CN108131236A - 一种浮动式波浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明是基于一种能悬浮于水中的浮动平台，利用水的波浪能发电的装置。简单来说，就是由多个不同功能分工的大小浮台组合构成。这种组合多种多样，尤其以一个主浮台十字对称配置四个副浮台，形成一个完整功能单元的结构最为典型。对比风能发电，它不需要牢固的基础便于建设，而且敷贴于水面防风抗浪性能优异。对比于太阳能发电，它的布局不占用有限的陆地面积，而且也没有阴天晚上的光照条件局限。更因为它在水面上形成的这个浮动的平台，是拓展的陆地面积，其和风能或太阳能的结合共存，也是一种可能的愿景。总之，这种浮动式波浪发电装置，不但适用于远离大陆的海岛或钻井平台，如果能在沿海潮汐或波浪资源丰富，能源需求旺盛的城市周边大规模推广应用，更有其辉煌的前景。

Description

一种浮动式波浪发电装置

技术领域

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种新能源中将波浪能转化为电能的装置。

背景技术

随着人类生产生活中对能源日益增长的需求，也因为煤炭石油等传统能源面临资源枯竭，使用中易产生环境污染等问题，人们为开发更多的新能源，开始更多地将目光投向水能、风能、光能等清洁能源上。我们常见截河流而建的水电站，高原上阵列规模巨大的太阳能板，草原上一路矗立的风能发电机，只是少见波浪潮汐永不平静的大海上有类似壮观的情景。地球百分之七十的表面积为海洋所覆盖，人们也越来越多从关注有限的陆地面积，到关注无限的海洋空间。如何开发和利用海洋中蕴藏的资源，依托岛屿或钻井平台是不可缺少的方式。而人们在这些常常是远离大陆的局促空间中生活和工作，条件自然是艰苦的。比如说我们的南海吧，这里的岛屿大多远离大陆，常常因为面积很小生活资料无法自给自足，一切都要靠船舶或飞机几千公里航程补给，哪怕是一滴淡水也弥足珍贵！这里的人们，常年不得不忍受环境艰苦物资匮乏的生活条件，甚至在海况不佳风浪过大，补给无法及时送达时还要忍饥挨饿呢！如果能有办法帮助他们改善一下生活工作条件就好了！现代科技下办法当然有许多，但都绕不开一个关键的问题，至少需要有电能才好办呀！电可以运行海水淡化设备生产淡水，带动空调调节气温，启动冰箱保存食物，驱动钻机探测资源，开动雷达保护领土……如此等等各种电子电气设备都要用到电，有了电条件就能被创造改变！从大陆送电吗，几千公里的距离，线路传输代价太大也易遭破坏有些不现实，最好能就地生产解决。现有常规的发电设备都要依靠燃料等才能正常运转，这些也只是权宜，可不是长久安全之计。利用风能吗，树立风机的高塔需要牢固的基础，这在脆弱的岛屿上是一个极其困难的任务，况且一场风暴就有可能把一切打得支离破碎！利用太阳能吗，岛屿上有限的陆地面积也支不了更多的太阳能板，况且还有阴天晚上光照不足的局限！那就只有向海洋要能源了，永不平息的波浪蕴含无穷的动能，宽阔的海面也有无限铺展的空间，如果有方案可以实现那该多好呀！

发明内容

基于这个现实中存在的问题，本发明就此提出一个解决问题的设计方案：建造一种能悬浮于水中的浮动式波浪发电装置，简单来说，这种浮动发电装置就是由多个不同功能分工的，具有接收和转化波浪振动功能的多个浮动平台组合构成。按功能模块来区分：一种是安装发电机等主要功能设备的主浮台，一种是连接在主浮台伸出的摇臂上并带动摇臂运动的副浮台，将它们按照一主多副或一副多主的组合配置成为一个功能单元。一个或几个，几十或几百个这样的功能单元组合，以锚链系泊或随附船舶、钻井平台、桩基、海岸等模式悬浮于水中，借助波浪的起伏浮力和水流冲击力而振动运行，做功发电。这种组合多种多样，这里以一个主浮台十字对称配置四个副浮台，形成一个完整功能单元的结构最为典型。这种结构简单，经济而高效，根据需要既可以一个单元独立运行，也可以实现多个单元共享构件，纵向或横向结网组合形成阵列，实现大规模分布。全书也将以此结构为例重点说明。

本方案不同于其它最突出的特点是：1.浮台各组成部件无需高精尖的技术条件即可生产，便于制造；2. 浮台的建造实际应用中既可以小型化小而多，也可以大型化大而简，构造简单灵活；3.每个功能单元能自成一体之独立系统，常态下浮于水面，便于管理维护，还可以根据需要小到单个或几个单元连体，大到几十几百个成片成阵列结网分布，易于组合形成规模；4.其在选址布局时往往只占用海面面积，无需前期繁琐的勘探与牢固的基础，建设限制条件少；5.还可以在一地建设成型后随时解开系泊拖拽移动，转移到其它地方继续发挥作用，转场安置自由；6.在使用锚链等柔性系泊模式时，还可以让装置随波自行调整最佳受力方向，无需其它复杂的调节控制，工作自动；7.当纵横成片成规模分布时既能实现大功率电能输出，又因其如同敷贴在海面上形成严密的防波阻拦网，还能消波抑浪保护身后的设施呢，附加的环境保护功能也不低。

如此等等其优点一时无法全部列举，单说环境适应性，如果直接和风能比较，浮台上配置类似于潜艇的一种上浮或下沉调节机制，可适应不同的海况水文条件，加上本是一个如同敷贴于海面的网状结构，防风抗浪性能优异；如果直接和太阳能比较，宽阔的海面有的是面积任其大规模铺展几乎不受限制，而且还没有阴天或晚上光照不足的局限！更因为它在水面上形成的这个浮动的平台，是拓展的陆地面积，其和风能或太阳能的结合共存，也是一种可能的愿景。

总之，这种浮动式波浪发电装置，不但适用于远离大陆的海岛或钻井平台，如果能在沿海潮汐或波浪资源丰富，能源需求旺盛的城市周边大规模推广分布，更有其辉煌的前景。

附图说明

1. 图1是一种浮动式波浪发电装置示意图之一，为一个主浮台十字对称配置四个副浮台组成一个功能单元的结构俯视效果图；

2. 图2是一种浮动式波浪发电装置示意图之二，为多个功能单元相互连接组网的局部俯视效果图；

3. 图3是一种浮动式波浪发电装置示意图之三，为一个主浮台的整体结构侧面剖视效果图；

4. 图4是一种浮动式波浪发电装置示意图之四，为一个主浮台的整体结构俯视效果图；

5. 图5是一种浮动式波浪发电装置示意图之五，为一个副浮台的整体结构侧面剖视效果图；

6. 图6是一种浮动式波浪发电装置示意图之六，为一个副浮台的整体结构俯视效果图；

7.为了表述的便利，图1，图2，图3，图4，图5，图6中对不同方位不同视角相同功能构件，只做了相同标号；

8.图3中有关发电机及其被传动的结构只作简单说明，他作为一个独立系统的功能构件，放置其内的图形并不严格表示其结构信息，只表示包含这类结构；

9.本发明设计中可采用一个摇臂带动一个发电机，乃至多个摇臂共同带动一个发电机的不同方案，依照说明的代表性原则，其他方案不再图示表述，全说明书将以图3所示每一个摇臂带动一个发电机的结构举例说明；

10.本发明设计中可采用一个主浮台配置一个到多个副浮台，或一个副浮台配置一个到多个主浮台的不同方案，依照说明的代表性原则，其他方案不再图示表述，全说明书将以图1所示一个主浮台十字对称配置四个副浮台的结构举例说明；

11.全说明书只将本发明设计中提及的，调节上浮下沉悬浮状态的控制系统简单图示表述，这是一个独立于发电功能之外的，为本装置能适应环境变化的附加调节系统，这里只特别强调具备；

12.全说明书没有将本发明设计中提及的，锚链系泊或随附模式结构图示表述，是因为在单个或组网状态乃至配属不同工作平台时，都有可变通的模式，因势就形无需限制性定义。

各部件名称及功能特点简要说明

1-主浮台。一种浮动式波浪发电装置主要功能部件集成点之一，其内部安装有发电机等主要能源转化设备，特点为一个常态下小部分露出水面大部分深入水中不易翻转的，上下一体半潜式中空柱型结构，重心位置于下端，且可随整体上浮下沉调节而适当偏移；

2-副浮台。一种浮动式波浪发电装置主要功能部件集成点之二，其作用是带动并协调运动状态。特点为有上下两个独立部分，上部分是一个常态下底面朝上中空倒置的易于翻转的锥形结构，重心位置于上端且可随整体上浮下沉调节而适当偏移，下部分为一个可自由摆动的活动配重体；

3-发电设备。主浮台的内部构件之一，能源转化装置；

4-摇臂。主浮台的外部构件之一，主浮台和副浮台相互连接和运动传导装置，特点为一个在主浮台上依托两个固定支点翻转起伏的悬臂结构，其在水平和垂直方向上受力时具备较强的结构稳定性；

5-齿条。主浮台上内外部设备连接构件之一，功能为穿过带密封的壳体，将外部动能传导至内部装置；

6-密封圈。主浮台上内外部隔绝部件之一，用于允许齿条通过其中间上下运动并密封防水；

7-连杆。副浮台上主要构件之一，用于与主浮台的摇臂通过可活动关节相连接，可圆周扭转和前后伸缩，功能是实时传导并约束副浮台的起伏运动；

8-弹簧复位装置。副浮台上主要构件之一，用于调节连杆的前后伸缩并复位，功能是实时适应并约束副浮台的不规则起伏运动；

9-配重体。一个加挂在副浮台下面保证其上部结构能始终处于倒置悬浮状态的构件；

10-连接活动关节。主副浮台上都存在的主要构件之一，都是用于调节并改变运动的受力方向；

11-上浮下沉控制系统。主副浮台上都存在的主要构件之一，通过对一个内置水密箱加注或排出水量，来调节浮台在水中上浮或下沉深浅状态，同时改变浮台的重心位置。

具体实施方案

下面以图1一个主浮台十字对称配置四个副浮台，组成一个功能结构单元的俯视效果图为例，并结合图2，图3，图4，图5，图6中所标注各功能部件，模拟其具体运行方式如下：

当无风无浪时如图1所示，主浮台1和十字对称配置的四个副浮台2处于静止平衡状态，系统不做功；当风浪来时其中一前置副浮台它先随波峰上浮，这时主浮台因距离上后置的关系，尚处于一个低于副浮台的位置，其位置变化不同步打破了原有平衡，主浮台上的摇臂4在连杆7在副浮台的带动下将一端上抬一端下压，在各种连接关节10的调节转换下带动齿条5向下运动，齿条5穿过密封圈6将动能传导给内部的发电机3，发电机3工作发出电能。而当副浮台随后落下处于波谷，这时主浮台上升于波峰的位置高于副浮台，主浮台上的摇臂4在连杆7在副浮台的带动下将一端下压一端上抬，在各种连接关节10的调节转换下带动齿条5向上运动，齿条5穿过密封圈6将动能传导给内部的发电机3，发电机3工作发出电能。

如上表述，连接在主浮台上与之对称的另一个副浮台也进行类似动作，或配合平衡前面的摇臂对主浮台的动作，提供一个反作用力。

这时处于主浮台两边另一对对称分布的两个副浮台，虽受影响但又不被制约，或自行其是，通过连杆7带动各自连接的摇臂4或上或下动作，带动发电机3自行做功；或形成一个可供另一对摇臂起伏翻转的“轴”，配合它们的整体动作，协调波浪发电装置单元的振动运行，从而使其顺利实现做功发电。

考虑到波浪的运动虽有一个方向性也有一些不规则性，当如图2形成这种网格状结构时，网格的每个结点，都将运动在水平和垂直方向上的各种不平衡受力牵扯的状态中，主浮台上的四个摇臂4设计为在主浮台上有两个固定支点的前出菱形悬臂结构，要求其在足够强度下不易变形，就能保证维持整体网格形状的相对十字状均衡，此所谓一“定”；副浮台上的四个连杆7，则在关节10和弹簧复位装置8的共同作用下，适应并约束垂直方向和水平方向上的扭动或升降位移，此所谓一“动”。主浮台这一“定”和副浮台这一“动”的配合，保证了这种网格结构的相对稳定，又使所有浮动式波浪发电装置单元的振动运行协调可靠。

根据本装置在实际应用中可能进行的形态变化或适应性改变，特作如下说明：

特别说明1

本说明书中将主浮台设计为一个常态下垂直于水面，小部分露出水面大部分深入水中，不易翻转的半潜中空柱型结构，其重心始终置于下端，且可随浮台的上浮或下沉调节而适当上下偏移，形象一点来说就像个扎在水里的大鱼漂。这种结构一是为便于日常维护，并增强它的悬浮稳定性；二是可适应不同的海况水文条件，如当波浪较小时上浮并上移重心，方便较小的外力改变平衡引起振动；而当波浪较大时下沉并下移重心，抗拒较大的外力对它的破坏，增强它的环境适应性；其它结构变形，只要符合这个原理，都应属于同一范畴。

特别说明2

本说明书中将副浮台设计为一个分体式结构，上面部分是一个常态下倒置于水面底面朝上的中空锥形体，重心始终置于上端，且可随浮台的上浮或下沉调节而适当上下偏移，形象一点来说就像个漂浮在水里立足不稳的大陀螺。这种结构一是制造一个较大的底侧面便于波浪对它进行冲击而抬升，它不太稳定的特点易于在受力后改变原有平衡而翻转，容易起振。二是可适应不同的海况水文条件，如当波浪较小时上浮并上移重心，方便较小的外力打破平衡引起振动；而当波浪较大时下沉并下移重心，抗拒较大的外力对它的破坏。三是下面部分增加一个可自由摆动的配重体，是为确保上部结构在悬浮下能始终处于倒置状态的稳定性；其它结构变形，只要符合这个原理，都应属于同一范畴。

特别说明3

为了便于说明这个浮动式波浪发电装置的工作原理，本说明书中将浮台分为以上所述主浮台和副浮台两个功能部件个体，其实它们只是同一系统单元中集成了一些不同功能的模块区别性称谓，现实应用中也有将两个功能模块合为一体，或分为更多个体的做法，其他实例不再在此列举，是因为无论其形态如何变化，功能集成的差异或相同、大小或多少，均属于同一种可浮动的平台的范畴，在此申明其它同原理实例已经包含在内。

特别说明4

本说明中只以一个主浮台十字对称配置四个副浮台，形成一个完整功能单元的结构来举例，是因为这种结构最为典型。它简单，经济而高效，根据需要既可以一个单元独立运行，也可以实现多个单元共享构件，纵向或横向结网组合形成阵列，实现大规模分布。其它一个主浮台配置一个到多个副浮台，或一个副浮台配置一个到多个主浮台的不同方案，乃至能不能便于结网组合等，均属于同一种可浮动的平台的延伸范畴，在此申明其它同原理实例已经包含在内。

特别说明5

本装置虽基于一种能悬浮于水中的浮动平台，利用水的波浪能做功发电的装置，为了便于固定它的位置于一处，或精简其结构，会有一部分构件随附船舶、钻井平台、桩基、海岸等设施没有浮动能力，仍应属于同一种可浮动的平台的结构延伸，在此申明其它同原理实例已经包含在内。

Claims (5)

1.一种浮动式波浪发电装置，包括1-主浮台；2-副浮台；3-发电设备；4-摇臂；5-齿条；6-密封圈；7-连杆；8-弹簧复位装置；9-配重体；10-连接活动关节；11-上浮下沉控制系统等构件，其特征在于：是基于一种能悬浮于水中的浮动平台，利用水的波浪能引起的振动，驱动机械结构运行做功发电的装置。

2.根据权利要求1，一种浮动式波浪发电装置，其特征在于：所述浮动平台包含接收和转化波浪振动等功能模块，无论其形态如何变化，乃至集中为一体或分离成更多个体，只要具有相同或相似的原理，都属于同一种浮动平台的范畴，尤其是所列这种主浮台和副浮台二体分离的结构。

3.根据权利要求1，权利要求2， 一种浮动式波浪发电装置，其特征在于：所述浮动平台组成的一个功能单元是一种既可以独立运行，也可以组网运行的多形态结构，尤其是所列一种主浮台和副浮台十字对称，可横向或纵向组网的结构。

4.根据权利要求1，权利要求2， 一种浮动式波浪发电装置，其特征在于：所述浮动平台具有在水中上浮或下潜状态调节和自身重心位置上下调节机制。

5.根据权利要求1，权利要求2， 一种浮动式波浪发电装置，其特征在于：所述浮动平台以系泊或随附模式浮于水面，特别为了便于固定它的位置或精简其结构，有一部分构件随附船舶、钻井平台、桩基、海岸等设施没有浮动能力，仍应该属于同一种浮动平台的结构延伸范畴，包含在内。