CN109751175A

CN109751175A - 一种气动马达式岸边海浪发电系统

Info

Publication number: CN109751175A
Application number: CN201910222632.5A
Authority: CN
Inventors: 张钧; 罗贝
Original assignee: GUANGDONG PROVINCE SENIOR TECHNICAL SCHOOL
Current assignee: GUANGDONG PROVINCE SENIOR TECHNICAL SCHOOL
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-05-14

Abstract

本发明公开了一种气动马达式岸边海浪发电系统，包括：波浪能吸收单元、能量转换单元、能量储存单元、海水淡化单元以及小功率加热单元，所述波浪能吸收单元由通气密封管道和储能气囊组成，所述通气密封管道与储能气囊连接；所述能量转换单元分别与能量储存单元、海水淡化单元以及小功率加热单元连接。本发明的气动马达式岸边波浪发电系统，具有吸收波浪能、能量转换、电能储存、海水淡化及加热等功能，为海岛驻军提供电能并可存储电能，满足海岛驻军烹煮食物、海水淡化及通信设备供电等需求，且发电功率小，外形尺寸小，适用于功率小并需要持续提供电力能源的场合，用于为独立个体提供生存所需淡水、通讯用电、提供烹煮食物所需热能等。

Description

一种气动马达式岸边海浪发电系统

技术领域

本发明涉及一种海浪发电系统，具体是一种气动马达式岸边海浪发电系统。

背景技术

面对全球化石能源日益枯竭和人类生活迅速发展急需能源的严峻形势，世界许多国家都在探索研究开发利用清洁、可循环且资源丰富的海洋能。海浪能是海洋能中占比较大的海洋能源，基于海浪能的发电技术能将海浪能转换为电能，发电过程无污染，是一种清洁的发电技术，国内外都在不断研究海浪发电技术，不仅能节约化石能源，减少污染，还能有利于国家稳定发展，对管理海岛或岛屿主权也具有非常重要的意义。

海浪发电就是在现有利用海浪能发电研究的基础上，运用成熟的工程制造及发电进行有效的组合。将丰富的海浪能低投入地转化为电能，为改善我国沿海地区能源和环境问题提供一条新的途径。

海浪发电是将海浪能转换为电能的技术。海浪能的转换一般有三个步骤。第一是采用聚波和共振的方法将分散的海浪能收集起来；第二是海浪能经机械、水力低压、液压高压和气动等途径传送转换为可用的机械动能；第三是利用机械动能通过发电装置发电。海浪发电要求输入稳定的能量，必须采取许多储能和稳定压力的技术措施，与现有的发电方式相比有着特殊的要求。如果想开发海浪能实现发电，需在海上修建浮体建筑物，同时还需解决电能传输问题；此外，还需在海岸边建造特殊的存放收集海浪和安装发电装置的建筑物。海浪发电站与海洋水相关，为适应海域环境，各种装置均应考虑抵抗风暴、腐蚀和海生物附着等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动马达式岸边海浪发电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气动马达式岸边海浪发电系统，包括：波浪能吸收单元、能量转换单元、能量储存单元、海水淡化单元以及小功率加热单元，所述波浪能吸收单元由通气密封管道和储能气囊组成，所述通气密封管道与储能气囊连接；所述能量转换单元分别与能量储存单元、海水淡化单元以及小功率加热单元连接。

作为本发明进一步的方案：所述通气密封管道的一端连接至海岸，另一端连接储能气囊，所述储能气囊包括阀防护罩、充气阀、止动螺母、壳体、胶囊、菌形阀、压簧和阀体座，所述所述充气阀设置在阀防护罩内，胶囊设置在壳体内并连接充气阀，所述阀体座连接在壳体的底部，菌形阀安装在阀体座内。

作为本发明进一步的方案：所述能量转换单元包括气动马达和发电机，所述气动马达通过压力管道连接至储能气囊的充气阀，气动马达的输出轴通过皮带连接发电机，发电机连接能量储存单元。

作为本发明进一步的方案：所述海水淡化单元包括：加热管、进水阀、冷凝管、回水管、蒸馏水出口、加水杯、放水阀和蒸发锅，所述加热管设置在蒸发锅内，蒸发锅顶部连接冷凝管，冷凝管上设置蒸馏水出口和进水阀。

作为本发明进一步的方案：所述蒸发锅容量为5L。

作为本发明进一步的方案：所述小功率加热单元由多个PTC加热器组成。

作为本发明进一步的方案：所述通气密封管道为聚氯乙烯材质管。

作为本发明进一步的方案：所述能量储存单元包括有蓄电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的气动马达式岸边波浪发电系统，具有吸收波浪能、能量转换、电能储存、海水淡化及加热等功能，能将海浪能转化为电能，为海岛驻军提供电能并可存储电能，满足海岛驻军烹煮食物、海水淡化及通信设备供电等需求，且发电功率小，外形尺寸小，便于安装携带，适用于功率小并需要持续提供电力能源的场合，用于为独立个体提供生存所需淡水、通讯用电、提供烹煮食物所需热能等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中储能气囊的结构示意图。

图3为本发明中能量储存单元的电路原理图。

图4为本发明中海水淡化单元的结构示意图。

图5为本发明中PTC加热器的电路原理图。

图6为本发明实施例的结构原理示意图。

图7为本发明实施例在5Ω负载时的电流结果曲线图。

图8为本发明实施例在10Ω负载时直流电压平均值的结果曲线图。

图9为本发明实施例在不同流速下发电功率平均值的结果曲线图。

图10为本发明实施例发电效率和获能效率的结果曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种气动马达式岸边海浪发电系统，包括：波浪能吸收单元1、能量转换单元2、能量储存单元3、海水淡化单元4以及小功率加热单元5，所述波浪能吸收单元1由通气密封管道(图中未示意)和储能气囊组成，所述通气密封管道为聚氯乙烯材质管，其一端连接至海岸，并接触到海水，另一端连接储能气囊，所述储能气囊包括阀防护罩11、充气阀12、止动螺母13、壳体14、胶囊15、菌形阀16、压簧17和阀体座18，所述所述充气阀12设置在阀防护罩11内，胶囊15设置在壳体14内并连接充气阀12，所述阀体座18连接在壳体14的底部，菌形阀16安装在阀体座18内，储能气囊储存由海浪压迫空气所产生的空气压力，当储存到足够压缩空气后，海浪退却，利用自身反向压力差向能量转换单元2提供气动能量，实际使用时，设置多组波浪能吸收单元1，使能量转换单元2能够获得稳定的气动压力；

所述能量转换单元2包括气动马达21和发电机22，所述气动马达21通过压力管道连接至储能气囊的充气阀12，气动马达21的输出轴通过皮带连接发电机22，发电机22连接能量储存单元3，所述能量储存单元3的原理图如图3所示，能量储存单元3用于在发电机22工作时，若不需要使用电能，可将产生的电能储存到蓄电池中，需要使用电能时，作为备用电源提供电能；

如图4，所述海水淡化单元4包括：加热管41、进水阀42、冷凝管43、回水管44、蒸馏水出口45、加水杯46、放水阀47和蒸发锅48，所述加热管41设置在蒸发锅48内，蒸发锅48容量为5L，蒸发锅48顶部连接冷凝管43，冷凝管43上设置蒸馏水出口45和进水阀42，加热管41使蒸发锅48内海水蒸发，水蒸汽通过冷凝管43降温冷却成蒸馏水；

如图5，所述小功率加热单元5由多个PTC加热器51组成。

实施例：如图6所示，根据上述原理制作气动马达式海浪发电系统样机，将其放置在实验水槽内进行实验，实验参数如表1，

表1，实验测试参数

序号	流速/m·s<sup>-1</sup>	负载/Ω
			1	0.5	5
2	1.0	5
			3	1.5	5
4	2.0	5
			5	2.5	5
6	3.0	5
			7	1.0	10
8	1.5	10
			9	2.0	10

具体实验步骤为：

(1)、在负载为5Ω时，控制流速从0.5m/s开始，以大小间隔0.5m/s递增进行测试实验；在负载为10Ω时从流速1.0m/s开始，仍以0.5m/s大小间隔递增水流速度，得到实验数据如表2、表3和图7、图8，

表2，5Ω负载时的电流值

流速/m·s<sup>-1</sup>	电流值/A
		0.5	0.05
1.0	0.45
		1.5	0.92
2.0	1.85
		2.5	2.40
3.0	2.60

可见，在5Ω负载、水流流速为0.5m/s时，样机即可运转发电，并能保持稳定运行，且电流值随流速基本呈线性增长。

表3，10Ω负载时的直流电压平均值

流速/m·s<sup>-1</sup>	电流值/V
		0.5	0.02
1.0	2.48
		1.5	5.73
2.0	9.85
		2.5	12.52
3.0	11.85

在10Ω负载，在水流流速为1.0m/s时，样机已经可以发电，且能可稳定工作。此外，输出侧得到的直流电压瞬时平均值在0.5m/s到2.0m/s的水流范围内呈线性增长，随后，随着水流速度加快，电压值增速变缓，并在2.8m/s的流速达到最大值。

表4，样机发电功率平均值

如图9，样机在流速为1.0m/s到2.0m/s之间的发电功率平均值呈线性增加，然后缓慢增加并在2.8m/s的流速达到最大功率值，这与电压的变化趋势基本一致。

由以下公式计算样机系统的发电效率和获能效率，得到如表5、图10的数据，

其中：P为系统的发电功率(W)；U为负载电阻两端的直流电压值(V)；R为直流负载电阻(Ω)；E为流过整个样机装置内的水流的能量(W)；ρ为水的密度；V为相对水流速度(m/s)；D为马达轮直径；η为发电系统的发电效率；d_h为轮毂直径；C_P为获能效率；η₁为电机发电效率。

表5，样机发电系统的发电效率和获能效率

流速/m·s<sup>-1</sup>	发电效率/％	获能效率/％
			0.5	2.51	2.55
1.0	7.53	11.22
			1.5	12.56	17.89
2.0	18.48	26.40
			2.5	12.15	17.36
3.0	6.38	8.43
			3.5	2.26	3.05

由图10可知，样机发电系统的发电效率和获能效率随水流速度变化的趋势一致。小于2m/s流速时，发电效率与获能效率会随着流速加快不断变大；在2m/s流速时，发电效率达到18.48％的最大值，获能效率达到26.40％的最大值；当流速大于2m/s时，样机的发电效率与获能效率会随着流速的加快而逐渐减小。由此可知，样机发电系统的发电效率和获能效率会随着水流速度的增加先增大后减小；结合图5-7可知，样机系统输出侧得到的直流电压瞬时平均值会随着水流速度的增加先线性增大后增速放缓、然后缓慢减小；而相对水流速度V会随着水流速度的增加一直增大，因此，样机发电系统的发电效率和获能效率会随着水流速度的增加先增大后减小。

综上所述，本样机可以达到其最大的发电效率，验证了样机发电系统的应用范围和有效性，这也为下一步进行海试提供了经验和数据支持。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：包括：波浪能吸收单元(1)、能量转换单元(2)、能量储存单元(3)、海水淡化单元(4)以及小功率加热单元(5)，所述波浪能吸收单元(1)由通气密封管道和储能气囊组成，所述通气密封管道与储能气囊连接；

所述能量转换单元(2)分别与能量储存单元(3)、海水淡化单元(4)以及小功率加热单元(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述通气密封管道的一端连接至海岸，另一端连接储能气囊，所述储能气囊包括阀防护罩(11)、充气阀(12)、止动螺母(13)、壳体(14)、胶囊(15)、菌形阀(16)、压簧(17)和阀体座(18)，所述所述充气阀(12)设置在阀防护罩(11)内，胶囊(15)设置在壳体(14)内并连接充气阀(12)，所述阀体座(18)连接在壳体(14)的底部，菌形阀(16)安装在阀体座(18)内。

3.根据权利要求1所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述能量转换单元(2)包括气动马达(21)和发电机(22)，所述气动马达(21)通过压力管道连接至储能气囊的充气阀(12)，气动马达(21)的输出轴通过皮带连接发电机(22)，发电机(22)连接能量储存单元(3)。

4.根据权利要求1所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述海水淡化单元(4)包括：加热管(41)、进水阀(42)、冷凝管(43)、回水管(44)、蒸馏水出口(45)、加水杯(46)、放水阀(47)和蒸发锅(48)，所述加热管(41)设置在蒸发锅(48)内，蒸发锅(48)顶部连接冷凝管(43)，冷凝管(43)上设置蒸馏水出口(45)和进水阀(42)。

5.根据权利要求4所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述蒸发锅(48)容量为5L。

6.根据权利要求1所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述小功率加热单元(5)由多个PTC加热器(51)组成。

7.根据权利要求1所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述通气密封管道为聚氯乙烯材质管。

8.根据权利要求1所述的一种气动马达式岸边海浪发电系统，其特征在于：所述能量储存单元(3)包括有蓄电池。