CN110513240A - 一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于波浪能发电领域，具体涉及一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置。本发明针对现有技术方法上的不足，基于已有技术，通过实时调整中间横隔墙位置，改变气室内水体固有频率，拓宽波能俘获有效宽度，将波浪能提取效率保持最优状态，间接提高了振荡水柱式波浪能装置的发电效率。

Description

一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置

技术领域

本发明属于波浪能发电领域，具体涉及一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置。

背景技术

随着世界经济的不断发展以及社会人口的急剧膨胀，人类消耗的能源也在不断增加。能源在促进经济和社会发展方面发挥着关键作用。英国石油公司2018年能源评估报告显示，2017年全球能源需求增长2.2％，高于10年来1.7％的平均水平。能源消费增量最大的是燃料和天然气，其次是可再生能源和石油。化石燃料燃烧造成气候变化和环境污染，由于环境压力和潜在的能源危机的存在，激发了全球对可再生能源研发的兴趣。波浪能作为可再生能源的重要组成部分，以其能量密度高、对环境的负面影响小而受到全世界的关注。

波浪能转化技术主要有以下型式：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。振荡水柱式波浪能发电装置采用空气传递能量，通过将气室内运动的波浪的能量转换成运动的气流，利用气流推动透平实现能量传递。该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，但是发电效率低。

Ning等指出双气室振荡水柱波能转换装置在波能转换效率与波浪能俘获有效频宽上较单气室振荡水柱装置有明显增益效果。邓争志等指出在前、后气室设置弹簧结构，使装置在波浪作用下实现中隔板的纵荡运动。进而在纵向压缩空气做功的基础上可实现横向压缩空气做功，有益于能量获取。专利指出该装置工程可靠性强，实用价值高。

波浪能装置的高效获能技术的研究已经成为一种新趋势。衡量波浪能装置波能俘获特性的指标不仅包括最佳获能效率，还包括波能俘获的频带宽度(简称“频宽”)。传统的波能装置仅在共振时具有较大的波能俘获效率，在偏离共振频率的波周期下则具有较低的效率，这将降低波能装置的适用性。较大的波能俘获频宽可使得波能装置能够在较宽的频率范围内具有较高的波能俘获效率，有效增大波能装置的频宽可增强波能装置的适用性，提高波浪能装置在工程应用方面的竞争性，因此具有重要实践意义和发展前景。

发明内容

本发明的目的在于提供可实时调整中间横隔墙位置，改变气室内水体固有频率，拓宽波能俘获有效宽度，将波浪能提取效率保持最优状态，从而提高发电效率的一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括双气室结构，在前后两气室上部均设有气室透平和储电装置；所述的双气室结构包括顶板、前墙、后墙、两侧横隔墙及中间纵隔墙；还包括气室控制系统；所述的气室控制系统包括信号接收装置和液压装置；所述的信号接收装置安装于双气室结构的顶板上；所述的两侧横隔墙上均设有嵌入式滑道；所述的中间纵隔墙安装在两侧横隔墙的嵌入式滑道中；所述的液压装置由信号接收装置控制，液压装置安装于双气室结构的顶板下方，且液压装置的输出端与中间纵隔墙连接。

本发明还可以包括：

还包括波浪监测装置；所述的波浪监测装置设置在双气室结构的外部，波浪监测装置中设有水位计、信号转换和传输设备；所述的波浪监测装置的信号传输给双气室结构顶板上的信号接收装置。

所述的嵌入式滑道包括上下两条滑道，在滑道中设置由锁死装置。

本发明的有益效果在于：

本发明针对现有技术方法上的不足，基于已有技术，设计了一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置。本发明通过实时调整中间横隔墙位置，改变气室内水体固有频率，拓宽波能俘获有效宽度，将波浪能提取效率保持最优状态，间接提高了振荡水柱式波浪能装置的发电效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的整体结构俯视图。

图3是本发明的内部细节图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明针对现有技术方法上的不足，基于已有技术，提出一种增大振荡水柱(OWC)装置波能俘获频宽的方法，主要目的在于设计出一种具有更高的波浪能提取效率、更广的有效频带宽度的振荡水柱式波浪能装置。

一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置主要由以下系统组成：气室控制系统、波浪检测系统和OWC波浪能发电系统。主要特征在于气室控制系统：信号接收装置9、液压装置10和中间纵隔墙2。信号接收装置9安装在OWC装置顶板12上方，液压装置10安装在顶板12和中间纵隔墙2之间，用以驱动中间纵隔墙2。控制系统原理：基于气室宽度与气室内水体固有频率的关系，通过液压装置10调整中间纵隔墙2，进而调整气室宽度以适应波浪频率，使气室内水体与入射波发生共振以实现波能俘获效率的最优。信号接收装置9将接收的入射波频率信号转换成位移信号，然后利用位移电信号驱动液压装置10。液压装置10运动改变中间纵隔墙2的位置如图1虚线，调整前、后气室内水体固有频率，以期获得最佳的捕能效率。同时信号的传递具有实时性，能保证OWC气室及时调整气室内水体固有频率。

中间纵隔墙的移动：中间纵隔墙2位于OWC内部，由两侧横隔墙11内布置的嵌入式滑道13以及液压装置10固定，用以分隔两个气室，中间纵隔墙的移动可以改变两个气室内水体固有频率。中间纵隔墙2在液压装置10驱动下，沿着两侧嵌入式滑道13移动(位置变化如图1虚线所示)，保证气室内水柱在频率范围更广的波浪条件下实现共振。当液压装置10在接收到信号接收装置9处理后的位移信号后，液压装置10实时驱动中间纵隔墙2，使其沿着两侧横隔墙11内的嵌入式滑道13移动到最佳位置以确保能最大程度获取波浪能。

嵌入式滑道布置：嵌入式滑道布置在两侧横隔墙11内，由上下两条滑道组成，与液压装置10共同支撑中间纵隔墙2。同时布置两条嵌入式滑道13设置锁死装置以确保波浪作用下中间纵隔墙2不会发生位移与转动。嵌入式滑道13应根据当地海况以及气室内共振波浪情况考虑布置，避免与海水直接接触，以提高OWC装置的生存能力和耐久性。当驱动装置10控制中间纵隔墙2到达最佳位置后，由嵌入式滑道13上的锁死装置限制中间纵隔墙2的移动，确保波浪作用下中间纵隔墙2不会发生位移与转动。

波浪检测系统由水位计、传输线、信号转换设备和波浪检测终端组成。波浪检测系统安放于OWC装置前。水位计用来检测入射波波高和周期，通过传输线和信号转换设备将检测数据转换为电信号存储于波浪检测终端。当入射波到达波浪监测装置8位置时，装置中的水位计来检测入射波波高和周期，然后通过传输线和信号转换设备将数据转换为电信号存储于检测终端，实时发送给信号接收装置9。

OWC波能发电系统由前墙1、中间纵隔墙2、后墙3、前气室透平4、前气室储电装置6、后气室透平5、后气室储电装置7构成。前墙1、中间纵隔墙2、横隔墙11与顶板12构成OWC气室，当波浪到达气室后水体上下运动，气室内空气被循环吸入与排出，空气做功驱动前气室透平4进行发电，能量由前气室储电装置6储存。当入射波到达OWC装置气室后，气室内水体上下运动，促使气室内空气被循环吸入与排出，空气做功驱动透平进行发电，能量由气室储电装置储存。

波浪要素的信号传输：波浪检测系统的终端将入射波要素以无线电信号的形式传递给信号接收装置9。信号接收装置9主要由接收设备、数据处理设备以及传输线构成。信号接收装置9获得入射波要素后立刻分析，通过数据处理设备将波浪要素电信号转换为液压装置10位移电信号。波浪检测系统的终端将入射波要素以无线电信号的形式传递给信号接收装置9。信号接收装置9获得入射波要素后立刻分析，通过数据处理设备将波浪要素电信号转换为液压装置位移电信号，通过传输线实时传递给液压装置10。

本发明的有益效果在于：通过实时调整中间横隔墙位置，改变气室内水体固有频率，拓宽波能俘获有效宽度，将波浪能提取效率保持最优状态，间接提高OWC装置的发电效率。

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 (3)

1.一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置，包括双气室结构，在前后两气室上部均设有气室透平和储电装置；所述的双气室结构包括顶板、前墙、后墙、两侧横隔墙及中间纵隔墙；其特征在于：还包括气室控制系统；所述的气室控制系统包括信号接收装置和液压装置；所述的信号接收装置安装于双气室结构的顶板上；所述的两侧横隔墙上均设有嵌入式滑道；所述的中间纵隔墙安装在两侧横隔墙的嵌入式滑道中；所述的液压装置由信号接收装置控制，液压装置安装于双气室结构的顶板下方，且液压装置的输出端与中间纵隔墙连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置，其特征在于：还包括波浪监测装置；所述的波浪监测装置设置在双气室结构的外部，波浪监测装置中设有水位计、信号转换和传输设备；所述的波浪监测装置的信号传输给双气室结构顶板上的信号接收装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有较大波能俘获频宽的振荡水柱式波浪能装置，其特征在于：所述的嵌入式滑道包括上下两条滑道，在滑道中设置由锁死装置。