CN114087111A - 一种自漂浮独立型波浪能发电装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自漂浮独立型波浪能发电装置及其工作方法，属于波浪能发电技术领域。装置包括浮体、波浪能捕获装置、液压油缸、发电装置和蓄电池，其中，浮体外侧设置有波浪能捕获装置，浮体内部设置有发电装置和蓄电池，波浪能捕获装置通过液压油缸连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。本发明的浮子对低频海浪具有更高的幅值响应，发电效率高，可以为海上养殖、海上观测浮标、海上孤岛等提供电能，而且可以自漂浮，独立运行，无需依托海上平台，应用范围广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种自漂浮独立型波浪能发电装置及其工作方法，属于波浪能发电技术领域。
背景技术
在能源紧张的时代背景下，有“蓝色油田”之称的海洋能源因具有储量巨大、清洁无污染的特性成为21世纪国际能源领域研究开发的热点。海洋能的储量可以达到10万太瓦时/年，其中，波浪能因分布于近海面、能量密度高、开发难度小、质量高等优点受到各国可再生能源开发领域的极大关注。
为了实现海上浮标长期工作，海上孤岛独立运行，供电是亟需解决的难题，采用岸上供电，铺设电缆成本高昂，且施工难度很大，工作时间也受蓄电池限制，若采用太阳能供电，则供电时间十分受限，因此从海浪获取电能是非常便捷实用的。
目前，波浪能发电装置普遍存在发电输出功率不足、性价比低的问题，严重限制了波浪能发电的应用，提升波浪能发电装置的发电能力，是波浪能发电技术发展与应用的关键，也是当前国际上波浪能发电领域的主流方向，而且现有的波浪能发电装置需要依附船只、岛屿等海上平台使用，应用范围受限。为此，提出本发明。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种自漂浮独立型波浪能发电装置，浮子对低频海浪具有更高的幅值响应，发电效率高，可以为海上养殖、海上观测浮标、海上孤岛等提供电能，而且可以自漂浮，独立运行，无需依托海上平台，应用范围广阔。
本发明还提供上述自漂浮独立型波浪能发电装置的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种自漂浮独立型波浪能发电装置，包括浮体、波浪能捕获装置、液压油缸、发电装置和蓄电池，其中，浮体外侧设置有波浪能捕获装置，浮体内部设置有发电装置和蓄电池，波浪能捕获装置通过液压油缸连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。
优选的，浮体为矩形中空体，浮体顶部设置有浮球。
进一步优选的，浮体底部通过锚缆设置有锚，通过锚为浮体进行定位固定。
优选的，波浪能捕获装置包括浮子、导向轨和橡胶弹簧，导向轨两端通过橡胶弹簧环绕设置于浮体四周，浮子两端通过滑块滑动连接于导向轨之间，浮子连接于液压油缸，液压油缸通过支撑座设置于浮体上，通过波浪振幅带动浮子沿导向轨运动，橡胶弹簧为导向轨提供弹力支撑，进一步加强浮子振幅，缓冲减压的同时避免海水腐蚀，液压油缸将浮子的波浪能转换为液压能。
进一步优选的，浮子外侧为双段圆弧状，上段圆弧的弧长大于下段圆弧的弧长，通过双段圆弧设计使浮子为仿海豚头流线型浮子，对海豚流线型结构仿生利用，利用流线型结构降低浮子运动时所受海水阻力的影响，提高波浪能采集效率，海豚头结构避免纯粹的流线型结构竖直插入水中时，影响浮子上浮的浮力，采用类似海豚头的结构，可以有效地将减阻与保持浮力相平衡。浮子是与波浪直接接触的部分，通过随波浪做垂荡运动捕获能量。
优选的，浮子和浮球内部均设置有纳米发泡塑料。纳米发泡塑料密度小，浮力大，受温度影响小，对于波浪起伏的随动反应灵敏度高，有利于提高波浪能采集效率。
优选的，发电装置包括液压马达和发电机，液压马达通过液压管路外接有液压油缸，液压马达输出端通过联轴器连接有发电机，发电机连接有蓄电池。发电机所产生的电能可以存储于蓄电池中，也可以直接给负载供电。
进一步优选的，液压马达输出端和联轴器之间设置有扭矩仪，通过扭矩仪测量液压马达的输出扭矩，液压马达采用双联齿轮马达，双联齿轮马达与液压油缸之间设置有比例流量阀和电磁球阀，通过电磁球阀控制管路的开断，比例流量阀调节流量大小。
上述自漂浮独立型波浪能发电装置的工作方法，操作步骤如下：
(1)浮体通过锚固定于设定位置，浮球为浮体提供浮力，漂泊于海面；
(2)浮子在波浪作用下沿导向轨上下运动，进而驱动液压油缸伸缩，带动液压油缸做功，液压油进入液压马达；
(3)液压油驱动液压马达转动，液压马达旋转，带动发电机运动，发电机将机械能转化为电能；
(4)电能存储于蓄电池中或供给负载。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的浮子对低频海浪具有更高的幅值响应，发电效率高，可以为海上养殖、海上观测浮标、海上孤岛等提供电能，而且可以自漂浮，独立运行，无需依托海上平台，应用范围广阔。
2、本发明采用周向设计，可以高效率的捕获各个方向的海浪。
3、本发明的浮子采用仿生海豚头流线型结构的设计，可以有效降低浮子垂荡运动时的阻力，提高对波浪能的采集效率，此外仿生海豚的流线型结构可以让浮子对于波浪的上下运动的反应更加灵敏，随动幅度更大，动作更多，垂荡运动过程更加均匀，进一步提高了波浪能的采集效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构俯视图；
图3为本发明的浮子结构侧面示意图；
图4为本发明的发电装置结构示意图；
图5为本发明的液压马达管路连接示意图；
图6为本发明的对比例浮子结构示意图；
图7为本发明的浮子幅值响应图。
其中：1、液压油缸；2、支撑座；3、导向轨；4、连接座；5、浮子；6、橡胶弹簧；7、滑块；8、浮体；9、比例流量阀；10、电磁球阀；11、浮球；12、液压马达；13、扭矩仪；14、联轴器；15、发电机；16、发电机底座；17、减震螺丝；18、锚缆、19、锚。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-5所示，本实施例提供一种自漂浮独立型波浪能发电装置，包括浮体8、波浪能捕获装置、液压油缸1、发电装置和蓄电池，其中，浮体8外侧设置有波浪能捕获装置，浮体内部设置有发电装置和蓄电池，波浪能捕获装置通过液压油缸1连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。
浮体8为矩形中空体，浮体8顶部设置有浮球11。
浮体8底部通过锚缆18设置有锚19，通过锚为浮体进行定位固定。
波浪能捕获装置包括浮子5、导向轨3和橡胶弹簧6，导向轨3两端通过橡胶弹簧6环绕设置于浮体8四周，浮子5两端通过滑块7滑动连接于导向轨3之间，浮子5连接于液压油缸1，液压油缸1通过支撑座2设置于浮体8上，通过波浪振幅带动浮子沿导向轨运动，橡胶弹簧为导向轨提供弹力支撑，进一步加强浮子振幅，缓冲减压的同时避免海水腐蚀，液压油缸将浮子的波浪能转换为液压能。
浮子5外侧为双段圆弧状，上段圆弧的弧长大于下段圆弧的弧长，通过双段圆弧设计使浮子为仿海豚头流线型浮子，对海豚流线型结构仿生利用，利用流线型结构降低浮子运动时所受海水阻力的影响，提高波浪能采集效率，海豚头结构避免纯粹的流线型结构竖直插入水中时，影响浮子上浮的浮力，采用类似海豚头的结构，可以有效地将减阻与保持浮力相平衡。浮子是与波浪直接接触的部分，通过随波浪做垂荡运动捕获能量。
发电装置包括液压马达12和发电机15，液压马达12通过液压管路外接有液压油缸1，液压马达12输出端通过联轴器14连接有发电机15，发电机15连接有蓄电池，发电机底座16通过减震螺丝17设置于浮体8内部。发电机所产生的电能可以存储于蓄电池中，也可以直接给负载供电。
上述自漂浮独立型波浪能发电装置的工作方法，操作步骤如下：
(1)浮体8通过锚19固定于设定位置，浮球11为浮体提供浮力，漂泊于海面；
(2)浮子5在波浪作用下沿导向轨3上下运动，进而驱动液压油缸1伸缩，带动液压油缸做功，液压油进入液压马达12；
(3)液压油驱动液压马达12转动，液压马达旋转，带动发电机15运动，发电机将机械能转化为电能；
(4)电能存储于蓄电池中或供给负载。
实施例2：
一种自漂浮独立型波浪能发电装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，浮子5和浮球11内部均设置有纳米发泡塑料。纳米发泡塑料密度小，浮力大，受温度影响小，对于波浪起伏的随动反应灵敏度高，有利于提高波浪能采集效率。
实施例3：
一种自漂浮独立型波浪能发电装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，液压马达12输出端和联轴器14之间设置有扭矩仪13，通过扭矩仪13测量液压马达的输出扭矩，液压马达12采用双联齿轮马达，双联齿轮马达与液压油缸1之间设置有比例流量阀9和电磁球阀10，如图5所示，通过电磁球阀控制管路的开断，比例流量阀调节流量大小。
对比例：
本对比例提供一种自漂浮独立型波浪能发电装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，浮子为平底浮子，如图6所示，将对比例与实施例1分别进行造波水池实验，输入波高为1m，得到浮子幅值响应图，如图7所示，图中的纵坐标RAOs是指浮子响应特性，如RAOs为1m/m表示波高为1m浮子运动行程为1m。由图7可知，实施例1的随动幅度高于对比例，对波浪能的利用效果更好。
Claims (9)
1.一种自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，包括浮体、波浪能捕获装置、液压油缸、发电装置和蓄电池，其中，浮体外侧设置有波浪能捕获装置，浮体内部设置有发电装置和蓄电池，波浪能捕获装置通过液压油缸连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。
2.如权利要求1所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，浮体为矩形中空体，浮体顶部设置有浮球。
3.如权利要求2所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，浮体底部通过锚缆设置有锚。
4.如权利要求3所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，波浪能捕获装置包括浮子、导向轨和橡胶弹簧，导向轨两端通过橡胶弹簧环绕设置于浮体四周，浮子两端通过滑块滑动连接于导向轨之间，浮子连接于液压油缸，液压油缸通过支撑座设置于浮体上。
5.如权利要求4所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，浮子外侧为双段圆弧状，上段圆弧的弧长大于下段圆弧的弧长。
6.如权利要求5所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，浮子和浮球内部均设置有纳米发泡塑料。
7.如权利要求5所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，发电装置包括液压马达和发电机，液压马达通过液压管路外接有液压油缸，液压马达输出端通过联轴器连接有发电机，发电机连接有蓄电池。
8.如权利要求7所述的自漂浮独立型波浪能发电装置，其特征在于，液压马达输出端和联轴器之间设置有扭矩仪，液压马达采用双联齿轮马达，双联齿轮马达与液压油缸之间设置有比例流量阀和电磁球阀。
9.一种如权利要求8所述的自漂浮独立型波浪能发电装置的工作方法，其特征在于，操作步骤如下：
(1)浮体通过锚固定于设定位置，浮球为浮体提供浮力，漂泊于海面；
(2)浮子在波浪作用下沿导向轨上下运动，进而驱动液压油缸伸缩，带动液压油缸做功，液压油进入液压马达；
(3)液压油驱动液压马达转动，液压马达旋转，带动发电机运动，发电机将机械能转化为电能；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220225 |