CN102384016A - 一种海洋能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋能发电技术领域，涉及到海洋能能量收集、发电的方法以及海洋能发电装置。该海洋能发电装置将导向轴与固定在海底的万向器连接，在导向轴上分别装配导向轴伸缩器、能量储存放大器、做为能量收集转换器的浮阀以及浮阀限位器，导向轴在以上装置中心穿过。做为能量收集器的浮阀漂浮在海面上，在海浪、潮汐以及能量储存放大器作用下，沿导向轴做上下往复运动，将海洋潮汐能以及波浪能通过能量收集转换器收集，直接发电或通过水轮机、汽轮机带动发动机发电，最终将海洋能转换为电能。本发明的装置能量收集转换率高；安装环境条件要求低、运行气候条件适应性强；海洋潮汐高低、波浪波幅大小影响小，能够工作运行的海况条件范围广。

Description

一种海洋能发电装置

技术领域

本发明属于海洋能发电技术领域，涉及到海洋能能量收集以及发电的方法，特别涉及到一种海洋能发电装置。

背景技术

科学技术发展和社会需求进程的加快，导致对能源需求的与日俱增，在传统的化石能源已经日益短缺的情况下，开发新型能源已经迫在眉睫。海洋能做为一种清洁能源以及其丰富的储量，已经越来越受到重视。伴随技术不断发展，海洋能应用技术已经日益成熟，利用海洋能即将成为人类社会发展能源需求的重要方式。

海洋能是指海洋中蕴藏的自然能源，主要为海洋潮汐能、海洋波浪能、海流能、海水温差能以及海水盐差能等。海洋潮汐发电以及海洋波浪发电是海洋能利用的主要方式。

目前，海洋能发电的能量转换分为两步：第一步是将海洋能转换为机械能，第二步是将机械能转换为电能。海洋潮汐能发电大致有两种方式，筑坝储能潮汐发电、聚波储能潮汐发电。海洋波浪发电大致有三种方式，浮漂式发电装置、振荡水柱式发电装置、摆式波浪发电装置。

现有的海洋能发电技术正在逐步完善，但仍然存在诸多问题需要加以解决。筑坝储能潮汐发电、聚波储能潮汐发电对坝址要求比较高，很难有符合要求的坝址，并且在海洋中修筑储水坝难度同样很大，对海洋环境影响大；浮漂式发电装置、振荡水柱式发电装置、摆式波浪发电装置受气候条件限制较大，并且难以形成规模运行；并且每一种发电方式受不同的潮位高低、海浪波幅影响大，同时存在着能量转换率低的问题需要加以改进。

发明内容

本发明提供了一种海洋能发电装置，该海洋能发电装置将导向轴与固定在海底的万向器连接，在导向轴上分别装配导向轴伸缩器、能量储存放大器、做为能量收集转换器的浮阀以及浮阀限位器，导向轴在以上装置中心穿过。做为能量收集器的浮阀漂浮在海面上，在海浪、潮汐以及能量储存放大器作用下，沿导向轴做上下往复运动，将海洋潮汐能以及波浪能通过能量收集器收集，直接发电或通过水轮机、汽轮机带动发电机发电，最终将海洋能转换为电能。

本发明实现其技术问题所采用的技术方案是：

一种海洋能发电装置，包括至少一个海洋能发电装置；该海洋能发电装置包括定位平台、万向器、导向轴、导向轴伸缩器、能量储存放大器、作为能量收集器的浮阀以及浮阀限位器。

导向轴通过万向器固定在定位平台上，将定位平台、万向器、导向轴伸缩器、能量储存放大器、作为能量收集器的浮阀以及浮阀限位器连接在一起，导向轴在以上装置中心穿过。

定位平台直接固定在海底，或者通过其它结构加以固定。

万向器固定环固定在定位平台上，万向器活动环通过导向轴伸缩器与导向轴连接，可以通过该装置使能量收集器浮阀根据不同的风向调整浮阀的受力方向，使波浪能量最大化作用于能量收集器浮阀上。

导向轴伸缩器是一个带活塞的缸体结构。其压力缸固定在万向器活动环上，其活塞与导向轴连接，根据潮汐水位高低，通过调整导向轴伸缩器上下缸体介质压力，调整活塞带动导向轴伸缩，调整导向轴长度，使固定在导向轴上得能量收集器活塞在最佳位置配合导向轴顶端的能量收集器浮阀随潮汐起落一直在海面上下运动。导向轴伸缩器可以采用液压介质结构、气压介质结构、机械丝扣结构或其它结构。

能量储存放大器是一个带活塞的缸体结构。其压力缸固定在导向轴上，活塞和活塞轴套装在导向轴外，可以沿导向轴上下运动。缸体上下部分充装介质，介质可以是液体或气体。调整上下缸体内介质的量，可以调整活塞位置，从而调整能量储存放大器撞块位置，向上推动能量收集器浮阀启动，并且限制能量收集器下行位置。当能量收集器浮阀由上而下运动并作用至活塞轴上端能量存储放大器撞块时，能量储存放大器压力缸缸体下端介质被压缩，直至能量收集器浮阀下落到最低点，介质压缩储存的能量重新释放，作用于能量收集器浮阀，使浮阀在海水浮力以及在能量存储器共同作用下反向向上运动，从而增大能量收集器浮阀向上运动的动力，进而使能量收集器浮阀向上运动的距离加大。能量储存放大器也可以采用弹簧等其它储能结构。

能量收集器浮阀分为三部分：

(1)浮阀内部为波浪能收集器，波浪能收集器可以是活塞式，活塞固定在导向轴上，浮阀上下运动，通过活塞压缩充装在波浪能收集器压力缸上下部分内的介质，压力缸充装介质可以是液体或气体，使压力缸内介质压力增大或减少，带动与之连通的水轮发电机或汽轮发电机发电；波浪能收集器可以是直接发电式，此时，波浪能收集器是一台直线往复式发电机，波浪能发电机定子固定在导向轴外缘，波浪能发电机动子装配在浮阀内部，使之环绕导向轴外部的波浪能发电机定子，浮阀上下往复运动时，带动波浪能发电机动子相对于波浪能发电机定子上下往复运动发电。

(2)浮阀波浪能收集器外围上部是海洋潮汐能收集器浮阀，潮汐能收集器浮阀通过下部两条管路与浮阀外部相连，一条管路为潮汐能收集器进水发电管路，另一条管路为潮汐能收集器排水发电管路；潮汐能收集器浮阀通过上部两条管路与浮阀外部相连，一条管路为潮汐能收集器排气发电管路，另一条管路为潮汐能收集器进气发电管路；涨潮时，海水通过潮汐能进水发电管路进入潮汐能收集器浮阀，带动进水发电机发电，同时将潮汐能收集器浮阀内空气压缩排出，带动潮汐能收集器排气发电机发电；退潮时，潮汐能收集器浮阀内海水通过潮汐能排水发电管路排出，带动排水发电机发电，同时将潮汐能收集器浮阀外空气吸入浮阀，带动潮汐能收集器进气发电机发电。

(3)浮阀波浪能收集器外围下部是能量收集器配重器，可以在其内充装不同质量的介质调节能量收集器浮阀整体质量，对应不同波幅的波浪，使能量收集器浮阀能够适应各种波幅的波浪，从而使波浪能利用率最大化；能量收集器配重器因其加大了能量收集器浮阀的质量，能够增大潮汐高潮位时潮汐能收集器进水发电机发电时的进水压力，增加海洋潮汐能的能量利用率。

导向轴伸缩器、能量储存放大器、能量收集配重器也可以在其他的装置中单独使用或结合在一起使用。

浮阀限位器固定在导向轴上端，在涨潮时，限位器和导向轴伸缩器共同作用，将潮汐能量收集器浮阀压在海水内，增大海水进入潮汐能量收集器浮阀压力，加大海水潮汐能利用率。

定位平台、万向器、导向轴、导向轴伸缩器、能量储存放大器等装置中的一个或几个，可以分别与波浪能活塞发电装置、波浪能发电机发电装置、潮汐能发电装置、压电发电装置中一个或几个装置组成海洋能发电装置。

本发明的海洋能发电装置还包括压电发电部分。分别在导向轴伸缩器、能量储存放大器以及波浪能收集器压力缸缸体内层以及活塞上下表面安装压电发电装置，通过能量收集器工作上下往复运行时压力缸内部不同部位产生的压力变化发电。

通过本发明的海洋能发电装置通过上述方案可以将海洋能转变为电能。本发明的海洋能发电装置可以一套运行，也可以多套运行。本发明的海洋能发电装置运行时可以无运行成本制造波浪，可以在微幅波浪环境条件下运行发电，也可以在静水条件下运行发电。

本发明能量收集转换率高；安装环境条件要求低、运行气候条件适应性强；海洋潮汐高低、波浪波幅大小影响小，能够工作运行的海况条件范围广；装置运行时对环境无不利影响；装置结构简单，易于维护。

附图说明

图1是本发明的海洋能活塞式发电装置结构示意图。

图2是本发明的海洋能发电机式发电装置结构示意图。

图中：1定位平台；2万向器固定环；3万向器活动环；4导向轴；5导向轴伸缩器压力缸；6导向轴伸缩器活塞；7导向轴伸缩器压电发电层；8导向轴伸缩器下缸体介质管路；9导向轴伸缩器上缸体介质管路；10能量储存放大器压力缸；11能量储存放大器活塞；12能量储存放大器活塞轴；13能量储存放大器撞块；14能量储存放大器压电发电层；15能量储存放大器下缸体介质管路；16能量储存放大器上缸体管路；17能量收集器浮阀；18波浪能收集器压力缸；19波浪能收集器活塞；20波浪能收集器压电发电层；21波浪能收集器下缸体排压发电管路；22波浪能收集器下缸体回压发电管路；23波浪能收集器上缸体排压发电管路；24波浪能收集器上缸体回压发电管路；25波浪能发电机定子；26波浪能发电机动子；27潮汐能收集器浮阀；28潮汐能收集器进水发电管路；29潮汐能收集器排水发电管路；30潮汐能收集器排气发电管路；31潮汐能收集器进气发电管路；32能量收集器配重器；33配重器介质管路；34浮阀限位器。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

在图1、图2中，本发明的海洋能发电装置，该海洋能发电装置包括定位平台1；万向器2、3；导向轴4；导向轴伸缩器5、6；能量储存放大器10～13；做为能量收集器的浮阀17，包括：波浪能收集器压力缸18，波浪能收集器活塞19，波浪能发电机定子25，波浪能发电机动子26；以及浮阀限位器34。导向轴4在以上装置中心穿过。定位平台1直接固定在海底，或者通过其它结构加以固定。万向器固定环2固定在定位平台1上，万向器活动环3通过导向轴伸缩器与导向轴4连接。导向轴伸缩器压力缸5固定在万向器活动环3上，其活塞6与导向轴4连接。能量储存放大器压力缸10固定在导向轴4上，能量储存放大器活塞11和能量储存放大器活塞轴12套装在导向轴4外，可以沿导向轴上下运动，能量储存放大器活塞轴12上端安装能量存储放大器撞块13。能量收集器浮阀17分为三部分。浮阀内部为波浪能收集器，波浪能收集器可以是活塞式，包括波浪能收集器压力缸18、波浪能收集器活塞19，波浪能收集器活塞19固定在导向轴4上；波浪能收集器可以是直接发电式，波浪能发电机定子25固定在导向轴4外缘，波浪能发电机动子26装配在浮阀内部，使之环绕导向轴4外部的波浪能发电机定子25。浮阀波浪能收集器压力缸18或波浪能发电机动子26外围上部是海洋潮汐能收集器27。浮阀波浪能收集器压力缸18或波浪能发电机动子26外围下部是能量收集器配重器32。浮阀限位器34固定在导向轴上端。导向轴伸缩器压力缸5缸体内层以及活塞6上下表面安装压电发电装置7，能量储存放大器压力缸10缸体内层以及活塞11上下表面安装压电发电装置14，波浪能收集器压力缸18缸体内层以及活塞19上下表面安装压电发电装置20。

本发明的海洋能发电装置运行时，首先通过导向轴伸缩器下缸体介质管路8及导向轴上缸体介质管路9向导向轴伸缩器压力缸5内注入或排除介质，调整导向轴伸缩器活塞6的位置，带动导向轴4调整浮阀限位器34的位置，使浮阀限位器34的位置处于能量收集器浮阀17在运行时海洋潮汐的最高潮位的最高位置上端，之后关闭导向轴伸缩器下缸体介质管路8及导向轴上缸体介质管路9。根据装置运行时波浪波幅大小，通过能量储存放大器下缸体介质管路15及能量储存放大器上缸体介质管路16向能量储存放大器压力缸10内注入或排除介质，调整能量储存放大器活塞11的位置，调整能量储存放大器活塞轴12顶端的能量储存放大器撞块13的位置，使能量收集器浮阀17下落的最低位置略高；本发明的海洋能发电装置在微波海浪或静水环境运行启动时，需要通过能量储存放大器撞块13向上主动撞击波能量收集器浮阀17下端，使其向上运行，从而启动海洋能发电装置运行；之后关闭能量储存放大器下缸体介质管路15及能量储存放大器上缸体介质管路16。根据装置运行时潮汐大小及波浪波幅情况，通过配重器介质管路33，向能量收集器配重器32内注入或排出介质，增大或减少能量收集器配重器32的质量，调整能量收集器浮阀17的质量，增大能量收集器浮阀17上下往复运行的距离，之后关闭配重器介质管路33。

在图1中，本发明的海洋能活塞式发电装置在波浪波峰涌过能量收集器浮阀17后，能量收集器浮阀17自上往下运行，带动波浪能收集器压力缸18自上往下运动，波浪能收集器活塞19对压力缸18上缸体进行压缩，对压力缸18下缸体进行负压缩。此时，波浪能收集器上缸体回压发电管路24及波浪能收集器下缸体排压发电管路21关闭，波浪能收集器上缸体排压发电管路23及波浪能收集器下缸体回压发电管路22打开，压力缸18上缸体内介质排出，带动波浪能收集器上缸体排压发电管路23发电；压力缸18下缸体内介质吸入，带动波浪能收集器下缸体回压发电管路22发电。能量收集器浮阀17向下运行至能量储存放大器撞块13位置时，波浪波谷涌过能量收集器浮阀17，浮阀17压迫撞块13向下运行，通过能量储存放大器活塞轴12带动能量储存放大器活塞11压缩能量储存放大器压力缸10下缸体介质，将浮阀17及能量收集器配重器32向下运行的能量进行储存，直至浮阀17向下运行至下行最低点停止，能量储存放大器活塞11停止向下压缩。之后，能量储存放大器压力缸10下缸体内储存的能量通过撞块13向上释放，与下一个波浪海水浮力共同作用于浮阀17，浮阀17向上运行。能量收集器浮阀17自下往上运行时，带动波浪能收集器压力缸18自下往上运动，波浪能收集器活塞19对压力缸18下缸体进行压缩，对压力缸18上缸体进行负压缩。此时，波浪能收集器下缸体回压发电管路22及波浪能收集器上缸体排压发电管路23关闭，波浪能收集器下缸体排压发电管路21及波浪能收集器上缸体回压发电管路24打开，压力缸18下缸体内介质排出，带动波浪能收集器下缸体排压发电管路21发电；压力缸18上缸体内介质吸入，带动波浪能收集器上缸体回压发电管路24发电。在波浪波峰涌过能量收集器浮阀17时，能量收集器浮阀17向上运行至最高点停止向上运行，完成一次上下往复循环，开始下一次循环向下运行。

在图2中，本发明的海洋能发电机式发电装置在波浪波峰涌过能量收集器浮阀17后，能量收集器浮阀17自上往下运行，带动波浪能发电机动子26自上往下运动，波浪能发电机动子26与波浪能发电机定子25做相对运动，波浪能发电机运行发电；能量收集器浮阀17向下运行至能量储存放大器撞块13位置时，波浪波谷涌过能量收集器浮阀17，浮阀17压迫撞块13向下运行，通过能量储存放大器活塞轴12带动能量储存放大器活塞11压缩能量储存放大器压力缸10下缸体介质，将浮阀17及能量收集器配重器32向下运行的能量储存，直至浮阀17向下运行至下行最低点停止，能量储存放大器活塞11停止向下压缩。之后，能量储存放大器压力缸10下缸体内储存的能量通过撞块13向上释放，与下一个波浪海水浮力共同作用于浮阀17，浮阀17向上运行；能量收集器浮阀17自下往上运行时，带动波浪能发电机动子26自下往上运动，波浪能发电机动子26与波浪能发电机定子25做相对运动，波浪能发电机运行发电；在波浪波峰涌过能量收集器浮阀17时，能量收集器浮阀17向上运行至最高点停止向上运行，完成一次上下往复循环，开始下一次循环向下运行。

在能量收集器浮阀17上下往复运行时，分别带动导向轴伸缩器活塞6、能量储存放大器活塞11、波浪能收集器活塞19对导向轴伸缩器压力缸5、能量储存放大器压力缸10、波浪能收集器压力缸18进行反复压缩及释放，分别作用于导向轴伸缩器压电发电层7、能量储存放大器压电发电层14、波浪能收集器压电发电层20，带动压电发电层发电。

本发明的海洋潮汐能发电装置运行时，首先通过导向轴伸缩器下缸体介质管路8及导向轴上缸体介质管路9向导向轴伸缩器压力缸5内注入或排除介质，调整导向轴伸缩器活塞6的位置，带动导向轴4调整浮阀限位器34的位置，使浮阀限位器34的位置处于海洋潮汐的最高潮位高度，之后关闭导向轴伸缩器下缸体介质管路8及导向轴上缸体介质管路9。在涨潮过程中，当潮汐能收集器27上端上浮至浮阀限位器34后停止，潮汐达到最高潮位时，关闭潮汐能排水发电管路29、关闭潮汐能进气发电管路31，打开潮汐能进水发电管路28、打开潮汐能排气发电管路30，海水进入潮汐能收集器27，进水发电管路28运行发电，潮汐能收集器27内空气排出，潮汐能排气发电管路工作发电；落潮时，关闭潮汐能进水发电管路28、关闭潮汐能排气发电管路30，打开潮汐能排水发电管路29、打开潮汐能进气发电管路31，海水排出潮汐能收集器27，排水发电管路29运行发电，空气潮汐能收集器27内，潮汐能进气发电管路31工作发电。

本发明的海洋能发电装置通过以上方案运行发电。

Claims (2)

1.一种海洋能发电装置，该海洋能发电装置包括定位平台、万向器、导向轴、导向轴伸缩器、能量储存放大器、做为能量收集器的浮阀以及浮阀限位器，其特征在于，

导向轴通过万向器固定在定位平台上，将定位平台、万向器、导向轴伸缩器、能量储存放大器、作为能量收集器的浮阀以及浮阀限位器连接在一起，导向轴在以上装置中心穿过；

万向器固定环固定在定位平台上，万向器活动环通过导向轴伸缩器与导向轴连接，通过该装置使能量收集器浮阀根据不同的风向调整浮阀的受力方向，使波浪能量最大化作用于能量收集器浮阀上；

导向轴伸缩器是一个带活塞的缸体结构；其压力缸固定在万向器活动环上，其活塞与导向轴连接，根据潮汐水位高低，通过调整导向轴伸缩器上下缸体介质压力，调整活塞带动导向轴伸缩，调整导向轴长度，使固定在导向轴上得能量收集器活塞在最佳位置配合导向轴顶端的能量收集器浮阀随潮汐起落一直在海面上下运动；导向轴伸缩器采用液压介质结构、气压介质结构、机械丝扣结构或其它结构。

能量储存放大器是一个带活塞的缸体结构；其压力缸固定在导向轴上，活塞和活塞轴套装在导向轴外，沿导向轴上下运动；缸体上下部分充装介质，介质是液体或气体；调整上下缸体内介质的量，调整活塞位置，从而调整能量储存放大器撞块位置，向上推动能量收集器浮阀启动，并且限制能量收集器下行位置。

能量收集器浮阀分为三部分：

(1)浮阀内部为波浪能收集器是活塞式或直接发电式；

浮阀波浪能收集器外围上部是海洋潮汐能收集器浮阀，潮汐能收集器浮阀通过下部两条管路与浮阀外部相连，一条管路为潮汐能收集器进水发电管路，另一条管路为潮汐能收集器排水发电管路；潮汐能收集器浮阀通过上部两条管路与浮阀外部相连，一条管路为潮汐能收集器排气发电管路，另一条管路为潮汐能收集器进气发电管路；

(2)浮阀波浪能收集器外围下部是能量收集器配重器，可以在其内充装不同质量的介质调节能量收集器浮阀整体质量，对应不同波幅的波浪，使能量收集器浮阀能够适应各种波幅的波浪，从而使波浪能利用率最大化；能量收集器配重器因其加大了能量收集器浮阀的质量，能够增大潮汐高潮位时潮汐能收集器进水发电机发电时的进水压力，增加海洋潮汐能的能量利用率。

(3)浮阀限位器固定在导向轴上端，在涨潮时，限位器和导向轴伸缩器共同作用，将潮汐能量收集器浮阀压在海水内，增大海水进入潮汐能量收集器浮阀压力，加大海水潮汐能利用率。

2.根据权利要求1所述的海洋能发电装置，其特征在于，分别在导向轴伸缩器、能量储存放大器以及波浪能收集器压力缸缸体内层以及活塞上下表面安装压电发电装置，通过能量收集器工作上下往复运行时压力缸内部不同部位产生的压力变化发电。

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