CN103670893A - 围气式潮汐发电的方法及专用装置 - Google Patents

Abstract

一种潮汐发电的方法及专用装置，它是根据最低和最高潮海平面，设计建设多根立于海底的立柱，然后以立柱为支撑体固定建设一敞底的气箱。在气箱靠海岸一边的上端开设一个或多个空气出入口，气箱通过出入口与带有两分支的通风管相连接，通风管两分支再与风力发电机及大气相连通。涨或落潮时，海水挤压或倒吸气箱内的空气，在通风管内形成快速气流，通过设置在通风管内控制阀和止回阀的自动控制，气流始终单向通过风力发电机，从而实现潮汐发电。本发明潮汐发电专用装置采用围气的办法进行潮汐发电，突破了传统的堤坝围水式潮汐发电方法，近海岸有潮差的地方均可建设，建设施工容易，成本较低，且发电设备也不受海水腐蚀，具有较强的适用推广价值。

Description

围气式潮汐发电的方法及专用装置

技术领域

本发明涉及一种潮汐发电的方法及专用装置，属发电领域。

背景技术

随着核原料和石油资源的日暂枯竭，发展可再生能源成为各国能源安全战略的重要组成部分，而利用太阳能和海洋能发电是两个最重要的发展方向。目前，利用海洋能发电主要有以下四种方法：一是利用洋流发电；二是利用海浪发电；三是利用温差发电；四是利用潮汐发电，而最具有发展前景的是潮汐发电。潮水每日涨落，周而复始，能源取之不尽，用之不竭，且很少受气候、水文等自然因素的影响，也不存在丰、枯水年和丰、枯水期。潮汐能是一种清洁、不污染环境、也不影响生态平衡的可再生能源。

但目前，运用于实际的潮汐发电，大都为堤坝式，即采用建堤坝围水的办法，形成水位差，利用水推动水轮机，而带动发电机进行潮汐发电。这种堤坝围水式潮汐发电的方法存在着以下一些缺点：1、必须选择潮差大，同时具有较大蓄水能力的海湾、河流或泻湖建设堤坝围水，因此，适合建设的地点极少极少，而对于大量敞开式的海区和离岸较远较深的海区建设堤坝成本太大，因此，即使潮差较大，也只能“望潮心叹”；2、水深坝长，地基处理、施工及防淤极为困难，造价高投资成本极大；3、堤坝围水式潮汐发电为低水头、大流量的发电形式，水轮机体积大，耗钢量多，同时，浸泡于海水中，海水、海生物对金属结构物有腐蚀和粘污作用，防腐防粘困难。

申请号为200610032940.4，公开日为2007年7月18日所公开的气流式潮汐发电的方法及专用装置，虽然是非堤坝式潮汐发电，采用围气的办法进行潮汐发电，可解决选址等问题，但依然存在以下较大的不足：1，只建一气腔而无立柱支撑固定，气腔只会像船一样随潮水涨落而上升和下降，而不能压缩和倒吸气腔内空气，缺少立柱这个必要的技术特征，严格来讲不能进行潮汐发电，而建设固定气腔的立柱远比建设气腔要难、成本要大；2，将风力发电机组建设安装在海上平台上，除海上建设平台困难外，建设成本也大；3、气道中设置多组风力发电机组，风力的利用效率虽能提高一点，但不能提高多少，而单机效率大降，只能是大大增加了购机成本，得不偿失。4、发电时气流方向的控制均为非自动控制，操作极为不便。

发明内容

为克服以上潮汐发电方法及专用装置的不足，本发明提供一种结构简单、建设施工容易、造价较低、操作方便、在近海岸有一定潮差的地方均可建设的潮汐发电的方法及专用装置。它是在具有一定潮差的海域，根据最低和最高潮海平面之间的落差，设计建设多根立于海底的立柱，然后以立柱为支撑体固定建设一能利用潮水的涨落吞吐空气的敞底气箱。在气箱靠海岸一边的上端开设一个或多个空气出入口，气箱通过空气出入口与带有两分支管的通风管相连接，通风管的两分支管再与安装在海岸上的一组风力发电机及大气相连通。通风管内设置有一空气控制阀和四个空气止回阀，当涨潮或落潮时，气箱内的海水挤压或倒吸气箱内的空气，在通风管内形成快速气流，通过设置在通风管内的空气控制阀和空气止回阀的自动控制，使气流始终单向通过风力发电机，从而带动风力发电机实现潮汐发电。

本发明的有益效果是：1、选址容易，近海岸有一定潮差的地方均可建设本潮汐发电专用装置。2、结构简单、建造容易、成本较低。3、发电机组安装在海岸上，建设安装容易，同时，设备不受海水腐蚀，使用寿命长、维修方便。4、可因势利用海岸或小的岛礁顺势而建，能大大降低建设成本。5、建设规模不受限制。扩大建设规模时，可增加新的发电机组，也可不增加新的发电机组，而仅增建立柱、扩大气箱、降低发电水位差、延长发电时间即可。6、视条件还可与太阳能发电或海洋养殖同体而建，可一举多得。

附图说明

附图1为本发明的潮汐发电专用装置结构示意图

附图2为本发明的通风管结构示意图

附图1、2中序号：立柱1；气箱2；通风管3；风力发电机4；进出风口5；通风管分支(6、7)；硬体立柱8；沉块9；拉索10；浮体11；支撑杆12；雨水导流管13；最低潮海平面14；最高潮海平面15；空气控制阀F0；空气止回阀F1、F2、F3、F4。

具体实施方式

现结合说明书附图，对本发明进行进一步的说明：

建设本发明所述的潮汐发电装置：先在具有一定潮差的海域，设计建设多根立于海底的立柱1。建设立柱1时，较浅海域，可建设立于海底的钢筋混凝土硬体立柱8(若能利用海岸或岛礁更好，建造成本会更低)；较深海域建设钢筋混凝土立柱困难时，则建设由沉入海底的沉块9拉住拉索10，拉索10拉住浮体11，浮体11上再安装支撑杆12所形成的相对固定的软体立柱。

为方便海上建设，拉索10为外包有防腐材料的钢索；为使浮体11能产生较大的浮力又具有较强的抗压和抗拉能力，浮体11为塑料材料制造而成，内填有轻型材料的实心箱体；浮体11略高于最低潮海平面14。沉块9重量和拉索10抗拉强度大小的设计，以涨潮发电时沉块9不被拉起、拉索10不被拉断为准。浮体11产生浮力大小的设计，以落潮发电时拉索10始终存在一定拉力，浮体11不下沉为准。

立柱1建设好后，以立柱1为支撑体固定建设一个敞底的气箱2。气箱2底部不高于落潮时最低潮海平面14，顶部不低于涨潮时的最高潮海平面15。为减轻气箱2重量、降低建造成本和易于安装，气箱2四周由多块塑料板拼接而成(拼接时可采用热塑或螺丝或胶水的等办法进行拼接)，而气箱2顶部则由能防海水腐蚀、不透气的帆布或塑料膜(为增加抗拉能力，帆布或塑料膜中可加钢丝)材料建设而成。为防气箱2顶遭雨水集压垮塌，还设置安装有雨水导流管13，雨水导流管13上端开口于气箱2顶，下端始终没入海水中，为方便固定，雨水导流管13可顺支撑杆12而下安装或与之同体。

在气箱2靠海岸一边的上端开设一个或多个空气出入口5，每个空气出入口5与一通风管3相连接，通风管3带有两分支(6、7)，两分支(6、7)再与安装在海岸上的一组风力发电机4及大气相连通。通风管3内设置有空气控制阀F0和空气止回阀F1、F2、F3、F4，自动控制气流始终单向通过风力发电机4。建设安装在海岸之上的风力发电机4，建厂房加以保护和管理。

本发明的潮汐发电专用装置潮汐发电的实现。

涨潮时先关闭空气控制阀F0，随潮水的不断上涨，气箱2内外水位差越来越大(水位内低外高)，气箱2内空气压强越来越大，当水位差增大，气箱2内空气与外大气压强差满足设计发电要求时，打开空气控制阀F0，海水活塞样挤压气箱2内的空气，由于内外压差，空气止回阀F1和F3自动开启，空气止回阀F2和F4自动关闭，气流通过通风管3，经F0、分支6、F1进入风力发电机4，然后经F3通过分支7进入大气，从而带动风力发电4实现涨潮发电。

落潮时先关闭空气控制阀F0，随潮水的不断下降，气箱2内外水位差越来越大(水位内高外低)，气箱2内空气压强减小，当水位差增大，大气与气箱2内空气压强差满足设计发电要求时，打开空气控制阀F0，海水活塞样倒吸气箱2内的空气，由于内外压差，空气止回阀F1和F3自动关闭，空气止回阀F2和F4自动开启，大气中的空气通过分支6、经F2进入风力发电机4，经分支7、F4、F0和空气出入口5进入气箱2内，而带动风力发电机4实现落潮发电。

一般空气出入口5设计为多个，每个空气出入口5分管一组风力发电机4。通过调节风力发电机4开启的数量和空气控制阀F0的通风量，可适应潮水上涨或下降的不同速度，实现平稳发电。当只有一组风力发电机4工作，水位差仍不满足发电要求时，可暂时关闭F0，等水位差再次达到发电要求时，再打开F0继续发电即可。

有条件扩大建设规模时，可增加新的空气出入口5和新的发电机4，也可不增加，而仅增建立柱1、水平扩大气箱2、降低发电水位差、延长发电时间即可。

本发明的潮汐发电专用装置在台风影响较小的海域，可与太阳能发电装置同体而建，也还可以与海洋养殖场同体而建，可一举多得。与海洋养殖场同建时，在气箱2上端开多个能关闭可供工作人员进出的门即可，也可利用进出风口，使之兼作进出门之用，其工作时间为落潮时的平潮期。

本发明的潮汐发电专用装置所发电量的大小与所围海域面积和潮差相等的堤坝围水式潮汐发电基本相当。如果能利用无叶风力发电机(特斯拉)提高发电效率，将有可能超过堤坝围水式潮汐发电的发电量。沿海地区有一定潮差的地方均可建设本发明的潮汐发电专用装置，且规模无限，大规模建设可逐步化解沿海地区高用电而少产电，需从内陆远距离输送的矛盾。本发明的潮汐发电专用装置具有较强的适用推广价值，并能实现较大的经济效益。

Claims (6)

1.一种潮汐发电的方法，其特征是：它是在具有一定潮差的海域，根据最低和最高潮海平面之间的落差，设计建设多根立于海底的立柱，然后以立柱为支撑体固定建设一能利用潮水的涨落吞吐空气的敞底气箱；气箱的上端开有空气出入口，气箱通过空气出入口与带有两分支的通风管相连接，通风管的两分支再与风力发电机及大气相连通；当涨潮或落潮时，海水挤压或倒吸气箱内的空气，在通风管内形成快速气流，通过设置在通风管内的空气控制阀和四个空气止回阀的自动控制，气流始终单向通过风力发电机，从而带动风力发电机实现潮汐发电。

2.一种实现权利要求1所述潮汐发电方法的专用装置，其特征是：它由立柱(1)、气箱(2)、通风管(3)和风力发电机(4)组成；所述气箱(2)是以立于海底的多根立柱(1)为支撑体固定建设的敞底箱体；所述气箱(2)通过开设在其上端的空气出入口(5)与通风管(3)相连接，通风管(3)带有两分支(6、7)，两分支(6、7)再与风力发电机(4)及大气相连通；通风管(3)内设置有空气控制阀(F0)和空气止回阀(F1、F2、F3、F4)；当涨潮或落潮时，海水挤压或倒吸气箱(2)内的空气，在通风管(3)内形成快速气流，通过设置在通风管(3)内的空气控制阀(F0)和空气止回阀(F1、F2、F3、F4)的自动控制，使气流始终单向通过风力发电机(4)，从而带动风力发电机(4)实现潮汐发电。

3.根据权利要求(2)所述的立柱(1)，其特征是：立柱(1)为下端立于海底的钢筋混凝土硬体立柱(8)。

4.根据权利要求2所述的立柱(1)，其特征是：立柱(1)为由置于海床上的沉块(9)拉住拉索(10)，再由拉索(10)拉住浮体(11)，浮体(11)上安装撑杆(12)所形成的软体立柱。

5.根据权利要求2所述的专用装置，其特征是：还设置有雨水导流管(13)。

6.根据权利要求2所述的空气出入口(5)，其特征是：空气出入口(5)为一个或多个，每个空气出入口(5)分管一组风力发电机(4)。

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