CN103470436A - 一种漂浮摆式波浪发电技术 - Google Patents

Abstract

本技术是一种漂浮摆式波浪发电技术，采用液压传动。装置由吸能系统、发电单元和电力处理系统组成，其基本结构是由两根连杆和前后浮体组成的四连杆结构。吸能系统由浮体、连杆、液压缸和锚系组成。浮体分上、下两部分，上部为封闭的浮箱，下部为挡板或水箱，利用连杆两端的板式浮体的上下浮动和前后摆动，拉伸和压缩液压缸获得随机的液压能。发电单元由液压系统和发电机组成。液压系统以液压缸为泵，提供高压液体，液压马达为执行元件，将高压液体转换为旋转运动，带动发电机发电。发电机采用硅整流交流发电机，获得电压稳定、电流基本稳定的直流电。电力处理系统包括电压调节器和逆变器等，将发电机输出的直流电处理后得到电压、频率稳定的交流电，供负载使用或并入电网。

Description

一种漂浮摆式波浪发电技术

技术领域

本发明是一种漂浮摆式波浪发电技术，属于新能源开发领域，解决了随机吸能转换和电力处理的技术问题，使输出的电能达到独立成网或并入电网的要求。

背景技术

目前，利用海浪发电的技术和装置多种多样，但是满足经济、耐久、高效和稳定的海浪发电技术仍不成熟，因此，海洋波浪发电仍未能大规模商业开发。

“海蛇”波浪发电技术，是利用浮筒带动液压缸得到高压液体，然后驱动液压马达，带动发电机发电，是一种较为成功的筏式波浪发电改良技术。

摆式包括悬挂摆和浮力摆，悬挂摆较为成功的是日本的摆板波浪发电技术，也采用液压能转换；浮力摆也称为座底摆式波浪发电技术，较为成功的是英国的“牡蛎”，也是采用液压能转换发电。

我国目前有机构在研究海蛇和牡蛎相关的类似系统。

本技术将筏式和摆式技术结合，形成一种漂浮摆式波浪发电技术，采用液压能传动。

发明内容

本技术的基本结构是将三联波面筏中部的波面筏改为连杆，前后波面筏改为竖直的摆板式浮体，连杆与前后浮体相互铰接，并在连杆与前后浮体之间设置液压缸。根据杠杆原理，当连杆两端的浮体上下浮动和前后摆动时，使得液压缸发生压缩或拉伸，据此获得高压液压能，驱动液压马达，带动发电机发电，获得电能。

发电机采用硅整流交流发电机，得到电压稳定、电流基本稳定的直流电，经蓄电池、逆变器、变压器等电力设备后获得交流电使用。

装置由吸能系统、发电单元和电力处理系统组成，其基本结构是由两根连杆和两个浮体组成的四连杆结构。

吸能系统由浮体、连杆、液压缸和锚系组成。浮体分上、下两部分，上部为封闭的浮箱，为全部设备提供浮力；下部为挡板或水箱，增加了摆板的受力面积，降低了浮体的重心，两者连接后竖向漂浮在水面上。两根连杆两端分别与前后浮体顶部的支撑座铰接，使连杆与浮体形成可铰接转动的四连杆结构，相互间可以在纵向和横向转动，以适应波浪的随机性。在连杆与浮箱之间铰接液压缸，当连杆与浮体产生相互转动时，就会压缩或者拉伸液压缸内的液压活塞，形成高压的液压能输出。锚系连接浮体或连杆，起导向和定位作用，同时当遇到特大风浪时，将锚系转动，带动装置转动，使浮体的窄边迎浪，可有效保护装置，增加装置的寿命。

发电单元由液压系统和发电机组成。液压系统以液压缸为泵，提供高压液体，液压马达为执行元件，将高压液体转换为旋转运动，带动发电机发电。液压系统还应包括蓄能器、油箱、液压管道、单向阀、溢流阀、液压油、滤油器、散热器等液压构件组成。

发电机采用硅整流交流发电机，其发电转速适应液压马达转速的变化，获得电压稳定、电流变化的直流电。

发电单元的设备整合固定在浮体的浮箱顶面，外部设置防护罩，不与海水接触，保证设备的耐久性和通用性。也可单独整合固定在单独的浮体中，置于吸能系统之后，各油缸的高低压液压油通过高低压管道集中向发电单元的液压系统供油和吸油，形成小型的发电站。

电力处理系统包括电压调节器、蓄电池、逆变器等，是配合硅整流交流发电机使用的电力设备。发电机输出电压基本稳定、电流变化的直流电，一方面可直接给蓄电池充电，一方面经逆变器处理后得到电压、频率稳定的交流电，满足独立成网和并入电网的要求。

大型发电站：通过液压管路的整合，可将多个浮体并、串联起来，形成矩阵排列，将发电单元单独放置矩阵后，前面的浮体矩阵的所有液压缸同时向发电单元的液压系统供油，以获得连续稳定的输出。如此扩展，可发展大型的发电站。

本系统的主要特点：

一是采用了漂浮结构，模块化生产，易于投放和回收；

二是可以抵抗大风浪袭击，本装置工作时，摆板正面迎击海浪，当有大风浪时，将设备转动90度，使浮体的窄边迎浪，有效的降低波浪的冲击力，起到保护的作用。

三是耐久性好，所有的发电设备置于海水面之上，进行简单的防护，就可有效的增加设备的耐久性和通用性。

四是技术经济性好，装置的所有部件没有冗余的其他的配重，同时扫掠的水体体积很大，满足吸能高效的基本条件；四连杆结构在平面和空间都能够转动，利用相互的重量有效的形成了杠杆布置，提高吸能效率。

五是适应波浪极差的范围大，通过理论分析计算，单浮体迎浪时，在波浪高度为1m时受到的波浪力和5m波高时受到的波浪力相差不大，设备都能够很好的进行工作。

六是扩展性好，可以发展大型的发电站。设备按照矩阵排列，采用多缸对单一发电单元的策略，保证了输入、输出的稳定性，同时也提高了输出功率。

七是实海况适应性能好，漂浮的浮体适应潮差变化，四连杆结构适应波浪的无序性和随机性。

附图说明

图1为装置基本结构(单浮体双缸)立面布置图；

图2为装置基本结构(单浮体双缸)平面布置图；

图3为装置基本结构(单浮体双缸)侧面布置图；

图4为装置基本结构(单浮体单缸)立面布置图；

图5为单浮体多缸平面布置图；

图6为三个浮体装置连接布置图；

图7为液压系统基本结构图；

图8为电力处理系统结构图；

图9为小型电站布置图。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4是发电装置的双体基本结构图，装置由浮体1、水箱(或挡板)2、连杆3、支撑梁4、液压缸5、支撑座6、托架7、U型锁8、销轴9、发电单元10组成。

从图中看出，浮体1与水箱(或挡板)2连接，形成摆板竖直漂浮于水上。浮体1上接支撑座6，利用销轴9将托架7锁定在支撑座6上，连杆3端部连接U型锁8，套接在销轴9上。此时连杆3和前后摆板铰接，形成了四连杆结构，当摆板在波浪作用下上下浮动和前后摆动时，连杆3和摆板都会形成随机相互运动。此时，在托架7和支撑梁4之间铰接液压缸5，就会形成液压缸的拉伸和压缩，提供高压液体做功。

液压缸5可采用单作用缸和双作用缸，图1是采用单作用缸时的布置图，在浮体上布置两个液压缸；图4是采用双作用缸时的布置图，在浮体上布置一个液压缸，这两种方式都可以将波浪往复作用力转换为液压能输出，进入液压系统发电。

图5和图6是本装置双体基本结构的延伸，图5是在单浮体上布置了多组液压缸，在每根连杆下均布置了一组液压缸；图6是三体基本结构的平面布置图，在浮体上设置四个支撑座6，两两组合，现成三体基本结构，同时，还可以根据需要向后增加浮体。

图7为本装置的液压系统原理图。由液压缸5、液压缸20、单向阀儿、高压管道12、低压管道13、蓄能器14、溢流阀15、流量控制元件16、液压马达17、油滤18、补油泵19等组成。其中液压缸5为单作用缸，液压缸20为双作用缸。

本装置的液压系统是一个简单的闭式循环系统，对于单作用液压缸5，缸拉伸时，低压侧单向阀打开，高压侧单向阀关闭，低压蓄能器14中的油压入缸体，缸压缩时，低压侧单向阀关闭，高压侧单向阀打开，高压液体进入高压管道，直接驱动液压马达转动，多余的液体进入高压端蓄能器14，液体不足时，高压端蓄能器向液压马达补油。当遭遇大浪时，高压端蓄能器内的液体越来越多，，蓄能器的压力也越来越高，达到某一个压力时，溢流阀15开启泄压，流出的液体直接回到低压端。系统中还设置了流量控制元件16，用来控制液压马达的输入流量等参数。

为了补充系统泄漏，设置了补油泵19，设置在低压端，易于补油。补油泵可外接固定油箱，也可以在需要时进行人工补油。

系统中的蓄能器，图7中在高压端表示了2个、低压端表示了2个，可以根据计算需要和场地布置合适数量的蓄能器，增加调蓄液体的容量，以达到稳压和调节流量的目的。

系统中还设置了油滤18，保证工作液体的清洁。另外，本系统还可以根据需要设置相关的压力表等液压设备。

图8为电力处理系统结构图。包括液压马达17、发电机21、电压调节器22、蓄电池23、逆变器24、电网25、独立负载26。发电机采用硅整流交流发电机，以适应不太稳定的马达转速。

液压马达带动发电机2l发出电压稳定、电流变化的直流电，经电压调节器22调节得到电压稳定的直流电，直流电一方面给蓄电池23充电，一方面经逆变器24得到电压稳定、频率恒定的交流电，可以直接供负载26使用或并入电网25。

图9是一个小型发电站的平面布置图，采用了如图6所示的两个三浮体结构组合。将六个浮体的液压缸液体通过高压管道12和低压管道13输送至浮体26上面的发电单元10内，驱动液压马达和发电机发电。浮体26专门支撑发电单元，利用拉杆27与浮体1相连，浮体1用锚系29固定在海底。此种型式可以据需扩展，构成大型的发电站。

Claims (6)

1.一种漂浮摆式波浪发电的技术，具体装置由吸能系统、发电单元和电力处理系统组成。

2.根据权利要求1所述的漂浮摆式波浪发电的技术，其特征在于装置的吸能系统由浮体1、水箱(或挡板)2、连杆3、支撑梁4、液压缸5、支撑座6、托架7、U型锁8、销轴9组成。

所述吸能系统的双体基本结构特征在于：浮体1与水箱(或挡板)2连接，形成摆板竖向漂浮于水上。浮体1上接支撑座6，利用销轴9将托架7锁定在支撑座6上，连杆3端部连接U型锁8，套接在销轴9上。如此，两根连杆3和前后摆板形成了铰接的四连杆结构，此结构是本技术的双体基本结构。

此双体基本结构的特征在于：当摆板在波浪作用下上下浮动和前后摆动时，连杆3和摆板都会形成随机相互转动。此时，在托架7和支撑梁4之间铰接液压缸5，就会形成液压缸的拉伸和压缩，提供高压液体做功。

此双体基本结构的特征还在于：液压缸5采用单作用液压缸时，可在支撑梁4和托架7两侧各布置1根液压缸，一侧拉、一侧压；液压缸5采用双作用缸时，在支撑梁4和托架7一侧布置1根液压缸。两种布置方式都能够满足波浪往复运动时获得往复液压能。

此双体基本结构的特征还在于：单浮体只布置1组液压缸5，但不局限布置1组液压缸，可以布置多组液压缸5。

3.根据权利要求2所述的双体基本结构，可以扩展为三体结构，其特征在于在浮体1上设置4个支撑座6，连杆3和支撑座6交错排列，三个浮体和四根连杆形成三体基本结构。

4.根据权利要求1所述的漂浮摆式波浪发电的技术，其特征在于发电单元由液压系统和发电机组成。液压系统由液压缸5、液压缸20、单向阀11、高压管道12、低压管道13、蓄能器14、溢流阀15、流量控制元件16、液压马达17、油滤18、补油泵19等组成。其中液压缸5为单作用缸，液压缸20为双作用缸。

液压系统的特征在于：液压系统是一个简单的闭式循环系统，对于单作用液压缸5，缸拉伸时，低压端蓄能器14中的油经单向阀11压入缸体，缸压缩时，进油口单向阀封闭，出油口单向阀打开，高压液体进入高压管道，直接驱动液压马达转动，多余的液体进入高压端蓄能器14，液体不足时，高压端蓄能器向液压马达补充液体。当遭遇大浪工况时，高压端蓄能器内的液体越来越多，压力越来越高，达到某一个压力时，溢流阀15开启泄压，流出的液体直接回到低压端。系统中还设置了流量控制元件16，用来控制液压马达的输入流量等参数。

液压系统的特征还在于：为了补充系统泄漏，设置了补油泵19，设置在低压端，易于补油。补油泵可外接固定油箱，也可以在需要时进行人工补油。

液压系统的特征还在于：系统中的蓄能器，在高压端和低压端可以根据计算需要和场地布置1个或多个的蓄能器，增加调蓄液体的容量，以达到稳压和调节流量的目的。

液压系统的特征还在于：设置了油滤18，保证工作液体的清洁。

发电机采用硅整流交流发电机，以适应不太稳定的马达转速。

发电单元的特征在于：当采用双体或三体等结构时，可将发电单元10整合置于浮体1顶面。

5.根据权利要求1所述的漂浮摆式波浪发电的技术，其特征在于电力处理系统由液压马达17、发电机21、电压调节器22、蓄电池23、逆变器24、电网25、独立负载26组成。其特征在于：液压马达17带动发电机21发出直流电，经电压调节器22调节得到电压稳定、电流变化的直流电，直流电一方面给蓄电池23充电，一方面经逆变器24得到电压稳定、频率恒定的交流电，可以直接供负载26使用或并入电网25。

6.根据权利要求1所述的漂浮摆式波浪发电的技术，其特征在于将双体或三体基本结构扩展，形成矩阵排列，将发电单元10整合单独的浮体上，各浮体上的液压缸通过低压管道和高压管道吸油、出油，集中向发电单元10供油，形成更为稳定的能量输入输出，据此发展小型和大型的波浪发电站。

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