、圆柱形或槽形，保证砂车按正常轨迹运动，关健元件设有轴承，以减少运动时的阻力，材质可为刚性材料、工程塑料或其它材料。

8、轨道

轨道是供砂车运动的载体，根据轮子的形状而设置，可制作成三角形或工字型等，材料可为塑料，以减少运行时的阻力。形状与浮桶内侧形状一样呈圆弧形或圆形，可拆卸，便于安装，保证浮桶的整体性和提高抗风暴巨浪能力。

9、定位石锚

定位石锚的作用是使圆柱形滚动浮体在水中位置不发生大位移。为施工方便，定位石锚是用耐腐网状袋盛装合适大小石头，串在缆绳上顺势沉入水底，数量根据情况而定，施工简单，取材方便，安全实用。水底无需施工，缆绳出水部分设有浮体，用来承载缆绳的自重，减少缆绳摇摆的不利影响。采用水为重力块和石头为定位石锚，成本低廉、取材容易、安装、维护方便，每台能单独运行或并列运行，能建立较大的发电场。

10、定向风帆，它的作用是圆柱形滚动浮体始终保持与浪涌方向一致，使迎浪装置获取最大浪能，作用原理为：当水面有风时，由于风力作用风帆方向始终与风向保持一致。当水面无风时，风帆方向始终与水浪的方向垂直，通过牵引绳的推动作用，可确保圆柱形滚动浮体的迎浪装置与浪涌方向相对一致。

11、电力电缆，电线电缆为软质电缆，发电装置引出线装有浮体，减少摇摆动作对发电装置的影响。

12、电控箱，电控柜设置在发电装置外部，设有电器保护、调节、控制、输送、变电系统和监控系统。

附图说明

结合说明书附图1

具体实施方式

说明书附图1所示，本发明充分利用水的浮力，浪涌的冲击力，推动圆柱形浮体2摆动。当圆柱形浮体2摇动时，重力砂车轮6在内置轨道3上往复运动，带动变速齿轮箱5转动，齿轮箱5带动发电机4发出电能，经电缆输出送给控制箱。

说明书附图1所示，发电装置的能量转换顺序为：浪能冲击迎浪板1→圆柱形浮体2摇动→重力砂车9与圆柱形浮体2经轨道3相对运动→重力砂车轮6在轨道3上滚动→变速齿轮箱5转动→发电机4转动发出电能→经电缆输送给控制箱→经控制箱变频后并网或直接输送给用户。

Claims (10)

1.本发明涉及一种利用海浪发电的方法，用重力砂车惯性运动带动发电机在滚动浮体的内置圆弧形轨道上往复运动，将浪能转变为电能的方法，其中还包括：迎浪装置1、圆柱形滚动浮体2、轨道3、发电机4、变速齿轮箱5、车轮6、重力砂车7、定位吊环8、工作通道10、止位装置11、动力惯性飞轮12、定位风帆13、定位石锚14、电缆15、电控箱16。

2.根据权利要求书1所述，圆柱形滚动浮体与重力砂车作相对运动，其特征在于圆柱形滚动浮体2在浪涌的推动下，迎浪装置1带动圆柱形滚动浮体，以重力砂车重心为中心点作圆弧运动带动发电机4转动，将浪能转变为电能的方法。

3.根据权利要求书1所述，迎浪装置1其功能是吸收浪能，使圆柱形滚动浮体2产生摇摆，顶部开有工作通道孔10，中部为空体或轻质料填充，是整个发电装置中唯一与外面通道设置，其外形可根据实际要求变化。

4.根据权利要求书1所述，圆柱形滚动浮体2除工作通道10外是全封闭结构，两端滚动中心位置设有吊环8，具有抗自然灾害能力。

5.根据权利要求书1所述，轨道3是设置在圆柱形滚动浮体2内的供重力砂车运行的重要部件，其剖面可为三角形、工字形、U形、L形等其它形状，材料可选用刚性材料、工程塑料或其它材料。

6.根据权利要求书1所述，变速齿轮箱5其特征在于设置有离合器装置根据功率大小设置齿轮的限度，在轮子6运动和反向运动时有离合器与轮子6连接，轮子6在发电机4作功方向运动时，发电机4由轮子6通过离合器在合位运动带动发电机4和齿轮工作，当砂车轮子6在反向运动时，离合器在分位工作，此时发电机无动力输出，离合器始终保持与发电机4运动方向一致。

7.根据权利要求书1所述，重力砂车轮6其特征是轮子踏面根据轨道的形状配套设计，轮子与齿轮箱用顺向离合器连接，轮子一侧与变速箱一侧设有顺向离合器刺齿，轮子与主轴中间设有轴承，材质选用金属材料、工程塑料或其它材料。

8.根据权利要求书1所述，重力砂车7其特征在于圆弧形底部结构，装有多组轮子，发电机固定于砂车下部的车轮位置。通过圆柱形滚动浮体的摆动，重力砂车在轨道上运动从而带动发电机转动，发出电能。车内选用重力填充物为砂石，砂车容器可是网状、栏栅板式结构，砂石可袋装、散装或石块形式。

9.根据权利要求书1所述，止位装置11其特征在于止位弹簧设置在砂车上止点的轨道上，正常情况下是砂车上行至止点，在砂车达到止点时可限制砂车行重并提供反回作用力，在巨浪情况下，除完成正常功能外还可保证砂车不会翻滚，使发电设备正常发电。

10.根据权利要求书1所述，动力惯性飞轮12其特征在于惯性飞轮与发电机主轴连接，使重力砂车在止点时发电机能正常发出电能，为减少发电机发电功率变化波动大而设置。

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