CN109706886A - 集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统，包括式透空收缩水道防波堤系统、振荡浮子式发电系统和水力透平式发电系统；所述梳式透空收缩水道防波堤系统包括抛石基床、间隔设置在抛石基床上的削角沉箱、设置在削角沉箱之间的前翼板与后翼板、设置在削角沉箱、前翼板和后翼板上方的胸墙；所述削角沉箱、前翼板和后翼板形成仓室，所述振荡浮子式发电系统设置在仓室内，所述水力透平式发电系统设置在抛石基座上且在后翼板的下方。本发明将沉箱设计成削角形式，可形成收缩水道，聚集波浪能量，提高波浪振幅，增大浮子的相对机械位移，提高发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种梳式防波堤系统，尤其涉及一种集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统。
背景技术
随着世界能源日趋紧张，海洋能作为一种新能源的来源，以其独特的优势和战略地位吸引了人们的注意。据统计，海洋能占全球能源总量的70％，其中潮流能约为50亿kW，波浪能约为25亿kW，如果这些巨大的海洋能量可以开发利用，将会造福全人类。同时海洋能是解决我国沿海和海岛能源短缺的主要途径。我国沿海地区人口集中，资产密集，社会经济发达。沿海岛屿是正在开发或已开发的新的社会经济体。电力缺乏已经成为制约我国沿海特别是海岛社会经济发展的关键因素。因地制宜在沿海和海岛建设适用的海洋能发电系统，是补充沿海电力短缺和解决海岛居民用电问题的主要途径之一。
梳式防波堤作为一种新型防波堤形式是将传统的方形沉箱按照一定的比例取出代之以沉箱翼板，在平面上形成梳齿状的直立式防波堤。在其间断部分与预制胸墙形成消浪室，具有聚波、消浪、透流、轻型降低地基承载力等优点，并已在大连大窑湾港区建成示范项目。梳式防波堤翼板与前墙不在一个平面内，二者之间的间距使得波浪力到达防波堤的峰值交错，减小了防波堤受到的总水平波浪力，既做到了自重减轻又避免了自重减轻带来的不利影响，保持结构稳定。梳式防波堤消浪室内水动力特性复杂，但理论分析可以证明该处的波幅相对前墙处增大，有很强的聚波效果。
振荡浮子式波浪能发电装置是通过波浪带动浮子上下运动，再将浮子的相对运动机械能转化成电能的波能利用装置，在国内外均有实际应用。然而其固定方式仍存在一定问题：小型的发电装置可以直接漂浮在水面上，但其发电效率不高，大型的发电装置锚固方式有两种，一是通过牵引绳使装置悬浮在海中，但其受到海流的影响较大，不够稳定；另一种是直接固定在海床上，这种方式只适用于浅海领域，水深较深时在海床上创造适合固定的条件造价相对较高，很难达到令人满意的发电性价比。因此，该类装置在恶劣服役环境下对结构的稳定性和可靠度要求较高，限制了装置发电效率高的优势。在收缩水道梳式防波堤沉箱中间集成振荡浮子式发电装置，既节约了振荡浮子式发电装置独立建造基础的费用，又利用沉箱和翼板改善了振荡浮子的工作环境，这样可以解决振荡浮子式发电装置的固定成本和工作环境问题，从而充分利用振荡浮子式发电装置效率高的优势。
水力透平式发电装置利用潮流直接驱动发电机组进行潮流能向电能的转换，结构简单，发电效率高；然而其基础固定花费较多，工作的潮流需要其它装置来进行约束，无法达到满意发电行性价比。在梳式透空收缩水道防波堤沉箱中间集成水力透平式发电装置，既节约了水力透平式发电装置独立建造基础的费用，又利用梳式透空收缩水道防波堤结构对进出港的潮流进行约束保障发电效率的最大化。
发明内容
本发明的目的是为了缓解我国岛礁建设对电力供给的迫切需求而提供一种集成振荡浮子式与水力透平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：
一种集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统，包括式透空收缩水道防波堤系统、振荡浮子式发电系统和水力透平式发电系统；
所述梳式透空收缩水道防波堤系统包括抛石基床、间隔设置在抛石基床上的削角沉箱、设置在削角沉箱之间的前翼板与后翼板、设置在削角沉箱、前翼板和后翼板上方的胸墙；所述削角沉箱、前翼板和后翼板形成仓室，所述振荡浮子式发电系统设置在仓室内，所述水力透平式发电系统设置在抛石基座上且在后翼板的下方。
本发明还包括这样一些特征：
1.所述削角沉箱与翼板为一个整体；
2.所述削角沉箱防波堤轴向间隔布置；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、将沉箱设计成削角形式，可形成收缩水道，聚集波浪能量，提高波浪振幅，增大浮子的相对机械位移，提高发电效率。
2、利用前后翼板与削角沉箱形成仓室，可以避免浮子直接受到波浪力的横向与纵向冲击；保障浮子随波浪上下周期运动的效率；改善振荡浮子的工作环境的同时，又提高了发电效率。
3、振荡浮子式发电装置和水力透平式发电装置安装在梳式防波堤的抛石基床上，减少了独立建造基床的成本，提高了发电性价比；将堤前波浪能和潮流能转换为电能，降低了堤前总体能量，减小堤前荷载作用力，提高了梳式透空收缩水道防波堤系统的整体稳定性和安全性。
本发明集成梳式透空收缩水道防波堤系统与振荡浮子式波浪能发电装置和水力透平式发电装置转换系统的新型结构型式，一方面可以利用波浪能和潮汐能发电缓解岛礁电力供给的迫切需求，同时利用防波堤结构作为波浪能和潮流能发电装置安装基础降低发电成本；另一方面通过利用发电装置将波浪能和潮流能转化为电能，可以降低防波堤前能量，进而提高梳式防波堤整体结构的稳定性；
本发明集成系统优势在于利用振荡浮子式发电系统和水力透平式发电系统充分获取堤前能量；利用削角沉箱形成收缩水道聚集能量，提高波浪能和潮汐能转换效率；将振荡浮子式发电系统置于两沉箱和前后翼板形成的仓室之间显著提高发电效率和有效改善浮子装置的工作环境；利用梳式防波堤基础作为振荡浮子式发电系统和水力透平式发电系统的安装基础，可以降低发电成本。
附图说明
图1是本发明的单元结构示意图；
图2是本发明的组合结构示意图；
图3是本发明的单元结构右视图；
图4是本发明的单元结构左视图；
图5是本发明的单元结构主视图；
图6是本发明的单元结构俯视图。
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。
本发明基于已有技术，为缓解我国岛礁建设对电力供给的迫切需求，提出一种集成振荡浮子式发电装置与水力透平式发电装置的梳式透空收缩水道防波堤系统。系统包括：梳式透空收缩水道防波堤系统、振荡浮子式发电系统、水力透平式发电系统。
梳式透空收缩水道防波堤系统：该系统由抛石基床、削角沉箱、前翼板、后翼板和胸墙组成。将削角沉箱沉放于抛石基床上，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，通过翼板和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。两侧削角沉箱与前后翼板将形成仓室，仓室内水面有一个固定的波动频率，冲入仓室的水碰到后翼板反射回来，如能和下降水面同向，将会与波浪共振，选择合适的仓室尺寸可以使室内水面振荡与外面波浪频率相近，共振的水面波动幅度会远高出波浪的幅度，大大提高浮子的相对运动机械能从而提高发电效率。同时，将传统梳式防波堤方箱进行削角形成收缩水道，可以聚集能量，直接提高水力透平式发电装置的发电效率。
振荡浮子式波浪能发电装置安装在两沉箱与前后翼板形成的仓室之间。通过波浪的振幅带动浮子进行相对运动，将波浪能转换为机械能再转换为电能，本发明中结合仓室与收缩水道可以提高振幅，增大振荡浮子的相对运动机械能，从而提高发电效率；降低堤前波浪能量，减小堤前波浪力，同时减少翼板和胸墙的所受荷载，起到保护梳式防波堤的目的。仓室可以保护浮子避免直接受到波浪冲击，减小横向和纵向的摆动，改善了振荡浮子的工作环境。
水力透平式发电装置利用梳式防波堤基础安装在后翼板下方梳式防波堤的透空处。涨潮的时候潮流通过梳式防波堤透空处流向港区内，在这过程中驱动水力透平机的转动进行发电，收缩水道进行潮流的聚集可以提高发电效率；在落潮过程中，梳式防波堤整体进行潮流的约束，让潮流仅从安装有水力透平式发电装置的防波堤透空处流出，增加潮流利用率，提高发电效率。
结合附图；1为后翼板、2为前翼板、3为振荡浮子、4为水力透平机、5为胸墙、6为削角沉箱、7为抛石基床。
一种集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式透空收缩水道防波堤系统包括：梳式透空收缩水道防波堤系统、振荡浮子式发电系统、水力透平式发电系统。梳式透空收缩水道防波堤系统包含抛石基床7，削角沉箱6，胸墙5，前翼板2，后翼板1；其中削角沉箱6沿防波堤轴向间隔布置，前翼板2和后翼板1设置在相邻削角沉箱6之间，胸墙5设置在削角沉箱6和前翼板2后翼板1上方。振荡浮子式发电系统安装在削角沉箱6与前翼板2，后翼板1围成的仓室之间；水力透平式发电系统安装在抛石基床7上位于梳式透空收缩水道防波堤透空处，即后翼板1下方。
集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式透空收缩水道防波堤系统功能实现过程如下：
振荡浮子式发电装置，一方面波浪通过削角沉箱6形成的收缩水道进行第一次波浪能汇聚，提高波浪振幅；另一方面波浪在两个相邻削角沉箱6和前翼板2，后翼板1形成的仓室内共振可以极大地提高波浪振幅；波浪振幅提高可以增大振荡浮子的相对运动机械能，再通过发电装置将机械能转换为电能。这样就通过削角沉箱6与前翼板2，后翼板1的设计提高了振荡浮子式发电装置的发电效率。同时，将浮子安装在削角沉箱6与前翼板2，后翼板1围成的仓室之间，可以避免浮子直接受到波浪力的横向与纵向冲击；极大的改善了振荡浮子的工作环境。
水力透平式发电装置，一方面涨潮时潮流通过削角沉箱6，后翼板1和抛石基床7形成的透空口流向港区内，这一流动过程中潮流将驱动安装在透空口处的水力透平机4，将潮流能转换为电能；潮流经过削角沉箱6形成的收缩水道汇聚，可以提高潮流能的发电效率；另一方面落潮时，港区内的水位高于港区外的水位，梳式防波堤将对潮流进行阻拦，约束梳式防波堤内潮流从透空口处流出，可以最大程度的利用潮流能，提高发电效率。
Claims (3)
1.一种集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统，其特征是，包括式透空收缩水道防波堤系统、振荡浮子式发电系统和水力透平式发电系统；
所述梳式透空收缩水道防波堤系统包括抛石基床、间隔设置在抛石基床上的削角沉箱、设置在削角沉箱之间的前翼板与后翼板、设置在削角沉箱、前翼板和后翼板上方的胸墙；所述削角沉箱、前翼板和后翼板形成仓室，所述振荡浮子式发电系统设置在仓室内，所述水力透平式发电系统设置在抛石基座上且在后翼板的下方。
2.根据权利要求1所述的集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统，其特征是，所述削角沉箱与翼板为一个整体。
3.根据权利要求1或2所述的集成振荡浮子式与水力透平式发电装置的梳式防波堤系统，其特征是，所述削角沉箱防波堤轴向间隔布置。
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