CN102400840A - 一种波浪发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种由耐腐蚀滑片连杆机构连接的浮筒-液压型格构柱式波浪发电系统,其特征为N(N≥3)个按格构柱式排列设计的子桩柱构成一个主固定桩柱14,并与由连杆机构连接套在其上的异型碟状浮筒13、液压传动机构和控制机构组成一次换能系统。连杆机构由耐海水腐蚀的树脂等材料做成的滑片、连杆固定座12、缓冲绳索和连杆9、11组成;液压传动机构由液压马达2、油箱4、N(N≥3)个液压缸10和液压油管3、6、7所组成;控制机构由提升机构15和控制平台8构成;工作平台5上的发电机1构成二次换能系统将机械能转换成电能。该系统具有转换效率高和易于工程实施的优点,并具有特别强的抵御海水浸蚀和抗风浪损毁能力。

Description

一种波浪发电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用海洋波浪发电的系统,特别的涉及一利易工程实施、抵御海水浸蚀和抗风浪损毁能力强的高效率浮筒-液压柱式波浪发电系统。
背景技术
[0002] 海水在天体引力如太阳和月亮等作用下会产生周期性的运动,通常将海水垂直方向的运动称为潮汐,将海水水平方向的运动称为潮流。海洋上的风也能造成海水的运动, 通常称为海浪或波浪,但波浪能也是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。目前利用海水的运动所具有的能量来发电的系统主要是利用潮汐,潮流和波浪驱动发电机发电,例如 CN1243911C中就提出了对这几种海洋能量加以利用的方案。
[0003] 由于利用波浪发电具有储量巨大、能量强、环保等诸多优势,开展波浪发电的研究已经有了相当长的历史,早在1799年一位法国人便发明了波浪发电(《海洋技术》第12卷第 3期1993年9月)。到了 1911年便诞生了世界上第一个波浪发电装置。波浪发电的方案之多是其他领域所罕见的,一如CN100578011C中所述的国内外申请的波浪发电专利有数千篇之多。波浪发电技术上可行的方案很多,工程上可行的方案却很少,而经济上可与其他能源竞争的还没有,(参阅Hagerman,G. et al,“A Survey of welve Nearterm Technology". InternationalRenewable Energy Comfrence. Honolulu. 1988)。现在所ί艮道的绝大多数己有技术都只能处于方案设想阶段,比如CNi;^9211A、CN1172749A、CN10041^86C等所展示的众多的设想方案,真正能够进行工程实施的方案寥寥可数。究其原因造成波浪发电难以实用化的真正障碍实际上是工程可行性太差。不少方案尽管理论上是完美的,工程上却是不可行的,也有些方案虽然可行,但工程上实施的难度十分巨大。二十世纪七十年代以来, 由于能源危机,英国、日本、挪威等国为波浪能发电研究投入了大量人力物力,但很多都因装置结构过于庞大复杂、成本过高且工程实施难度过大而搁置,影响了波浪发电的实用化和产业化(参阅《发电设备》2007年第6期P508)。
[0004] 波浪发电的原理并不复杂,波浪能吸收的方案也有成百上千之多,一次转换效率也较高,但却难以实施的困难主要在于二方面:一是波浪的巨大破坏力造成发电系统的损毁,二是海水的腐蚀等因素使发电系统故障无法长周期运行。波浪的破坏力是人所共知的, 这种破坏力往往是目前的理论所难以计算和预报的。虽然一切海洋工程设施都会遇到这一困难,但是它们都有足够的条件利用天然屏障尽量避开波浪。只有波浪发电设施为了吸收更多的能量,必须选择在波浪最大的地方,抵御波浪的破坏损毁是波浪发电所不可避免的 (参阅《海洋工程》第13卷第1期1995年2月)。海水的腐蚀虽然也是一切海洋工程设施的共同困难,但是对于一般的设施只会影响寿命或降低性能,这可以在设计时通过适当的裕度加以弥补。唯有波浪发电中腐蚀能使装置中的活动部件,特别是那些略有配合要求的部件,在不太长的时期内即无法活动,以致丧失了波浪发电的基本功能。从目前的技术水平来说,像海洋石油开采等设备也采用海中有动部件来实现,但一般都是世界上仅有的少数公司能生产的高科技产品,会带来昂贵的采购维护费用,这是非常注重成本的波浪发电所难以承受的。
[0005]波浪发电的分类可参阅(Count,B. (ED) :Power from Sea Waves, AcademicPress. 1981.禾口 McCoriek, Μ· Ε· Ocean Wave Energy Conversion, Wileyn IntersciencePub. 1981.),装置主要分为设置在岸上的和漂浮在海里的两大类;如按能量传递形式分为直接机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动四种;根据其原理则可以最简单的分为空气式、摆式与聚波蓄能式三种;也有人将波浪能发电装置分为点头鸭式、波面筏式、波力发电船式、环礁式、整流器式、海蛘式、软袋式、振荡水柱式、多共振荡水柱式、波流式、摆式、结合防波提的振荡水柱式、收缩水道式等十余种。
[0006] 柱式的波浪发电装置如CN1779227A、CN101302987A等一般被认为是易于工程实施的一种,它属于离岸固定式。距岸不太远可减少输电困难与费用,所发之电不作任何处理地直接由电缆从固定桩柱下侧输向岸上,在岸站内汇集后,再作必要的蓄电、逆变、并网等处理。一次转换效率高,可靠性强。设备在波浪中受力小、加工方便、强度好、技术成熟且作业时间短。将电能的终极处理设在岸上既尽量减少了桩柱上的设施增加可靠性,还可无人值守减少维护费用。合理的桩柱设计对于提高整个发电系统的工程可行性、运行可靠性、设备寿命、制造成本以及系统的经济性都有着极大的影响,虽然桩柱式设计的波浪发电系统方案很多,但在现有的技术中尚没有发现采用格构柱式设计的波浪发电系统。
[0007] 采用浮筒形式的换能器来获取波浪能量的已有技术有很多,如EP0365325、 USP4023515、USP4781023 中都使用了浮筒结构的换能装置。而 USP5066867、CN1696498A、 CN1598295A, CN1274045A和CN100432424C则公开了其波浪发电装置使用了浮筒型一次转换装置,但现有技术中尚没有发现采用异型碟状设计的浮筒结构作为换能装置的波浪发电系统。
[0008] 波浪能的一次转换装置将波浪能量转换为另一种形式的机械能后,还须再通过透平-发电机组二次转换为电能。通常用空气透平、水轮机、液压马达等动力机械来实现。采用液压传动的好处在于比较平稳且易于工程实施。在波浪发电系统的已有技术中使用液压透平结构的有很多,如USPM61862、CN1032442C, CN1142572A和CN1587675A等都在其波浪发电系统中使用了液压机构,但已有技术中并没有发现针对海洋环境下湿度大和盐分高的特点,采用耐腐蚀滑片连杆设计的液压传动波浪发电系统。
[0009] 采用浮筒结合液压机构作为换能装置的有USP4105368、DEA2921381等,而 CN1199822A、CN100501153C和CN101012803A等都公开了其波浪发电系统中使用浮筒结合液压传动装置,但现有技术中尚没有报道过采用异型碟状浮筒结合耐腐蚀滑片连杆设计的液压传动波浪发电系统。
发明内容
[0010] 利用波浪发电,首先需要解决的是将海洋表面波浪所具有的不稳定的动能和势能,高效率地通过一次转换为稳定持续的机械能,再通过透平-发电机组二次转换成电能。 而要让波浪发电系统能够真正走上实用化甚至产业化,重点要解决的是发电系统能够和易于工程实施,并且能够抵御海水腐蚀和抗风浪损毁,以确保长周期无故障地发电运行。
[0011] 为了解决已有技术中所存在的不足和达到上述使波浪发电系统实用化甚至产业化的目的,本发明提供了一种由耐腐蚀滑片连杆机构连接的浮筒-液压型格构柱式波浪发电系统,其特征为N(N ^ 3)个按格构柱式排列设计的子桩柱构成一个主固定桩柱,并与由连杆机构连接套在其上的异型碟状浮筒、液压传动机构和控制机构组成一次换能系统。连杆机构由耐海水腐蚀的树脂等材料做成的滑片、连杆固定座、缓冲绳索和连接拉杆组成;液压传动机构由液压马达、油箱、N(N ^ 3)个液压缸和液压油管所组成;控制机构由提升机构和控制平台构成并根据波浪、潮汐的情况进行调整控制。通过波浪驱动异型碟状浮筒沿格构式桩柱的上下平稳移动,将海洋表面波浪所具有的动能和势能转换为机械能,再由液压传动机构驱动连接于格构式桩柱上部工作平台上的发电机所构成的二次换能系统将机械能转换成电能。
[0012] 1、本发明所述的波浪发电系统中采用格构柱式设计的海上桩柱由3个或3个以上的小桩柱和补强板焊接而成。多个子桩柱通过补强板焊接所构成的海上格构式桩柱可有效增大抗弯及稳定性能,能够使整个发电系统有效增强抵抗海上风浪损毁的能力,确保整个系统长周期无故障地发电运行。并且格构式桩柱成本低、易于制造;
[0013] 2、本发明所述的波浪发电系统中连接异型碟状浮筒与格构式桩柱的连杆机构上滑片为耐腐蚀滑片,采用树脂、塑料等耐海水腐蚀的材质制造,其比传统金属结构的滑轮、 滚轮等连接件具有更优越的抵御海水腐蚀的能力,使整个发电系统具有更长的无故障使用周期,并且具有成本低、易于制造的特点;
[0014] 3、本发明所述的波浪发电系统中的异型碟状浮筒为上部向中间倾斜利于排水减少海水对浮筒的阻力及侵蚀、浮筒底部水平以增大排水量,侧面向外倾斜的碟状中空密闭体,可以把水平横向力转变成竖向力,增加浮力使发电系统在将波浪能转化为机械能的一次转化中提高效率;
[0015] 4、本发明所述的波浪发电系统中异型碟状浮筒和控制平台间的液压传动机构由液压马达、油箱、液压缸和液压油管所组成;并且液压缸为3个或3个以上,这样可以输出更加稳定的动力提高机械能在一次转化中的传输效率;
[0016] 5、本发明所述的波浪发电系统中异型碟状浮筒与格构式桩柱之间有缓冲绳索连接以降低异型碟状浮筒对格构式桩柱及其系统的破坏作用,对提高发电系统的抗风浪损毁能力有很好的辅助作用;
[0017] 6、本发明所述的波浪发电系统中的控制机构由提升机构和控制平台构成并根据波浪、潮汐的情况进行调整控制使发电效率最大化,提高整个系统的发电效率。
[0018] 本发明的异型碟状浮筒和格构式桩柱组成的波浪发电系统可利用波浪能量驱动不间断地提供电力来源,具有转换效率高和易于工程实施进行产业化的优点,特别是其耐腐蚀滑片连杆及格构柱所组成的固定桩柱使该波浪发电系统具有特别强的抵御海水浸蚀和抗风浪损毁能力,满足实用化和产业化需求。
附图说明
[0019] 现在将参阅附图说明来进一步说明本发明的优选实施例,其中
[0020] 图1为本发明波浪发电系统的结构示意图
[0021] 图2为本发明波浪发电系统的正面示意图
[0022] 图3为本发明波浪发电系统的桩柱示意图
[0023] 图4为本发明波浪发电系统的动力传送原理视图之一
5[0024] 图5为本发明波浪发电系统的动力传送原理视图之二
[0025] 图1和图2中1为发电机、2为液压马达、3为输油管路、4为液压油箱、5为海上工作平台、6为液压马达进油管路、7为油箱出油管路、8为控制平台、9为连接拉杆、10为液压缸、11为连杆、12为连杆固定座、13为异型碟状浮筒、14为固定于海底的格构式桩柱、15为提升机构。
[0026] 图3是海上桩柱示意图,采用格构柱的的设计形式,用3个小桩柱和补强板焊接而成,小桩柱数量不少于3个。
[0027] 图4是液压系统中的液压缸,位于控制平台上,通过连杆和异型碟状浮筒相连,液压缸数量不少于3个。
[0028] 图5是液压系统中的液压马达,位于工作平台上,驱动发电机发电。 具体实施方式:
[0029] 请参阅以下有关本发明一较佳实施例的详细说明及其附图,将可以进一步了解本发明的技术内容及其目的功效。
[0030] 请参阅图1和图2本发明所提供的格构柱式波浪发电系统,其具有一工作平台5, 用来安置提升机构15、液压马达2、发电机1等后述的各类装置;工作平台5下方设置有控制平台8,其上有液压缸10,小平台通过耐腐蚀滑片连接拉杆9、11连接下部的异型碟状浮筒13 ;异型碟状浮筒上设置传动系统与格构式桩柱结合上下移动,使异型碟状浮筒上下运行平稳。异型碟状浮筒借助波浪上下移动,经耐腐蚀滑片连接拉杆9、11带动液压缸10往复运动,通过输油管路6把液压能输送到液压马达2,液压马达产生的旋转动能传递到发电机1内进行发电。
[0031] 请参阅图3所示,该桩柱14采用格构柱的设计形式,将三个以上小桩柱用补强板焊接而成。
[0032] 请参阅图4和图5所示,该异型碟状浮筒13上下运动带动耐腐蚀滑片连接拉杆9、 11运动,同时带动控制平台8上的液压缸10进行往复运动,通过输油管路6把液压能传递给工作平台上的液压马达2,液压马达带动发电机1发电。
[0033] 工作平台5上的提升机构15,根据潮汐、波浪的情况,调节控制平台8。

Claims (8)

1. 一种由耐腐蚀滑片连杆机构连接的浮筒-液压型格构柱式波浪发电系统,其特征为 N(N ^ 3)个按格构柱式排列设计的子桩柱构成一个主固定桩柱14,并与由连杆机构连接套在其上的异型碟状浮筒13、液压传动机构和控制机构组成一次换能系统。连杆机构由耐海水腐蚀的树脂等材料做成的滑片、连杆固定座12、缓冲绳索和连杆9、11组成;液压传动机构由液压马达2、油箱4、N(N ^ 3)个液压缸10和液压油管3、6、7所组成;控制机构由提升机构15和控制平台8构成。通过波浪驱动异型碟状浮筒沿格构式桩柱的上下平稳移动,再由液压传动机构驱动连接于格构式桩柱上部工作平台5上的发电机1工作。
2.按权利要求1所述的波浪发电系统,其特征在于所述的采用格构柱式排列设计的固定桩柱由3个或3个以上的小桩柱和补强板焊接而成。
3.按权利要求1所述的波浪发电系统,其特征在于所述的连接异型碟状浮筒与格构式桩柱的连杆机构上的滑片采用树脂、塑料等耐海水腐蚀的材质制造。
4.按权利要求1所述的波浪发电系统,其特征在于所述的异型碟状浮筒为上部向中间倾斜、底部水平、侧面向外倾斜的碟状中空密闭体。
5.按权利要求1所述的波浪发电系统,其特征在于所述的异型碟状浮筒和控制平台间的液压传动机构由液压马达、油箱、液压缸和液压油管所组成。
6.按权利要求5所述的液压传动机构,其特征在于所述的液压缸为3个或3个以上。
7.按权利要求1所述的波浪发电系统,其特征在于所述的异型碟状浮筒与格构式桩柱之间有缓冲绳索连接。
8.按权利要求1所述的波浪发电系统,其特征在于所述的控制机构由提升机构和控制平台构成。
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