CN115748582A - 一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种兼做波浪能‑太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，包括浮式防波堤主体、气囊系统、导气系统、气流发电系统、光伏发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在浮式防波堤主体底部，导气系统位于浮式防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，气流发电系统安装在导气系统内部，光伏发电系统安装在浮式防波堤主体的顶部，浮式防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，浮式防波堤主体上还连接有锚泊系统。本发明既能综合利用波浪能和太阳能进行发电，又能提高浮式防波堤的防波性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统

技术领域

本发明涉及波浪能发电、太阳能发电以及防波堤工程技术领域，具体涉及一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统。

背景技术

能源问题是关系人类生存发展的根本问题，面对气候变化，环境风险，能源资源约束等日益严重的全球问题，开发可再生清洁能源已经迫在眉睫。而在诸多的可再生清洁能源中，波浪能、太阳能均具有能量储备多、分布范围广等优点，已经成为了各国争先研究的热点领域。

波浪抨击对海上结构物的破坏力巨大，长期以来海洋自然灾害对海上结构物的破坏给人们的生命和财产安全带来了巨大的威胁。因此如何提高浮式防波堤的防波性能，减小波浪对海上平台的破坏至关重要。考虑到波浪能发电装置在吸收波浪能的同时起到了一定的消波作用，因此将浮式防波堤和波浪能发电装置的功能进行结合是一个切实可行的选择。

现有的波浪能发电装置主要有摆式、振荡水柱式、点头鸭式等等，这些装置大多使用刚质浮体将波浪能转换为机械能，再由刚质浮体连带的各式发电装置完成发电工作。大量刚性可动结构的使用，使得这些装置易产生结构破坏，使用寿命短；同时刚性材料在海水中容易被腐蚀从而造成结构破坏。采用柔性结构设计波浪能发电装置是该类问题较合理的解决方案。

传统的光伏产业往往占地面积较大，虽然在西部偏远地区发展光伏可以大幅降低土地成本，但是会造成制造，运输和并网送电等成本的增加，这意味着光伏产业的发展将会和高度紧张的土地资源的利用产生冲突。而海上光伏产业可以较好的解决相关的土地资源问题，并且也能改善传统光伏产业中存在的工作温度过高而导致能量转换效率降低的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，该集成系统将柔性气囊波浪能发电装置、太阳能发电装置和浮式防波堤的功能进行结合，既能综合利用波浪能和太阳能进行发电，又能提高浮式防波堤的防波性能，具有广阔的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，包括浮式防波堤主体、气囊系统、导气系统、气流发电系统、光伏发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在浮式防波堤主体底部，导气系统位于浮式防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，气流发电系统安装在导气系统内部，光伏发电系统安装在浮式防波堤主体的顶部，浮式防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，浮式防波堤主体上还连接有锚泊系统。

进一步的，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊连接在浮式防波堤主体底部，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。

进一步的，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。

进一步的，气流发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。

进一步的，定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。

进一步的，转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。

进一步的，光伏发电系统包括支撑组件、光伏平台和光伏板，支撑组件安装在浮式防波堤主体的顶部，光伏平台设置在支撑组件上，多块光伏板均匀布置在光伏平台上，支撑组件由多根斜撑和多根竖直支撑组成。

进一步的，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。

进一步的，锚泊系统包括四个吊环，四个吊环分别设置在浮式防波堤主体的两个外侧壁上，四个吊环上均连接有锚链，锚链上连接有锚块。

进一步的，柔性气囊采用橡胶薄膜制成。

总的说来，本发明具有如下优点：

一、本发明通过在浮式防波堤主体底部设置气囊系统，在浮式防波堤主体内部设置导气系统和气流发电系统，在浮式防波堤主体顶部安装光伏发电系统，将柔性气囊波浪能发电装置、太阳能发电装置和浮式防波堤的功能进行结合。柔性气囊波浪能发电装置在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够进一步的提高浮式防波堤的防波性能；波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，柔性气囊在消耗波浪的同时，柔性气囊形变会推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。在太阳的照射下，光伏板吸收太阳光，通过光电效应将太阳能转换为电能。

二、本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏，延长使用寿命。

三、本发明在浮式防波堤主体上方设置光伏平台，巧妙地利用了浮式防波堤的作用，保障了光伏平台在风浪荷载下的稳定性，避免光伏平台在极端风浪环境下发生倾覆。

四、本发明通过设置压载水舱系统，能够调节浮式防波堤主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整浮式防波堤主体的浮态与吃水深度，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，光伏平台的工作位置位于水面以上，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险。

五、本发明的导气系统和气流发电系统均位于浮式防波堤主体内部，同时气流发电系统安装在导气系统内部，使得导气系统和气流发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对导气系统和气流发电系统的腐蚀破坏，提高了本发明的可靠性。

六、本发明将柔性气囊波浪能发电装置、太阳能发电装置和浮式防波堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本；同时本发明可以利用波浪能和太阳能进行发电，充分利用海洋可再生资源，具有经济效益，又能防波消浪，保障人们的财产和生命安全，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的正面结构示意图。

图3是本发明的侧面结构示意图。

图4是本发明的气囊系统的结构示意图。

图5是本发明的定子的结构示意图。

图6是本发明的转子的结构示意图。

图7是本发明的光伏板的结构示意图。

其中：1为气囊系统，1-1为柔性气囊，1-2为柔性气囊出气口，1-3为柔性气囊进气口，1-4为充气口，2为导气系统，2-1为通气管道，2-2为通气管道进气口，2-3为通气管道出气口，2-4为单向阀，3为气流发电系统，3-1为空气透平，3-2为转轴，3-3为转子，3-3-1为钕铁硼磁铁，3-3-2为转子铁芯，3-3-3为夹板，3-4为定子，3-4-1为机座，3-4-2为定子铁芯，3-4-3为线圈，4为压载水舱系统，4-1为压载舱，4-2为进水口，4-3为出水口，4-4为压载水，5为锚泊系统，5-1为吊环，5-2为锚链，5-3为锚块，6为浮式防波堤主体，7为光伏发电系统，7-1为支撑组件，7-1-1为斜撑，7-1-2为竖直支撑，7-2为光伏平台，7-3为光伏板。

1-2具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

如图1至图3所示，一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，包括浮式防波堤主体、气囊系统、导气系统、气流发电系统、光伏发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在浮式防波堤主体底部，导气系统位于浮式防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，气流发电系统安装在导气系统内部，光伏发电系统安装在浮式防波堤主体的顶部，浮式防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，浮式防波堤主体上还连接有锚泊系统。波浪作用于气囊系统，使气囊系统发生形变，气囊系统在消耗波浪的同时，气囊系统形变推动气体在导气系统中流动，利用导气系统中的气流发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电；同时，光伏发电系统会吸收太阳光，通过光电效应将太阳能转换为电能。

如图1所示，在本实施方式中，浮式防波堤主体呈长方体状，浮式防波堤主体的底部开设有两个供气囊系统和导气系统连接的通孔，浮式防波堤主体底部的通孔与气囊系统和导气系统的空隙处涂抹有防水胶，浮式防波堤主体的顶部和侧壁均为密封结构。通过涂抹防水胶，能够防止海水进入浮式防波堤主体内部腐蚀破坏导气系统和气流发电系统。

如图1和图4所示，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊连接在浮式防波堤主体底部，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。在本实施方式中，柔性气囊的底部呈长方形状，柔性气囊的底部通过螺栓连接在浮式防波堤主体底面上，螺栓连接处涂有防水胶。通过充气口可向柔性气囊充气，同时也能及时调整柔性气囊内部气压。

柔性气囊采用橡胶薄膜制成。橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏。

如图1和图2所示，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。

如图1和图2所示，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，即柔性气囊的进气口与通气管道的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，即柔性气囊的出气口与通气管道的进气口相连接。

通过设置单向阀，能够控制通气管道中的气体单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经气流发电系统发电后又流回柔性气囊中。

如图2、图5和图6所示，气流发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。气体经通气管道流经气流发电系统时带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电。

气流发电系统安装在导气系统内部，使得气流发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对气流发电系统的腐蚀破坏，有效的提高了气流发电系统的可靠性。

如图1、图2和图7所示，光伏发电系统包括支撑组件、光伏平台和光伏板，支撑组件安装在浮式防波堤主体的顶部，光伏平台设置在支撑组件上，多块光伏板均匀布置在光伏平台上，支撑组件由多根斜撑和多根竖直支撑组成。在本实施方式中，光伏板由半导体材料制成，通过光伏板的光电效应能够将太阳能转换为电能进行利用。

如图1和图2所示，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。通过设置压载水舱系统，能够调节浮式防波堤主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整浮式防波堤主体的浮态与吃水深度，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，光伏平台的工作位置位于水面以上，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险。

如图1和图2所示，锚泊系统包括四个吊环，四个吊环分别设置在浮式防波堤主体的两个外侧壁上，四个吊环上均连接有锚链，锚链上连接有锚块。吊环、锚链和锚块组成的锚泊系统能够限制浮式防波堤主体的多自由度运动，同时安装拆卸简单，面对极端海况时，转移比较方便。

本发明的工作原理如下：

将浮式防波堤主体布置于海洋中，通过锚泊系统固定于海面上，通过充气口向柔性气囊充气，柔性气囊充气后膨胀，在波浪作用下，柔性气囊发生形变，柔性气囊形变可以消耗波浪，进一步提高浮式防波堤主体的消波性能，同时柔性气囊发生形变可用于发电，柔性气囊形变推动柔性气囊内的气体沿柔性气囊出气口流出，沿通气管道进气口流入通气管道中，并流经通气管道中的发电系统，气体流经发电系统时会带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电，气体流经发电系统后通过通气管道出气口流出，通过柔性气囊进气口流回柔性气囊中，如此反复。由于通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀，使得通气管道中的气体仅能单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。

与此同时，在太阳的照射下，光伏板吸收太阳光，通过光电效应将太阳能转换为电能。

总的说来，本发明通过在浮式防波堤主体底部设置气囊系统，在浮式防波堤主体内部设置导气系统和气流发电系统，在浮式防波堤主体顶部安装光伏发电系统，将柔性气囊波浪能发电装置、太阳能发电装置和浮式防波堤的功能进行结合。柔性气囊波浪能发电装置在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够进一步的提高浮式防波堤的防波性能；波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，柔性气囊在消耗波浪的同时，柔性气囊形变会推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。在太阳的照射下，光伏板吸收太阳光，通过光电效应将太阳能转换为电能。本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏，延长使用寿命。本发明在浮式防波堤主体上方设置光伏平台，巧妙地利用了浮式防波堤的作用，保障了光伏平台在风浪荷载下的稳定性，避免光伏平台在极端风浪环境下发生倾覆。本发明通过设置压载水舱系统，能够调节浮式防波堤主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整浮式防波堤主体的浮态与吃水深度，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，光伏平台的工作位置位于水面以上，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险。本发明的导气系统和气流发电系统均位于浮式防波堤主体内部，同时气流发电系统安装在导气系统内部，使得导气系统和气流发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对导气系统和气流发电系统的腐蚀破坏，提高了本发明的可靠性。本发明将柔性气囊波浪能发电装置、太阳能发电装置和浮式防波堤结合为一体，便于安装和维护，降低成本；同时本发明可以利用波浪能和太阳能进行发电，充分利用海洋可再生资源，具有经济效益，又能防波消浪，保障人们的财产和生命安全，具有广阔的应用前景。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：包括浮式防波堤主体、气囊系统、导气系统、气流发电系统、光伏发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；气囊系统连接在浮式防波堤主体底部，导气系统位于浮式防波堤主体内部，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，气流发电系统安装在导气系统内部，光伏发电系统安装在浮式防波堤主体的顶部，浮式防波堤主体的内部两侧对称设有压载水舱系统，浮式防波堤主体上还连接有锚泊系统。

2.根据权利要求1所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊连接在浮式防波堤主体底部，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。

3.根据权利要求1所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。

4.根据权利要求3所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：气流发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。

5.根据权利要求4所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。

6.根据权利要求4所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。

7.根据权利要求1所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：光伏发电系统包括支撑组件、光伏平台和光伏板，支撑组件安装在浮式防波堤主体的顶部，光伏平台设置在支撑组件上，多块光伏板均匀布置在光伏平台上，支撑组件由多根斜撑和多根竖直支撑组成。

8.根据权利要求1所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。

9.根据权利要求1所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：锚泊系统包括四个吊环，四个吊环分别设置在浮式防波堤主体的两个外侧壁上，四个吊环上均连接有锚链，锚链上连接有锚块。

10.根据权利要求2所述的一种兼做波浪能-太阳能发电装置的浮式防波堤集成系统，其特征在于：柔性气囊采用橡胶薄膜制成。

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