CN104196672B - 水能发电系统 - Google Patents
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Abstract
水能发电系统，包括发电装置、动力浮动装置及动力传动装置，所述发电装置底部固定安装在水底，其上部在水面上方，用于将水波浪能转化为电能；该动力浮动装置位于所述发电装置的一侧，用于为所述发电装置提供动力；所述动力传动装置连接所述动力浮动装置及发电装置，用于为所述发电装置传递动力。采用本发明可以采集水表面及不同深度的，并且无论是水平方向还是垂直方向的水流涌动的能量发电，本发明结构简单，成本低，易于安装及普及，维修操作及后期改造都较容易，可以完全实现自动化。
Description
【技术领域】
本发明属于低碳城市新能源发电技术领域，特别是涉及一种利用海洋波浪能源进行发电的水能发电系统。
【背景技术】
海洋能与潮汐能、海洋温差能、盐梯度能、洋流能等能源一样，是海洋能源中最丰富、最普遍、较难利用的资源之一。波浪能又是海洋能中所占比重较大的海洋能源。海水的波浪运动产生十分巨大的能量。据估算，世界海洋中的波浪能达700亿千瓦，占全部海洋能量的94％，是各种海洋能中的“首户”。波浪是海水的运动形式之一，它的产生是外力(如风、大气压力的变化、天体的引潮力等等)、重力与海水表面张力共同作用的结果。波浪形成时，水质点作震荡和位移运动，水质点的位置变化产生位能。波浪能的大小与波高与周期有关，波浪的波高和周期与该波浪形成地点的地理位置、常年风向、风力、潮汐时间、海水深度、海床形状、海床坡度等因素有关。
现有的水能发电技术，通过水中浮子上下运动，经过复杂的齿轮系统进行变速，带动发电机发电，成本较高，维修困难，不利于广泛使用，同时，这种浮子只能随水流剧烈涌动，才能上下运动，水中微小水流变化时，浮子就不能运动，因此，发电效率低。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题而提供一种结构简单、成本低、易于安装及普及、维修操作方便、发电效率高的水能发电系统。
为实现上述目的，本发明提供了水能发电系统，该水能发电系统包括：
发电装置，该发电装置底部固定安装在水底，其上部在水面上方，用于将水波浪能转化为电能；
动力浮动装置，该动力浮动装置位于所述发电装置的一侧，用于为所述发电装置提供动力；
动力传动装置，该动力传动装置包括绳索，该绳索连接所述动力浮动装置及发电装置，用于为所述发电装置传递动力。
所述发电装置包括外壳、固定在所述外壳内的至少两个发电机、支柱及固定在水底的立柱，所述外壳设置在所述支柱上，该支柱与所述立柱相连接。
所述外壳上部设有与所述发电机数量相对应的轴承，所述轴承位于所述发电机的上方，所述每个轴承设有至少两个大小不等的同心圆盘，所述每个发电机分别通过第一组绳索与相对应的所述小圆盘相连接，所述每个大圆盘分别与所述动力传动装置中的绳索相连接。
所述动力浮动装置包括设于水面上的浮动组件、设于水面上方的球或者圆环及位于水面下方的动力组件，所述浮动组件、球或者圆环及动力组件之间通过第二组绳索相连接，所述球或者圆环采用塑料或者橡胶材料。
所述浮动组件包括球组及与该球组相连接固定形状的U型架，所述浮动组件通过第二组绳索中四个绳索与球或者圆环相连接，所述第二组绳索中的四个绳索至少有三根绳索是刚性的，所述球组由至少两个球体组成，所述球体采用塑料或者橡胶材料，所述U型架采用硬塑料或者铝材料。
所述动力组件为球体或者环，该球体或者环采用塑料或者橡胶材料，所述球体或者环通过第二组绳索中三个绳索与所述球或者圆环及浮动组件连接，其中，所述第二组绳索中的第一绳索与所述球或者圆环连接，所述第二组绳索中的第二绳索与所述球组连接，所述第二组绳索中的第三绳索与所述U型架相连接。
所述动力组件包括漂浮组件、旋转组件及连接所述漂浮组件、旋转组件的浮子，所述漂浮组件包括浮板、与该浮板两端分别连接的渔网及尾舵，所述旋转组件包括旋转机、设于该旋转机前部的旋转叶片及设在该旋转机外表面设有轮轴，所述旋转叶片至少为两片，所述旋转组件通过第三组绳索与所述球或者圆环及浮动组件连接。
所述轮轴通过第三组绳索中的第一绳索与所述球组相连接，所述旋转机尾部通过第三组绳索中的第二绳索与所述球或者圆环相连接，所述旋转叶片通过第三组绳索中的第三绳索与所述U型架相连接。
所述旋转组件依次包括轮轴、叶片轴及连接体，所述叶片轴上设有至少两片旋转叶片，所述连接体径向方向设有至少三个支柱，该至少三个支柱分别连接相对应的外壳，所述旋转组件通过第四组绳索与所述球或者圆环及浮动组件连接。所述轮轴通过第四组绳索中的第一绳索与球或圆环相连接，所述旋转叶片通过第四组绳索中的第二绳索与球组相连接，所述外壳通过第四组绳索中的第三绳索与U型架相连接。
本发明利用水流动的波浪能进行的发电系统，完全采用创新思路，可以采集水表面及不同深度的水流涌动，并且无论是水平方向还是垂直方向的水流涌动的能量发电。本发明结构简单，成本低，易于安装及普及，维修操作及后期改造都较容易，可以完全实现自动化。
【附图说明】
图1是本发明实施例1示意图。
图2是本发明实施例2示意图。
图3是本发明实施例3示意图。
图4是本发明实施例3中的旋转组件俯瞰示意图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
实施例1
如图1所示，本发明分为三个部分：发电装置，该发电装置底部固定安装在水底，发电装置的上部浮出水面，用于将水波浪能转化为电能；动力浮动装置，该动力浮动装置位于所述发电装置的一侧，用于为所述发电装置提供动力；动力传动装置，该动力传动装置连接所述动力浮动装置及发电装置，用于为所述发电装置传递动力。
如图1所示，发电装置包括外壳1、支柱19及立柱20。支柱19由连接到水底的立柱20所支撑。立柱20连接到水底，以保证发电装置在水中稳定。在发电装置的外壳1的内部设有至少两台发电机，发电机为公知的发电机，在本实施例中，发电机为两台，分别为发电机2和发电机3，这两台发电机是固定在外壳1的内部，其位置是固定的，不可以移动。发电机2和发电机3的驱动力由绳索21及绳索22的运动驱动，8是水上的波浪面。
发电机是把动能或其它形式的能量转化成电能的装置。一般的发电机是通过发动机先将各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电机转换为电能，经输电、配电网络送往各种用电场合。发电机是利用各种动力(如水力、风力)使线圈在磁铁的两极间转动；当线圈转动时，线圈内的磁场改变，因此产生感应电流，是运用“电磁感应”原理将动力所作的功转换成电能的装置。发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
关于切割磁力线方向不同，如何储能的问题，可以在发电机内设置2个闸刀，通过闸刀的切换控制发电，这个技术已经很成熟。
如图1所示，在发电装置外壳1上面设有轴承，该轴承位于发电机的正上方，并且与发电机是一一对应关系，即有几台发电机就有几个轴承相对应，在本实施例中，设有两个轴承即轴承4和轴承5，在每个轴承上面有大小两个同轴心的圆盘，绳索21和绳索22与轴承上的小圆盘连接，
如图1所示，动力浮动装置包括设于水面上的浮动组件、设于水面上方的球或者圆环7及位于水面下方的动力组件。浮动组件包括在水面上漂浮的1组球组9及U型架10，球组9与U型架10相连接，U型架10为1个固定形状U型架10。球组9包括多个球体，球体采用塑料或者橡胶材料，使得球组9可以漂浮在水面上。而U型架10的材料应该是可以固定形状，而又较轻的材料，例如硬塑料或者铝等较轻的金属。其中，浮动组件与球或者圆环7连接的绳子中至少有3根是刚性的，就可以支撑球或者圆环7浮在水面上方。球组9及U型架10由4根绳索11、绳索12、绳索13及绳索14与球或者圆环7相连接，绳索11、绳索12、绳索13、及绳索14中至少有3根是刚性绳索，以保证球或者圆环7在水面上方，其中绳索11和球组9相连接，绳索12、绳索13、绳索14与U型架10上面3个均匀分布的点相连接，使得绳索12、绳索13、绳索14可以均匀承载起U型架的重量。
如图1所示，动力组件为球体或者环15，球体或者环15材料应该是使其不能漂浮于水面上，同时不能坠入水底，而是悬浮于水中，采用铝或者橡胶等材料。球体或者环15由绳索16、绳索17、绳索18连接，绳索16、绳索17、绳索18为柔性绳索，其中绳索16与球或者圆环7连接，绳索17与球组9连接，绳索18与U型架10相连接。这样的设计可以使得球或环15在运动时，绳索16、绳索17、绳索18可以同时都运动，并且牵动球或者圆环7、球组9及U型架10都运动。
如图1所示，动力传动装置包括绳索6、23，该绳索6、23穿过所述球或者圆环7，其两端分别与所述轴承4、5上的大圆盘固定连接。绳索6和绳索23与轴承上的大圆盘连接。之所以这么设计，是可以使得，轴承运动小的位移，而同时小圆盘上的绳索21和绳索22运动较长的位移。
本发明的工作原理：
水中的波浪(尤其是海)涌动，使得球体或者环15上下或者左右运动，于是绳索16、17、18运动并牵动球或者圆环7、球组9及U型架10运动。本设计中，球组9漂浮在水面上，U型架10在其下面的位置，而球体或者环15处于水中更深的位置，于是，这3项设计占据水面，水中间及水深处3个位置，这3个位置的波浪涌动，均可以使得对应位置的球组9、U型架10及球体或者环15运动。球组9、U型架10及球体或者环15的运动都可以牵动球或者圆环7运动，同时绳索6和绳索23运动，最终使得绳索21和绳索22运动，带动发电机2及发电机3发电，完成目标。
本发明是设计思路是只要球或者圆环7波动，发电机就可以自然发电。有时水面没有波浪，但水面上有风，当风吹动球或者圆环7运动时，同样可以使发电机发电。
实施例2
如图2所示，在本实施例中，水中的动力组件替实施例1中的球体或者环15，动力组件包括漂浮组件、旋转组件及连接浮动组件与旋转组件的浮子27，漂浮组件包括浮板24、渔网25及尾舵26。浮板24是1个可以漂浮在水面上的船状的浮板，浮板24下面宽，上面窄，可以使得浮板24的重心较靠下，较稳定。浮板24的一端是个渔网25，可以驱赶在工作站附近的鱼，浮板24另一端是个尾舵26，尾舵26可以根据风向使浮板24旋转。浮板24可以通过连接的浮子27与水面下方的旋转组件连接，当浮板24通过尾舵26的作用旋转时，浮子27也可以随着旋转。为了确保浮子27在水中呈竖直的状态，可以将其设计成鱼漂的样子。
本实施例中，浮子27可以选用下列任意一种材料的浮子：
硬质发泡浮子
浮力特别大(这里说的“浮力”不是阿基米德物体排开水体，受到的向上托的力，而是通常作同体积比较时具有的向上浮的能力)，为可发性聚苯乙烯(PS、EPS)模压成型，表面光滑，质地坚硬，热胀冷缩率小。形状以卵形为主，也有球形。
EVA弹性浮子
EVA是一种类似海棉可以挤压成型的闭孔材料，其内部的蜂巢状微孔是独立的，所以它不吸水，具有良好的浮水性和极强的复原性。它有耐挤压，不变形，富有弹性的特点，同体积比较浮力略逊于硬质发泡浮子。外形为圆柱形
UV固化浮子
它是一种固化定型浮子，是在塑料中加入固化剂，通过“热固”使轻质塑料将太空豆包裹起来形成的浮子。
热塑性压模浮子
另一种固化浮子，系热塑性EPS材料压模成型。形状各异，有圆柱形、卵形、球形，规格多达上百种。它的共同特点是浮力大。硬质发泡材料有一个弱点—易脆。
如图2所示，旋转组件包括旋转机28、旋转叶片30及轮轴29。旋转机28前部的旋转叶片30可以通过水流涌动的推动旋转，并且带动其连接的轮轴29转动。轮轴29通过绳索32与球组9相连接，同时，旋转机28的尾部31由绳索33与球或者圆环7相连接。旋转机28上的旋转叶片30由绳索34与U型架10相连接，旋转叶片30可以由2片或者3片甚至更多叶片组成。
实施例2的工作原理：
上下、左右的水流涌动，可以使代替球或环15的动力组件系统，由于这个动力组件小系统相比球或环15有更多的小设计所组成，因此，可以进一步利用到水面上的风能、水深处旋转叶片30感应水的微小循环能量。使该设计发电系统发电效率更高，更易启动。
本实施例中的其它结构与实施例1相同，不在赘述。
实施例3
实施例3将实施例2中的水平方向的旋转机28设计成了竖直方向的旋转组件。
如图3、4所示，浮板24下面的可以随浮板24旋转的浮子37连接了竖直方向的旋转组件，旋转组件依次包括轮轴35、叶片轴39及连接体38，轮轴35由绳索42与球或者圆环7相连接，叶片轴39上设有至少两片旋转叶片36，旋转叶片36由绳索43与球组9相连接，叶片轴39下部有1个连接体38，连接体38的径向方向设计至少两个支柱40，支柱40可以连接体38为固定点上下摆动，并且带动圆柱外壳41上下运动，每个支柱40相对应一个圆柱外壳41，支柱40可以是3根，4根，或者6根。圆柱外壳41由绳索44与U型架10相连接。
如图3、4所示，相比于实施例2，实施例3多了支柱40和圆柱外壳41的设计，更加容易捕捉到垂直方向涌动的水流的能量。圆柱外壳41更容易感应水底水流变化，使球组9、U型架10可以牵动球或者圆环7运动，同时绳索6和绳索23运动，最终使得绳索21和绳索22运动，带动发电机2及发电机3发电。
本实施例中的其它结构与实施例1相同，不在赘述。
本发明利用水流动的波浪能进行的发电系统，完全采用创新思路，可以采集水表面及不同深度的水流涌动，并且无论是水平方向还是垂直方向的水流涌动的能量发电。本发明结构简单，成本低，易于安装及普及，维修操作及后期改造都较容易，可以完全实现自动化。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.水能发电系统，其特征在于，该水能发电系统包括：
发电装置，该发电装置底部固定安装在水底，其上部在水面上方，用于将水波浪能转化为电能，所述发电装置包括外壳(1)、支柱(19)、固定在所述外壳(1)内的至少两个发电机、固定在水底的立柱(20)，所述外壳(1)设置在所述支柱(19)上，该支柱(19)与所述立柱(20)相连接，所述外壳(1)上部设有与所述发电机数量相对应的轴承，所述轴承位于所述发电机的上方，每个所述轴承设有至少两个大小不等的同心圆盘，每个所述发电机分别通过第一组绳索与相对应的所述小圆盘相连接；
动力浮动装置，该动力浮动装置位于所述发电装置的一侧，用于为所述发电装置提供动力；
动力传动装置，该动力传动装置包括绳索(6、23)，该绳索(6、23)分别与发电装置中相对应的所述大圆盘相连接，所述绳索(6、23)连接所述动力浮动装置及发电装置，用于为所述发电装置传递动力。
2.如权利要求1所述水能发电系统，其特征在于，所述动力浮动装置包括设于水面上的浮动组件、设于水面上方的球或者圆环(7)及位于水面下方的动力组件，所述浮动组件、球或者圆环(7)及动力组件之间通过第二组绳索相连接，所述球或者圆环(7)采用塑料或者橡胶材料。
3.如权利要求2所述水能发电系统，其特征在于，所述浮动组件包括球组(9)及与该球组(9)相连接的固定形状的U型架(10)，所述浮动组件通过第二组绳索中四个绳索(11、12、13、14)与球或者圆环(7)相连接，所述第二组绳索中的四个绳索(11、12、13、14)至少有三根绳索是刚性的，所述球组(9)由至少两个球体组成，所述球体采用塑料或者橡胶材料，所述U型架(10)采用硬塑料或者铝材料。
4.如权利要求3所述水能发电系统，其特征在于，所述动力组件为球体或者环(15)，该球体或者环(15)采用塑料或者橡胶材料，所述球体或者环(15)通过第二组绳索中三个绳索(16、17、18)与所述球或者圆环(7)及浮动组件连接，其中，所述第二组绳索中的第一绳索(16)与所述球或者圆环(7)连接，所述第二组绳索中的第二绳索与所述球组(9)连接，所述第二组绳索中的第三绳索(18)与所述U型架(10)相连接。
5.如权利要求3所述水能发电系统，其特征在于，所述动力组件包括漂浮组件、旋转组件及连接所述漂浮组件、旋转组件的浮子(27)，所述漂浮组件包括浮板(24)、与该浮板一端连接的渔网(25)以及与该浮板另一端连接的渔网尾舵(26)，所述旋转组件包括旋转机(28)、设于该旋转机(28)前部的第一旋转叶片(30)及设在该旋转机(28)外表面的轮轴(29)，所述第一旋转叶片(30)至少为两片，所述旋转组件通过第三组绳索与所述球或者圆环(7)及浮动组件连接。
6.如权利要求5所述水能发电系统，其特征在于，所述轮轴(29)通过第三组绳索中的第一绳索(32)与所述球组(9)相连接，所述旋转机(28)尾部(31)通过第三组绳索中的第二绳索(33)与所述球或者圆环(7)相连接，所述第一旋转叶片(30)通过第三组绳索中的第三绳索(34)与所述U型架(10)相连接。
7.如权利要求2所述水能发电系统，其特征在于，所述动力组件包括漂浮组件、旋转组件及连接所述漂浮组件、旋转组件的浮子，所述漂浮组件包括浮板(24)、与该浮板一端连接的渔网(25)以及与该浮板另一端连接的渔网尾舵(26)，所述旋转组件依次包括轮轴(35)、叶片轴(39)及连接体(38)，所述叶片轴(39)上设有至少两片第二旋转叶片(36)，所述连接体(38)径向方向设有至少三个支柱(40)，该至少三个支柱(40)分别连接相对应的第二外壳(41)，所述旋转组件通过第四组绳索与所述球或者圆环(7)及浮动组件连接，所述轮轴(35)通过第四组绳索中的第一绳索(42)与球或圆环(7)相连接，所述第二旋转叶片(36)通过第四组绳索中的第二绳索(43)与球组(9)相连接，所述第二外壳(41)通过第四组绳索中的第三绳索(44)与U型架(10)相连接。
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