CN111075635A - 一种新型潮能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型潮能发电装置，包括空心的坝体，坝体内设置至少一组发电组件，发电组件包括一端连接发电机的动力轴，动力轴上固定设置至少一组水轮机组件；水轮机组件包括至少两个横排串联设置的不同直径的同心的水轮机单体；坝体前侧壁设置前进水通道、前出水通道以及前进水闸门、前出水闸门，坝体后侧壁对应设置后进水通道以及后进水闸门；每个水轮机单体都对应有各自的前进水通道和后进水通道；前出水通道和后出水通道在坝体的位置对应直径最小的水轮机单体；涨潮时，前进水闸门和后进水闸门从低位置到高位置依次开启使潮水通过对应前进水通道、依次经过直径从小到大的水轮机单体从而推动水轮机组件转动。

Description

一种新型潮能发电装置

技术领域

本发明属于潮能发电领域，具体涉及一种新型潮能发电装置。

背景技术

随着化石能源、石油能源等传统能源日渐减少和枯竭，人们必将日益重视对水能、风能、太阳能、潮汐能以及核能的开发和利用，它必将是一个趋势，一个国家的经济战略。水能受制地形，不是高山峡谷不能建坝，而且建造成本很高；太阳能需要大面积铺设太阳能板，与民争地。风能受限制更多，需要特地风口区域才能建设；核能利用需要建设核电站，耗资巨大，而且存在泄漏风险，一旦泄漏，对环境以及人民健康的影响巨大。潮能自远古至今、潮起潮落，万年不变。潮汐发电与普通水利的发电原理类似，通过建设水库、在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后落潮时放出海水，利用高低潮水位的落差推动水轮机旋转，带动发电机发电。我国有11000公里的海岸线，大小河口、海湾、岛湾、有着丰富的潮能发电资源。潮能发电是一种可再生的、取之不尽、用之不竭的高效的清洁能源。而且潮能大坝，只是起到拦潮蓄水的作用，坝体无需建的太高，也无需太过坚固。按照现在的建坝水平、施工水平、一般中型潮能发电站建设周期不需要很长，而且现在的钢混坝体、水轮机、发电机也不属于易损机件，投资不需要太大。潮能发电是一种投资小、见效快方便利用的发电方法。

然而由于我国沿海海岸，多属于5米以下的低潮位海域，海水落差较小，势能较小。加上现有的潮水发电站的坝址选择、水轮机设计、电机组设计比较落后，不能充分利用潮水的动能和位能，因此严重影响着对潮能的开发和利用，现在我国潮能发电机领域几乎空白。急需要一种新款高效、适应低潮位潮能发电需要的潮能发电水坝和发电机。

发明内容

本发明提供一种新型潮能发电装置。

本发明的目的是以下述方式实现的：一种新型潮能发电装置，包括空心的坝体，坝体内设置至少一组发电组件，发电组件包括一端连接发电机的动力轴，动力轴上固定设置至少一组水轮机组件；水轮机组件包括至少两个横排串联设置的不同直径的同心的水轮机单体；坝体前侧壁设置前进水通道、前出水通道以及控制前进水通道开合的前进水闸门、控制前出水通道开合的前出水闸门，前出水通道底部与坝体前侧地平面平齐；坝体后侧壁对应前进水通道设置后进水通道以及后进水闸门；每个水轮机单体都对应有各自的前进水通道和后进水通道；前出水通道和后出水通道在坝体的位置对应直径最小的水轮机单体；涨潮时，前进水闸门和后进水闸门从低位置到高位置依次开启使潮水通过对应前进水通道、依次经过直径从小到大的水轮机单体从而推动水轮机组件转动；退潮时，水库中潮水从后出水通道冲击对应的水轮机单体使水轮机组件转动后经过前出水通道流走。

坝体两端分别设置副坝体，两个副坝体呈八字形设置在坝体两侧，构成喇叭形的蓄水区域。

坝体的前进水通道以及后进水通道的横截面从坝体外部向坝体内部逐渐变小。

一组水轮机组件中从中间到两侧水轮机单体的直径逐渐变小。

从坝体上方看，一组水轮机组件所对应的坝体的前侧壁和后侧壁的内壁之间组成横截面为菱形或者近似菱形的水轮机组件的安放空间；安放空间对应直径最大的水轮机单体的位置的底部最低、两侧的底部逐渐升高；坝体的坝顶上设置与安放空间对应的天窗。

水轮机单体为圆柱形，水轮机单体沿外圆周均布凹斗；坝体内设置多个前水道和后水道；前水道一端与对应前进水通道相连通，另一端延伸到与对应水轮机单体外圆周接触；后水道一端与对应后进水通道连通，另一端延伸到与对应的水轮机单体外圆周接触，涨潮时，潮水经过前水道冲击对应水轮机单体顶部位置使水轮机单体转动；前出水通道与对应直径最小的水轮机单体之间、以及后出水通道与对应直径最小的水轮机单体之间分别设置泄洪水道；泄洪水道一端与对应的前出水通道或者后出水通道相连通、另一端延伸到与对应水轮机单体外圆周接触；水轮机组件的轴线的高度高于后出水通道使退潮时潮水冲击对应水轮机单体底部位置使水轮机组件转动；坝体设置将坝体内积水抽出的抽水泵。

相邻组水轮机组件之间设置隔断墙体，同一发电组件的动力轴穿过隔断墙体。

出水闸门底部与坝体前侧地平面平齐；前进水闸门和后进水闸门底部高于坝体前侧地平面50公分以上；前进水闸门前安装强固型防护网。

坝体前侧壁、后侧壁都成拱形，前侧壁向潮水来的方向拱起，后侧壁向水库的方向拱起。

坝体以落潮的最低点、涨潮的起始点作为建坝点。

本发明的有益效果是： 本发明中坝体和副坝体构成喇叭形的蓄水区域，可以有效的聚拢海水、使海水进入前进水通道时流速加快，有效的推动水轮机组件转动。并且在水轮机组件中设置多个不同直径的水轮机单体，不同高度的闸门对应不同直径的水轮机单体，能有效的利用几乎所有涨潮以及退潮的时间进行发电，几乎24小时不间断的发电。

附图说明

图1是坝体整体示意图。

图2一段坝体前侧壁主视图。

图3是一段坝体后侧壁主视图。

图4是包含一组发电组件的一段坝体的俯视图。

图5是图4的A-A向剖视图（最大水轮机单体对应部位）。

图6是图4的B-B向剖视图（最小水轮机单体对应部位）。

图7是图6的水轮机单体侧视图。

图8是图4的C-C向剖视图。

图9是图8的D-D向视图。

图10是坝体两面拱形的实施例图。

图11图5另一种实施例的的B-B向剖视图（最小水轮机单体对应部位）。

其中，1是副坝、2是坝体、3是坝体前侧壁、30是前进水通道、31是前出水通道、32是前进水闸门、33是前出水闸门、4是坝体后侧壁、40是后进水通道、41是后出水通道、42是后进水闸门、43是后出水闸门、5是水库、6是发电机、7是动力轴、8是水轮机组件、80是水轮机单体、81是凹斗、9是天窗、11是支撑件、34是前水道、44是后水道、45是泄洪水道。

具体实施方式

如图1- 10所示，一种新型潮能发电装置，包括空心的坝体2，坝体2内设置至少一组发电组件，发电组件包括一端连接发电机6的动力轴7，动力轴7上固定设置至少一组水轮机组件8；水轮机组件8包括至少两个同心设置的直径不同的水轮机单体80；坝体前侧壁3设置前进水通道30、前出水通道31以及控制前进水通道30开合的前进水闸门32、控制前出水通道31开合的前出水闸门33，前出水通道31底部与坝体2前侧地平面平齐。坝体后侧壁4对应前进水通道30设置后进水通道30以及后进水闸门32。前出水通道31和后出水通道41在坝体2的位置对应直径最小的水轮机单体80；每个水轮机单体80都对应各自的前进水闸门32和后进水闸门42。涨潮时，前进水闸门32和后进水闸门42从低位置到高位置依次开启使潮水通过对应前进水通道30、依次经过直径从小到大的水轮机单体80从而推动水轮机组件8转动。退潮时，水库中潮水从后出水通道经过对应的水轮机单体使水轮机组件转动后经过前出水通道流走。坝体2后侧壁对应前出水通道31位置也可以设置后出水通道41以及后出水闸门43。后出水通道41与前出水通道40高度基本一致。退潮时，水库的潮水可以从后出水通道41进入坝内，推到水轮机转动，然后从前出水通道31流走。这里的坝体后侧壁4是指坝体面向水库5的一侧，坝体前侧壁3是指面向水库5外面的一侧。前进水闸门32设置在前进水通道30的位于坝体2外部的一端。后进水闸门42设置在后进水通道40的位于坝体2外部的一端。图中H为吧前地面高度位置。

水轮机单体80就是能通过水推动从而转动的机构。现有的机构都可以采用。一组水轮机组件8对应的的动力轴7上设置不同直径的水轮机单体80。每个水轮机单体80都有对应的前进水闸门32和后进水闸门42。前出水闸门33和后出水闸门43的高度低于最小直径的水轮机单体80对应的前进水闸门32和后进水闸门42的高度。一般的，前出水闸门33和后出水闸门43的最低处与坝体2前的地平面大致平齐或者稍低，以最大限度的利用潮水位能冲击力。不同直径的水轮机单体80对应的前进水闸门32横向并排设置、竖向高度不同。水轮机单体80直径越大，对应的前进水闸门32和后进水闸门42的高度越高。

传统的潮汐发电装置，进水闸门都在同一个高度，然而涨潮是一个缓慢的过程，在潮水的高度到达进水闸门的高度之前，并不能利用潮水的势能发电，造成潮汐发电的效率不高。本发明中不同高度的闸门对应不同直径的水轮机单体，能有效的利用的几乎所有涨潮以及退潮的时间进行发电。

坝体2两端分别设置副坝体1，两个副坝体1呈八字形设置在坝体2两侧，构成喇叭形的蓄水区域。涨潮比较缓慢，设置喇叭形的蓄水区域可以有效的聚拢海水、使海水进入进水闸门时流速加快，充满进水闸门所在的进水通道，有效的推动水轮机组件8转动。

坝体2的前进水通道30以及后进水通道40的横截面从坝体2外部向坝体内部逐渐变小。类似喇叭形的前进水通道30和后进水通道40可以使水充满进水通道。进坝潮水动能更大、更具有冲击例。可以更好的推动对应的水轮机单体80以及水轮机组件8转动。

一组水轮机组件8中从中间到两侧水轮机单体80的直径逐渐变小。水轮机组件8两侧为直径较小的水轮机单体80，中间为直径较大的水轮机单体80。直径较小的水轮机单体80的个数可以大于直径较大的水轮机单体80的个数。因为直径较小的水轮机单体80对应的进水闸门较低，潮水势能低，所以用更多的水轮机单体80推动动力轴7转动发电。最小的水轮机单体80直径可以1米，一个水轮机组件8中设置4个；最大的水轮机单体80直径可以是10米，一组水轮机组件8中设置1个。其他直径的水轮机单体80根据需要设置直径和个数。水轮机组件的一个或者数个动力轴7和相邻的发电机6动力输出轴直接相连，构成一个发电组件。多个发电组件共同构成整个新型潮能发电站的发电机组合。

从坝体2上方看，一组水轮机组件8所对应的坝体2的前侧壁3和后侧壁4的内壁之间组成横截面为菱形或者近似菱形的水轮机组件的安放空间；安放空间对应直径最大的水轮机单体80的位置的底部最低、两侧的底部逐渐升高。坝体2的坝顶上设置与安放空间对应的天窗9。这里的内侧是指坝体2内部的一侧。安放空间与水轮机组件8的形状对应，水轮机组件8与安放空间的内壁或者底部之间的最小距离要保证检修人员通过，可以设置为半米到2米。这里近似菱形的空间可以是：在菱形空间的两个锐角处设置直边代替锐角，组成截面不是正六边形的安放空间；当然菱形空间的四个角都可以用直边代替，这样坝体2内的水轮机组件8会更加紧凑。这里的安放空间整体呈菱形，细节上可以根据对应水轮机单体80的直径设置成阶梯状。安装水轮机组件8时，整体从天窗9的开口处将水轮机组件放入对应的安放空间。动力轴7可以分开设置，然后不同水轮机组件8对应的动力轴再组装在一起。

水轮机单体80为圆柱形，水轮机单体80沿外圆周均布凹斗81。坝体2内设置多个前水道34和后水道44；前水道34一端与对应前进水通道30相连通，另一端延伸到与对应水轮机单体80外圆周接触；后水道44一端与对应后进水通道40连通，另一端延伸到与对应的水轮机单体80外圆周接触。涨潮时，潮水经过前水道34冲击对应水轮机单体80顶部位置使水轮机单体80转动。前出水通道31与对应直径最小的水轮机单体80之间、以及后出水通道41与对应直径最小的水轮机单体80之间分别设置泄洪水道45；泄洪水道45一端与对应的前出水通道31或者后出水通道41相连通、另一端延伸到与对应水轮机单体80外圆周接触。水轮机组件8的轴线的高度高于后出水通道41的高度使退潮时潮水冲击对应水轮机单体80底部位置使水轮机组件8转动。坝体2设置将坝体2内积水抽出的抽水泵。如果直径最小的水轮机单体80直径是1米，此时优选水轮机组件8轴线高于坝前地平面接近1米，对应后出水通道41可以高于坝前地平面50厘米，低于轴线1米，防止库内泥沙冲击叶片。此时前出水通道31可以设置成倾斜的，挨着坝内的一侧开口位置较高，靠着坝外的一侧与地面平齐，如图11所示。对应的前进水通道30和后进水通道40位于水轮机单体轴线上部，最好靠近顶部。坝体2设置将坝体2内积水抽出的抽水泵。凹斗81是沿着水轮机单体80外圆周设置的槽，相邻槽之间部分相当于叶片。不同直径的水轮机单体80上的凹斗81可以设置成相同大小规格的，之间的间距也可以相等。当然，不同大小和间距的也可以。不同直径水轮机单体80对应的前进水通道30高度和大小可以保持一致。

前水道34、后水道44以及泄洪水道45与水轮机单体80接触或者靠近的部分可以设置成高强度耐磨塑料，其余部分可以为其他的材质，比如与坝体相同的材质。前水道34与后水道44以及泄洪水道45可以在水轮机单体80安装完成之后设置，可以通过可拆卸的方式固定在前进水通道30末端或者后进水通道40末端，当然设置成一体也可以、比如砌筑在一起。前水道34和后水道44以及泄洪水道45下方还可以设置支撑件11。涨潮时，潮水基本都从前进水通道30、前水道34、水轮机单体80、后水道44、对应后出水通道41经过，使坝体2内部不存水，减小阻力。涨潮过程中坝体2内部可能有少量渗水，所以可以抽水泵将积水抽出，保证水轮机组件8转动时保持较低的阻力。抽水泵的抽水位置设置在坝体内较低位置处、优选最低处，出水管道可以贴着坝壁通到坝体顶部将渗水排出坝体。抽水泵根据需要设置种类，比如轴流泵或离心泵，根据不同类型的泵旋转泵的安装位置。

相邻组水轮机组件8之间设置隔断墙体，同一发电组件8对应的动力轴7穿过隔断墙体。前出水闸门33底部与坝体2前侧地平面平齐；前进水闸门32和后进水闸门42底部高于坝体2前侧地平面50公分以上；前进水闸门32前安装强固形防护网。坝体2呈拱形，向水库的方向拱起。或者所述坝体前侧壁、后侧壁都成拱形，前侧壁向潮水来的方向拱起，后侧壁向水库的方向拱起。拱形有更好的力学性能，可以更好的抵御水的压力。防护网可以为强固形渣石防护网，防止潮水中的渣石等对水轮机叶片的直接冲击，以保护水轮机；此部分为现有技术，不再详细描述。坝体2以落潮的最低点、涨潮的起始点作为建坝点，相对前窄后宽的海湾口为最理想的建坝之地。在尽可能多的拦蓄潮水的区域作为最理想的建坝地址。现有的潮能大坝，大多在距离入海口10公里的地方，本专利坝体最好建造在距离如海口三到五公里以内较近的地方。。坝体上窄下宽、垂直立墙，上下坝体中空。坝体为特种抗海水腐蚀钢混坝体，坝体两端建有潮能发电站的各种控制系统和办公系统。坝体顶端开设有通过液压或者电机控制的可自动闭合的天窗。坝内迎着涨潮面还建设有大约100厘米宽、检修通道和通风通道，检修通道和通风通道的开口设在坝体两端高过坝顶的地方。鉴于我国东南沿海多属于5米以下的低潮位海域，坝体主要起拦潮蓄水的作用，所以具体的实施例中，坝体无需建的太过坚固。可以选用以下数据：地上坝高6米，地下坝深6米，坝基嵌入地下连山石，坝宽可以设置1200厘米，闸门长100厘米，宽100厘米。不同直径水轮机单体80对应的前进水通道31上下高度错位放置，直径大的水轮机单体80的前进水通道30高于直径小的水轮机单体80对应的前进水通道30。

具体实施时，涨潮刚开始时，所有前进水闸门32、后进水闸门42、前出水闸门33、后出水闸门43都是关闭状态。潮水上升到最低位置的前进水通道30时，打开对应的前进水闸门32和后进水闸门42，潮水依次经过最低位置的前进水通道30、前水道34、水轮机单体80、后水道44、从对应后出水通道41经过进入水库内，在此过程中水轮机转动发电。当水库内的水位上涨到到靠下方第二个后进水闸门32，最下方前进水闸门32和对应的后进水闸门42关闭，其上方的前进水闸门32和对应的后进水闸门42开启，水从第二个高的前进水闸门32进入坝体2，带动对应直径的水轮机单体80转动。再从后出水通道41进入水库。依次进行直到库内水位涨到与最高的水轮机叶片平齐。所有水闸关闭，如果涨潮还在进行，潮水可以翻过坝体进入水库。退潮时，所有前进水闸门32和后进水闸门42都关闭；后出水闸门43以及前出水闸门33打开，潮水从后进水通道41经过对应的泄洪水道45冲击直径最小的水轮机单体下部，推动水轮机单体转动，潮水到达另一侧的泄洪水道45，进前出水通道31流走。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (10)

1.一种新型潮能发电装置，包括空心的坝体，其特征在于：所述坝体内设置至少一组发电组件，发电组件包括一端连接发电机的动力轴，动力轴上固定设置至少一组水轮机组件；水轮机组件包括至少两个横排串联设置的不同直径的同心的水轮机单体；坝体前侧壁设置前进水通道、前出水通道以及控制前进水通道开合的前进水闸门、控制前出水通道开合的前出水闸门，前出水通道底部与坝体前侧地平面平齐；坝体后侧壁对应前进水通道设置后进水通道以及后进水闸门；每个水轮机单体都对应有各自的前进水通道和后进水通道；前出水通道和后出水通道在坝体的位置对应直径最小的水轮机单体；涨潮时，前进水闸门和后进水闸门从低位置到高位置依次开启使潮水通过对应前进水通道、依次经过直径从小到大的水轮机单体从而推动水轮机组件转动；退潮时，水库中潮水从后出水通道冲击对应的水轮机单体使水轮机组件转动后经过前出水通道流走。

2.根据权利要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：所述坝体两端分别设置副坝体，两个副坝体呈八字形设置在坝体两侧，构成喇叭形的蓄水区域。

3.根据权利 要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：所述坝体的前进水通道以及后进水通道的横截面从坝体外部向坝体内部逐渐变小。

4.根据权利要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：一组水轮机组件中从中间到两侧水轮机单体的直径逐渐变小。

5.根据权利要求4所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：从坝体上方看，一组水轮机组件所对应的坝体的前侧壁和后侧壁的内壁之间组成横截面为菱形或者近似菱形的水轮机组件的安放空间；安放空间对应直径最大的水轮机单体的位置的底部最低、两侧的底部逐渐升高；坝体的坝顶上设置与安放空间对应的天窗。

6.根据权利要求1-5任一所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：所述水轮机单体为圆柱形，水轮机单体沿外圆周均布凹斗；坝体内设置多个前水道和后水道；前水道一端与对应前进水通道相连通，另一端延伸到与对应水轮机单体外圆周接触；后水道一端与对应后进水通道连通，另一端延伸到与对应的水轮机单体外圆周接触，涨潮时，潮水经过前水道冲击对应水轮机单体顶部位置使水轮机单体转动；前出水通道与对应直径最小的水轮机单体之间、以及后出水通道与对应直径最小的水轮机单体之间分别设置泄洪水道；泄洪水道一端与对应的前出水通道或者后出水通道相连通、另一端延伸到与对应水轮机单体外圆周接触；水轮机组件的轴线的高度高于后出水通道使退潮时潮水冲击对应水轮机单体底部位置使水轮机组件转动；坝体设置将坝体内积水抽出的抽水泵。

7.根据权利要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：相邻组水轮机组件之间设置隔断墙体，同一发电组件的动力轴穿过隔断墙体。

8.根据权利要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：所述出水闸门底部与坝体前侧地平面平齐；前进水闸门和后进水闸门底部高于坝体前侧地平面50公分以上；前进水闸门前安装强固型防护网。

9.根据权利要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：所述坝体前侧壁、后侧壁都成拱形，前侧壁向潮水来的方向拱起，后侧壁向水库的方向拱起。

10.根据权利要求1所述一种新型潮能发电装置，其特征在于：所述坝体以落潮的最低点、涨潮的起始点作为建坝点。

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