CN102094403B - 一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置 - Google Patents

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Abstract

一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，属于海洋能利用领域。其特征在于由海底、自然波浪、自然波浪挡体、人工波浪、人工波浪挡体、稳定波浪、自然挡体涵洞、人工挡体涵洞、潮流水轮机组成。波浪受到挡体的阻挡，在涵洞内生成潮流。波浪能-潮流能转换及综合利用装置能够有效地将能量分布广泛但能流密度低的波浪能转化成能流密度高的潮流能，并通过潮流水轮机提取潮流的能量进行发电。本发明结构简单，工作稳定，施工方便，所产生的电力清洁无污染，解决了海洋能中波浪能能流密度低和潮流能受地域限制的缺点，广泛应用于岛屿、半岛和近海等海域，大大拓展了海洋能的利用范围。

Description

一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置
技术领域
本发明属于海洋能利用领域，涉及一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置。
背景技术
能源和环境是人类可持续发展面临的重大问题，发展清洁的可再生能源为世界各国所共识。海洋能中，波浪能和潮流能以其可再生性、蕴藏量丰富和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的绿色清洁能源之一。波浪能分布广泛，潮流能分布有限，在近海、半岛、岛屿附近，潮流能相对较小。
波浪能发电和潮流能发电是海洋能利用的主要方式，波浪能利用一般采用浮子进行发电，波浪能利用效率低；潮流能利用一般采用水轮机进行发电，潮流能利用效率高，但必须局限于潮流能丰富的特殊地域，例如海峡，水道中。
综上，波浪能能流密度低但分布广泛，因此能量捕获困难；潮流能能流密度高但受地域和地形影响，因此能量捕获较容易。如果单独利用潮流能或者单独利用波浪能进行发电，经济效益不高，是影响波浪能和潮流能推广与应用的主要原因。
在岛屿、半岛、近海等广阔海域，实现波浪能和潮流能的转换和综合利用，是实现海洋能高效利用、海洋仪器设备供电的有效方式。
发明内容
本发明提出一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，解决了海洋能中波浪能能流密度低和潮流能受地域限制的缺点。
本发明的技术方案如下：
一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，包括海底、自然波浪、自然波浪挡体、人工波浪、人工波浪挡体、稳定波浪、自然挡体涵洞、人工挡体涵洞和潮流水轮机。
自然波浪由气候和环境天然产生，自然波浪挡体用于阻挡自然波浪；人工波浪位于自然波浪挡体和人工波浪挡体之间；稳定波浪位于人工波浪挡体另一侧；自然挡体涵洞位于自然波浪挡体上，靠近海底位置；人工挡体涵洞位于人工波浪挡体上，靠近海底位置；潮流水轮机位于人工挡体涵洞内。
所述的自然波浪挡体和人工波浪挡体均略高于自然波浪、人工波浪和稳定波浪水面，自然波浪挡体和人工波浪挡体用于阻挡波浪运动，使其在自然挡体涵洞和人工波浪挡体内生成潮流。
自然波浪受到自然波浪挡体阻挡，产生反射波浪，反射波浪与自然波浪相互耦合叠加，在自然波浪与反射波浪的作用下，在自然挡体涵洞内形成往复的潮流；
自然挡体涵洞内的往复潮流会在自然波浪挡体和人工波浪挡体之间产生人工波浪和潮流，人工波浪的能量小于自然波浪的能量。人工波浪受到人工波浪挡体的阻挡，同样在人工挡体涵洞内产生潮流，该潮流以单向流为主，往复流较小。人工挡体涵洞内的潮流同样会在人工波浪挡体后面产生稳定波浪，稳定波浪的能量远小于人工波浪的能量。
人工挡体涵洞内放置潮流能水轮机，潮流能水轮机用于提取涵洞内的潮流的能量进行发电或直接驱动仪器设备。
所述的自然波浪挡体有一个，所述的人工波浪挡体为一个或两个，所述的自然挡体涵洞为一个或多个，人工挡体涵洞的个数小于自然挡体涵洞的个数。
所述的自然挡体涵洞和人工挡体涵洞的形状为倒U形、圆形、方形中的一种形状或者以上二种形状的组合。
所述的自然波浪挡体和人工波浪挡体为平面、凸面、凹面、流线型面、M型面、V型面中的一种形状或者以上二种形状的组合。
所述的潮流水轮机为水平轴水轮机、垂直轴水轮机或螺旋形水轮机中的一种或多种。
本发明的一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，通过了数值仿真验证，能够有效地将能量分布广泛但能流密度低的波浪能转化成能流密度高的潮流能，并通过潮流水轮机将潮流能的动能转化为水轮机的机械能，进而进行发电。本发明广泛应用于各种岛屿、半岛、近海海洋能利用装置中，进行发电或者驱动仪器设备，该电力供居民直接使用、并网或供海洋里的仪器设备使用。本发明结构简单，工作稳定，施工方便，所产生的电力清洁无污染，大大拓展了海洋能的利用范围。
附图说明
图1是本发明的一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置示意图。
图2是图1的自然波浪挡体纵剖面示意图。
图3是图1的人工波浪挡体纵剖面示意图。
图4是图1的平面挡体俯视图。
图5是图1的凸面挡体俯视图。
图6是图1的凹面挡体俯视图。
图中：1海底；2自然波浪；3自然波浪挡体；4人工波浪；5人工波浪挡体
      6稳定波浪；7自然挡体涵洞；8人工挡体涵洞；9潮流水轮机。
具体实施方式
如图所示，本发明的一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置由海底1、自然波浪2、自然波浪挡体3、人工波浪4、人工波浪挡体5、稳定波浪6、自然挡体涵洞7、人工挡体涵洞8和潮流水轮机9组成。
(1)根据地域、地形和海况情况，例如岛屿所在的地域、岛屿周围的海底地形和岛屿周围的海况情况等，测量海底1、自然波浪2的参数；根据所测绘的参数，初步确定自然波浪挡体3、人工波浪挡体5的形状、长度(或者弧长)、厚度等；
(2)根据所测绘的参数，初步确定自然挡体涵洞7、人工挡体涵洞8的具体位置、个数、形状和大小等；
(3)结合计算流体力学理论，对所属海域的流场进行数值模拟，以人工挡体涵洞8内潮流能能量最大为目标对自然波浪挡体3、人工波浪挡体5、自然挡体涵洞7、人工挡体涵洞8的个数、具体参数等进行优化；
(4)根据数值模拟的人工挡体涵洞8内潮流能流场情况，确定潮流水轮机9的类型、结构和参数，根据水轮机获能情况，设计和确定与之匹配的发电机组。

Claims (4)

1.一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，包括海底、自然波浪、自然波浪挡体、人工波浪、人工波浪挡体、稳定波浪、自然挡体涵洞、人工挡体涵洞和潮流水轮机；
自然波浪挡体用于阻挡自然波浪，人工波浪位于自然波浪挡体和人工波浪挡体之间，稳定波浪位于人工波浪挡体另一侧；自然挡体涵洞位于自然波浪挡体上，靠近海底位置，人工挡体涵洞位于人工波浪挡体上，靠近海底位置；潮流水轮机位于人工挡体涵洞内；自然波浪挡体和人工波浪挡体均略高于自然波浪、人工波浪和稳定波浪水面；
所述的自然波浪挡体有一个，所述的人工波浪挡体为一个或两个，所述的自然挡体涵洞为一个或多个，人工挡体涵洞的个数小于自然挡体涵洞的个数。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，其特征还在于，所述的自然挡体涵洞和人工挡体涵洞的形状为倒U形、圆形、方形中的一种形状或者以上二种形状的组合。
3.根据权利要求1所述的一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，其特征还在于，所述的自然波浪挡体和人工波浪挡体为平面、凸面、凹面、流线型面、M型面、V型面中的一种形状或者以上二种形状的组合。
4.根据权利要求1所述的一种波浪能-潮流能转换及综合利用装置，其特征还在于，潮流水轮机为水平轴水轮机、垂直轴水轮机或螺旋形水轮机中的一种或多种。
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