CN109183709A - 抛物线型波能利用式防波堤 - Google Patents

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Abstract

抛物线型波能利用式防波堤，包括带抛物线形开口阵列的浮式防波堤结构和振荡浮子式波浪能发电系统。在防波堤迎浪面布置抛物线形开口阵列，开口壁面将外海传入波浪反射至各抛物线形开口的焦点位置处，实现波浪能聚焦，将振荡浮子式波浪能发电装置的浮子结构置于上述各焦点位置处，实现可俘获能量的最大化。本发明有益效果是防波堤迎浪面设置抛物线形开口阵列，可在开口内的焦点位置处实现波浪能聚焦；波浪能发电装置的浮子安装于波浪聚焦的开口焦点处，达到波浪能俘获量的最大化；波能发电装置与防波堤结构集成，既可以防浪，又可以收集波浪能，减少了单独建造防波堤和波能发电装置的成本。该新型集成发电结构系统可广泛应用于波浪能资源的开发。

Description

抛物线型波能利用式防波堤
技术领域
本发明属于海洋能利用技术领域，尤其涉及海岸防护和波浪能综合利用装置。
背景技术
自1974年第一次石油危机以来，人们开始开发可再生能源技术，如风能、太阳能和海洋能等清洁能源转换技术。波浪能作为一种具有巨大开发潜力的海洋能，近几十年来持续获得研究人员关注。目前人们已经提出了逾千种的波浪能发电装置。然而，目前各类波浪能发电装置的商业化应用，依然被两个重要因素制约，即建造成本问题和转换效率问题。
为突破波浪能装置商业化的上述两大制约，海岸工程领域研究人员提出了将波浪能发电装置集成于海洋/海岸结构物的设想。一方面，通过波浪能发电装置与海洋/海岸结构物建造成本的共享，降低波浪能发电装置的布置成本；另一方面，通过海洋/海岸结构物前入射波浪和反射波浪的叠加效应，实现波能利用效率的提高。
本发明进一步提出一种带抛物线形开口阵列的新型波能利用式防波堤。利用抛物线形开口对波浪能进行成倍聚焦，通过在波浪能聚焦点处放置波浪能发电装置，来实现可俘获波浪能的成倍提高。
发明内容
本发明目的在于提出一种带抛物线开口的新型防波堤结构，通过在开口内集成振荡浮子式波浪能发电装置实现防波堤的波能利用功能。
本发明的目的实现是这样的：抛物线型波能利用式防波堤，包括防波堤和振荡浮子式波浪能发电系统。防波堤包括防波堤堤身、抛物线开口、张力筋腱和锚固结构等。振荡浮子式波能转换装置包括浮子、支撑结构、球形铰接结构、储能箱、发电机、液压杆和行走通道等。浮子安装在支撑结构端部，支撑结构通过球形铰接与储能箱相连，储能箱上安装有发电机，发电机通过液压杆与支撑结构相连，另外在支撑结构上布置行走通道。工作时，外海波浪传播至防波堤结构迎浪侧，进入各抛物线形开口，通过各开口壁面的反射将波浪聚焦到抛物线开口焦点位置处。将振荡浮子式波浪能发电装置的浮子结构置于焦点位置处。浮子随波浪起伏运动，带动支撑结构绕球形铰接结构旋转，进而推动液压杆驱动液压缸内的活塞，液压缸内液压油通过液压油管传递至液压发电机，驱动液压发电机进行发电。液压发电机通过电缆与外部用电设备相连，实现电力传输。
本发明的技术方案：
抛物线型波能利用式防波堤，包括防波堤堤身2、振荡浮子式波浪能发电装置、张力筋腱10和锚固结构11；
防波堤堤身2的迎浪面开设有抛物线形开口阵列，开口壁面将外海传入波浪反射至各抛物线形开口的焦点位置处，实现波浪能聚焦，将振荡浮子式波浪能发电装置的浮子置于焦点F处，实现可俘获能量的最大化；防波堤堤身2通过张力筋腱10和锚固结构11进行锚固在海底；
所述的振荡浮子式波浪能发电装置包括浮子1、行走通道4、支撑结构5、球形铰接结构6、液压杆7、发电机8和储能箱9；浮子1固定在支撑结构5的一端，支撑结构5的另一端通过球形铰接结构6与储能箱9连接固定，三者构成主体结构；支撑结构5上设有行走通道4；发电机8固定在储能箱9上，用于驱动液压杆7，液压杆7固定在支撑结构5上，位于行走通道4两侧；
所述的振荡浮子式波浪能发电装置通过储能箱9固定在防波堤堤身2上，浮子1位于抛物线开口3处。
所述的抛物线开口3的焦点F与顶点O的距离为所在海域特征波长的一半。
本发明的有益效果：
(1)防波堤迎浪面设置抛物线形开口阵列，可在开口内的焦点位置处实现波浪能聚焦；
(2)波浪能发电装置的浮子安装于波浪聚焦的开口焦点处，达到波浪能俘获量的最大化；
(3)波能发电装置与防波堤结构集成，既可以防浪，又可以收集波浪能，减少了单独建造防波堤和波能发电装置的成本。
(4)结构设计合理、稳定，施工方案成熟，波能发电机选型简便。
附图说明
图1是抛物线型波能利用式防波堤结构示意图。
图2是抛物线型波能利用式防波堤结构示意图俯视图西南等轴侧示意图。
图3是振荡浮子式波浪能发电装置俯视图西南等轴侧示意图。
图4是振荡浮子式波浪能发电装置示意图。
图5是浮式防波堤结构示意图。
图6是浮式防波堤抛物线示意图。
图中：1浮子；2防波堤堤身；3抛物线开口；4行走通道；5支撑结构；
6球形铰接结构；7液压杆；8发电机；9储能箱；10张力筋腱；
11锚固结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
抛物线型波能利用式防波堤，包括浮式防波堤结构和振荡浮子式波浪能发电装置。防波堤堤身是带抛物线开口阵列的浮式防波堤结构，波浪能发电装置选用振荡浮子式波浪能发电装置。浮式防波堤结构包括抛物线开口、防波堤堤身、张力筋腱、锚固结构。振荡浮子式波浪能发电装置包括浮子、支撑结构、球形铰接结构、储能箱、发电机、液压杆、行走通道。所述防波堤迎浪面有抛物线开口，浮子位于防波堤抛物线开口的焦点上。浮子安装在支撑结构上。支撑结构通过球形铰接结构与储能箱相连。储能箱上有发电机。发电机为液压发电机，通过液压杆与支撑结构相连。工作时浮子运动带动支撑结构转动并驱动液压杆，进而带动液压发电机发电。支撑结构上有行走通道，方便设备维护。
本发明的产品设计要充分考虑以下因素：
1)根据装机地点的波浪资源特征，选取发电机，依据波浪波高，优化支撑结构截面尺寸和高度。
2)根据装机地点的波浪统计特征，选取振荡浮子式波浪能发电装置的浮子尺寸，设计最优PTO参数。
3)根据装机地点的波浪统计特征，设计浮式防波堤开口形状和尺寸，保证防波堤开口内波浪的聚焦效果。
抛物线型波能利用式防波堤的施工安装流程如下：首先，施工单位选用现有浮式防波堤施工工艺，将带抛物线开口阵列的防波堤结构施工完成；其次，将浮子、支撑结构、球形铰接结构、储能箱、发电机、液压杆和行走通道进行岸上模块化组装；最后，施工单位通过工程船将组装结构与已施工完成的防波堤进行对接安装，完成施工安装。
实施例的具体参数如下：
装置适宜水深40米、波浪周期为6秒，H1％＝2.4米，波长6.25米的海况。
作为优选，堤顶高程7.8米，堤高5米，堤宽8米，焦点F与抛物线开口A的距离FA＝3.125m，抛物线顶点O与防波堤左侧堤身A距离OA＝4m，参照图6坐标系，将抛物线形状定义为y2＝12.5x。
按照本发明的技术方案，发电系统通过获取浮子的动能而产生电能。抛物线型波能利用式防波堤既可作为浮式防波堤又可作为获取波浪能的载体，实现二者功能和成本的共享。防波堤迎浪面有抛物线开口阵列，波浪能发电装置的浮子获能结构安置在各抛物线开口的焦点处，预估浮子位置处的波高可达到外海入射波高的四倍，可成倍提高发电装置的波浪能俘获量。

Claims (2)

1.抛物线型波能利用式防波堤，其特征在于，所述的抛物线型波能利用式防波堤包括防波堤堤身(2)、振荡浮子式波浪能发电装置、张力筋腱(10)和锚固结构(11)；
防波堤堤身(2)的迎浪面开设有抛物线形开口阵列，开口壁面将外海传入波浪反射至各抛物线形开口的焦点位置处，实现波浪能聚焦，将振荡浮子式波浪能发电装置的浮子置于焦点F处，实现可俘获能量的最大化；防波堤堤身(2)通过张力筋腱(10)和锚固结构(11)进行锚固在海底；
所述的振荡浮子式波浪能发电装置包括浮子(1)、行走通道(4)、支撑结构(5)、球形铰接结构(6)、液压杆(7)、发电机(8)和储能箱(9)；浮子(1)固定在支撑结构(5)的一端，支撑结构(5)的另一端通过球形铰接结构(6)与储能箱(9)连接固定，三者构成主体结构；支撑结构(5)上设有行走通道(4)；发电机(8)固定在储能箱(9)上，用于驱动液压杆(7)，液压杆(7)固定在支撑结构(5)上，位于行走通道(4)两侧；
所述的振荡浮子式波浪能发电装置通过储能箱(9)固定在防波堤堤身(2)上，浮子(1)位于抛物线开口(3)处。
2.根据权利要求1所述的抛物线型波能利用式防波堤，其特征在于，所述的抛物线开口(3)的焦点F与顶点O的距离为所在海域特征波长的一半。
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