CN102667140A - 波浪发电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用热耦合的压缩空气及蒸汽获取来操作波浪发电站的装置。该装置包括能量存储单元(1)和能量转换单元(4)，能量存储单元包含用于保存受压的加热气体且与蒸汽容器(3)热耦合的压缩气体容器(2)以及可接入的飞轮装置(9)，能量转换单元包含与蒸汽容器连接的蒸汽透平(5)和/或与压缩气体容器连接的压缩气体透平(6)用于驱动发电机(7)。引入用于获取蒸汽和电流的太阳能设备。

Description

波浪发电站
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1特征的装置，其借助于热耦合的处于压力下的加热气体及蒸汽获取来驱动波浪发电站。
背景技术
波浪发电站的实验设备利用气动室中流入和流出的气体驱动威尔斯透平。在此利用振荡水柱。威尔斯透平驱动发电机，经由电缆将电流传输至陆地。冬季风暴和平静海面会给这些实验设备带来问题。风暴产生的能量是在其他情况下海面平静时出现的能量大约多百倍。利用短时存储器例如飞轮尝试克服电能获取的不稳定性。风轮产生的能量加剧了所需的能量存储的问题。缺少大型能量存储器以及保护环境的、低廉建造的峰值功率发电站。
已知的是，利用受压空气驱动发电站和车辆。在利用压缩空气存储器发电站的尝试中，通过充分利用压缩热应当达到70％的系统效率。
发明内容
因而存在这样的任务，即，提供一种借助于处于压力下的气体驱动波浪发电站的装置，其中，克服了所述缺点或者使其至少持久地最小化。所寻求的装置的特征应当首先在于尽可能高效地充分利用可用的能量来源，也可以可变地使用各种不同能量来源，并且有助于解决能量存储问题。根据本发明装置的基本思想是，通过压缩加热空气。引自DER GROSSE BROCKHAUS 1931年出版的Kompressoren。“例如当气压为1at并且初始温度为20℃的空气被压缩至6at时，温度为大约220℃”。
根据本发明，所述装置包括能量存储单元和能量转换单元。所述能量存储单元包含压缩气体容器用于保存受压的、加热气体。所述压缩气体容器与蒸汽容器热耦合。所述压缩气体容器通过由气动室的流入空气获得能量。其他压缩气体容器和蒸汽容器可以布置为能量存储器。所述能量转换单元包含与所述蒸汽容器连接的蒸汽透平和/或与所述压缩气体容器连接的用于驱动发电机的压缩气体透平。经由电缆将电流传输至陆地。
在一个适当的实施方式中，所述能量存储单元具有飞轮装置用于存储所述蒸汽透平和/或压缩气体透平的旋转能。
在另一适当的实施方式中，所述能量存储单元具有与所述发电机连接的蓄电池用于存储和释放电能。
在一个适当实施方式中，所述能量转换单元具有抛物面槽式集热器用于为所述蒸汽容器提供蒸汽。
在另一有利实施方式中，所述能量转换单元具有电力地运行压缩机用于填充所述压缩气体容器。
在另一适当的实施方式中，所述蒸汽容器与蒸汽透平在蒸汽回路中利用布置在所述蒸汽透平之后连接的冷凝器连接。在此，所述冷凝器以可通过从所述压缩气体透平溢出的减压气体冷却的方式构造。不仅经由压缩气体容器和蒸汽容器之间的热耦合而且在透平区域中达到蒸汽回路内部的蒸汽与受压气体之间的热接触，借此可以保留和利用部分热能。
在一个适当实施方式中，所述能量转换单元具有光伏装置用于为所述蓄电池提供充电电流，以及为所述发电机和所述压缩机提供电能。
在另一实施方式中，通过借助于电流电解海水制造氢或者氧和氢。如果所产生的电流主要用于获取燃气，这些平台例如可以导航于大洋中间深海上方。油船装载气体并且将其运输至各大洲。这些平台经由卫星导航系统控制当定位以及对准太阳时受操控。喷气推进发动机借助于压缩空气在水中或者水上驱动这些平台。
附图说明
以下结合一个实施例更详细地阐释根据本发明的装置。附图1更用于明示。
具体实施方式
附图以示例性整体视图示出本发明装置。该装置包括能量存储单元1和能量转换单元4。
在此，能量存储单元1包含用于存储不同形式能量的组件。为此，首先设置有压缩气体容器2，压缩气体容器2与蒸汽容器3热耦合。气动室10以空气填充压缩气体容器2。强烈受压的气体、尤其是空气位于压缩气体容器中。在压缩过程中产生的热量经由热耦合传递至蒸汽容器3并且在那里用于蒸汽制备。蒸汽容器应当是隔热的。
能量存储单元1包含飞轮9，飞轮9布置在透平5和6与发电机7共同的轴7a上。离合装置16用于根据需要分离飞轮和轴7a。因而，飞轮9充当机械的能量缓冲器。
能量存储单元1包含蓄电池12用于存储和释放电能。
能量转换单元4包含均布置在共同轴7a上的蒸汽透平5、压缩气体透平6和发电机7。因而，受压气体和液体蒸汽驱动透平5和6。在此，蒸汽透平5和蒸汽容器3构成封闭的回路。除了水之外，其他液体也可以在该封闭系统中循环，例如乙醇或者乙醇和水的混合物，尤其是以共沸混合比混合。为了蒸汽的回冷和冷凝而设置冷凝器8。该冷凝器例如利用海水或者通过从压缩气体透平6溢出的减压气体冷却。同样地冷却由锂离子电池制成的蓄电池。
压缩空气时出现的热量例如可以用于加热压缩气体透平6和铅蓄电池。
蒸汽透平5例如可以布置在第一轴上，而压缩空气透平6布置在第二轴上，其中，第一轴和第二轴分别与发电机和飞轮连接。
能量转换单元4具有可电力地运行的压缩机13用于填充压缩气体容器2。为了冷却压缩机连接在蒸汽回路中。
能量转换单元4具有可接入的太阳能抛物面槽式集热器14用于填充蒸汽容器3。
能量转换单元4具有可接入的光伏设备15用于为蓄电池12、发电机7和压缩机13提供充电电流。
存在例如如下其他可能，即，在海洋中的平台17上，与能量存储单元1和能量转换单元4组合地安装抛物面槽式集热器14和/或光伏设备15。蒸汽和压缩空气驱动现存的透平和/或发电机。剩余电流可以使压缩机和飞轮运行，以及补充压缩空气存储器、蒸汽存储器和蓄电池。在无风和日照时继续进行能量获取。抛物面槽式集热器14可沿水平轴向下转动，因而针对风暴和冰雹受保护。此外，海洋中的平台17可沿竖直轴线转动，以便能够将太阳能设备对准太阳。
所述装置能够以如下方式运行。通过海水波浪在气动室10中产生振荡水柱，在水柱上升时，其将压缩空气压入压缩空气容器2。受压空气加热蒸汽容器3中的液体直至获取到蒸汽。在无风和日照时，也加入太阳能设备用于能量获取。在此过程中产生的蒸汽和受压空气的剩余被输送至透平5和6。由此，飞轮中存储旋转能并且使发电机运行。也可以使用压缩机，其从发电机、蓄电池和光伏设备中得到电流，或者利用电网中的低廉的夜间电流或电流产能过剩，并且额外地存储压缩空气和蒸汽。其他压缩空气容器可以存储空气。在海洋中的平台17中，该压缩空气存储器可以充当浮力体。压缩空气存储器和蒸汽存储器也可以放置在陆地上。
在带有冷水的环路中，管路可以将除了热的压缩空气之外还有热水或者热蒸汽从海洋中的平台17传输到陆地或者其他平台。那么在平台17上布置例如气动室10和抛物面槽式集热器14。如果蒸汽或者热水的管路或者软管位于压缩空气管路中，那么按照“管中管”原理压缩空气可以用于热水或者热蒸汽的隔热。现在，带有电流获取的用于能量存储和能量转换的技术器具以有利的方式位于陆地上。作为其他可能性，隔热管路将可以将加热的压缩空气从海洋中的平台传输至陆地。在此，热耦合的压缩气体容器和蒸汽容器位于陆地上。
另选的是，当例如蒸汽存储器3和冷凝器8作为海水淡化设备工作时，可以取消封闭的蒸汽回路。
所述装置的优点由经由飞轮支持的透平系统的、受压气体和蒸汽的双重利用获得。因而可以达到大约70％的理论上的系统效率。由于受压气体、蒸汽、飞轮和蓄电池现存有四个装置用于能量存储。除了波浪能量之外，利用太阳能达到几乎连续不断的能量获取。此外，利用压缩机系统使用电网中低廉的夜间电流和电流产能过剩用于存储，并且需要时输出至电网。海洋中的平台不需要有价值的陆地，并且可以有几个平方公里大小，这些平台减少了海洋的升温。不产生污染环境的废气，例如二氧化碳和甲烷。浮动的平台可以减弱海浪并且有助于保护海岸。这些平台提高地布置，并且因而防巨浪。
本发明已结合一个实施例进行了详细阐释。在与本领域专业厂商的范围内，停留在本发明基本思想范围内的一系列其他实施方式都是可行的。尤其由从属权利要求获得其他实施例。
附图标记列表
1 能量存储单元
2 压缩气体容器
3 蒸汽容器
4 能量转换单元
5 蒸汽透平
6 压缩气体透平
7 发电机
7a 轴
8 冷凝器
9 飞轮
10 气动室
11 阀
12 蓄电池
13 压缩机
14 抛物面槽式集热器
15 光伏设备
16 离合器
17 平台

Claims (15)

1.用于操作波浪发电站的装置，
所述装置包括：
能量存储单元(1)，其包含压缩气体容器(2)，所述压缩气体容器用于与蒸汽容器(3)热耦合地保存受压的加热气体，
能量转换单元(4)，其包含与所述蒸汽容器连接的蒸汽透平(5)和/或与所述压缩气体容器连接的压缩气体透平(6)，所述压缩气体透平用于驱动发电机(7)。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述能量存储单元(1)具有可接入的飞轮装置(9)用于存储所述蒸汽透平(5)和/或压缩气体透平(6)的旋转能。
3.根据权利要求1或2所述的装置，
其特征在于，
所述能量存储单元(1)具有能够与所述发电机(7)接通的蓄电池(12)用于存储和释放电能。
4.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述能量转换单元(4)具有至少一个气动室(10)用于填充所述压缩气体容器(2)。
5.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述蒸汽容器(3)与所述蒸汽透平(5)在蒸汽回路中利用在所述蒸汽透平之后连接的冷凝器(8)连接，其中，所述冷凝器能够通过水和/或通过从所述压缩气体透平(6)溢出的减压气体冷却。
6.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述蒸汽透平(5)布置在第一轴上，而所述压缩空气透平(6)布置在第二轴上，其中，所述第一轴和/或所述第二轴与发电机和飞轮连接。
7.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述能量转换单元(4)具有可接入的用于填充所述蒸汽容器(3)的太阳能装置(14)和/或包含可接入的光伏装置(15)，该光伏装置用于为所述蓄电池(12)提供充电电流和/或用于为所述压缩机(13)和/或所述发电机(7)提供电能。
8.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述能量转换单元(4)具有能够电力地运行的压缩机(13)用于填充所述压缩气体容器(2)，并且为了冷却，所述压缩机能够连接在所述蒸汽回路中。
9.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
通过作为“管中管”系统的管路或者软管，将压缩空气和热液体或者蒸汽从水中的平台(17)经由所述压缩气体容器(2)和所述蒸汽容器(3)运输至陆地和/或其他平台，并且压缩空气在所述管中能够用于隔热。
10.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
气动室(10)和/或太阳能设备位于水中的平台(17)上，而其他能量存储器(1)和能量转换器(4)位于陆地或者其他平台上，或者按照现有技术存储能量和产生电能。
11.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
将来自所述气动室(10)的加热的压缩空气从水中的平台(17)经由隔热的管道或者软管输送至陆地或者其他平台。
12.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述压缩气体容器(2)充当所述平台(17)的浮力体。
13.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述水中的平台(17)能够沿竖直的轴线转动。
14.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
在所述平台(17)上，通过借助于来自所述发电机(7)和/或所述光伏设备(15)的电流电解水，制备氢或者制备氢和氧。
15.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
在所述平台(17)上，所述蒸汽容器(3)和所述冷凝器(8)作为海水淡化装置运行。
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