CN103742346A - 一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置 - Google Patents

一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，它包括一端锚固在海底的系泊系统，锚固在系泊系统另一端的波浪能泵水系统，以及顺序连通波浪能泵水系统的水管、高位蓄能水池、管道和用于发电或淡化海水的厂房。其中，波浪能泵水系统垂直于波浪的波峰线方向布置，波浪能泵水系统包括两节以上通过连接件串联转动连接在一起的波浪能采集浮体，相邻两节波浪能采集浮体之间的上、下两端分别连接一泵水液压缸，且每一泵水液压缸的活塞杆和缸底分别与相邻两节波浪能采集浮体铰接。每一泵水液压缸的液压腔与设置在波浪能采集浮体内的三通泵水管的第一端连通，泵水管的第二端通过吸水单向阀与连通海水的吸水管连通，泵水管的第三端通过泵水单向阀与水管连通。

Description

一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置
技术领域
本发明涉及一种海上蓄能稳能装置，特别是关于一种基于伐式波浪能泵的蓄能稳能装置。
背景技术
随着矿物能源的日趋枯竭，人们逐渐将目光投向海洋。由于波浪能是海洋能中能流密度最大、分布最广、品位最高的一种清洁可再生能源，因此引起了各国学者的高度重视，进行了广泛而深入地研究，它的成功开发与利用将会大大缓解矿物能源的危机。把取之不尽用之不竭的波浪能转换为可用的能源是人们长期的愿望，但是波浪能的不稳定性抑制了其实际开发和应用，例如，如果无法将不稳定的波浪能转换为稳定的电能，就将无法独立地为用户提供稳定的电能。中国是海岛众多的国家，大量的海岛远离大陆，要从大陆向这些海岛输送电力和输运淡水明显有些鞭长莫及。因此，为了海岛经济的发展，将海岛周围不稳定的波浪能转换为稳定的能量并独立地为海岛供电供水显得至关重要。
开发波浪能最关键的技术在于波浪能装置。目前，在波浪能装置研究方面，大多集中在如何提高效率和降低成本等方面，而只有少部分涉及如何提高波浪能装置所捕获能量的稳定性。由于波浪的波高和周期多变性，利用波浪能装置所捕获的波浪能非常不稳定，而人们通常只是采用储能方式使得能量输出在短时间尺度上变得平稳一些，但还无法达到大时间尺度上的能量稳定，因而这类波浪能装置目前还难于使不稳定的波浪能转换为稳定的能量输出,无法独立地为用户供电或供应淡水。例如，有学者研发了这样一种波浪能利用装置，该装置具有架体，与架体活动连接的联杆，在联杆的另一侧固定有浮箱，靠近浮箱的联杆处固定有增压套管，增压套管的下端口设有自由开启叶门，其上端口内侧设有止回集水管，该止回集水管下端口设有自由开启叶门，上端口接有集水总管，它能直接利用海浪的动力来产生高压，进而发电。但该装置缺乏一个长时间尺度内不稳定波浪能的稳能方式，从而会导致发电功率的变化。又如，本技术领域人员公开了这样一种波浪能液压泵，该液压泵包括若干节波浪能采集浮体、若干液压装置、若干弹簧振子装置和若干进出水装置，利用该液压泵虽然可以实现不稳定的波浪能的采集，但是在此装置内部的储能稳能仍然只局限于短时间尺度，无法实现长时间尺度上的储能稳能。
若在海岸边较高地形处设置一个高位蓄能水池，并将波浪能装置所捕获的不稳定波浪能通过波浪能泵传递到高位蓄能水池中，转化为恒定的位能，即可实现不稳定波浪能的长时间尺度稳定化。有了稳定的位能，就能可靠地综合利用。现有技术中公开了一种由水库、海堤、泵、管道组成的海潮式抽水蓄能技术，泵在海洋潮汐涨至高潮并与水库水位相持平时，向水库抽水蓄能，低潮时放水发电，此技术提供了将不稳定的海洋能转化为稳定的势能存储的方法，但是此技术利用的是潮汐能，无法利用波浪能，并且抽水泵由电能驱动，增加了转换环节，效率降低。现有技术中还公开了一种风、潮流、波浪综合利用的发电装置，但该装置只是通过多种能源合能发电，没有制淡水系统，并且也没有长时间尺度稳能的能力。此外，现有技术中还涉及一种潮流能和波浪能耦合发电及制淡水系统，此装置虽然能进行波浪能综合利用，但是一方面装置比较复杂，可靠性下降，另一方面也没有长时间尺度的稳能方式。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，以实现在长时间尺度内的蓄能稳能、可靠且高效的功能。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：它包括一端锚固在海底的系泊系统，锚固在所述系泊系统另一端的波浪能泵水系统，以及顺序连通所述波浪能泵水系统的水管、高位蓄能水池、管道和用于发电或淡化海水的厂房；其中，所述波浪能泵水系统垂直于波浪的波峰线方向布置，所述波浪能泵水系统包括两节以上通过连接件串联铰接在一起的波浪能采集浮体，相邻两节所述波浪能采集浮体之间的上、下两端分别连接一泵水液压缸，且每一所述泵水液压缸的活塞杆和缸底分别与相邻两节所述波浪能采集浮体铰接；每一所述泵水液压缸的液压腔与设置在所述波浪能采集浮体内的三通泵水管的第一端相连通，所述泵水管的第二端通过吸水单向阀与连通海水的吸水管相连通，所述泵水管的第三端通过泵水单向阀与所述水管相连通。
每一所述泵水液压缸外均套设一柔性保护套。
所述连接件的两端通过焊接紧固连接在两所述波浪能采集浮体两端面的中心位置，所述连接件的中心通过一销轴转动连接，所述连接件采用高刚度的材料制作而成。
所述波浪能泵水系统采用具有两节以上所述波浪能采集浮体的筏式结构，所述波浪能采集浮体采用圆筒状结构。
所述系泊系统包括两根直接锚固到海底的锚链。
所述水管和管道均采用轻质坚固防腐的材料制作而成，所述泵水管和吸水管均采用软管，所述高位蓄能水池的容积根据机组发电功率或淡化海水的能力确定；所述高位蓄能水池与波浪能泵水系统之间的高度差为10～500m。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明采用的是筏式波浪能泵，因此波浪能捕获效率高，同等条件下泵水流量大。2、由于本发明是将不稳定波浪能的水体泵入高位蓄能水池，即将不稳定的波浪能转化成稳定的势能储存，因此克服了波浪能不稳定的缺点，有效地利用了波浪能。3、由于本发明的结构简单，因此功能可靠，维护成本低。4、由于本发明泵水液压缸的外部设置一柔性保护套，因此不仅能够适应波浪能采集浮体之间的相互转动，而且还能够减弱海水、空气和风暴等对泵水液压缸的腐蚀损害，大大延长了泵水液压缸的使用寿命。5、通过本发明装置得到的稳定势能可以用于传统水力发电和海水淡化，从而降低了海水淡化成本，对供水供电不便的海岛地区意义尤其重大。6、由于本发明与传统发电相结合，因此不仅加快了波浪能开发的进程，而且还推进了波浪能开发的商业化进程。7、由于本发明的高位蓄能水池容积较大，可储存大量海水，因此，保证了高位蓄能水池内海水泵入量与流出量的基本平衡，避免了高位蓄能水池内水位的过大变化，从而使整个系统更加稳定。
附图说明
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，而不应该理解成对本发明的限制。
图1是本发明的整体结构立面示意图
图2是本发明波浪能泵水系统的结构立面示意图
图3是本发明波浪能采集浮体转动时波浪能泵水系统的结构立面示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，需要说明的是，下文中的“前端”、“后端”均针对于波浪的流动方向来定义，其中“前端”指迎着来波方向的一端，“后端”指背离来波方向的一端。
如图1所示，箭头所指方向为来波方向。本发明包括一系泊系统1、一波浪能泵水系统2、一水管3、一高位蓄能水池4、一管道5和一厂房6。其中，波浪能泵水系统2垂直于波浪的波峰线方向布置，波浪能泵水系统2的前端锚固在系泊系统1上，波浪能泵水系统2的后端顺序连通水管3、高位蓄能水池4、管道5和用于发电或淡化海水的厂房6。
如图2所示，波浪能泵水系统2包括两波浪能采集浮体20、两泵水液压缸21、一吸水管22和一泵水管23。其中，两波浪能采集浮体20通过一连接件24串联在一起，两泵水液压缸21以波浪能采集浮体20的中心线为对称线分布在两波浪能采集浮体20的上、下两端，两泵水液压缸21内均插设一活塞连杆210，活塞连杆210的前端球铰接前方波浪能采集浮体20的后端面，泵水液压缸21的后端面球铰接后方波浪能采集浮体21的前端面。吸水管22的一端贯穿自身所在的波浪能采集浮体20的底部后连通海水，另一端连通泵水管23。泵水管23可视为由两三通管25、26组成，其中，三通管25、26均可视为由一进出口支路250、260，一进口支路251、261和一出口支路252、262组成，进出口支路250、260贯穿自身所在的波浪能采集浮体20的前端面后分别连通两泵水液压缸21的进出口，两进口支路251、261相连通，且两进口支路251、261内均设置一吸水单向阀27，两出口支路252、262在自身所在的波浪能采集浮体20内部向后延伸一段距离后合并在一起，且出口贯穿自身所在的波浪能采集浮体20后端面后连通水管3，两出口支路252、262内均设置一泵水单向阀28。
在上述实施例中，如图1所示，系泊系统1包括两根直接锚固到海底的锚链10。
在上述实施例中，波浪能泵水系统2采用具有两节以上波浪能采集浮体20的筏式结构，波浪能采集浮体20采用圆筒状结构。两泵水液压缸21外部均套设一柔性保护套29。
在上述实施例中，连接件24的两端通过焊接紧固连接在两波浪能采集浮体20两端面的中心位置，连接件24的中心通过一销轴转动连接，连接件24采用高刚度的材料制作而成。
在上述实施例中，吸水管22和泵水管23均采用软管。
在上述实施例中，水管3和管道5均采用诸如聚氯乙烯等轻质坚固防腐材料制作而成，以便能够直接在波浪海水环境中持续正常工作并应对台风、风暴潮等恶劣天气。
在上述实施例中，高位蓄能水池4的容积根据机组发电功率或淡化海水的能力确定，一般为50～10000m3。高位蓄能水池4与波浪能泵水系统2之间的高度差为10～500m。
下面详细说明本发明的使用方法：
如图3所示，来波时，两波浪能采集浮体20由于处在不同的波浪位置会发生相对转动，当两波浪能采集浮体20向上转动时，位于下方的泵水液压缸21内的活塞连杆210抽离泵水液压缸21，此时位于下方的泵水单向阀28关闭，吸水单向阀27打开，通过吸水管22将海水吸入位于下方的泵水液压缸21内。在上述转动状态下，位于上方的泵水液压缸21内的活塞连杆210压缩泵水液压缸21，此时位于上方的泵水单向阀28打开，吸水单向阀27关闭，通过泵水管23将海水依次输送至后方的高位蓄能水池4。
当两波浪能采集浮体20向下转动时，位于上方的泵水液压缸21用于吸水，位于下方的泵水液压缸21用于泵水，因此周而复始的将海水泵入高位蓄能水池4内，将不稳定的波浪能储存为稳定的势能，存储在高位蓄能水池4内的海水通过管道5输送至厂房6内以进行发电或淡化海水。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺、波浪能采集浮体断面的形状等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：它包括一端锚固在海底的系泊系统，锚固在所述系泊系统另一端的波浪能泵水系统，以及顺序连通所述波浪能泵水系统的水管、高位蓄能水池、管道和用于发电或淡化海水的厂房；其中，所述波浪能泵水系统垂直于波浪的波峰线方向布置，所述波浪能泵水系统包括两节以上通过连接件串联铰接在一起的波浪能采集浮体，相邻两节所述波浪能采集浮体之间的上、下两端分别连接一泵水液压缸，且每一所述泵水液压缸的活塞杆和缸底分别与相邻两节所述波浪能采集浮体铰接；每一所述泵水液压缸的液压腔与设置在所述波浪能采集浮体内的三通泵水管的第一端相连通，所述泵水管的第二端通过吸水单向阀与连通海水的吸水管相连通，所述泵水管的第三端通过泵水单向阀与所述水管相连通。
2.如权利要求1所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：每一所述泵水液压缸外均套设一柔性保护套。
3.如权利要求1所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述连接件的两端通过焊接紧固连接在两所述波浪能采集浮体两端面的中心位置，所述连接件的中心通过一销轴转动连接，所述连接件采用高刚度的材料制作而成。
4.如权利要求2所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述连接件的两端通过焊接紧固连接在两所述波浪能采集浮体两端面的中心位置，所述连接件的中心通过一销轴转动连接，所述连接件采用高刚度的材料制作而成。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述波浪能泵水系统采用具有两节以上所述波浪能采集浮体的筏式结构，所述波浪能采集浮体采用圆筒状结构。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述系泊系统包括两根直接锚固到海底的锚链。
7.如权利要求5所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述系泊系统包括两根直接锚固到海底的锚链。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述水管和管道均采用轻质坚固防腐的材料制作而成，所述泵水管和吸水管均采用软管，所述高位蓄能水池的容积根据机组发电功率或淡化海水的能力确定；所述高位蓄能水池与波浪能泵水系统之间的高度差为10～500m。
9.如权利要求5所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述水管和管道均采用轻质坚固防腐的材料制作而成，所述泵水管和吸水管均采用软管，所述高位蓄能水池的容积根据机组发电功率或淡化海水的能力确定；所述高位蓄能水池与波浪能泵水系统之间的高度差为10～500m。
10.如权利要求6所述的一种基于波浪能泵的蓄能稳能装置，其特征在于：所述水管和管道均采用轻质坚固防腐的材料制作而成，所述泵水管和吸水管均采用软管，所述高位蓄能水池的容积根据机组发电功率或淡化海水的能力确定；所述高位蓄能水池与波浪能泵水系统之间的高度差为10～500m。
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