CN109185023A - 集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋能利用技术领域，提供集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置，包括浮式防波堤结构和液舱浮子式波能发电装置。浮式防波堤结构包括舱室和锚固结构；舱室由隔板分为上下两部分：上部为设备舱，用于放置发电机和储能箱；下部为密闭的液舱。液舱浮子式波能发电装置包括浮子、滑轮、轨道、液压发电机、弹簧、液压杆和液压缸。采用液舱结构将外部波浪的机械能聚集到液舱内部，减少了入射波能的前期损耗，再利用舱内振荡浮子提取波能，提高了入射波波能的利用率。将浮子结构置于充满氮气的密闭液舱内，避免了外部波浪环境对浮子结构的腐蚀和破坏。将浮式防波堤作为液舱浮子式波能装置的平台，修建迅速、拆迁容易、且施工方案技术成熟。

Description

集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置

技术领域

本发明属于海洋能利用技术领域，尤其涉及集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置。

背景技术

随着世界能源需求的持续增长，储量巨大且尚未被广泛利用的海洋可再生能源成为人们关注的焦点。在多种海洋能形式中，能量密度高且分布广泛的波浪能，展现出巨大的应用前景。目前世界上波浪能发电装置的相关发明已达上千种，然而其商业化应用仍然受制于低波浪利用率和高建设成本两大问题。

本发明提出一种可提高波能利用率并能降低建造成本的新型波能发电系统，即集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置。一方面，将波浪能聚集到液舱内部，来提高波能利用率。另一方面，将液舱和浮式防波堤集成建造实现成本共享，来降低了波浪能发电装置的建造成本。

发明内容

本发明以振荡浮子式波能转换装置为原型，目的在于提出一种集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置。现有波能转换装置多将浮子结构直接暴露在海洋中，波浪在浮子周围发生反射和绕射传播后，入射波中可被浮子结构吸收机械能会大大降低。而本发明将液舱结构安装于浮式防波堤，浮式防波堤在外海波浪驱动下运动，达到共振条件时，即便浮式防波堤发生微幅运动，也可激发舱内液体发生大幅晃荡，此时若将浮子结构置于液舱内部，晃荡液体便会驱动舱内浮子运动来发电。这样，液舱结构实际将外部波浪运动的机械能聚集到了舱内，可通过在液舱内采用光滑内壁进一步减少能量损耗，从而大大提高波浪能的利用效率。另外，要在浮式防波堤上布置一系列不同液体深度的液舱，来为保证对于不同频率的外海波浪激励，至少一个液舱内的水体晃荡能达到或接近共振状态。

本发明的技术方案：

集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置，包括浮式防波堤结构和液舱浮子式波能发电装置；

所述的浮式防波堤结构包括舱室和锚固结构；所述的舱室由隔板分为上下两部分：上部为设备舱，用于放置发电机和储能箱；下部为密闭的液舱；隔板上固定有液压缸；所述的锚固结构包括锚、锚链和锚链连接结构，通过锚链连接结构实现舱室与锚链的连接，再通过锚固定在海底；

所述的液舱浮子式波能发电装置包括浮子、滑轮、轨道、液压发电机、弹簧、液压杆和液压缸；与防波堤迎浪侧和背浪侧相邻的液舱内壁上各垂直安装两条轨道，滑轮将浮子束缚于同侧内壁上的两条滑道上；弹簧一端固定在液舱顶部、底部，另一端为自由端，其位置对应浮子，用于缓冲液舱内波浪过高或过低时浮子与液舱内壁产生的碰撞；液压杆输出端固定在浮子，通过浮子随着波浪沿轨道上下运动带动液压杆的伸缩，进而带动液压缸活塞运动，达到发电的目的。

在实际应用中，为适应不同波浪频率，浮式防波堤上可布置一排不同液体深度的液舱结构，且各液舱内充满氮气来抑制舱内微生物生长和避免舱内结构氧化。工作状态下，浮式防波堤随外部波浪运动，激发防波堤上各液舱内的液体发生晃荡，起伏晃荡的液体会推动舱内浮子沿轨道上下滑动，带动液压杆伸缩进而驱动液压缸活塞运动，达到发电的目的。液压发电机通过电缆与其他用电设备连接。

本发明的有益效果：

(1)采用液舱结构将外部波浪的机械能聚集到液舱内部，减少了入射波能的前期损耗，再利用舱内振荡浮子提取波能，提高了入射波波能的利用率。

(2)将浮子结构置于充满氮气的密闭液舱内，避免了外部波浪环境对浮子结构的腐蚀和破坏。

(3)在浮式防波堤上布置一排不同液体深度的液舱浮子式发电装置，可适应不同波浪频率的外部波浪环境。

(4)将液舱和浮式防波堤集成建造，既实现成本共享达到降低建造成本的目的，又可以起到利用波浪能发电的效果。

(5)将浮式防波堤作为液舱浮子式波能装置的平台，修建迅速、拆迁容易、且施工方案技术成熟。

附图说明

图1是集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置的整体外形图。

图2是液舱内部结构图。

图3是液舱俯视图。

图4是设备舱内部结构图。

图5是浮式防波堤上舱室结构的剖面图。

图中：1舱室；2锚链连接结构；3锚链；4锚；5海面；6液舱；7弹簧；8滑轮；9轨道；10浮子；11设备舱；12隔板；13液压杆；14液压缸；15液压油管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置，主要是包括浮式防波堤结构和液舱浮子式波浪能发电装置。浮式防波堤堤身内嵌入一排不同液深的液舱浮子式波能转换装置。锚链上端通过铰接方式连于防波堤底角位置处，下端固定在海底。防波堤堤身的结构为钢筋混凝土。各液舱内共有滑轮轨道4套、滑轮8套、浮子2个。每个浮子连接有4套滑轮，分别在舱室的迎浪和背浪侧对称布置。每个液舱内共置16根弹簧结构，每条轨道上下段各分布两根。液压发电机安装在设备舱中，液压缸固定在隔板上，液压杆与浮子固定在一起。工作时浮子运动带动液压杆运动，推动液压发电机，实现发电目的。

本发明的产品设计要充分考虑以下因素：

(1)根据不同海域的波浪特征来设计防波堤的尺寸。

(2)不同的海域中波浪的频率不同，要根据海域的频率带宽，来计算各液舱内的液深。液舱内频率计算公式为

其中，H为液深，L为舱内前后内壁间的距离，m＝1，g为重力加速度，π为圆周率。

(3)浮子在液舱内的吃水深度可由WAMIT软件计算，取其满足垂荡自然频率等于液舱晃荡频率时的吃水。

(4)不同液舱内液体的液深要沿防波堤高斯分布，以保证所在海域波浪频率范围内，防波堤上始终有液舱处于或接近共振状态，达到最大发电效果。

集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置的施工安装流程如下：(1)建造液舱模块和设备舱模块，按本发明图纸安装浮子、弹簧结构、轨道等内部结构，并在液舱内充入氮气。(2)选用现有箱形浮式防波堤施工工艺，建造防波堤主体(不封顶)，拖至预定海域连接锚泊系统固定于海底。(3)通过海上吊装，将液舱模块和设备舱模块安装于防波堤主体结构上，留出电缆线导出位置后，对防波堤主体封顶。

实施例的具体参数如下：在建造箱式浮式防波堤时，箱式浮式防波堤的长度取L＝20m，浮子的宽度取L/10＝2m，建8个不同夜深的液舱，根据公式计算出各液舱内的液深，浮子在箱内的吃水深度由WAMIT计算。通过上述施工流程，完成集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置的施工安装。设定海域的波浪周期范围为7～10s，则各液舱内液深变化范围为H＝1.7～3.7m。为了避免防波堤局部弯矩过大，不同液深的液舱单元交错分布。按液舱编号顺序，从左至右将4、5号液舱中的液深取为3.7m，3、6号液舱取2.1m，2、7号液舱取2.7m，1、8号液舱取1.7m。

Claims (2)

1.一种集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置，其特征在于，所述的集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置包括浮式防波堤结构和液舱浮子式波能发电装置；

所述的浮式防波堤结构包括舱室和锚固结构；所述的舱室由隔板分为上下两部分：上部为设备舱，用于放置发电机和储能箱；下部为密闭的液舱；隔板上固定有液压缸；所述的锚固结构包括锚、锚链和锚链连接结构，通过锚链连接结构实现舱室与锚链的连接，再通过锚固定在海底；

所述的液舱浮子式波能发电装置包括浮子、滑轮、轨道、液压发电机、弹簧、液压杆和液压缸；与防波堤迎浪侧和背浪侧相邻的液舱内壁上各垂直安装两条轨道，滑轮将浮子束缚于同侧内壁上的两条滑道上；弹簧一端固定在液舱顶部、底部，另一端为自由端，其位置对应浮子，用于缓冲液舱内波浪过高或过低时浮子与液舱内壁产生的碰撞；液压杆输出端固定在浮子，通过浮子随着波浪沿轨道上下运动带动液压杆的伸缩，进而带动液压缸活塞运动，达到发电的目的。

2.根据权利要求1所述的集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置，其特征在于，不同的海域中波浪的频率不同，要根据海域的频率带宽，计算液舱内的液深；液舱内频率计算公式为

其中，H为液深，L为舱内前后内壁间的距离，m＝1，g为重力加速度，π为圆周率。