CN103758685A - 波浪能发电装置及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种波浪能发电装置，其包括：用于固定在海底的海底沉箱；通过张力索与海底沉箱连接的中间浮体，其完全浸入在海水中；与中间浮体连接的至少一个液压缸；与液压缸活塞杆连接且漂浮于海面的振荡浮子；其中，所述中间浮体内安置有发电单元，且发电单元与所述液压缸的吸排油口连接；其中，所述振荡浮子随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子的机械能，而液压缸将所述机械能转化为液体压力能，并通过所述发电单元将所述液体压力能转化为电能。本发明的波浪能发电装置，结构简单，对波浪能的提取方便，发电过程持续、可控，工作可靠性高，输出电能质量高，经济效率好；此外，本发明还提供一种采用上述的发电装置进行发电的方法。

Description

波浪能发电装置及其发电方法

技术领域

本发明涉及海洋能源开发利用技术领域，尤其涉及一种波浪能发电装置及其发电方法。

背景技术

海洋能的蕴藏量巨大，其中波浪能的分布广泛，是海洋能开发的重点。但是，波浪能虽然有巨大的蕴藏量，但也有能量密度低、提取困难的特点，往往需要较大型的提取设备，并且由于海洋环境的恶劣，海上工程结构的造价较高。目前出现了许多单一开发波浪能的技术，但是由于这些开发技术需要建造专门的支持系统，成本和维护费用太高，因此很难推广。现阶段制约波浪能开发的面临的主要问题是：能量形式单一，间歇性强；发电过程不可控，输出电能质量差；提取装置一次性投资大；电价成本高，经济效益差；建站对周围环境影响大等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述缺点，提供一种波浪能发电装置，其结构简单，对波浪能的提取方便，发电过程持续、可控，工作可靠性高，输出电能质量高，经济效率好；此外，本发明还提供一种采用上述的发电装置进行发电的方法。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种波浪能发电装置，其包括：用于固定在海底的海底沉箱；通过张力索与海底沉箱连接的中间浮体，由于其浮力大于重力，在张力索的作用下悬浮在水中；中间浮体上连接有三个液压缸；与液压缸活塞杆连接且漂浮于海面的振荡浮子；其中，所述中间浮体内安置有发电单元，且发电单元与所述液压缸的排油口连接；其中，所述振荡浮子随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子的机械能，而液压缸将所述机械能转化为液体压力能，并通过所述发电单元将所述液体压力能转化为电能。

其中，所述发电单元包括：与所述液压缸的吸油口连接的油箱，用于向所述液压缸提供液压油；与所述液压缸的排油口连接的蓄能器，用于储存所述液压缸输出的液压油；与所述蓄能器连接的液压马达，用于在所述蓄能器提供的液压油的作用下转动；与所述液压马达的输出轴连接的发电机，其在液压马达的驱动下发电；其中，在所述油箱和所述液压缸的吸油口以及所述液压缸的排油口和所述蓄能器之间分别设置有单向阀组。

进一步的，所述发电单元还包括设置在所述油箱与所述蓄能器之间且与所述液压缸并列设置的溢流阀。

更进一步的，所述发电单元还包括设置在所述蓄能器与所述液压马达之间的电磁换向阀。

其中，所述液压缸的活塞杆通过第一球铰与所述振荡浮子连接，所述液压缸的缸体通过第二球铰与所述中间浮体连接。

其中，所述液压缸的数量为三个，且连接在三个液压缸与所述振荡浮子之间的三个第一球铰均匀分布于第一圆上，连接在三个液压缸与所述中间浮体之间的三个第二球铰均匀分布于第二圆上。

优选的，所述第二球铰与所述第二圆圆心之间的距离大于所述第一球铰与所述第一圆圆心之间的距离，以使所述液压缸的活塞杆保持向内倾斜的姿态。

其中，所述振荡浮子为半球形。

另一方面，本发明还提供一种采用上述的波浪能发电装置进行发电的方法，其包括如下步骤：

利用海底沉箱的自重将其沉入预定的海底位置；

通过张力索将中间浮体与海底沉箱连接，使得其内设置有发电单元的中间浮体完全悬浮在海水中；

通过液压缸将漂浮在水面上的振荡浮子与中间浮体连接，且将发电单元与液压缸的排油口连接；

其中，所述振荡浮子随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子的机械能，而液压缸将所述机械能转化为液体压力能，并通过所述发电单元将所述液体压力能转化为电能。

其中，所述海底沉箱通过混凝土浇筑制成，所述中间浮体为由钢板焊接而成的中空箱体。

与现有技术相比，本发明的波浪能发电装置具有结构简单、对波浪能的提取方便、发电过程持续、可控、工作可靠性高、输出电能质量高、经济效率好、易于实现的突出优点。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

附图说明

图1为本发明的波浪能发电装置的结构示意图；

图2为本发明的第一球铰所在平面示意图；

图3为本发明的第二球铰所在平面示意图；

图4为本发明的发电单元的结构示意图。

附图标记说明：1-振荡浮子；2-液压缸；3-中间浮体；4-张力索；5-海底沉箱；7-发电单元；13-第一球铰；13a-第一圆；14-第二球铰；14a-第二圆；15-单向阀组；17-溢流阀；18-油箱；19-蓄能器；20-压力开关；21-电磁换向阀；22-液压马达；23-发电机。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的波浪能发电装置的结构示意图。由图1可知，其包括：依靠自身重力固定在海底的海底沉箱5；通过张力索4与海底沉箱5连接的中间浮体3，其完全浸入在海水中；其缸体与中间浮体3连接的三个液压缸2；与液压缸2活塞杆连接且漂浮于海面的振荡浮子1；其中，中间浮体3内安置有发电单元7，且发电单元7与液压缸2的排油口连接；其中，振荡浮子1随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子1的机械能，而液压缸2将机械能转化为液体压力能，并通过发电单元7将液体压力能转化为电能。

具体的，如图1所示，海底沉箱5是大质量的圆形箱体，其在陆地上用混凝土浇筑制成，然后将其沉入海底，依靠其自重使其固定在海底的预定位置。

中间浮体3为采用普通钢板焊接而成的中空箱体，其自身浮力远大于其重力，在水中能够呈正浮状态。

海底沉箱5与中间浮体3通过张力索4相连，张力索4采用船用钢缆制成，连接时设定张力索4的长度，使中间浮体3完全浸入水中，在浮力的作用下，中间浮体3将拉紧张力索4并悬停在水中。

振荡浮子1为其上表面为圆面、下表面为球面的中空浮体，其采用普通钢板焊接而成，外部涂覆防腐漆，且在水面上呈正浮状态。由于振荡浮子1在海面上随着波浪运动，因此将波浪能转化为振荡浮子1的机械能。

如图1所示，振荡浮子1的底部通过三个液压缸2与中间浮体3相连接。为保证液压缸2能够自由摆动，液压缸2活塞杆端部通过第一球铰13与振荡浮子1相连接，液压缸2的缸体底端通过第二球铰14与中间浮体3相连接，中间浮体3上第二球铰14的设置方式如图2所示，三个第二球铰设置在位于同一平面的第二圆14a上，且在第二圆14a的圆周呈等间隔120度分布；振荡浮子1上的第一球铰13位置与中间浮体3上的第二球铰14布置类似，如图3所示，即三个第一球铰设置在位于同一平面的第一圆13a上，且在第一圆13a的圆周呈等间隔120度分布，只是每个第一球铰与第一圆13a的圆心之间的距离小于第二球铰与第二圆圆心之间的距离。

应用中，液压缸2采用防水型液压缸，以防止外界海水通过液压缸2渗入液压油中。而第一球铰13、第二球铰14均采用防海水腐蚀的不锈钢制成。

通过上述的布置方式，可以让三个液压缸2的活塞杆保持向内聚拢的倾斜姿态，从而保证每个液压缸2能够很好的跟随海面上振荡浮子1的升沉和摇晃动作，并在振荡浮子1与中间浮体3距离变小时保持受压状态。

当振荡浮子1随波浪运动时，必然造成其与中间浮体3距离的变化，通过拉伸或压缩液压缸2活塞杆的动作，使得液压缸2在推、拉活塞杆的动作过程中产生吸、排液压油的作用，从而将振荡浮子1随波浪运动产生的机械能转换为液压油压力能，并输送到发电单元7中，从而将液压油压力能转化为电能。

如图1所示，发电单元7设置在中间浮体3内，并通过液压油管与设置在中间浮体3之外的三个液压缸相连。而为了在其内安置发电单元7，在中间浮体3内预留用于安装发电单元的道门(图中未示出)，并在道门处设置防水密封。

其中，如图4所示，发电单元7为液压发电单元，其包括：与液压缸2的吸油口连接的油箱18，用于向液压缸2提供液压油；与液压缸2的排油口连接的蓄能器19，用于储存液压缸2输出的液压油；与蓄能器19连接的液压马达22，其在蓄能器19提供的液压油的作用下转动；与液压马达22的输出轴连接的发电机23，其在液压马达22的驱动下发电。

其中，如图4所示，在油箱18和液压缸2的吸油口之间设置有单向阀组15，以便液压缸2的活塞杆伸出时，可以使油箱18内的液压油从液压缸2的吸油口进入，而在液压缸2的活塞杆缩回时，使液压缸2内的液压油不能从液压缸2的吸油口回流到油箱18内。

其中，如图4所示，在液压缸2的排油口和蓄能器19之间也设置有单向阀组15。当液压缸2的活塞杆缩回时，可以使液压缸2内的液压油从液压缸2的排油口流出并进入到蓄能器19内。

由于波浪的作用，液压缸的活塞杆连续发生伸缩运动，从而在两组单向阀组15的作用下，液压油从油箱吸入液压缸并加压输送到蓄能器中储存。

优选的，发电单元7还包括设置在油箱18与蓄能器19之间且与液压缸2并列的溢流阀17，以防止蓄能器19内液压油压力超过预定值。

此外，如图4所示，发电单元7还包括设置在蓄能器19与液压马达22之间的电磁换向阀21。当蓄能器中储存的加压液压油达到设定压力值时，压力开关20动作，电磁换向阀21开启，蓄能器19中液压油被供给液压马达22，液压马达22转动驱动与其同轴的发电机23进行发电，从而实现了波浪能转化为液压油压力能、液压油压力能转化为电能的转化利用。

发电单元7中的各元件在制作时选用的零部件与陆地设备使用的标准件相同，只是由于维修更换较难，因此应选择制造质量更高的元件来制造以提高系统的可靠性。

此外，本发明还提供一种采用上述的波浪能发电装置进行发电的方法，其包括如下步骤：

利用海底沉箱的自重将其沉入预定的海底位置；

通过张力索将其内设置有发电单元的中间浮体与海底沉箱连接，使得中间浮体完全浸入在海水中；

通过液压缸将漂浮在海水上的振荡浮子与中间浮体连接，且将发电单元与液压缸的吸油口与排油口连接；

其中，振荡浮子随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子的机械能，而液压缸将机械能转化为液体压力能，并通过发电单元将液体压力能转化为电能。

具体的，当海面有波浪时，振荡浮子1随着波浪运动，在运动过程中振荡浮子1与中间浮体3之间的相对距离发生变化，使得连接两者的液压缸的活塞杆进行伸出或缩回的动作。

通过振荡浮子1拉伸或压缩液压缸2活塞杆的动作，使得液压缸2在推、拉活塞杆的动作过程中产生吸、排液压油的作用，从而将振荡浮子1随波浪运动产生的机械能转换为液压油压力能，即从油箱吸入液压缸的液压油被加压输送到蓄能器中储存。

输送到蓄能器中储存的液压油随着波浪的运动持续增加，当蓄能器中储存的加压液压油达到设定压力值时，压力开关20动作，电磁换向阀21开启，蓄能器19中的加压液压油被供给液压马达22，从而驱动液压马达22转动，液压马达22转动时驱动与其输出轴连接的发电机23转动，从而使发电机23进行发电。由此，实现了波浪运动的波浪能转化为液压油压力能、液压油压力能转化为电能的转化利用。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括：

固定在海底的海底沉箱；

通过张力索与海底沉箱连接的中间浮体，其浸入在海水中，且其浮力大于其自身重力；

与中间浮体连接的至少一个液压缸；

与液压缸活塞杆连接且漂浮于海面上的振荡浮子；

其中，所述中间浮体内安置有发电单元，且发电单元与所述液压缸的排油口连接；

其中，所述振荡浮子随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子的机械能，而液压缸将所述机械能转化为液体压力能，并通过所述发电单元将所述液体压力能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述发电单元包括：

与所述液压缸的吸油口连接的油箱，用于向所述液压缸提供液压油；

与所述液压缸的排油口连接的蓄能器，用于储存所述液压缸输出的液压油；

与所述蓄能器连接的液压马达，用于在所述蓄能器提供的压力液压油流的作用下转动；

与所述液压马达的输出轴连接的发电机，其在液压马达的驱动下发电；

其中，在所述油箱和所述液压缸的吸油口以及所述液压缸的排油口和所述蓄能器之间分别设置有单向阀组。

3.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述发电单元还包括设置在所述油箱与所述蓄能器之间且与所述液压缸并列设置的溢流阀。

4.根据权利要求2或3所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述发电单元还包括设置在所述蓄能器与所述液压马达之间的电磁换向阀。

5.根据权利要求1或2所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述液压缸的活塞杆通过第一球铰与所述振荡浮子连接，所述液压缸的缸体通过第二球铰与所述中间浮体连接。

6.根据权利要求5所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述液压缸的数量为三个，且连接在三个液压缸与所述振荡浮子之间的三个第一球铰均匀分布于第一圆上，连接在三个液压缸与所述中间浮体之间的3三个第二球铰均匀分布于第二圆上。

7.根据权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述第二球铰与所述第二圆圆心之间的距离大于所述第一球铰与所述第一圆圆心之间的距离，以使所述液压缸的活塞杆保持向内倾斜的姿态。

8.根据权利要求1或2所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述振荡浮子为半球形。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的波浪能发电装置进行发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用海底沉箱的自重将其沉入预定的海底位置；

通过张力索将中间浮体与海底沉箱连接，使得其内设置有发电单元的中间浮体完全浸入在海水中，并悬浮在海水中；

通过液压缸将漂浮在海水上的振荡浮子与中间浮体连接，且将发电单元与液压缸的排油口连接；

其中，所述振荡浮子随海水的波浪运动时，将波浪能转化为振荡浮子的机械能，而液压缸将所述机械能转化为液体压力能，并通过所述发电单元将所述液体压力能转化为电能。

10.根据权利要求9所述的波浪能发电方法，其特征在于，所述海底沉箱通过混凝土浇筑制成，所述中间浮体为由钢板焊接而成的水密中空箱体。

Images