CN105019397A - 一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：包括：设置于结构上部的风能发电模块和设置于结构下部的水位发电模块。本发明提供的一种保护岸坡不受冲刷并利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，利用风能发电模块和水位发电模块进行连续发电，依靠风力、空气流动及水位变化来发电，充分高效利用新能源，节能减排低碳，可靠性强，自动化程度高，人工维护简便，适用性广。

Description

一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构

技术领域

本发明涉及一种保护岸坡不受冲刷并利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，尤其涉及利用风和水位变化进行发电的护岸结构，适用于直立式岸壁以及斜坡式岸壁。

背景技术

海洋及江河沿岸蕴藏着巨大的能量，通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kW。风能是太阳能的一种转化形式，是一种清洁的可再生能源，它取之不尽，用之不竭。尤其近海以及江河沿岸。通过各种途径利用它们符合节能减排低碳的设计理念。

根据国内外的研究应用现状，大部分设备都是单纯的利用风能或水位能其中某一种能，例如，沿岸的风电机，压气式发电装置，单纯的水力发电装置等，并没有充分利用这两种能，在某种程度上，能量的不充分利用造成浪费。

这就使得传统的只对单一能量转化为电能的装置，需要进行改善，并且要实现自动控制，充分减少资源投入。因此发明充分利用风和水位变化的结构，对于提高能源利用具有较大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种保护岸坡不受冲刷并利用风能发电模块和水位发电模块进行连续发电的利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，包括位于护岸结构上部的风能发电模块、位于护岸结构下部的水位发电模块以及位于护岸结构表面的竖向透水格栅，其特征在于，所述的风能发电模块包括出气孔、风力发电机、风轮叶片、第一滑竿、空气室、浮动活塞，所述的水位发电模块包括蓄水室、出水孔、水力发电机、按压式阀门、水轮叶片、第二滑竿、浮球，所述的风能发电模块和水位发电模块均与蓄电池连接；所述的竖向透水格栅与蓄水室连通，竖向透水格栅与空气室连通或不连通，出气孔位于空气室顶部，风轮叶片与固定在出气孔内的风力发电机连接，第一滑竿顶端固定在空气室顶面，第一滑竿穿过浮动活塞；出水孔位于蓄水室底部，水轮叶片与固定在出水孔内的水力发电机连接，第二滑竿穿过浮球并与按压式阀门一同固定在出水孔内。

所述的风能发电模块利用自然风穿过竖向透水格栅进入空气室产生的空气流动或者由水位变化导致河岸水穿过竖向透水格栅进入护岸结构内（指蓄水室与格栅空间部分）进而推动浮动活塞压缩空气室产生的空气流动发电，所述的水位发电模块利用蓄水室与水位的水位差发电。所述的水位变化指的是河岸水位变化。水位变化导致河岸水穿过竖向透水格栅进入护岸结构内时，水位较高，水位超过空气室底面（即格栅空间顶部），活塞密闭空气室，将空气室和下部格栅空间分隔。

所述的河岸水通过竖向透水格栅进入护岸结构内并使穿过第一滑竿的浮动活塞随波浪上下运动压缩空气，压缩空气在出气孔中流动。竖向透水格栅与护岸结构内蓄水室的水流动为单向流动，即水通过竖向透水格栅流入蓄水室，如果水位低于蓄水室的出水孔，蓄水室的水才由出水孔流出，带动水轮叶片发电。

所述浮球的重量要求是，水位降低至出水孔内上端时，所述浮球开始随水位下降而沿着第二滑竿下滑，当所述浮球下滑至第二滑竿最底端时，所述浮球自重足以按压开按压式阀门；所述浮动活塞的重量要求是，波浪可以托起浮动活塞在第一滑竿上滑动，且要保证浮力及波浪力作用下浮动活塞能够在空气室中自由往复运动。

出水孔的管径大小要求是，从水位降低至浮球下滑到第二滑竿最底端并按压开按压式阀门开始，到水位从最低水位再次上升直至托起浮球这段时间内，蓄水室内的水刚好完全流出。

所述浮动活塞位于竖向透水格栅的中部位置，在水位低于竖向透水格栅的顶部高程时，浮动活塞下降使得空气室与外部空气连通，自然风可以通过竖向透水格栅进入空气室并通过出气孔进行发电；在水位高于竖向透水格栅的顶部高程时，浮动活塞上升封闭空气室，此时通过波浪带动浮动活塞上下浮动，压缩空气从出气孔排出而发电。

所述出气孔设置于最高水位之上；最高水位高于空气室底端，低于空气室顶端；所述出水孔的出水口设置于最低水位以上，且出水孔的出水口位置高于最低水位一定距离，以保证蓄水室有足够的出水时间。

所述结构发电过程包括以下步骤：

1）风通过竖向透水格栅进入空气室通过并通过出气孔带动小型风力发电机进行发电，并通过第一导线与蓄电池相连，进行蓄电；此时，水位低于活塞底部；

2）当水位上升托起浮动活塞至空气室底端（即格栅顶部）时开始压缩空气，加速空气在出气孔中的流动并带动小型风力发电机进行发电，并通过第一导线与蓄电池相连，进行蓄电；此时空气室不再通过格栅部分空间和外部连通，此时空气室被密闭，此时活塞的运动为随进入格栅部分的波浪上下波动，压缩空气；在步骤1）和2）中，水可以通过竖向透水格栅流入蓄水室；

 3）蓄水室中水蓄满，水位下降至出水孔的出水口位置，浮球下滑到第二滑竿最底端并按压开按压式阀门，按压式阀门打开，蓄水室中的水开始从出水孔流出，带动小型水力发电机进行发电，并通过第二导线与蓄电池相连，进行蓄电；

4）所述蓄电池通过第三导线与用电设备连接，对用电设备进行供电。

本发明是预制混凝土结构，尺寸大小大约为长2米，宽1米，厚0.8米，安装于直立或者斜坡式岸壁上，并与普通护岸预制块体组合使用。当水位较低时，风通过竖向透水格栅进入空气室通过并通过出气孔带动小型风力发电机进行发电，当水位上升托起浮动活塞至空气室底端时开始压缩空气，加速空气在出气孔中的流动并带动小型风力发电机进行发电，此时蓄水室中水蓄满，水位下降至出水孔的出水口位置，浮球下滑到第二滑竿最底端并按压开按压式阀门，按压式阀门打开，蓄水室中的水开始从出水孔流出，带动小型水力发电机进行发电。在全程发电过程中将产生的电能通过导线储存到蓄电池上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明既能在结构中无水时利用风引起结构内空气流动发电也能在结构中充满水时候利用水推动活塞压缩空气引起空气流动发电；

2、本发明能将波浪上下振动能量通过托动活塞压缩空气转化成电能，同时本发明也可利用水位变化推动活塞压缩空气进行发电；

3、本发明利用了还能利用水位变化进行蓄水从而将水位势能转化为的电能，实现了节能减排低碳的设计理念；

4、本发明在实现保护岸坡基础上充分利用了风能以及水位势能，实现了节能减排低碳的设计理念；

5、可靠性较强及自动化程度高，人工维护简便；

6、本发明适用于直立式岸坡和斜坡式岸坡，适用性广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（1-1剖面图）；

图2为本发明的正视图；

图3为图1中标有A的部分的放大图；

图4为图1中标有B的部分的放大图；

图5为本发明中导线连接蓄电池的示意图；

图6为本发明在斜坡式岸壁上应用的纵向剖面图；

图7为本发明在斜坡式岸壁上应用的平面示意图；

图8为本发明在直立式岸壁上应用的纵向剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1~8所示，一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于包括：出气孔1、小型风力发电机2、第一滑竿3、空气室4、浮动活塞5、蓄水室6、竖向透水格栅7、出水孔8、小型水力发电机9、按压式阀门10、风轮叶片11、第一导线12、水轮叶片13、第二导线14、第二滑竿15、浮球16、蓄电池17、第三导线18；出气孔1位于空气室4顶部，风轮叶片11与固定在出气孔1内的小型风力发电机2连接，第一滑竿3顶端固定在空气室4顶面，第一滑竿3穿过浮动活塞5，竖向透水格栅7位于结构表面，出水孔8位于蓄水室6底部，水轮叶片13与固定在出水孔8内的小型水力发电机9连接，第二滑竿15穿过浮球16并与按压式阀门10一同固定在出水孔8内，小型风力发电机2通过第一导线12与蓄电池17连接，小型水力发电机9通过第二导线14与蓄电池17连接，蓄电池17通过第三导线18与用电设备连接。

主要装置包括设置于结构上部的利用自然风及波浪或水位变化推动浮动活塞5压缩空气室4产生的空气流动的风能发电模块，设置于结构下部的通过蓄水室6利用水位差的水位发电模块。

水通过竖向透水格栅7进入结构内部并使穿过第一滑竿3的浮动活塞5随波浪上下运动压缩空气室的空气，压缩后的空气在出气孔1中流动。

所述浮球16由内置铁芯的泡沫制成，所述浮球16的重量要求是，水位降低至出水孔8内上端时，所述浮球16开始随水面下降而沿着第二滑竿15下滑，当所述浮球16下滑至第二滑竿15最底端时，所述浮球16自重足以按压开按压式阀门10；所述浮动活塞5由塑料材料制成，重量要求是，波浪可以托起浮动活塞5在第一滑竿3上滑动，且要保证浮力及波浪力作用下浮动活塞5能够在空气室4中自由往复运动，从而保证有效压缩空气。

所述蓄水室6在结构内部，下部设有出水孔8，出水孔8的管径大小要求是，从水位降低至浮球18下滑到第二滑竿15最底端并按压开按压式阀门10开始，到水位从最低水位再次上升直至托起浮球16这段时间内，蓄水室6内的水刚好完全流出。

所述浮动活塞5位于竖向透水格栅7的中部位置，在水位低于竖向透水格栅7的顶部高程（即顶部）时，浮动活塞5下降使得空气室4与外部联通，自然风可以通过竖向透水格栅7进入空气室4并通过出气孔1进行发电；在水位高于竖向透水格栅7的顶部高程时，浮动活塞5上升封闭空气室4，此时通过波浪带动活塞5上下浮动，压缩空气从出气孔1排出而发电。

所述出气孔1设置于最高水位之上，最高水位高于空气室4底端，低于空气室4顶端，以保证最好的压缩空气发电的效果；所述出水孔8的出水口设置于最低水位以上，且出水孔8的出水口位置高于最低水位一定距离，以保证蓄水室6有足够的出水时间。

所述结构发电过程包括以下步骤：

1）风通过竖向透水格栅7进入空气室4通过并通过出气孔1带动小型风力发电机2进行发电，并通过第一导线12与蓄电池17相连，进行蓄电；

2）当水位上升托起浮动活塞5至空气室4底端时开始压缩空气，加速空气在出气孔1中的流动并带动小型风力发电机2进行发电，并通过第一导线12与蓄电池17相连，进行蓄电；

3）蓄水室6中水蓄满，水位下降至出水孔8的出水口位置，浮球16下滑到第二滑竿15最底端并按压开按压式阀门10，按压式阀门10打开，蓄水室6中的水开始从出水孔8流出，带动小型水力发电机9进行发电，并通过第二导线14与蓄电池17相连，进行蓄电；

4）所述蓄电池17通过第三导线18与用电设备连接，对用电设备进行供电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，包括位于护岸结构上部的风能发电模块、位于护岸结构下部的水位发电模块以及位于护岸结构表面的竖向透水格栅（7），其特征在于，所述的风能发电模块包括出气孔（1）、风力发电机（2）、风轮叶片（11）、第一滑竿（3）、空气室（4）、浮动活塞（5），所述的水位发电模块包括蓄水室（6）、出水孔（8）、水力发电机（9）、按压式阀门（10）、水轮叶片（13）、第二滑竿（15）、浮球（16），所述的风能发电模块和水位发电模块均与蓄电池（17）连接；出气孔（1）位于空气室（4）顶部，风轮叶片（11）与固定在出气孔（1）内的风力发电机（2）连接，第一滑竿（3）顶端固定在空气室（4）顶面，第一滑竿（3）穿过浮动活塞（5）；出水孔（8）位于蓄水室（6）底部，水轮叶片（13）与固定在出水孔（8）内的水力发电机（9）连接，第二滑竿（15）穿过浮球（16）并与按压式阀门（10）一同固定在出水孔（8）内。

2.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：所述的风能发电模块利用自然风穿过竖向透水格栅进入空气室产生的空气流动或由水位变化导致河岸水穿过竖向透水格栅进入护岸结构内进而推动浮动活塞（5）压缩空气室（4）产生的空气流动发电，所述的水位发电模块利用蓄水室（6）与水位的水位差发电。

3.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：所述的河岸水通过竖向透水格栅（7）进入护岸结构内并使穿过第一滑竿（3）的浮动活塞（5）随波浪上下运动压缩空气，压缩空气在出气孔（1）中流动。

4.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：所述浮球（16）的重量要求是，水位降低至出水孔（8）内上端时，所述浮球（16）开始随水位下降而沿着第二滑竿（15）下滑，当所述浮球（16）下滑至第二滑竿（15）最底端时，所述浮球（16）自重足以按压开按压式阀门（10），蓄水室（6）的水从出水孔（8）流出，水轮叶片（13）转动使得水力发电机（9）发电；所述浮动活塞（5）的重量要求是，波浪可以托起浮动活塞（5）在第一滑竿（3）上滑动，且要保证浮力及波浪力作用下浮动活塞（5）能够在空气室（4）中自由往复运动。

5.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：出水孔（8）的管径大小要求是，从水位降低至浮球（18）下滑到第二滑竿（15）最底端并按压开按压式阀门（10）开始，到水位从最低水位再次上升直至托起浮球（16）这段时间内，蓄水室（6）内的水刚好完全流出。

6.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：所述浮动活塞（5）位于竖向透水格栅（7）的中部位置，在水位低于竖向透水格栅（7）的顶部高程时，浮动活塞（5）下降使得空气室（4）与外部空气连通，自然风可以通过竖向透水格栅（7）进入空气室（4）并通过出气孔（1）进行发电；在水位高于竖向透水格栅（7）的顶部高程时，浮动活塞（5）上升封闭空气室（4），此时通过波浪带动浮动活塞（5）上下浮动，压缩空气从出气孔（1）排出而发电。

7.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：所述出气孔（1）设置于最高水位之上；最高水位高于空气室（4）底端，低于空气室（4）顶端；所述出水孔（8）的出水口设置于最低水位以上，且出水孔（8）的出水口位置高于最低水位一定距离，以保证蓄水室（6）有足够的出水时间。

8.根据权利要求1所述的一种利用风及水位变化进行发电的新型护岸结构，其特征在于：风力发电机（2）通过第一导线（12）与蓄电池（17）连接，水力发电机（9）通过第二导线（14）与蓄电池（17）连接，蓄电池（17）通过第三导线（18）与用电设备连接。