CN103511168B - 一种波能转换发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电装置技术领域，所要解决的技术问题是提供一种能够利用波能，实现规模化应用，达到大功率发电的波能转换发电装置，包括：基座、截波组件、发电组件、升降组件和控制组件。在工作时，控制组件的升降控制柜依据潮汐、波况，调节升降组件的截波导板升降器，联轴箱升降器和发电机升降器；使得截波导板达到最佳高度及坡度，从而波浪经截波导板后在板顶形成激波峰值，之后冲击最佳高度的叶轮组转动，然后通过传动轴链传递，使发电机发电，产生的电能由配电柜送出；截波组件、发电组件在控制组件作用下，可随着潮汐升降而在基座中升降，不停发电。

Description

一种波能转换发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，更具体地，涉及一种波能转换发电装置。

背景技术

现实生活中，能源短缺、环境污染、气候变化等己成为人类面对的重大问题，寻找可再生的清洁能源替换不可再生能源（例如煤、石油等）已成为人们梦寐以求的愿望。目前，全世界范围内的风力发电、太阳能发电己取得了规模化的应用，而占地球面积百分之七十左右的海洋同样隐藏着巨大的能源，海洋的波能同样能够应用于发电领域。

上世纪七十年代，被誉为“波能发电之父”的英国人斯蒂芬·索尔特（StephenSalter）以《捕获波浪能的装置和方法》（英国专利号GB1482085，美国专利号US3928967）的专利掀起波浪技术的传播和研究热潮。现有技术中，各国政府、团体或个人己申请了上千份的相关专利，但都难以实现规模化应用，仅利用波能的表面能量，或利用波能转化压缩空气，或利用部分波能转化为水的势能冲击发电机发电，存在着发电装置的发电功率小、成本高等问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的目的是提供一种能够利用波能，实现规模化应用，达到大功率发电的波能转换发电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种波能转换发电装置，包括：基座；截波组件，所述截波组件包括至少一个截波单元，每个截波单元分设在基座上并设有截波导板和叶轮，所述截波导板和叶轮间隔布置；发电组件，所述发电组件设于基座上并包括联轴箱、发电机、传动轴链和配电柜，各截波单元的叶轮通过联轴箱连接，所述发电机通过传动轴链与联轴箱连接；升降组件，所述升降组件包括截波导板升降器、联轴箱升降器和发电机升降器，所述截波导板升降器与截波导板连接，所述联轴箱升降器与联轴箱连接，所述发电机升降器与发电机连接；控制组件，所述控制组件包括升降控制柜，所述升降控制柜分别控制截波导板升降器、联轴箱升降器和发电机升降器进行升降。

本发明在工作时，截波导板与叶轮处于上下适当分离状态，升降控制柜依据潮汐、波况，调节截波导板升降器，使得截波导板达到最佳高度及坡度，从而波浪经截波导板后在板顶形成激波峰值；升降控制柜控制联轴箱升降器和发电机升降器，使叶轮、联轴箱、发电机和传动轴链整体统一慢慢下降，在波力冲击下，叶轮逐渐转动至最大稳定值，然后通过传动轴链传递，发电机开始发电，产生的电能由配电柜送出；同时进行实时监控反馈，当波浪发生变化或出现其他特别状况时，通过升降控制柜（也可手动）调节各部件进行升降，从而发电功率等也可发生变化；在正常波况时，各部件在升降控制柜作用下随潮汐升降而升降，正常运行。

在一个优选实施方式中，本发明还包括调节组件，所述调节组件包括浮力仓和配重机构，所述控制组件包括浮力仓控制柜，所述浮力仓设于截波导板下方并由浮力仓控制柜控制，所述配重机构对所需部件进行配重。根据设备受力分析，由于截波导板、叶轮、发电机、传动轴链等都是质量较大件，同时波运动可分解为水平、垂直两个方向的力，对截波导板、叶轮的冲力和压力都很大，因此为方便升降组件操作，减少自身用电损耗，采用浮力仓和配重机构来平衡。

在一个实施方式中，所述浮力仓采用轻质材料以及空气填充，所述浮力仓控制柜控制浮力仓内的空气量，从而增减浮力。

在一个实施方式中，所述配重机构包括配重块、支架滑轮和钢丝绳，所述配重块通过支架滑轮和钢丝绳设于所需部件上。其中配重机构的配重量与相应叶轮、联轴箱、发电机和传动轴链的重量基本平衡。

在一个优选实施方式中，所述基座的端部设有飞轮。飞轮不断地储蓄、释放和补充能量，增强、补充各组叶轮的联轴连续性受力转动。

在一个实施方式中，所述基座上设有截波导板限位槽、联轴箱限位槽和发电机限位槽，所述截波导板、联轴箱和发电机分别被限制在截波导板限位槽、联轴箱限位槽和发电机限位槽内进行升降。优选地，每个截波单元设有限位杆，以限制截波导板和叶轮的最小间距，避免截波导板和叶轮发生碰撞。更优选地，所述叶轮、联轴箱、发电机、传动轴链和限位杆联动，通过联轴箱升降器和发电机升降器统一升降。

在一个实施方式中，所述基座上设有横梁，起到稳固基座的作用，同时用于控制管线等并作为操作人员的巡视通道。所述截波导板通过截波导板升降器调节升降和坡度变化，从而波浪经截波导板后在板顶形成激波峰值；截波导板与截波导板升降器的连接处前端可滑动、转动，后端可转动，能够用于调节截波导板的角度。所述截波导板的后端设有导流板，能够增加叶轮对海水势能的利用，并且还能防止海水回流。

在一个实施方式中，各截波单元呈水平阶梯式、V型或半V型、间隔布置。由于波浪冲击任一叶轮时具有间歇性、不连续性的特点，因此各截波单元呈水平阶梯式、V型或半V型布置，间隔适当距离。各截波单元的叶轮通过联轴箱连接，波浪对各组叶轮进行不重复的连续冲击，而使联轴基本达到连续受力转动。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过截波导板截取的波浪可以是几米深度，能对各种方向、波段的波浪进行捕获，波能、各种动能混合通过冲击叶轮直接转换为机械能；结合现代制造水平，整机通过多个截波单元的组合，迎波面可达几十甚至上百米长，从而能够实现规模化应用，达到大功率发电，单机满负荷可达上千千瓦，具有实用经济价值。

2、本发明原理简单，水下设备较少，且可防腐处理及牺牲阳极法等保护，便于维护，成本低，可远程自动化控制（必要时也可人工操作）。

3、本发明能够上下分离控制，特别是当恶劣气候如强台风来临时，由升降控制柜调节实行分离，即叶轮、发电机等升至基座顶端，避开巨浪，而截波导板下降并水平停放于基座底部，这样能够避免巨浪袭击，规避了强台风时对设备的破坏，保证设备的安全，而且影响时间短；同时当某部位设备需检查维护时，也可通过升降组件将设备提离水面，方便人员检修。

4、本发明适应建于最低潮位时水深约6米的位置，不占用陆地，施工难度不大，同时可建设多台，经集电线路送高压变电站并入电网。

5、本发明经适度改装可悬吊于船舶，为船舶提供电力和动力，同时也可为海水淡化工程提供动力。

附图说明

图1是本发明一个实施例的横向结构示意图。

图2是本发明一个实施例的纵向剖面示意图。

图3是本发明一个实施例中基座的结构示意图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1至图3所示，本发明的一种波能转换发电装置100，包括：基座101、截波组件、发电组件、升降组件和控制组件。

所述基座101为建于合适水深的稳固体，具备适合水深、潮差、运转设备等需要的高、长、宽等。

所述截波组件包括至少一个截波单元，每个截波单元分设在基座101上并设有截波导板102和叶轮103，所述截波导板102和叶轮103间隔布置。本实施例中，每个截波单元设有限位杆104，以限制截波导板102和叶轮103的最小间距，避免截波导板102和叶轮103发生碰撞。所述截波导板102的后端设有导流板105，能够增加叶轮103对海水势能的利用，并且还能防止海水回流。

所述发电组件设于基座101上并包括联轴箱106、发电机107、传动轴链108和配电柜109，各截波单元的叶轮103通过联轴箱106连接，所述发电机107通过传动轴链108与联轴箱106连接。

所述升降组件包括截波导板升降器110、联轴箱升降器111和发电机升降器112，所述截波导板升降器110与截波导板102连接，所述联轴箱升降器111与联轴箱106连接，所述发电机升降器112与发电机107连接。所述截波导板102与截波导板升降器110的连接处前端可滑动，后端可转动，能够用于调节截波导板102的角度。所述叶轮103、限位杆104、联轴箱106、发电机107、传动轴链108联动，通过联轴箱升降器111和发电机升降器112统一升降。本实施例中，所述基座101上设有截波导板限位槽113、联轴箱限位槽114和发电机限位槽115，所述截波导板102、联轴箱106和发电机107分别被限制在截波导板限位槽113、联轴箱限位槽114和发电机限位槽115内进行升降。

所述控制组件包括升降控制柜116，所述升降控制柜116具备信息采集功能，能够分别控制截波导板升降器110、联轴箱升降器111和发电机升降器112进行升降。

本实施例中，所述基座101的端部设有飞轮117，用于不断地储蓄、释放和补充能量。所述基座101上还设有横梁118，起到稳固基座101的作用，同时用于控制管线等并作为操作人员的巡视通道。

本实施例中，本发明还包括调节组件，所述调节组件包括浮力仓119和配重机构120，所述控制组件包括浮力仓控制柜121，所述浮力仓119设于截波导板102下方并由浮力仓控制柜121控制，所述配重机构120对所需部件进行配重。其中所述浮力仓119采用轻质材料以及空气填充，所述浮力仓控制柜121控制浮力仓119内的空气量，从而增减浮力。所述配重机构120包括配重块、支架滑轮和钢丝绳，所述配重块通过支架滑轮和钢丝绳设于所需部件上。所述配重机构120的配重量与相应叶轮103、联轴箱106、发电机107和传动轴链108的重量基本平衡。需要注意的是，发电机107、传动轴链108和飞轮117上的配重机构须独立设置，其余各截波单元中相同部件的配置基本相同，相同部件的操控也基本一致。

本发明在工作时，截波导板102与叶轮103处于上下适当分离状态，升降控制柜116依据当地即时潮汐高度、波高、频率等波型状况，调节截波导板升降器110，使得截波导板102达到最佳高度及坡度，从而波浪经截波导板102后在板顶形成激波峰值；升降控制柜116控制联轴箱升降器111和发电机升降器112，使叶轮103、限位杆104、联轴箱106、发电机107和传动轴链108整体统一慢慢下降，在波力冲击下，叶轮103逐渐转动至最大稳定值，然后通过传动轴链108传递，发电机107开始发电，产生的电能由配电柜109送出。该过程可随潮汐高低而分时段调节。

如箭头所示，当平坦波浪进入截波导板102的范围并在其反射作用下，部分波段的波破碎、叠加释放能量，形成主波运动，在两边基座101的限制下形成定向的、逐渐增强的波速和波高，一般为明显的“三层浪”，并使波浪到达截波导板102的顶端时处于峰值而冲击后上方适当距离的叶轮103，在叶轮103的阻力作用下，波在叶轮103中出现破波并完全释放波能，由波能与水流综合推动叶轮103，转换为叶轮103旋转的机械能，通过传动轴链108带动发电机107发电。

由于在各截波单元中，波浪冲击叶轮103具有间歇性、不连续性的特点，因此各截波单元呈水平阶梯式、V型或半V型布置，间隔适当距离。各截波单元的叶轮103通过联轴箱106连接，波浪可对各组叶轮103进行不重复的连续冲击。同时飞轮117不断地储蓄、释放和补充能量，使各组叶轮103的联轴能够连续性受力转动，从而发电机107的频率、功率得到增强，达到大功率发电。其中基座101间的叶轮长度、截波单元的级别数量多少，基本决定设备受力大小及接受波浪范围，叶轮越长、截波单元越多，对波高要求越低，范围越广，从而功率就越大，年发电时间越长。

根据设备受力分析，由于截波导板102、叶轮103、发电机107、传动轴链108、飞轮117等都是质量较大件，同时波运动可分解为水平、垂直两个方向的力，对截波导板102、叶轮103的冲力和压力都很大，因此为方便升降组件操作，减少自身用电损耗，垂直方向采用浮力仓119和配重机构120来平衡，水平方向则利用基座101的限位槽起到支撑和限位的作用。

在正常波况时，各部件在升降控制柜作用下随潮汐升降而升降，正常运行。当恶劣气候如强台风来临时，由升降控制柜116调节实行分离，即叶轮103、发电机107等升至基座101顶端，避开巨浪，而截波导板102下降并水平停放于基座101底部，这样能够避免巨浪袭击，规避了强台风时对设备的破坏，保证设备的安全，而且影响时间短。同时当某部位设备需检查维护时，也可通过升降组件将设备提离水面，方便人员检修。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波能转换发电装置，其特征在于，包括：

基座；

截波组件，所述截波组件包括至少一个截波单元，每个截波单元分设在基座上并设有截波导板和叶轮，所述截波导板和叶轮间隔布置；

发电组件，所述发电组件设于基座上并包括联轴箱、发电机、传动轴链和配电柜，各截波单元的叶轮通过联轴箱连接，所述发电机通过传动轴链与联轴箱连接；

升降组件，所述升降组件包括截波导板升降器、联轴箱升降器和发电机升降器，所述截波导板升降器与截波导板连接，所述联轴箱升降器与联轴箱连接，所述发电机升降器与发电机连接；

控制组件，所述控制组件包括升降控制柜，所述升降控制柜分别控制截波导板升降器、联轴箱升降器和发电机升降器进行升降。

2.根据权利要求1所述的波能转换发电装置，其特征在于，还包括调节组件，所述调节组件包括浮力仓和配重机构，所述控制组件包括浮力仓控制柜，所述浮力仓设于截波导板下方并由浮力仓控制柜控制，所述配重机构对所需部件进行配重。

3.根据权利要求2所述的波能转换发电装置，其特征在于，所述浮力仓采用轻质材料以及空气填充，所述浮力仓控制柜控制浮力仓内的空气量。

4.根据权利要求2所述的波能转换发电装置，其特征在于，所述配重机构包括配重块、支架滑轮和钢丝绳，所述配重块通过支架滑轮和钢丝绳设于所需部件上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的波能转换发电装置，其特征在于，所述基座的端部设有飞轮。

6.根据权利要求1至4任一项所述的波能转换发电装置，其特征在于，所述基座上设有截波导板限位槽、联轴箱限位槽和发电机限位槽，所述截波导板、联轴箱和发电机分别被限制在截波导板限位槽、联轴箱限位槽和发电机限位槽内进行升降。

7.根据权利要求6所述的波能转换发电装置，其特征在于，每个截波单元设有限位杆，以限制截波导板和叶轮的最小间距。

8.根据权利要求7所述的波能转换发电装置，其特征在于，所述叶轮、联轴箱、发电机、传动轴链和限位杆联动，通过联轴箱升降器和发电机升降器统一升降。

9.根据权利要求1至4任一项所述的波能转换发电装置，其特征在于，所述基座上设有横梁，所述截波导板的后端设有导流板。

10.根据权利要求1至4任一项所述的波能转换发电装置，其特征在于，各截波单元呈水平阶梯式、V型或半V型、间隔布置。