CN111075631A - 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置 - Google Patents

一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111075631A
CN111075631A CN202010122442.9A CN202010122442A CN111075631A CN 111075631 A CN111075631 A CN 111075631A CN 202010122442 A CN202010122442 A CN 202010122442A CN 111075631 A CN111075631 A CN 111075631A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
box
power generation
wave
box body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010122442.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李彪
隋芳芳
董宇豪
王军
陈宁
刘炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN202010122442.9A priority Critical patent/CN111075631A/zh
Publication of CN111075631A publication Critical patent/CN111075631A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/148—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the static pressure increase due to the wave
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

本发明属于海洋能源利用与可再生能源发电技术领域，尤其涉及一种弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，用于浅水及近岸海域的波浪能发电。主要结构包括弹性薄膜、箱体、箱体壁、出水单向阀、进水单向阀、出水管路、进水管路及发电设备等。两组弹性薄膜分别覆盖安装于两组箱体的迎波面和背波面，两组箱体平行安装于固定在海底的装置底座上。每组箱体的侧壁面各开有两个水孔，各安装一组进水单向阀和出水单向阀。两组箱体的进水孔连通，出水孔连通，并分别与发电设备的内部液压组件相连。装置通过波面下水压差对弹性薄膜的作用，将波浪能转换为箱体内水的压力能，再通过发电设备内的液压组件及发电机，将水的压力能转换为电能。

Description

一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置
技术领域
本发明属于海洋能源利用与可再生能源发电技术领域，尤其涉及一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置。
背景技术
波浪能是一种极具前途的清洁可再生能源，具有能量品质好、储藏量大、分布广泛的优点，它的开发利用对于推进可持续发展、海洋资源开发等具有重要意义，在中国，对波浪能的开发利用已经列入了国家能源发展战略，具有广阔的发展前景。
现有的离岸式波浪能利用技术可以分为点吸收式和线吸收式两类，点吸收式波浪能转换装置主要是通过浮体在波浪中的垂荡运动产生的位移或相对位移变化，通过PTO（Power Take-off，能量提取）阻尼将浮体运动的机械能转换为液压能或电磁能，再经过蓄能器等能量储存、传输单元，最终驱动发电机进行发电，或者通过其他设备制造淡水或制冰等。该类装置主要包括振荡浮子式、振荡水柱式等具体类型。线吸收式波浪能转换装置则能够吸收沿着波浪传播线一定距离的波浪能，如著名的英国“Pelamis”等。
上述的波浪能转换装置具有很好的能量转化效果，但一般具有一组或多组随波浪振荡的浮体等运动结构，这种类型的装置在大风浪条件下，受到冲击容易损坏，从而影响装置的生存性能及海况适应性。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置，该发电装置浸没于波面以下，不易受到恶劣海况的冲击；发电装置的主体结构没有运动部件，生存性能良好，并具备较高的波浪能转换效率。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置，适用于浅水及近岸海域的波浪能发电。该波浪能发电装置为一浸没于波面下的独立的发电单元，主要结构包括弹性薄膜、箱体、箱体壁、出水单向阀及进水单向阀等，均为两组，另外还有出水管路、进水管路及发电设备等。
所述两组弹性薄膜分别覆盖安装于两组箱体（箱体1和箱体2）的迎波面和背波面，两组箱体平行安装在固定于海底的装置底座上。
所述箱体1和箱体2平行于波峰面的剖面呈梯形形状，上壁面长度大于下壁面长度，每组箱体的侧壁面各开有两个水孔，安装进水单向阀和出水单向阀。箱体1和箱体2的进水孔连通，出水孔连通，并分别与发电设备内部的液压组件相连。
所述进水单向阀只能在一定水压条件下向箱体外打开，不能向箱体内打开；所述出水单向阀只能在一定水压条件下向箱体内打开，不能向箱体外打开。
所述弹性薄膜箱体式波浪能发电装置完全浸没于波面以下，箱体及各处管路内均充满水。
所述发电设备内包括箱体、溢流阀、节流阀、蓄能器、液压马达和发电机等。
所述发电机与液压马达同轴直连，并具备必要的绝缘、防水性能。
所述节流阀安装在液压马达进水管路上，用于调节液压马达的转速。
所述蓄能器安装在液压马达进水管路上，用于平稳水压的波动，使液压马达旋转均匀。
所述溢流阀与液压马达并联于管路中，主要是对液压马达及发电机进行保护。若波浪过大，弹性薄膜变形幅度过大，输出的水压过高，多余的水通过溢流阀放空返回。
上述技术方案的工作原理是：根据浅水行进波的特点，波面下的水质点是做以水平方向为主的往复运动。当波浪的波峰接近箱体时，两组箱体的迎波面压力大于背波面压力，箱体1上安装的弹性薄膜将在水压差的作用下向箱体内侧弹性变形，箱体1内部的水从出水单向阀中进入出水管，然后进入发电设备内部。
在发电设备内部，出水管的水通过节流阀推动液压马达旋转，液压马达带动发电机发电并通过输电线输出。流过液压马达的水进入进水管，并通过进水单向阀进入箱体2（由于箱体1内的水的压力比较高，水并不会通过进水单向阀进入箱体1）。箱体2的弹性薄膜在压力作用下向箱体外侧鼓出变形。反之，当波浪波峰通过箱体时，两组箱体的背波面压力大于迎波面压力，循环以上过程。在上述过程中，箱体壁是刚体结构，不会在水压差作用下发生变形。
本发明的有益效果：本发明提出了一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置，该系统通过波面下水压差对弹性薄膜的作用，将波浪能转换为水的压力能，再通过一系列的液压组件及发电机，将水的压力能转换为电能，从而实现了波浪能的有效吸收利用。本发明具有结构新颖、经济性好、生存能力强的显著优势，尤其适用于中国沿海及沿岸的浅海水域。基于上述理由本发明可在海岸工程、海洋工程、清洁能源技术领域广泛推广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2，图3是弹性薄膜箱体的结构示意图及工作原理示意图；
图4是发电设备结构示意图。
图中，1-1、1-2：弹性薄膜，2-1、2-2：箱体，3-1、3-2：箱体壁，4-1、4-2：箱体底座，5：装置底座，6-1、6-2：出水单向阀（出水孔），7-1、7-2：进水单向阀（进水孔），8：出水管路，9：进水管路，10：发电设备，11：海底，12：入射波浪，10-1：节流阀，10-2：蓄能器，10-3：溢流阀，10-4：液压马达，10-5：发电机，10-6：输电线。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1、图2、图3和图4所示，一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置，主要结构包括弹性薄膜1-1、1-2，箱体2-1、2-2，箱体壁3-1、3-2，装置底座5，出水单向阀（出水孔）6-1、6-2，进水单向阀（进水孔）7-1、7-2，出水管路8，进水管路9及发电设备10等。
本发明的弹性薄膜箱体式波浪能发电装置的工作过程共分为两步，分别包括两级能量转换，具体为：
工作过程1：图1给出了本发明的结构示意图，图2给出了当入射波浪12的波峰接近箱体时，本发明装置中的箱体、弹性薄膜等主要结构示意图及工作原理图，其中，箱体2-1的形态变化见图2（a），箱体2-2的形态变化见图2（b）。当入射波浪12的波峰接近箱体2-1和箱体2-2时，两组箱体的迎波面压力p1大于背波面压力p2，箱体2-1上安装的弹性薄膜1-1将在水压差p1-p2的作用下向箱体内侧弹性变形，箱体2-1内部水的压力也随之增大，在此过程中，波浪能转换为箱体2-1内部水的压力能，即第一级能量转换。随后，箱体2-1内部的水在压力作用下从出水单向阀6-1中进入出水管路8，然后进入发电设备10。
如图4所示，在发电设备10的内部，出水管路8的水通过节流阀10-1推动液压马达10-4旋转，液压马达10-4带动发电机10-5发电并通过输电线10-6输出，在此过程中，水的压力能转换为电能，即第二级能量转换。流过液压马达10-4的水进入进水管路9，并通过进水单向阀7-2进入箱体2-2（此时，由于箱体2-1内水的压力比较高，水不会通过进水单向阀7-1进入箱体2-1）。箱体2-2的弹性薄膜1-2在水压作用下向箱体外侧鼓出变形，直至进水单向阀7-2两侧水的压力达到平衡。
工作过程2：图3给出了当入射波浪12的波峰通过箱体后，本发明装置中的箱体、弹性薄膜等主要结构示意图及工作原理图，其中，箱体2-1的形态变化见图3（a），箱体2-2的形态变化见图3（b）。当入射波浪12的波峰通过箱体2-1和箱体2-2后，两组箱体的迎波面压力p1小于背波面压力p2，箱体2-2上安装的弹性薄膜1-2将在水压差p2-p1的作用下向箱体内侧弹性变形，在此过程中，波浪能转换为箱体2-2内部水的压力能，即第一级能量转换。随后，箱体2-2内部的水从出水单向阀6-2中进入出水管路8，然后进入发电设备10。
如图4所示，在发电设备10的内部，出水管路8的水通过节流阀10-1推动液压马达10-4旋转，液压马达10-4带动发电机10-5发电并通过输电线10-6输出，在此过程中，水的压力能转换为电能，即第二级能量转换,。流过液压马达10-4的水进入进水管路9，并通过进水单向阀7-1进入箱体2-1（此时，由于箱体2-2内水的压力比较高，水不会通过进水单向阀7-2进入箱体2-2）。箱体2-1的弹性薄膜1-1在水压作用下向箱体外侧鼓出变形，直至进水单向阀7-1两侧的水的压力达到平衡。
在本实施例中，随着入射波浪12的行进，本发明的发电装置循环重复上述工作过程1和工作过程2，使波浪能持续的转换为电能输出。
本实施例中，所述弹性薄膜1-1覆盖安装于箱体2-1的迎波面，所述弹性薄膜1-2覆盖安装于箱体2-2的背波面。弹性薄膜在膜两侧水压差的作用下可以向箱体内侧或箱体外侧鼓出变形。
所述箱体壁是3-1和箱体壁3-2是刚体结构，不会在水压差的作用下发生变形。
所述箱体2-1和箱体2-2平行于波峰面的剖面呈梯形形状，由于越接近波面，水质点水平往复运动速度越大，为了更有效的吸收波浪能并降低成本，箱体的上壁面长度L1大于下壁面长度L2，且箱体垂直于波峰线的宽度D小于入射波波长的1/2。
所述箱体2-1和箱体2-1分别通过箱体底座4-1和箱体底座4-2平行安装在所述装置底座5上，装置底座5固定于海底11。
所述箱体2-1和箱体2-2的侧壁面分别开有两个水孔，安装出水单向阀6-1、6-2和进水单向阀7-1、7-2。出水单向阀6-1和6-2通过出水管路8连通，进水单向阀7-1和7-2通过进水管路9连通。出水管路8和进水管路9分别通入发电设备10。
所述出水单向阀6-1和6-2只能在一定水压条件下分别向箱体2-1和箱体2-2外侧打开，不能向内侧打开；所述进水单向阀7-1和7-2只能在一定水压条件下向箱体2-1和箱体2-2内侧打开，不能向外侧打开。
所述弹性薄膜箱体式波浪能发电装置布置在沿岸或浅海水域，并完全浸没于波面以下，在工作过程中，箱体及各处管路内均充满水。进一步的，箱体的布置深度主要取决于所述入射波浪12的波长，安装水深不超过波长的1/2，以确保波浪对装置的有效水动力作用。
在本实施例中，所述发电设备10的主要结构包括节流阀10-1、蓄能器10-2、溢流阀10-3、液压马达10-4和发电机10-5等。
所述发电机10-5与液压马达10-4同轴直连，并具备必要的绝缘、防水性能。
所述节流阀10-1安装在液压马达10-4的进水管路上，用于调节液压马达10-4的转速。
所述蓄能器10-2安装在液压马达10-4的进水管路上，用于平稳水压的波动，使液压马达10-4旋转均匀。
所述溢流阀10-3与液压马达10-4并联于管路中，主要是对液压马达10-4及发电机10-5进行过载保护。若波浪过大，弹性薄膜变形幅度过大，输出的水压过高，多余的水通过溢流阀放空返回。
在具体实施例中，本发明采用的弹性薄膜1-1、1-2，箱体2-1、2-2，箱体壁3-1、3-2，出水单向阀6-1、6-2，进水单向阀7-1、7-2，出水管路8，进水管路9，发电设备10及装置底座5等主要结构或设备的尺寸、质量、材料、工作参数等均可以根据布放海域的波浪状况进行调整，由于整个装置浸没于波面下，且主要结构没有运动部件，因此对恶劣海况有较好的适应性。
与现有技术相比，本发明具有结构新颖、经济性好、生存能力强的显著优势，尤其适用于中国沿海及沿岸的浅海水域。基于上述理由本发明可在海岸工程、海洋工程、清洁能源技术领域广泛推广。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，包括弹性薄膜、箱体、管路及发电设备；两组弹性薄膜分别覆盖安装于两组箱体的迎波面和背波面，所述两组箱体通过管路连接，所述发电设备设置在所述管路上。
2.根据权利要求1所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，两组所述箱体的形状、尺寸及质量完全相同。
3.根据权利要求2所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，所述箱体平行于波峰面的剖面呈梯形形状，上壁面长度大于下壁面长度，箱体垂直于波峰面的宽度小于入射波浪波长的1/2。
4.根据权利要求1所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，所述弹性薄膜在膜两侧水压差的作用下可以向箱体内侧或箱体外侧鼓出变形。
5.根据权利要求3所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，还包括进水单向阀和出水单向阀；每组箱体的侧壁面各设置有两个水孔，各安装一组进水单向阀和出水单向阀。
6.根据权利要求5所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，所述出水单向阀只能向箱体外侧打开；所述进水单向阀只能向箱体内侧打开。
7.根据权利要求6所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，两个安装有所述进水单向阀的水孔通过管路连通形成进水管路，两个安装有所述出水单向阀通过管路连通形成出水管路。
8.根据权利要求7所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，所述发电设备采用液压式能量转换系统，发电设备的内部组件分别与进水管路和出水管路连通。
9.根据权利要求1-8任一项所述的弹性薄膜箱体式波浪能转换装置，其特征在于，所述波浪能发电装置完全浸没于波面以下，箱体及各处管路内均充满水，安装水深不超过波长的1/2。
CN202010122442.9A 2020-02-27 2020-02-27 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置 Pending CN111075631A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010122442.9A CN111075631A (zh) 2020-02-27 2020-02-27 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010122442.9A CN111075631A (zh) 2020-02-27 2020-02-27 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111075631A true CN111075631A (zh) 2020-04-28

Family

ID=70324442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010122442.9A Pending CN111075631A (zh) 2020-02-27 2020-02-27 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111075631A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113107742A (zh) * 2021-05-28 2021-07-13 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 一种压差式外转子水力发电机及调压系统
CN113982810A (zh) * 2021-09-09 2022-01-28 曹越 一种通过将波浪能转换成水压产生喷射推力的装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113107742A (zh) * 2021-05-28 2021-07-13 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 一种压差式外转子水力发电机及调压系统
CN113982810A (zh) * 2021-09-09 2022-01-28 曹越 一种通过将波浪能转换成水压产生喷射推力的装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020220634A1 (zh) 一种具有振荡水柱式波浪能发电装置的方箱型浮式防波堤
CN102149918A (zh) 海浪能发生器
CN109236549B (zh) 一种高效波浪能发电装置
CN101424244A (zh) 一种潜浮式海洋波浪能发电装置
CN108488025B (zh) 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法
Sabzehgar et al. A review of ocean wave energy conversion systems
US10947952B2 (en) Floating wind-wave integrated power generation system
CN111075631A (zh) 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置
CN111058990A (zh) 一种铰接浮筏阵列式波浪能吸收系统
CN109185023B (zh) 集成于浮式防波堤的液舱浮子式波能发电装置
WO2019090804A1 (zh) 集成于浮式防波堤的摆式波浪能发电装置
CN109183709A (zh) 抛物线型波能利用式防波堤
CN103967712A (zh) 基于单桩平台的风能-波浪能集成发电结构
CN111120192A (zh) 防波堤的波浪能集成发电系统及方法
CN101922403B (zh) 波浪能发电系统
CN112302873B (zh) 海上漂浮式发电平台
CN211924369U (zh) 一种弹性薄膜箱体式波浪能发电装置
CN111120190A (zh) 一种窄缝聚波式高效波浪能吸收装置
CN102943730B (zh) 一种波力直驱水轮机
CN110107458B (zh) 一种基于新型基础的兼顾风浪发电的透空式防波堤
CN111980848A (zh) 一种浮式防波堤兼振荡气室发电装置
CN109469578B (zh) 一种风电/海洋能互补性发电消波装置
CN104018980A (zh) 一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置
CN216617734U (zh) 振荡水柱与振荡浮子相结合的多自由度运动波能转换装置
CN115419544A (zh) 海上风力发电机组底座结合浮子式水动力发电的装置与方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination