CN104005903A - 垂直轴波浪发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直轴波浪发电机，包括叶片、旋转轴、支柱、露出海平面的水上平台、设置于水上平台上的发电机和叶片高度提升装置及控制装置、底座，叶片沿圆周方向固定于旋转轴上，旋转轴内部通过轴承嵌套于支柱上端，所述支柱下端与底座固定连接，所述水上平台固定在支柱上端，所述发电机与旋转轴的输出端驱动连接，所述叶片高度提升装置设置于旋转轴上端，用于调节叶片的吃水深度，所述控制装置与发电机电路连接用于控制电能的连续稳定输出。本发明海上布置与入射波方向无关，叶片带动旋转轴的旋转直接驱动发电机发电，免去了一般波浪发电机经过中间环节能量传递和蓄能稳压的复杂性，提高了波浪能的转换效率和发电品质，维护方便、造价低。

Description

垂直轴波浪发电机
技术领域
本发明涉及一种海洋波浪能发电装置，尤其涉及利用波浪能直接进行发电的垂直轴波浪发电机。
背景技术
随着社会进步和经济发展，人类对能源的需求日益增加，而常规能源的开发已经不能满足这种需求，同时环境污染以及生态破坏迫使人们寻找新的可替代能源形式。 海洋能作为地球上尚未充分开发利用的储量较大的可再生能源，其开发利用正成为国际社会的热点。其中，波浪能具有储量大、开发受地域环境影响小等特点，现已成为海洋能开发利用的焦点。波浪能发电的开发应用将会是继风力发电和太阳能发电产业后的又一新能源产业方向。然而，波浪能发电是一种在复杂海洋环境下获取能量的技术，对海况适应能力和高海况生存能力有很高的要求，其难点在于如何突破能量转换的连续稳定性、能量吸收的高效性、装置运行的可靠性以及恶劣环境下的生存能力等关键技术。
目前的波浪发电装置主要有振荡水柱式、摆式、振荡浮子式等，这些发电装置的主要问题集中在能量转换及传递机构受到的冲击力比较大，获得的能量不连续且稳定性差，因此能量传递环节需要中间蓄能装置，这样就增加了建造成本和装置复杂度，影响了发电装置的发电质量和可靠性。
因此如何将分散的、低密度的、不稳定的波浪能转换为高效、稳定、连续的电能，并且可以使波浪发电装置承受较大的灾害性海况的破坏，实现装置安全运行。同时还要满足发电装置的成本低、施工周期短、布置地点灵活，布放和维护方便等特点是当今波浪发电领域面临的主要技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述波浪发电领域内的技术难题，提供一种有可能产业化利用波浪能发电的垂直轴波浪发电机。
本发明的技术方案如下：
垂直轴波浪发电机，包括叶片、旋转轴、支柱、露出海平面的水上平台、设置于水上平台上的发电机和叶片高度提升装置及控制装置、底座，所述叶片沿圆周方向固定于旋转轴上，所述旋转轴内部通过轴承嵌套于支柱上端，所述支柱下端与底座固定连接，所述水上平台固定在支柱上端，所述发电机与旋转轴的输出端驱动连接，所述叶片高度提升装置设置于旋转轴上端，用于调节叶片的吃水深度，所述控制装置与发电机电路连接用于控制电能的连续稳定输出。
叶片圆周旋转形式可以很好地和发电机输入轴直接连接配套，免去了一般波浪发电装置需要经过中间环节进行能量传递和蓄能稳压的复杂性，有效地提高了波浪能的转换效率和发电品质，同时较易满足电能输出的连续稳定要求；叶片高度提升装置，调节叶片的吃水以适应不同的潮位，同时大浪或台风时可以提高叶片至水面以上可起到保护叶片的作用。
进一步地，所述底座为内设压载仓的漂浮式浮式基础，所述浮式基础悬浮于海水中且由锚系结构锚泊于海床。
进一步地，所述压载舱设有通过进气排水或进水排气实现浮式基础的上升或下潜的进排水管和进排气管，进排水功能的实现采用水泵和/或压缩空气。
进一步地，所述压载舱内还设有实时反馈舱内水深数据的液位传感器。
进一步地，所述底座为固定式的钢筋混凝土结构的沉台，所述沉台直接固定在海床上。
进一步地，所述底座为下沉至海床的重力式下沉体。
进一步地，所述的重力式下沉体为重力式支架、导管架、钢筋混凝土或多沉块。
进一步地，所述叶片的横截面为机翼型。
进一步地，所述叶片的数量为一个或一个以上；所述叶片可采用多种机翼型，叶片可相对旋转轴固定或可沿叶片展长方向可调整扭角；叶片攻角固定或可调节，叶片亦可附有前置或后置襟翼，或其他改善升阻比特性或提高效率的措施。
进一步地，所述水上平台为立方体或圆柱形中空结构，确保装置在大浪入水时可以提供储备浮力，增加装置的稳性。
本发明的有益效果是：
(1)             垂直轴波浪发电机海上布置与入射波方向无关；其圆周旋转形式可以很好地和发电机输入轴直接连接，免去了一般波浪发电装置需要经过中间环节进行能量传递和蓄能稳压的复杂性，有效地提高了波浪能的转换效率和发电品质，同时满足电能输出的连续稳定，节省了工程造价。
(2)             漂浮布置的结构形式可以有效地实现波浪发电装置的深海工作，扩大了装置的工作空间；可以对装置进行岸上预制，拖运到规定海域安装，节约了施工时间，降低工程造价及提高装置的工作安全性，维护方便、可靠性高，提高装置的生命周期。
附图说明
图1是本发明实施例1的垂直轴波浪发电机结构示意图。
图2是图1中A—A向剖视示意图。
图3是本发明实施例2的垂直轴波浪发电机结构示意图。
图4是图3中B—B向剖视示意图。
图5是本发明实施例3的垂直轴波浪发电机结构示意图。
图中所示为：1-控制装置；2-水上平台；3-旋转轴；4-叶片；5-支柱；6-浮式基础；7-锚系结构；8-海床；9-沉台；10-重力式支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例1
如图1及图2所示，垂直轴波浪发电机，包括叶片4、旋转轴3、支柱5、露出海平面的水上平台2、设置于水上平台2上的发电机和叶片高度提升装置及控制装置1、底座，本实施例中，所述底座为内设压载仓的漂浮式浮式基础6，所述浮式基础6悬浮于海水中且由锚系结构7锚泊于海床8。所述叶片4的横截面为机翼型，数量为6，沿圆周方向固定于旋转轴3上，旋转方向与入射波方向无关；所述旋转轴3内部通过轴承嵌套于支柱5上端，所述支柱5下端与底座固定连接，所述水上平台2固定在支柱5上端，所述发电机与旋转轴3的输出端驱动连接，所述叶片高度提升装置设置于旋转轴3上端，用于调节叶片的吃水深度，所述控制装置与发电机电路连接用于控制电能的连续稳定输出。
叶片4圆周旋转形式可以很好地和发电机输入轴直接连接配套，免去了一般波浪发电装置需要经过中间环节进行能量传递和蓄能稳压的复杂性，有效地提高了波浪能的转换效率和发电品质，同时较易满足电能输出的连续稳定要求；叶片高度提升装置，调节叶片4的吃水以适应不同的潮位，同时大浪或台风时可以提高叶片至水面以上可起到保护叶片4的作用，根据需要，所述叶片4可采用多种机翼型，叶片4可相对旋转轴固定或可沿叶片4展长方向可调整扭角；叶片4攻角固定或可调节，叶片4亦可附有前置或后置襟翼、或其他改善升阻比特性或提高效率的措施。
本实施例中，所述压载舱设有通过进气排水或进水排气实现浮式基础6的上升或下潜的进排水管和进排气管，进排水功能的实现采用水泵和/或压缩空气。
进一步地，所述压载舱内还设有实时反馈舱内水深数据的液位传感器，便于监控压载舱内水位情况。
为提高装置浮力，所述水上平台2为立方体或圆柱形中空结构，本实施例采用空心立方体结构，确保装置在大浪入水时可以提供储备浮力，增加装置的稳性。
整个装置可以在岸上建造完成后由拖船拖运至预定海域进行布放，需要维修时拖运至港内或者船厂进行维护。在装置进行布放以及回收时可以通过对浮式基础6内的压载舱进行进水排气和进气排水的方式控制整个装置的升降以及姿态调整，在整个装置下潜至预定水深时由锚系结构7将其泊于海床8。
为提高利用率，施工中可以将多个垂直轴波浪发电机布置于同一海域，以阵列的形式布置成发电场实现电能的大规模输出。
与其他设备相配合，本实施例提供给的波浪能发电机可用于发电，也可用于制氢、海水淡化。
实施例2
如图3及图4所示，垂直轴波浪发电机，包括叶片4、旋转轴3、支柱5、露出海平面的水上平台2、设置于水上平台2上的发电机和叶片高度提升装置及控制装置1、底座，本实施例中，所述底座为固定式的钢筋混凝土结构的沉台9，所述沉台9直接固定在海床8上。所述叶片4的横截面为机翼型，数量为6，沿圆周方向固定于旋转轴3上，旋转方向与入射波方向无关；所述旋转轴3内部通过轴承嵌套于支柱5上端，所述支柱5下端与底座固定连接，所述水上平台2固定在支柱5上端，所述发电机与旋转轴3的输出端驱动连接，所述叶片高度提升装置设置于旋转轴3上端，用于调节叶片的吃水深度，所述控制装置与发电机电路连接用于控制电能的连续稳定输出。
叶片圆周旋转形式可以很好地和发电机输入轴直接连接配套，免去了一般波浪发电装置需要经过中间环节进行能量传递和蓄能稳压的复杂性，有效地提高了波浪能的转换效率和发电品质，同时较易满足电能输出的连续稳定要求；叶片高度提升装置，调节叶片4的吃水以适应不同的潮位，同时大浪或台风时可以提高叶片4至水面以上可起到保护叶片的作用，根据需要，所述叶片4可采用多种机翼型，叶片4可相对旋转轴固定或可沿叶片4展长方向可调整扭角；叶片攻角固定或可调节，叶片4亦可附有前置或后置襟翼、或其他改善升阻比特性或提高效率的措施。
进一步地，所述压载舱内还设有实时反馈舱内水深数据的液位传感器，便于监控压载舱内水位情况。
为提高装置浮力，所述水上平台2为立方体或圆柱形中空结构，本实施例采用空心立方体结构，确保装置在大浪入水时可以提供储备浮力，增加装置的稳性。
本实施例中，沉台9为方形或圆形中空箱式结构，在岸上预制完毕后，拖运至预定海域进行下潜定位，并固定于海床8，其余可以在岸上建造完成后由拖船拖运至预定海域进行布放，使支柱5与沉台9固定连接，需要维修时将支柱5与沉台9脱离后拖运至港内或者船厂进行维护。
为提高利用率，施工中可以将多个垂直轴波浪发电机布置于同一海域，以阵列的形式布置成发电场实现电能的大规模输出。
与其他设备相配合，本实施例提供给的波浪能发电机可用于发电，也可用于制氢、海水淡化。
实施例3
如图5所示，垂直轴波浪发电机，包括叶片4、旋转轴3、支柱5、露出海平面的水上平台2、设置于水上平台2上的发电机和叶片高度提升装置及控制装置1、底座，本实施例中，所述底座为下沉至海床8的重力式下沉体，所述的重力式下沉体可为重力式支架10、导管架、钢筋混凝土或多沉块，本实施例采用重力式支架10。所述叶片4的横截面为机翼型，数量为6，沿圆周方向固定于旋转轴3上，旋转方向与入射波方向无关；所述旋转轴3内部通过轴承嵌套于支柱5上端，所述支柱5下端与底座固定连接，所述水上平台2固定在支柱5上端，所述发电机与旋转轴3的输出端驱动连接，所述叶片高度提升装置设置于旋转轴3上端，用于调节叶片4的吃水深度，所述控制装置与发电机电路连接用于控制电能的连续稳定输出。
叶片圆周旋转形式可以很好地和发电机输入轴直接连接配套，免去了一般波浪发电装置需要经过中间环节进行能量传递和蓄能稳压的复杂性，有效地提高了波浪能的转换效率和发电品质，同时较易满足电能输出的连续稳定要求；叶片高度提升装置，调节叶片4的吃水以适应不同的潮位，同时大浪或台风时可以提高叶片4至水面以上可起到保护叶片4的作用，根据需要，所述叶片可采用多种机翼型，叶片可相对旋转轴固定或可沿叶片4展长方向可调整扭角；叶片攻角固定或可调节，叶片4亦可附有前置或后置襟翼、或其他改善升阻比特性或提高效率的措施。
进一步地，所述压载舱内还设有实时反馈舱内水深数据的液位传感器，便于监控压载舱内水位情况。
为提高装置浮力，所述水上平台2为立方体或圆柱形中空结构，本实施例采用空心立方体结构，确保装置在大浪入水时可以提供储备浮力，增加装置的稳性。
整个装置通过重力式支架10置于预定海床8，其中，本实施例的重力式支架10为钢质结构，主要构件在陆上预制，整个装置可以在岸上建造完成后由拖船拖运至预定海域进行布放，支柱底端固定在重力式支架10上，重力式支架10下沉后置于处理过的海床8上，需要维修时拖运至港内或者船厂进行维护。
为提高利用率，施工中可以将多个垂直轴波浪发电机布置于同一海域，以阵列的形式布置成发电场实现电能的大规模输出。
与其他设备相配合，本实施例提供给的波浪能发电机可用于发电，也可用于制氢、海水淡化。
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.垂直轴波浪发电机，其特征在于，包括叶片(4)、旋转轴(3)、中空支柱(5)、露出海平面的水上平台(2)、设置于水上平台(2)上的发电机和叶片高度提升装置及控制装置(1)、底座，所述叶片(4)沿圆周方向固定于旋转轴(3)上，所述旋转轴(3)内部通过轴承嵌套于支柱(5)上端，所述支柱(5)下端与底座固定连接，所述水上平台(2)固定在支柱(5)上端，所述发电机与旋转轴(3)的输出端驱动连接，所述叶片高度提升装置设置于旋转轴(3)上端，用于调节叶片(4)的吃水深度，所述控制装置与发电机电路连接用于控制电能的连续稳定输出。
2.根据权利要求1所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述底座为内设压载仓的漂浮式浮式基础(6)，所述浮式基础(6)悬浮于海水中且由锚系结构(7)锚泊于海床(8)。
3.根据权利要求2所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述压载舱设有通过进气排水或进水排气实现浮式基础(6)的上升或下潜的进排水管和进排气管，进排水功能的实现采用水泵和/或压缩空气。
4.根据权利要求3所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述压载舱内还设有实时反馈舱内水深数据的液位传感器。
5.根据权利要求1所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述底座为固定式的钢筋混凝土结构的沉台(9)，所述沉台(9)直接固定在海床(8)上。
6.根据权利要求1所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述底座为下沉至海床(8)的重力式下沉体。
7.根据权利要求6所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述的重力式下沉体为重力式支架(10)、导管架、钢筋混凝土或多沉块。
8.根据权利要求1至7任一项所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述叶片(4)的横截面为机翼型。
9.根据权利要求8所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述叶片(4)的数量为一个或一个以上；所述叶片(4)可采用多种机翼型，叶片(4)可相对旋转轴固定或可沿叶片(4)展长方向可调整扭角；叶片(4)攻角固定或可调节，叶片(4)亦可附有前置或后置襟翼。
10.根据权利要求9所述的垂直轴波浪发电机，其特征在于：所述水上平台(2)为立方体或圆柱形中空结构。
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