CN114810466B - 一种潮汐发电装置及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潮汐发电装置及发电方法，涉及发电技术领域，该装置包括电机驱动控制模块、若干液压整流模块及若干浮体组件；浮体组件包括浮体，该浮体与浮体支架的第二连接部连接，浮体支架远离浮体端连接摆动油缸；液压整流模块设有若干单向阀，液压整流模块连接摆动油缸；电机驱动控制模块包括用于监控发电机的速度的变化的电机转速传感器，用于接收电机转速传感器的速度信号并进行处理的调频控制器，用于控制单向变量液压马达的排量的马达变量执行器；还包含发电机，发电机电连接电机驱动控制模块和单向变量液压马达。本装置由浮体支架直接带动摆动油缸转动，无需其他结构进行动力转换，装置机械效率高，功率利用率高。

Description

一种潮汐发电装置及发电方法

技术领域

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种潮汐发电装置及发电方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，人们生活水平日益提高，传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源开发迫在眉睫。随着低功耗无线传感器的发展，利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电制作成微电源为传感器节点提供电能，日益受到各界广泛关注。相比风能与太阳能技术，波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势，波能能量密度高，是风能的4~30倍；相比太阳能，波浪能不受天气影响。波浪能发电电源是利用波浪发电制作成的电源，为海洋传感节点供电具有诸多优点。

现有的潮汐发电设备主要依靠离海岸近的地域筑起大坝，利用潮汐的涨潮或落潮时的水位差进行发电，这种方案主要有以下缺点：1、当大坝和海水持平时，海水不流动，发电站就不能正常发电；2、当海水涌入大坝时，会带入较多的泥沙，造成大坝的容积日渐减小，造成发电量变小，同时清理淤泥困难；3、严重依赖于地理条件，不利于大面积推广。

现有的潮汐发电装置采用传统液压缸的原理，比如CN 104405573 A公开了一种利用潮汐发电的装置，该装置建筑在海岸上，活塞杆头迎着海浪冲击方向设置，齿条式活塞杆及活塞套筒在海浪冲击下，在涵管内往复移动，齿条式活塞杆的齿条部分与齿轮箱内的一组传动齿轮啮合，一组传动齿轮的传动原理来源于自动手表摆砣上弦实例，能使齿条活塞杆的往复移动，输出为单向转动，齿轮箱固定在支撑座上，齿轮箱的输出轴经万向联轴器、飞轮与发电机轴连接，输出电能。主要是将活塞杆头的振荡运动转化为齿条式活塞杆及活塞套筒在涵管内的往复运动，最后将齿条式活塞杆及活塞套筒的输出的液压能转化为电能，利用海浪发电的目的，使漫长的海岸线成为清洁能源的发源地。但是活塞杆的往复运动长期受海水腐蚀，密封寿命短、维护困难、易造成污染。

发明内容

本发明的目的是将螺旋式摆动油缸取代传统液压缸，设计一种潮汐发电装置及发电方法，解决了活塞杆的往复运动长期受海水腐蚀，密封寿命短、维护困难、易造成污染的技术问题，

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种潮汐发电装置，该装置包括电机驱动控制模块、若干液压整流模块及若干浮体组件；

所述浮体组件包括浮体，该浮体与浮体支架的第二连接部连接，所述浮体支架远离所述浮体端连接摆动油缸，所述摆动油缸连接固定架；

所述液压整流模块设有若干单向阀，所述液压整流模块连接所述摆动油缸；

所述电机驱动控制模块包括用于监控发电机的速度的变化的电机转速传感器，用于接收电机转速传感器的速度信号并进行处理的调频控制器，用于控制单向变量液压马达的排量的马达变量执行器；

还包含发电机，所述发电机电连接所述电机驱动控制模块和单向变量液压马达；

若干个所述浮体组件中的摆动油缸均与同一个液压油站及电机驱动控制模块连通形成液路；

所述浮体内部为空腔，空腔内设置进排水组件，浮体的壳壁上对应进排水组件设置有进水口及排水口，所述进水口和排水口均为单向口；

所述调频控制器与进排水组件电连接，形成控制回路，进排水组件通过对浮体内进水或排水来调整浮体自重。

进一步地，所述浮体支架设有第一连接部，该第一连接部卡接所述摆动油缸两端的输出法兰。

进一步地，所述第一连接部为U形。

进一步地，所述第一连接部向内延伸设有一容纳所述摆动油缸的容置部。该容置部为U形，且其U形口与所述第一连接部的U形口反向设置。

进一步地，所述浮体可以为橄榄形或其他流线型。

进一步地，所述进排水组件包括进水泵和排水泵，所述进水泵和排水泵分别与所述浮体壳壁上的进水口、排水口及浮体内部连通，形成进排水液路；考虑到进水作业时浮体内部可能有空气，因此可以在壳体上设置排气口，用于内部空气的排出，排气口为单向口，仅用于排气，具体结构可采用现有技术，在此不再赘述。

所述电机转速传感器与调频控制器电连接形成反馈通路，所述调频控制器分别与进水泵和排水泵电连接，形成控制回路。

进排水组件不仅限于水泵这一种工作形式，也可以通过在进排水口出设置电磁阀，内部设置排水泵来实现，如，排水泵将浮体内部排空，浮体内部为真空状态，当需要进水时，进水口的电磁阀开启，浮体内部便可进水。其它类似形式在此不再赘述，可实现浮体内的进排水即可。

一种潮汐发电方法，使用前述的潮汐发电装置，包括步骤，

S1、通过在海洋中设置若干浮体来获取潮汐的运动力；

S2、多个浮体1配合摆动油缸将潮汐的运动转化为液压油的输出输入动力；

S3、将所述步骤S2中的液压油输出至同一个单向变量液压马达，形成对于单向变量液压马达的驱动力；

S4、通过单向变量液压马达的转动实现发电机的发电；

S5、通过电机转速传感器对发电机的实际转速进行监测，并将实际转速信号输出给调频控制器；

S6、所述调频控制器将接受的实际转速信号与设定转速信号进行比较；

S7、当实际转速信号与设定转速信号的比较结果超出设定范围一，调频控制器输出电流信号给马达变量执行器；

S8、马达变量执行器调整单向变量液压马达的排量，从而实现发电机基本稳定输出。

进一步地，所述步骤S8中，马达变量执行器对单向变量液压马达排量的调整满足公式

n=Q/q

其中，n为单向变量液压马达的转速，q为单向变量液压马达的排量，Q为液压油流量；Q增大、q增大；Q减小、q减小。通过油泵实现单向变量液压马达中液压油的排出。

进一步地，所述步骤S7还包括，当实际转速信号与设定转速信号的比较结果超出设定范围二，即单向变量液压马达的最大排量也不能满足发电机6维持在安全转速之下，调频控制器输出电流信号给浮体中的进排水组件中的进水泵，进水泵向浮体内注水，增加浮体自重，降低浮体对摆动油缸的输出效率。

反之，通过对浮体内部的排空，恢复浮体对摆动油缸的输出效率。

进一步地，所述步骤S7还包括，每个所述摆动油缸的输出端均设置有流量传感器，每个所述浮体内的进排水组件及摆动油缸的流量传感器均对应设置有独立的编码；所述流量传感器与调频控制器电连接，形成反馈通路；

当需要启动进排水组件中的进水泵进行进水时，调频控制器比对所有流量传感器反馈的数值，取其中最小值的流量传感器对应的进排水组件，控制其进行浮体的注水动作。

浮体内设置液位传感器，当浮体的液体注入至设定位置后，其对应摆动油缸的流量控制器调整对调频控制器的反馈数值，可选数值为空或者一个较大的数据，以此保证具有多个浮体时，已经完成注水的浮体不会对调频控制器造成干扰性的信号反馈。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本装置由螺旋式摆动油缸取代传统液压缸，该装置结构具有结构紧凑、占用空间小、安全可靠、免维护、高压、无泄漏、输出扭矩极大、摆动角度精确、可靠性高；运行极其平稳，可实现极低转速等优点。摆动油缸输出的是转动能，摆动油缸相比液压油缸，无活塞杆在海水和液压油中往复性周期运动，防腐性能好；本装置由浮体支架直接带动摆动油缸转动，无需其他结构进行动力转换，装置机械效率高，功率利用率高。采用单向变量液压马达和电机驱动控制模块，发电机输出电压不受波浪能变化的影响。还可以同时设置多个浮体组，浮体组将接收的波浪能转换为电能，进而发电机可以同时转化多个浮体接收的波浪能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的浮体组件的结构示意图；

图3为图2的侧视图。

其中，1-浮体，2-摆动油缸，3-浮体支架，311-第一连接部，322-第二连接部，333-容置部，4-液压整流模块，5-电机驱动控制模块，511-电机转速传感器，522-调频控制器，533-马达变量执行器，6-发电机，7-单向变量液压马达，8-油泵，9-固定架。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示。图1中虚线引出的结构部分表示多个浮体组件、液压整流模块4与同一个电机驱动控制模块5的配合关系。

本发明实施例提供一种潮汐发电装置，该装置包括浮体组件、液压整流模块4、电机驱动控制模块5；

所述浮体组件包括浮体1，该浮体1与浮体支架3的第二连接部322连接，所述浮体支架3远离所述浮体1端连接摆动油缸2，所述摆动油缸2连接固定架9；

所述液压整流模块4设有若干CV型螺纹插装单向阀，很好的防止液压油反向流动，所述液压整流模块4连接所述摆动油缸2；

所述电机驱动控制模块5包括用于监控发电机6的速度的变化的电机转速传感器511，用于接收电机转速传感器（即高速编码器）511的速度信号并进行处理的调频控制器522，用于控制单向变量液压马达7排量的马达变量执行器（即电磁比例阀）533；

还包含发电机6，所述发电机6电连接所述电机驱动控制模块5和单向变量液压马达7。

具体的，所述浮体支架3的第一连接部311卡接所述摆动油缸2两端的输出法兰。

具体的，所述第一连接部311为U形设计，为了更好的卡接住摆动油缸2转子两端的动力输出法兰，并用螺栓固定。

具体的，所述第一连接部311向内延伸设有一容纳所述摆动油缸2的容置部333。该容置部333为U形，且其U形口与所述第一连接部311的U形口反向设置。本设计结构紧凑，强度大，占用空间小。

具体的，所述浮体1可以为橄榄形或其他流线型，浮体1上下反复漂浮运动的效果最好。

具体的，所述摆动油缸2前端与所述浮体支架3连接，其后端与固定架9连接，安全可靠。

具体的，若干个所述浮体组件中的摆动油缸2均与同一个液压油站及电机驱动控制模块5、单向变量液压马达7连通形成液路，发电机6可以同时转化多个浮体组件接收的波浪能。

具体的，所述浮体支架3为框架结构，采用框架式结构好处在于结构的整体性、刚度较好，施工工期短。

具体的，所述浮体支架3采用防腐处理过的钢材，钢材造价低，防腐处理技术成熟，在海洋环境使用寿命长。

本潮汐发电装置工作原理是：浮体1随潮汐变化产生上下漂浮往复运动，浮体1通过摆动油缸2两端的动力输出法兰带动摆动油缸2内部转子旋转，内部转子旋转使摆动油缸2内部工作空间容积发生改变，摆动油缸2生成吸排，摆动油缸2排出的液压油通过高压软管流向整流模块4，液压油经整流模块4整流后持续按一个方向流入单向变量液压马达7，液压油驱动单向变量液压马达7使之旋转，单向变量液压马达7排油重新进入摆动油缸2吸入腔，摆动油缸2旋转就会持续吸排液压油。摆动油缸2排油驱动单向变量液压马达7，单向变量液压马达7按设定的方向旋转带动发电机6，发电机6输出电能。海洋潮汐变化，使浮体上下漂浮幅度大小变化，摆动油缸2输出的液压油流量Q大小也随之改变，单向变量液压马达7的转速n=Q/q，q为马达排量，马达的转速n因液压油流量Q的变化而变化，发电机6由单向变量液压马达7直接驱动，电机转速传感器511时刻检测发电机6的速度并输出速度信号，调频控制器522接收电机转速传感器511的速度信号并将接受的实际转速信号与设定的速度信号进行比较，当实际转速信号与设定转速信号偏差超出设定范围，调频控制器522输出电流信号（66-800mA）给马达变量执行器（电磁比例阀）533，马达变量执行器（电磁比例阀）533控制单向变量液压马达7的排量q，Q增大、q增大；Q减小、q减小，保证发电机6速度n=Q/q基本恒定，发电机6电压就基本稳定。这样潮汐能的变化只影响发电机6的输出功率不影响其输出电压。

实施例2

在实施例1的基础上，若干个浮体组件中的摆动油缸均与同一个液压油站及电机驱动控制模块连通形成液路；

浮体1内部为空腔，空腔内设置进排水组件，浮体1的壳壁上对应进排水组件设置有进水口及排水口，进水口和排水口均为单向口；进水口设置在浮体1的下部，排水口设置在浮体1上部。

调频控制器522与进排水组件电连接，形成控制回路，进排水组件通过对浮体1内进水或排水来调整浮体1自重。

进排水组件包括进水泵和排水泵，进水泵和排水泵分别与浮体1壳壁上的进水口、排水口及浮体1内部连通，从而形成进排水液路；考虑到进水作业时浮体1内部可能有空气，因此可以在壳体上设置排气口，用于内部空气的排出，排气口为单向口，仅用于排气，具体结构可采用现有技术，在此不再赘述。

电机转速传感器511与调频控制器522电连接形成反馈通路，调频控制器522分别与进水泵和排水泵电连接，形成控制回路。

进排水组件不仅限于水泵这一种工作形式，也可以通过在进排水口出设置电磁阀，内部设置排水泵来实现，如，排水泵将浮体1内部排空，浮体1内部为真空状态，当需要进水时，进水口的电磁阀开启，浮体1内部便可进水。其它类似形式在此不再赘述，可实现浮体1内的进排水即可。

实施例3

在上述实施例的基础上，本方案提供一种潮汐发电方法，使用前述潮汐发电装置，包括步骤，

S1、通过在海洋中设置若干浮体1来获取潮汐的运动力；

S2、多个浮体1配合摆动油缸2将潮汐的运动转化为液压油的输出输入动力；

S3、将步骤S2中的液压油输出至同一个单向变量液压马达7，形成对于单向变量液压马达7的驱动力；

S4、通过单向变量液压马达7的转动实现发电机6的发电；

S5、通过电机转速传感器511对发电机6的实际转速进行监测，并将实际转速信号输出给调频控制器522；

S6、调频控制器522将接受的实际转速信号与设定转速信号进行比较；

S7、当实际转速信号与设定转速信号的比较结果超出设定范围一，调频控制器522输出电流信号给马达变量执行器533；

S8、马达变量执行器533调整单向变量液压马达7的排量，从而实现发电机基本稳定输出。

步骤S8中，马达变量执行器533对单向变量液压马达7排量的调整满足公式

n=Q/q

其中，n为单向变量液压马达7的转速，q为单向变量液压马达7的排量，Q为液压油流量；Q增大、q增大；Q减小、q减小。通过油泵8实现单向变量液压马达7中液压油的排出。

实施例4

在实施例3的基础上，步骤S7还包括，当实际转速信号与设定转速信号的比较结果超出设定范围二，即单向变量液压马达7的最大排量也不能满足发电机6维持在安全转速之下，调频控制器522输出电流信号给浮体1中的进排水组件中的进水泵，进水泵向浮体1内注水，增加浮体1自重，降低浮体1对摆动油缸2的输出效率。

反之，通过对浮体1内部的排空，恢复浮体1对摆动油缸2的输出效率。

步骤S7还包括，每个摆动油缸2的输出端均设置有流量传感器，每个浮体1内的进排水组件及摆动油缸2的流量传感器均对应设置有独立的编码；流量传感器与调频控制器522电连接，形成反馈通路；

当需要启动进排水组件中的进水泵进行进水时，调频控制器522比对所有流量传感器反馈的数值，取其中最小值的流量传感器对应的进排水组件，控制其进行浮体1的注水动作。

浮体1内设置液位传感器，当浮体1的液体注入至设定位置后，其对应摆动油缸2的流量控制器调整对调频控制器522的反馈数值，将反馈数值调整为空或者一个较大的数据，以此保证具有多个浮体1时，已经完成注水的浮体1不会对调频控制器522造成干扰性的信号反馈。

本方案通过调整浮体1的自重，及调整固定架9的高度，可以让浮体1在内部注水后下沉到海面之下，从而减少浮体1因为海浪的起伏程度，降低摆动油缸2的输出。

需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、向内、反向等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“设有一……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例、电子设备实施例、计算机可读存储介质实施例和计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特殊进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种潮汐发电方法，使用如下潮汐发电装置，该装置包括，

电机驱动控制模块、若干液压整流模块及若干浮体组件；

所述浮体组件包括浮体，该浮体与浮体支架的第二连接部连接，所述浮体支架远离所述浮体端连接摆动油缸，所述摆动油缸连接固定架；

所述液压整流模块设有若干单向阀，所述液压整流模块连接所述摆动油缸；

所述电机驱动控制模块包括用于监控发电机的速度的变化的电机转速传感器，用于接收电机转速传感器的速度信号并进行处理的调频控制器，用于控制单向变量液压马达的排量的马达变量执行器；

还包含发电机，所述发电机电连接所述电机驱动控制模块和单向变量液压马达；

若干个所述浮体组件中的摆动油缸均与同一个液压油站及电机驱动控制模块连通形成液路；

所述浮体内部为空腔，空腔内设置进排水组件，浮体的壳壁上对应进排水组件设置有进水口及排水口，所述进水口和排水口均为单向口；

所述调频控制器与进排水组件电连接，形成控制回路，进排水组件通过对浮体内进水或排水来调整浮体自重；

所述进排水组件包括进水泵和排水泵，所述进水泵和排水泵分别与所述浮体壳壁上的进水口、排水口及浮体内部连通，形成进排水液路；

所述电机转速传感器与调频控制器电连接形成反馈通路，所述调频控制器分别与进水泵和排水泵电连接，形成控制回路；

所述潮汐发电方法，包括步骤，

S1、通过在海洋中设置若干浮体来获取潮汐的运动力；

S2、多个浮体结合摆动油缸将潮汐的运动转化为液压油的输出输入动力；

S3、将所述步骤S2中的液压油输出至同一个单向变量液压马达，形成对于单向变量液压马达的驱动力；

S4、通过单向变量液压马达的转动实现发电机的发电；

S5、通过电机转速传感器对发电机的实际转速进行监测，并将实际转速信号输出给调频控制器；

S6、所述调频控制器将接收的实际转速信号与设定转速信号进行比较；

S7、当实际转速信号与设定转速信号的比较结果超出设定范围一，调频控制器输出电流信号给马达变量执行器；

S8、马达变量执行器调整单向变量液压马达的排量，从而实现发电机稳定输出；

所述步骤S8中，马达变量执行器对单向变量液压马达排量的调整满足公式

n=Q/q

其中，n为单向变量液压马达的转速，q为单向变量液压马达的排量，Q为液压油流量；

所述步骤S7还包括，当实际转速信号与设定转速信号的比较结果超出设定范围二，调频控制器输出电流信号给浮体中的进排水组件中的进水泵，进水泵向浮体内注水，增加浮体自重，降低浮体对摆动油缸的输出效率；

所述步骤S7还包括，每个所述摆动油缸的输出端均设置有流量传感器，每个所述浮体内的进排水组件及摆动油缸的流量传感器均对应设置有独立的编码；所述流量传感器与调频控制器电连接，形成反馈通路；

当需要启动进排水组件中的进水泵进行进水时，调频控制器比对所有流量传感器反馈的数值，取其中最小值的流量传感器对应的进排水组件，控制其进行浮体的注水动作；

浮体内设置液位传感器，当浮体的液体注入至设定位置后，其对应摆动油缸的流量控制器调整对调频控制器的反馈数值，将反馈数值调整为空或者一个大的数据，以此保证具有多个浮体时，已经完成注水的浮体不会对调频控制器造成干扰性的信号反馈。

2.根据权利要求1所述的一种潮汐发电方法，其特征在于，所述浮体支架设有第一连接部，该第一连接部卡接所述摆动油缸两端的输出法兰。

3.根据权利要求2所述的一种潮汐发电方法，其特征在于，所述第一连接部为U形。

4.根据权利要求3所述的一种潮汐发电方法，其特征在于，所述第一连接部向内延伸设有一容纳摆动油缸的容置部，该容置部为U形，且其U形口与所述第一连接部的U形口反向设置。

5.根据权利要求1所述的一种潮汐发电方法，其特征在于，所述浮体可以为橄榄形或其他流线型。

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