CN113446147A - Owc发电单元及集成owc发电单元阵列的漂浮式网箱 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋能及海洋渔业技术领域,具体涉及种OWC发电单元及一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱。本发明设计了一种OWC发电单元,当波浪作用于OWC发电单元引起气室内部的水体作升沉运动,此时波浪能转换为水柱的势能;振荡水柱对气室内的空气产生正压和负压,进而剧烈流动的空气驱动气室上方的空气透平系统做功发电,实现势能‑机械能‑电能的转化。本发明通过将多个OWC发电单元通过OWC气室隔墙呈圆形阵列排布,并与漂浮式网箱集成,保障深水网箱全天候、平稳持续的自供能运行,符合空间共享、海能海用的理念。
Description
技术领域
本发明属于海洋能及海洋渔业技术领域,具体涉及种OWC发电单元及一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱。
背景技术
国际能源署发布的《2020年世界能源展望》报告显示,在全球能源需求整体下滑的背景 下,可再生能源开发利用表现出了更大弹性,预计2020-2030年,可再生能源电力需求将增 长2/3,约占全球电力需求增量的80%。波浪能作为海洋可再生能源的一种,具有无污染、储 量大和分布广等优点,具有较大的应用前景。我国波浪能资源丰富,有效开发利用波浪能可 为海工装备、海洋牧场和岛礁建设等提供清洁能源支持。
随着推进海水养殖从岸基、滩涂、浅海向深海、远海拓展,海洋牧场的开发、建设、运 行和维护均离不开电力能源的支持,而现有的能源供应方式具有成本高、安全隐患大、环保 性差等缺点,因此寻求可促进海洋牧场发展的新空间、新能源、新装备是必然趋势。
针对深水养殖网箱不间断能源需求大、燃料选择少、陆地供电难等问题,考虑海洋中波 浪能储量大、分布广和无污染等特点,聚焦深水养殖网箱全天候、可持续、平稳、安全的电 力供给,在此背景下,诸多学者提出波浪能装置集成于海上平台的概念。Liang Li;Yan Gao; Zhiming Yuan;Sandy Day;Zhiqiang Hu;Dynamic response and powerproduction of a floating integrated wind,wave and tidal energy system[J].Renewable Energy,2018,116:412-422中,Liang 等研究了集成风、浪、流三种新能源装置于一体的海上浮式可再生能源系统水动力性能,仿 真结果表明三者存在协同作用,降低了平台的动态响应,提高了系统总发电量。张俊生;孙 梓峰;刘勇男;陈昌平;任健峰;王长龙;吴勇翰;一种波浪能张力腿式网箱平台[P],辽宁省: CN212138931U,2020-12-15中,张俊生等提出一种波浪能张力腿式网箱平台,将波浪作用下 网箱垂荡运动产生的机械能转化为电能,实现网箱用电的自给自足。波浪能装置与海洋牧场 平台集成,其成本共享和空间共享的理念能够促进波浪能装置的工程化应用,助力深水网箱 养殖、海洋牧场技术的健康发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种OWC发电单元。
本发明的目的通过如下技术方案来实现:包括气室前墙6、气室后墙和空气透平系统1; 所述的气室后墙底部开设有从正面贯穿至背面的浮力腔室10,在气室后墙左侧中部设有连接 模块,在气室后墙右侧面上部开设有从正面贯穿至背面的气室凹槽,在气室后墙右侧底部设 有气室底部模块;所述的连接模块的右侧面与气室后墙的左侧面贴合,连接模块的正面与背 面均与气室后墙齐平,在连接模块底面设有安装凸台;所述的气室底部模块的左侧面与气室 后墙的右侧面贴合,气室底部模块的底面、正面与背面均与气室后墙齐平;所述的气室前墙 6设置在气室后墙的右侧,且气室前墙6的顶面低于气室后墙的顶面,气室前墙6顶面通过 斜面板与气室后墙的右侧面上端连接;所述的空气透平系统1安装在气室后墙的顶面中央, 且位于气室凹槽上方。
本发明还可以包括:
所述的连接模块和气室底部模块的顶面均为倾斜面,连接模块的顶面与气室后墙的左侧 面在外部形成钝角,气室底部模块的顶面与气室后墙的右侧面在外部形成钝角。
本发明的目的还在于提供一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱。
本发明的目的通过如下技术方案来实现:网箱上端安装有圆环形浮架,沿圆环形浮架的 圆周开设有安装槽,安装槽与OWC发电单元中连接模块的安装凸台适配;所述的OWC发 电单元围绕圆环形浮架排列,构成呈圆形阵列形式的OWC发电单元阵列,相邻的OWC发电单元通过OWC气室隔墙3间隔。
本发明还可以包括:
还包括配重底圈5;所述的配重底圈5悬挂在网箱下部,配重底圈5用于将网箱的网衣4 和网底2连接,起到维持网箱形状、保障养殖空间的作用。
本发明的有益效果在于:
本发明设计了一种OWC发电单元,当波浪作用于OWC发电单元引起气室内部的水体作升沉运动,此时波浪能转换为水柱的势能;振荡水柱对气室内的空气产生正压和负压,进而剧烈流动的空气驱动气室上方的空气透平系统做功发电,实现势能-机械能-电能的转化。 本发明通过将多个OWC发电单元通过OWC气室隔墙呈圆形阵列排布,并与漂浮式网箱集成,保障深水网箱全天候、平稳持续的自供能运行,符合空间共享、海能海用的理念。
附图说明
图1为本发明中一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱的结构俯视图。
图2为本发明中一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱的结构正视图。
图3为本发明中一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱的结构透视图。
图4为本发明中一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱的正剖图。
图5为本发明中一种OWC发电单元的透视剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明属于海洋能及海洋渔业技术领域,具体涉及种OWC发电单元及一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱。
如图5所示,一种OWC发电单元,包括气室前墙6、气室后墙和空气透平系统1。气室后墙底部开设有从正面贯穿至背面的浮力腔室10,在气室后墙左侧中部设有连接模块,在气 室后墙右侧面上部开设有从正面贯穿至背面的气室凹槽,在气室后墙右侧底部设有气室底部 模块。连接模块的右侧面与气室后墙的左侧面贴合,连接模块的正面与背面均与气室后墙齐 平,连接模块的顶面为倾斜面,连接模块的顶面与气室后墙的左侧面在外部形成钝角,在连 接模块底面设有安装凸台。气室底部模块的左侧面与气室后墙的右侧面贴合,气室底部模块 的底面、正面与背面均与气室后墙齐平,气室底部模块的顶面为倾斜面,气室底部模块的顶 面与气室后墙的右侧面在外部形成钝角。气室前墙6设置在气室后墙的右侧,且气室前墙6 的顶面低于气室后墙的顶面,气室前墙6顶面通过斜面板与气室后墙的右侧面上端连接;所 述的空气透平系统1安装在气室后墙的顶面中央,且位于气室凹槽上方;
本发明还提供了一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱。
如图1至图4所示,网箱上端安装有圆环形浮架,沿圆环形浮架的圆周开设有安装槽, 安装槽与OWC发电单元中连接模块的安装凸台适配。OWC发电单元围绕圆环形浮架排列, 构成呈圆形阵列形式的OWC发电单元阵列,相邻的OWC发电单元通过OWC气室隔墙3间隔。网箱下部设有配重底圈5;所述的配重底圈5悬挂在网箱下部,配重底圈5用于将网箱 的网衣4和网底2连接,起到维持网箱形状、保障养殖空间的作用。
本发明的有益效果在于:本发明通过将可靠性高的OWC装置与漂浮式网箱集成,系统 实现波浪能-机械能-电能的转化;保障深水网箱全天候、平稳持续的自供能运行;符合空间 共享、海能海用的理念。
实施例1:
振荡水柱(OWC)波能装置具有可靠性高、施工难度小、运维成本低等优点,因此本发: 将漂浮式网箱和阵列OWC装置集成,设计出一种具有高可靠性、全天候、平稳持续的自供 能式集成阵列OWC波能装置的漂浮式网箱布置方案。
本发明主要由以下系统组成:深水网箱系统、OWC波浪能发电系统、平台载体系统。深 水网箱系统由网底2、网衣4、配重底圈5和网箱浮架系统8组成。其中悬挂在箱体下部的配 重底圈5将网衣4和网底2相连接,起到维持网箱形状、保障养殖空间的作用。网箱浮架系统8将网衣4集成于平台载体主体9底部,用以定位网箱主体,加强网箱的稳定性。
OWC波浪能发电系统由空气透平系统1、OWC气室隔墙3、OWC气室前墙6、OWC气 室7和平台载体主体9组成。当波浪透过OWC气室前墙6进入OWC气室7内后水体作升 沉运动,使得气室内空气不断排出并吸入,运动中的气体驱动空气透平系统1中的涡轮叶片 做功产生电能。平台载体主体9可充当OWC装置后墙结构,以提高OWC装置的可靠性和 生存能力。多个OWC波能装置间通过OWC气室隔墙3呈圆形阵列排布。
平台载体系统由平台载体主体9和浮力腔室10组成。平台载体主体9既作为网箱的平台 又充当OWC装置的后墙,通过空间共享实现OWC波浪能发电系统和深水网箱系统的集成 设计,为网箱浮架系统8提供掩护。浮力腔室10内嵌于平台载体主体9中为集成系统提供浮 力。
网衣4采用封闭式结构,与上部的网箱浮架系统8相连接,浮架可保持网箱形状并控制 网箱升沉。与网底2相连接配重底圈5凭借自身重力,提高海流作用下网箱的稳定性。
OWC波浪能发电系统中,加厚的OWC气室前墙6以提高装置波浪荷载承受能力,减小荷载冲击引起的结构损伤。空气透平系统1安装于OWC气室7上方中央。OWC装置底端采 用倾斜角,以减弱入射波浪因强非线性引起的OWC气室7内水柱运动的能量耗散。当波浪 作用于OWC装置引起OWC气室7内部的水体作升沉运动,此时波浪能转换为水柱的势能; 振荡水柱对气室内的空气产生正压和负压,进而剧烈流动的空气驱动气室上方的空气透平系 统1叶片做功发电,此时实现势能-机械能-电能的转化。
平台载体系统中,浮力腔室10嵌于平台载体主体9内部,多个平台载体主体9通过OWC 气室隔墙3呈圆形阵列排布组成平台载体系统。作为一种集成阵列OWC波能装置的漂浮式 网箱的平台模块,分别与OWC波浪能发电系统和深水网箱系统连接,一方面可将OWC波浪能发电系统产出的电能储存并平稳输送到深水网箱系统,另一方面可为网箱提供稳定安全 的环境掩护。
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 (5)
1.一种OWC发电单元,其特征在于:包括气室前墙(6)、气室后墙和空气透平系统(1);所述的气室后墙底部开设有从正面贯穿至背面的浮力腔室(10),在气室后墙左侧中部设有连接模块,在气室后墙右侧面上部开设有从正面贯穿至背面的气室凹槽,在气室后墙右侧底部设有气室底部模块;所述的连接模块的右侧面与气室后墙的左侧面贴合,连接模块的正面与背面均与气室后墙齐平,在连接模块底面设有安装凸台;所述的气室底部模块的左侧面与气室后墙的右侧面贴合,气室底部模块的底面、正面与背面均与气室后墙齐平;所述的气室前墙(6)设置在气室后墙的右侧,且气室前墙(6)的顶面低于气室后墙的顶面,气室前墙(6)顶面通过斜面板与气室后墙的右侧面上端连接;所述的空气透平系统(1)安装在气室后墙的顶面中央,且位于气室凹槽上方。
2.根据权利要求1所述的一种OWC发电单元,其特征在于:所述的连接模块和气室底部模块的顶面均为倾斜面,连接模块的顶面与气室后墙的左侧面在外部形成钝角,气室底部模块的顶面与气室后墙的右侧面在外部形成钝角。
3.基于权利要求1所述的一种OWC发电单元的一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱,其特征在于:网箱上端安装有圆环形浮架,沿圆环形浮架的圆周开设有安装槽,安装槽与OWC发电单元中连接模块的安装凸台适配;所述的OWC发电单元围绕圆环形浮架排列,构成呈圆形阵列形式的OWC发电单元阵列,相邻的OWC发电单元通过OWC气室隔墙(3)间隔。
4.根据权利要求3所述的一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱,其特征在于:所述的连接模块和气室底部模块的顶面均为倾斜面,连接模块的顶面与气室后墙的左侧面在外部形成钝角,气室底部模块的顶面与气室后墙的右侧面在外部形成钝角。
5.根据权利要求3或4所述的一种集成OWC发电单元阵列的漂浮式网箱,其特征在于:还包括配重底圈(5);所述的配重底圈(5)悬挂在网箱下部,配重底圈(5)用于将网箱的网衣(4)和网底(2)连接,起到维持网箱形状、保障养殖空间的作用。
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