CN114017245A - 一种浮式点吸收波浪能发电装置及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种浮式点吸收波浪能发电装置，涉及海洋工程、能源工程领域，用于降低点吸收器波浪能发电装置能量损耗。该浮式点吸收波浪能发电装置包括壳体、腔模块、传动模块和浮子，所述壳体内部包含所述腔模块、所述传动模块和所述浮子，用于保护所述腔模块和所述传动模块，与所述浮子进行相对运动，所述腔模块包括至少一个腔，用于存放功能部件，所述传动模块分别与所述腔模块和所述浮子进行连接，用于将所述浮子接收到的波浪能传送到所述腔模块，所述浮子位于所述腔模块下方，用于接收波浪能以及与所述壳体进行相对运动。

Description

一种浮式点吸收波浪能发电装置及其发电方法

技术领域

本申请涉及海洋工程、能源工程领域，尤其涉及一种浮式点吸收波浪能发电装置及其发电方法。

背景技术

作为海洋清洁能源的代表之一，海洋波浪能因其分布广泛、持续性强等特性，逐渐成为海洋工程与能源工程领域的关注重点之一。当前全球对于波浪能发电机的主流设计，均为通过波浪运动带动发电机与内部发电设备发生相对位移而将机械能转化为电能。根据不同的设计原理，当前主流的波浪能发电机可大致分为衰减器(Attenuator)波浪能发电机、点吸收器(Point Absorber)波浪能发电机、振荡波浪涌转换器(Oscillation WaveSurge Converter)、埋压差发电机(Submerged Pressure Differentiation)等。根据2013年全球波浪能发电机研究市场调研结果,点吸收器为波浪能开发领域运用最广泛的发电机类型。

点吸收器波浪能发电机主要通过波浪推动浮子运动、浮子带动下方发电设备运行的设计模式。然而，该设计模式导致在实际应用中，安装人员必须使用大量缆线以连接浮子与发电设备以及锚固发电设备，同时缆线的应用会使浮子与发电设备间存在明显的响应延时而导致可观的能量损耗，致使这一设计模式在能量转化效率、安装成本与难度、适用海区范围等方面存在较大的提升空间。

因此，现有的点吸收器波浪能发电装置存在能量损耗大、适用性差的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种浮式点吸收波浪能发电装置及其发电方法，以降低点吸收器波浪能发电装置能量损耗。

一种浮式点吸收波浪能发电装置，其特征在于，包括壳体、腔模块、传动模块和浮子，所述壳体内部包含所述腔模块、所述传动模块和所述浮子，用于保护所述腔模块和所述传动模块，与所述浮子进行相对运动，所述腔模块包括至少一个腔，用于存放功能部件，所述传动模块分别与所述腔模块和所述浮子进行连接，用于将所述浮子接收到的波浪能传送到所述腔模块，所述浮子位于所述腔模块下方，用于接收波浪能以及与所述壳体进行相对运动。

一种基于浮式点吸收波浪能发电装置的发电方法，包括：

在波浪的带动作用下，壳体与浮子同时发生运动，所述壳体与所述波浪产生同方向的运动，所述浮子在自身收到的浮力的作用下，产生与所述波浪相反方向的运动；

所述浮子运动时，产生弹力；

在所述弹力以及惯性作用下，所述浮子与所述壳体进行往复的相对运动；

所述浮子运动时，所述传动杆与所述浮子产生同方向的运动，推动发电机腔内部的发电机发电。

本申请通过提供一种浮式点吸收波浪能发电装置，该装置包括壳体、腔模块、传动模块和浮子，壳体内部包含腔模块、传动模块和浮子，用于保护腔模块和传动模块，与浮子进行相对运动，腔模块包括至少一个腔，用于存放功能部件，传动模块分别与腔模块和浮子进行连接，用于将浮子接收到的波浪能传送到腔模块，浮子位于腔模块下方，用于接收波浪能以及与壳体进行相对运动。通过浮子与传动模块连接，且位于腔模块下方，浮子可持续获得浮力，传动模块避免了响应延时，该浮式点吸收波浪能发电装置极大减小了对于缆绳锚固的需求、扩宽了适用海域的范围。既降低安装成本与难度、同时有效提高了点吸收器波浪能发电装置的能量转换效率以及海域适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例浮式点吸收波浪能发电装置的结构示意图；

图2是本申请另一实施例中浮式点吸收波浪能发电装置的结构示意图；

图3是本发明一实施例中基于浮式点吸收波浪能发电装置的发电方法的一交互流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

以下结合具体附图对本申请的实现进行详细的描述：

本申请实施例提供了一种浮式点吸收波浪能发电装置，如图1所示，包括壳体01、腔模块02、传动模块03和浮子04，壳体01内部包含腔模块02、传动模块03和浮子04，用于保护腔模块02和传动模块03，与浮子04进行相对运动，腔模块02包括至少一个腔，用于存放功能部件，传动模块03分别与腔模块02和浮子04进行连接，用于将浮子04接收到的波浪能传送到腔模块02，浮子04位于腔模块02下方，用于接收波浪能以及与壳体01进行相对运动。

上述浮式点吸收波浪能发电装置中的壳体01是指用于保护该装置所需要的外壳。

上述壳体01包括但不限于防腐蚀壳体、刚性壳体、轻质壳体。上述壳体01可为半开放壳体，应理解，此处的半开放壳体是指壳体01的某一端并没有完全闭合，该没有闭合的端作为开放端，此时，该开放端与浮子04在波浪能以及传动模块03的作用下，进行相对运动。

上述腔模块02是用于存放功能部件的模块。上述功能部件包括但不限于发电机、蓄电池、定位装置。应理解，此处不对腔模块02内部结构作具体限制，可根据实际情况以及功能实现进行结构设计。

本发明实施例提供一种浮式点吸收波浪能发电装置，该装置包括壳体01、腔模块02、传动模块03和浮子04，壳体01内部包含腔模块02、传动模块03和浮子04，用于保护腔模块02和传动模块03，与浮子04进行相对运动，腔模块02包括至少一个腔，用于存放功能部件，传动模块03分别与腔模块02和浮子04进行连接，用于将浮子04接收到的波浪能传送到腔模块02，浮子04位于腔模块02下方，用于接收波浪能以及与壳体01进行相对运动。通过浮子与传动模块连接，且位于腔模块下方，浮子可持续获得浮力，传动模块避免了响应延时，该浮式点吸收波浪能发电装置极大减小了对于缆绳锚固的需求、扩宽了适用海域的范围。既降低安装成本与难度、同时有效提高了点吸收器波浪能发电装置的能量转换效率以及海域适用性。

示例性地，如图2所示，腔模块02包括信标腔021、输电/储电腔022和发电机腔023，信标腔021用于存放信标进行位置标记，输电/储电腔022分别与信标腔021和发电机腔023进行连接，用于存放储电器和供电设备，发电机腔023内置发电机，用于发电。

上述信标腔021用于放置信标，使该装置具有标记位置的功能，方便使用过程中警示过往船只以及定位该装置以进行回收。

上述输电/储电腔022放置储电器与对外供电的设备，使得该装置能够进行存放电。

上述发电机腔023中的发电机，其发电一部分用于为信标腔021中的信标提供供电，一部分储存于输电/储电腔022内以提供外部设备供电.

通过波浪驱动浮子04与发电机腔023中的发电机进行共同运动，惯性与传动模块03共同作用导致浮子04与发电机腔023中的发电机间发生往复运动以驱动该发电机发电，再由储电装置给信标供电，维持信标稳定工作。在腔模块02中存放各种功能部件，使浮式点吸收波浪能发电装置具有不同功能。

进一步地，如图2所示，传动模块03包括传动杆031、弹簧032和轴承033，传动杆031分别与轴承033和发电机腔023连接，用于接收浮子04传递的波浪能并驱动发电机腔023中的发电机进行发电，弹簧032与浮子04连接，用于推动浮子04进行往复的相对运动，轴承033与浮子04连接，用于使传动杆031沿杆方向进行自由旋转。

上述传动杆031包括但不限于刚性传动杆、低密度传动杆，用于接收浮子04传递的波浪能并驱动发电机腔023中的发电机进行发电。

上述轴承033位于浮子04与传动杆031间相接处预留上下两圈内嵌滚珠的凹槽中，是用于为不限制传动杆031的旋转自由度，降低弹簧032受扭矩作用而导致使用寿命降低而设置的。

上述往复的相对运动的是指浮子04与发电机腔023中发电机的相对运动，例如，发电机静止在海平面上，浮子04受力向上，发电机运动到最高点，浮子04受力向下时。此处不对具体的相对运动状态进行限制，结合具体实际情况具有相对应的运动状态。

应理解，在发电过程中，海水带动壳体01运动，由于浮子04具有额外浮力，在弹簧032的作用下与该装置的壳体01由于惯性可产生往复的相对运动。与浮子04相连的传动杆031在沿杆方向与浮子04不存在相对运动，因此跟随浮子04与壳体01进行相对往复运动，从而推动发电机腔023内的发电机进行运动发电。

通过传动模块03中传动杆031、弹簧032和轴承033与浮子04和腔模块02中的功能部件的相对往复运动，能提高点吸收器波浪能发电装置的能量转换效率。

进一步地，浮子04为轻质塑料的饼状结构。

上述浮子04为轻质塑料的饼状结构使得浮子04支持点吸收器波浪能发电装置漂浮在海洋上。

此处需要说明的是，在安装点吸收器波浪能发电装置时，需将浮子04所在端朝下竖直放入水中，使该装置约2/3浸入海水并竖直漂浮于海水表面。

通过采用轻质塑料的饼状结构，保证点吸收器波浪能发电装置可漂浮在海上，且由于该浮子04为轻质材料，该点吸收器波浪能发电装置不易倒装，从而减少对于缆绳锚固的需求、提高了该点吸收器波浪能发电装置的适用性。

进一步地，壳体01内部包含密闭空腔和开放空腔，密闭空腔包含腔模块02，开放空腔包含传动模块03和浮子04。

上述密闭空腔是指与海洋无接触面积的腔体。上述密闭空腔是用来保护内部组件的腔体。

上述开放空腔是指与海洋具有接触面积的腔体1。上述开放空腔包含传动模块03和浮子04，用于使得浮子04与海洋接触并产生相对运动，从而推动传动模块03将运动传输给密闭空腔中的组件进行对应处理。

上述壳体01的形状包括但不限于圆柱体、棱柱体等。

优选地，上述壳体01为柱状壳体，则该密闭空腔为半球形。

壳体01采用不透水、轻质、刚性与耐腐蚀的材料，用于提升该点吸收器波浪能发电装置的使用寿命。

通过该壳体01的设计，降低点吸收器波浪能发电装置安装成本与难度、同时提高了点吸收器波浪能发电装置的能量转换效率。

本发明还提供一种基于浮式点吸收波浪能发电装置的发电方法，应用于上述基于浮式点吸收波浪能发电装置，如图3所示，其具体包括如下步骤S101至步骤S104：

S101、在波浪的带动作用下，壳体与浮子同时发生运动，壳体与波浪产生同方向的运动，浮子在自身收到的浮力的作用下，产生与波浪相反方向的运动。

S102、浮子运动时，压缩弹簧，使得弹簧产生弹力。

S103、在弹力以及惯性作用下，浮子与壳体进行往复的相对运动。

S104、浮子运动时，传动杆与浮子产生同方向的运动，推动发电机腔内部的发电机发电。

在步骤S101中，在发电过程中，海洋中的波浪能带动浮式点吸收波浪能发电装置的外壳运动，使得壳体与浮子同时发生运动。

上述壳体受波浪的作用力，与波浪产生同方向的运动。

上述浮子为轻质塑料的饼状结构，自身浮力大于波浪能的带动作用，浮子在自身收到的浮力的作用下，产生与波浪相反方向的运动。

在步骤S103中，上述往复的相对运动是指浮子与壳体之间的相对运动为可循环的相对运动，也就是说，浮子与壳体之间的相对运动具有周期性。

在步骤S104中，传动杆与浮子直接相连，在沿杆方向上与浮子不存在相对运动，该传动杆与浮子具有相同的运动状态，因此，该传动杆跟随浮子与壳体进行相对往复运动，从而推动发电机腔内的发电机进行运动发电。

通过壳体，传动杆、弹簧与浮子和发电机腔内的发电机的相对往复运动，能推动发电机腔内的发电机进行运动发电，从而提高点吸收器波浪能发电装置的能量转换效率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种浮式点吸收波浪能发电装置，其特征在于，包括壳体、腔模块、传动模块和浮子，所述壳体内部包含所述腔模块、所述传动模块和所述浮子，用于保护所述腔模块和所述传动模块，与所述浮子进行相对运动，所述腔模块包括至少一个腔，用于存放功能部件，所述传动模块分别与所述腔模块和所述浮子进行连接，用于将所述浮子接收到的波浪能传送到所述腔模块，所述浮子位于所述腔模块下方，用于接收波浪能以及与所述壳体进行相对运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔模块包括信标腔、输电/储电腔和发电机腔，所述信标腔用于存放信标进行位置标记，所述输电/储电腔分别与所述信标腔和所述发电机腔进行连接，用于存放储电器和供电设备，所述发电机腔内置发电机，用于发电。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传动模块包括传动杆、弹簧和轴承，所述传动杆分别与所述轴承和所述发电机腔连接，用于接收所述浮子传递的波浪能并驱动所述发电机腔中的发电机进行发电，所述弹簧与所述浮子连接，用于推动所述浮子进行往复的相对运动，所述轴承与所述浮子连接，用于使所述传动杆沿杆方向进行自由旋转。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述轴承位于所述浮子与所述传动杆间相接处预留上下两圈内嵌滚珠的凹槽中。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮子为轻质塑料的饼状结构。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述壳体内部包含密闭空腔和开放空腔，所述密闭空腔包含所述腔模块，所述开放空腔包含所述传动模块和所述浮子。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述壳体为柱状壳体，所述密闭空腔为半球形，所述壳体采用不透水、轻质、刚性与耐腐蚀的材料。

8.一种基于浮式点吸收波浪能发电装置的发电方法，所述基于浮式点吸收波浪能发电装置的发电方法应用于权利要求1至7任一项所述的基于浮式点吸收波浪能发电装置，其特征在于，包括：

在波浪的带动作用下，壳体与浮子同时发生运动，所述壳体与所述波浪产生同方向的运动，所述浮子在自身收到的浮力的作用下，产生与所述波浪相反方向的运动；

所述浮子运动时，产生弹力；

在所述弹力以及惯性作用下，所述浮子与所述壳体进行往复的相对运动；

所述浮子运动时，所述传动杆与所述浮子产生同方向的运动，推动发电机腔内部的发电机发电。

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