CN108999144A - 一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，属于波能发电防波堤技术领域，包括梳式透空防波堤、振荡水柱发电系统、摆式发电系统。本发明通过振荡水柱发电系统将波浪能部分转化为电能；通过设置收缩水道，提升聚波能力，将波浪能进一步采集，利用摆式发电装置实现波浪能转化为液压能，进而转化为电能，提高波能转换效率；由于波能转换装置较大程度上的吸收波浪能，降低了波浪荷载，提高了集成系统稳定性；集成系统为波浪能转换装置提供掩护效果，降低了波能转换装置单独建造成本，同时也可降低后期维护成本，此外，透空结构的保留，为港内、港外水体交换提供了通道，符合绿色发展理念。
Description
技术领域
本发明属于波能发电防波堤技术领域，具体涉及一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统。
背景技术
波浪能是一种具有广阔前景的可再生能源，其转化技术分为：点头鸭式、振荡水柱式、推摆式、聚波蓄能式、振荡浮子式、筏式等。振荡水柱式波力发电装置没有水下活动部件，且发电构件与海水不进行直接接触，尽可能地避免海水的腐蚀，可靠性好；采用空气传递能量，通过将气室内低速运动的波浪的能量转换成高速运动的气流，结构简单，但是发电效率低。摆式波浪能发电装置在波浪的作用下，摆体沿着岸线作左右摆动，将波浪能转换成摆体的动能，与摆体相联的通常是一套液压装置，将摆体的动能转换成液压装置的动能，带动发电机发电。摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特性，因此摆式装置的转换效率较高，但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置的另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合，相位控制技术可以使波浪能装置吸收迎波宽度以外的波浪能，而大大提高装置的效率。
“梳式透空防波堤机理特点及掩护效果”一文中指出，梳式透空防波堤在结构上有消浪、透流、轻型等特点，并通过大窑湾港区工程项目对梳式透空防波堤的掩护效果进行计算，证明梳式透空防波堤具有良好的消波性能并能保证港内良好的泊稳条件。“带收缩水道的沉箱防波堤兼OWC装置结构形式的研究”一文中提出收缩水道形式的沉箱防波堤，该结构较之平行水道结构和无水道结构有较高的波能转换效率，但是效率相对于推摆式还是偏低。
融合梳式透空防波堤与波浪能转换装置的结构型式，一方面可以利用波浪能发电解决岛礁电力供给难题，利用防波堤结构降低波能发电成本，另一方面通过利用发电装置将波浪能转化为电能，可以降低波浪对防波堤的作用力，进而提高防波堤的稳定性，因此，本发明提出了一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够缓解岛礁建设时电力供给困难、充分获取堤前波浪能量、提高波能转换效率、改善发电装置的服役环境、提高装置的稳定性，同时符合绿色发展理念的集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提出了一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，包括梳式透空防波堤、振荡水柱发电系统、摆式发电系统；
梳式透空防波堤包括胸墙1、收缩水道式沉箱2、两侧翼板3、中间翼板4、承台板5及抛石基床10，收缩水道式沉箱2包括第一收缩水道式沉箱2-1和第二收缩水道式沉箱2-2，还包括仓格、支撑板及仓格连接孔8；第一收缩水道式沉箱2-1和第二收缩水道式沉箱2-2分别沉放于抛石基床10两侧，中间形成消浪室，承台板5、中间翼板4与收缩水道式沉箱支撑板浇筑为一个整体，两侧翼板3与收缩水道式沉箱主体浇筑成一个整体，收缩水道式沉箱2上方浇筑胸墙1；
振荡水柱发电系统包括收缩水道式沉箱仓格、振荡水柱发电系统进水孔7及振荡水柱发电系统通气孔9，收缩水道式沉箱仓格安装于收缩水道式沉箱2迎浪侧，振荡水柱发电系统进水孔7及振荡水柱发电系统通气孔9分别安装于收缩水道式沉箱2中收缩水道式沉箱仓格表面；
摆式发电系统中主要包括削角仓格、摆板6及液压发电装置，摆式发电系统安装于消浪室中，削角仓格安装于收缩水道式沉箱2中靠近承台板5一侧，摆板6安装与承台板5上。
优选的，所述的第一收缩水道式沉箱2-1和第二收缩水道式沉箱2-2连接处为透空结构。
优选的，所述的收缩水道式沉箱2中迎浪侧收缩水道式沉箱仓格为捕能气室，完成振荡水柱发电系统发电。
优选的，所述的振荡水柱发电系统通气孔9内安装有透平，实现波能转换。
优选的，所述的摆板6在波浪力的驱动下以铰接处为轴线作往复摆动，将波浪能转化为液压能，液压发电装置将液压能转化为电能。
优选的，所述的承台板5的高度可调，通过调节承台板5的高度，保证摆式发电系统位于水体表面3倍波高范围内。
本发明的有益效果在于：
本发明中将沉箱仓格改装成振荡水柱发电系统，设置两个进水口最大限度输入输出水体实现气体压缩与扩充，提高波能转换效率，完成波浪能的初步采集；
通过收缩水道式沉箱将波浪聚集，利用摆式发电系统实现波浪能的二次采集利用，提高波浪能的利用效率。
承台板结构的设置区别于常规摆式发电装置，将摆板置于波浪能集中区域，实现波浪能最大限度利用；为摆式发电系统提供支撑平台，节省了单独建设发电装置成本；两个沉箱通过承台板、中间翼板与胸墙的共同作用连接为一个整体，提升了结构整体稳定性。
通过振荡水柱发电系统和摆式发电系统对波浪能的采集，减小了堤前波浪力，降低了波浪荷载对结构的作用，提高梳式透空防波堤系统的稳定性。
梳式透空防波堤结构为波能转换装置提供保护，降低发电装置后期运维费用，同时透空结构的保留，为港内、港外水体交换提供通道，符合绿色发展理念。
本发明一方面利用振荡水柱发电系统和摆式发电系统充分获取堤前波浪能量，提高了波能转换效率，将摆式发电系统置于两沉箱之间的消浪室内可能有效改善发电装置的服役环境，提高装置的稳定性，另一方面，通过电装置将波浪能转化为电能，降低堤前水平波浪力，可提高梳式防波堤结构稳定性，同时通过承台板和胸墙将两个沉箱连接为整体进一步提高结构的整体稳定性。
此外，本发明通过振荡水柱发电系统将波浪能部分转化为电能；通过设置收缩水道，提升聚波能力，将波浪能进一步采集，利用摆式发电装置实现波浪能转化为液压能，进而转化为电能，提高波能转换效率；由于波能转换装置较大程度上的吸收波浪能，降低波浪荷载，提高集成系统稳定性；集成系统为波浪能转换装置提供掩护效果，降低了波能转换装置单独建造成本，同时也可降低后期维护成本。
附图说明
图1为本发明中集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统的结构示意图；
图2为本发明中集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统的内部结构示意图，图(a)为集成系统下部结构示意图，图(b)为集成系统下部结构俯视图；
图3为本发明中振荡水柱式发电系统的结构示意图，图(a)为振荡水柱式发电系统的轴测图，图(b)为振荡水柱式发电系统的正视图，图(c)为振荡水柱式发电系统的右视图；
图4为本发明中摆式发电系统的结构示意图，图(a)为摆式发电系统的轴测图，图(b)为摆式发电系统的正视图，图(c)为摆式发电系统的右视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
结合图1至图4，本发明提出了一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，包括：梳式透空防波堤系统、振荡水柱发电系统、摆式发电系统。
梳式透空防波堤系统：抛石基床、两个收缩水道式沉箱(削角仓格、支撑板)、承台板、中间翼板、两侧翼板和胸墙。收缩水道式沉箱沉放于抛石基床上，承台板、中间翼板与沉箱支撑板浇筑为一个整体，两侧翼板与沉箱主体浇筑成一个整体，沉箱上方浇筑混凝土胸墙。梳式透空防波堤系统通过将迎浪侧沉箱仓格作为捕能气室完成振荡水柱(OWC)装置发电，将削角沉箱仓格替代为收缩水道用于摆式发电装置聚波；通过中间翼板、承台板协同胸墙共同作用将左右两个沉箱结构连接为一个整体，提高结构的整体稳定性；在两个沉箱连接处保持透空结构，保证水体交换，符合绿色发展理念。
振荡水柱发电系统：其特征在于将迎浪侧沉箱仓格作为捕能气室，利用双沉箱仓格提升捕能气室内进水口进水量，同时结合在两沉箱仓格顶部通气孔，将两沉箱仓格压缩空气集中，提升气室内空气压缩程度，进而提高振荡水柱发电系统的转换效率。
摆式发电系统：其特征在于利用收缩水道聚波、聚能效果，在波浪力驱动作用下摆板会以铰接处为轴线作往复摆动，驱动液压装置发电，将波浪能通过摆板转化为液压能，通过液压能发电机组进一步转化为电能。
承台板结构：其特征在于其布置高度。波浪能量集中在水体表层，在3倍波高的水深范围内集中波能的98％，通过承台板将摆式发电系统置于水体表面3倍波高范围内，提高波浪能捕获程度。
集成系统其特征在于一方面利用振荡水柱发电系统和摆式发电系统充分获取堤前波浪能量，提高了波能转换效率，将摆式发电系统置于两沉箱之间的消浪室内可能有效改善发电装置的服役环境，提高装置的稳定性，另一方面，通过电装置将波浪能转化为电能，降低堤前水平波浪力，可提高梳式防波堤结构稳定性，同时通过承台板和胸墙将两个沉箱连接为整体进一步提高结构的整体稳定性。
实施例1
本发明提出了一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，该集成系统包括梳式透空防波堤、振荡水柱发电系统、摆式发电系统。波浪通过振荡水柱发电系统进水孔7，压缩迎浪侧沉箱仓格内气体，并通过沉箱仓格连接孔8，将两个气室内气体聚集并驱动振荡水柱发电系统通气孔9内的透平，进而实现波能转换。收缩水道式沉箱2沉放于抛石基床10上，收缩水道式沉箱2替换原有沉箱仓格结构，提高聚波效果，然后波浪推动布置在承台板5上的摆板6，通过摆板6的转动，带动液压传动装置进行工作，利用液压发电机组将液压能转换为电能。
实施例2
与实施例1相同，其主要区别在于：
当波峰到达集成系统前侧时，集成系统一方面通过振荡水柱发电系统进水孔7，压缩迎浪侧沉箱仓格内气体，并通过沉箱仓格连接孔8，将两个气室内气体聚集并驱动振荡水柱发电系统通气孔9内的透平，进而实现波能转换。另一方面通过收缩水道，将波浪聚集，提高波浪的振幅，并在波浪作用下带动固定在承台板5上的摆板6转动，由摆板6驱动液压传动装置，再由液压发电机组将液压能转化为电能。
实施例3
与实施例1相同，其区别在于：
当波谷到达集成系统前侧时，集成系统一方面通过振荡水柱发电系统进水孔7将捕能气室内水体排出，大气中的气体通过通气孔9进入捕能气室的同时驱动振荡水柱发电系统通气孔9内的透平，进而实现波能转换。另一方面摆板6受到波吸力作用，摆板6反向转动，由摆板6驱动液压传动装置，再由液压发电机组将液压能转化为电能。波浪周期反复的作用下，集成系统可以实现振荡水柱发电系统和摆式发电系统同时工作，最大化地吸收波浪能，降低了堤前波浪能量，进而减小集成系统所受到的波浪力，同时为摆式发电系统提供掩护，防止恶劣环境下波浪对摆板的破坏，降低装置维护费用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，其特征在于：包括梳式透空防波堤、振荡水柱发电系统、摆式发电系统；
梳式透空防波堤包括胸墙(1)、收缩水道式沉箱(2)、两侧翼板(3)、中间翼板(4)、承台板(5)及抛石基床(10)，收缩水道式沉箱(2)包括第一收缩水道式沉箱(2-1)和第二收缩水道式沉箱(2-2)，还包括仓格、支撑板及仓格连接孔(8)；第一收缩水道式沉箱(2-1)和第二收缩水道式沉箱(2-2)分别沉放于抛石基床(10)两侧，中间形成消浪室，承台板(5)、中间翼板(4)与收缩水道式沉箱支撑板浇筑为一个整体，两侧翼板(3)与收缩水道式沉箱主体浇筑成一个整体，收缩水道式沉箱(2)上方浇筑胸墙(1)；
振荡水柱发电系统包括收缩水道式沉箱仓格、振荡水柱发电系统进水孔(7)及振荡水柱发电系统通气孔(9)，收缩水道式沉箱仓格安装于收缩水道式沉箱(2)迎浪侧，振荡水柱发电系统进水孔(7)及振荡水柱发电系统通气孔(9)分别安装于收缩水道式沉箱(2)中收缩水道式沉箱仓格表面；
摆式发电系统中主要包括削角仓格、摆板(6)及液压发电装置，摆式发电系统安装于消浪室中，削角仓格安装于收缩水道式沉箱(2)中靠近承台板(5)一侧，摆板(6)安装与承台板(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，其特征在于：所述的第一收缩水道式沉箱(2-1)和第二收缩水道式沉箱(2-2)连接处为透空结构。
3.根据权利要求1所述的一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，其特征在于：所述的收缩水道式沉箱(2)中迎浪侧收缩水道式沉箱仓格为捕能气室，完成振荡水柱发电系统发电。
4.根据权利要求1所述的一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，其特征在于：所述的振荡水柱发电系统排气孔(9)内安装有透平，实现波能转换。
5.根据权利要求1所述的一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，其特征在于：所述的摆板(6)在波浪力的驱动下以铰接处为轴线作往复摆动，将波浪能转化为液压能，液压发电装置将液压能转化为电能。
6.根据权利要求1所述的一种集成振荡水柱式与摆式发电装置的梳式防波堤系统，其特征在于：所述的承台板(5)的高度可调，通过调节承台板(5)的高度，保证摆式发电系统位于水体表面3倍波高范围内。
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