CN116696645A - 利用潮汐能的混合发电系统 - Google Patents

Abstract

一种用于潮汐发电的系统，包括水箱，所述水箱由至少一个垂直齿轮支撑，使得所述水箱随着所述至少一个垂直齿轮向上和向下运动，所述水箱基于潮汐的垂直运动而运动。至少一个圆形齿轮耦合到所述至少一个垂直齿轮，使得当所述至少一个垂直齿轮向上和向下移动时，所述至少一个圆形齿轮旋转。轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述轴旋转。发电机附接到所述轴上，使得所述轴的旋转传送到所述发电机进行发电。

Description

利用潮汐能的混合发电系统

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2022年3月4日提交的序列号63/316,544的美国临时专利申请的权益，其公开内容通过引用整体并入本文，如同在本文完全阐述一样。

技术领域

本申请大体上涉及一种海上混合发电系统，其使用平台或多个平台从潮汐能发电。

背景技术

随着与气候变化和不可再生资源减少相关的问题的增加，全球对清洁电力和可再生燃料的需求不断增加。众所周知，在各种其他来源中，太阳能和风都已经被用来产生可持续的能源。

海水占地球表面的约70％，从而与基于陆地的能源相比提供了巨大的资源。而且，由于水的密度比空气的密度大，因此潮汐能具有比风能更强大的潜力。此外，潮汐能通常比风能或太阳能更可预测和连续，这使得潮汐能成为追求的重要的可再生能源。

潮汐能在潮汐涨落过程中通过海水的奔涌而产生。当高潮和低潮之间的水位差很大时，可以通过潮汐运动发电。

已知的从潮汐能发电的系统至少包括潮汐流、拦河坝和潮汐泻湖。在潮汐流或快速流动水体中，可以将涡轮机放入水中以产生能量。尽管稳定且可靠，但涡轮机可能会干扰潮汐流动并且可能在浅水中有效。通过使用大坝将水收集起来，然后通过涡轮机立即释放水以产生电能。大坝的使用可能严重破坏发电机周围的环境，从而影响土地、水流以及动植物的生命。与拦河坝类似，潮汐泻湖是由天然或人造屏障建造的水池。尽管潮汐泻湖通常会比拦河坝更少地破坏环境，但它们的能量输出通常很低，并且功能齐全的发电机系统可能不会成功。

已知的用于潮汐能源利用的系统面临障碍，并且可能需要包括需要设施占用大面积海滩的需求的条件，这可能会对环境产生负面影响，并使城市和地区失去宝贵的海岸。此外，这些设施可能需要对海滩附近的地形和土地水平进行额外的适应，以容纳大坝所保持的水量。

因此，需要可以在陆地上或在公海中使用的基于潮汐运动的改进的电力产生系统。

发明内容

本申请针对使用带有水箱或多个水箱的平台利用潮汐能发电的系统和方法。

根据一方面，一种潮汐发电的系统包括水箱，所述水箱由至少一个垂直齿轮支撑，使得所述水箱随着所述至少一个垂直齿轮向上和向下运动，所述水箱基于潮汐的垂直运动而运动。至少一个圆形齿轮耦合到所述至少一个垂直齿轮，使得当所述至少一个垂直齿轮向上和向下移动时，所述至少一个圆形齿轮旋转。轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述轴旋转。发电机附接到所述轴上，使得所述轴的旋转传送到所述发电机进行发电。

根据另一方面，一种潮汐发电的方法包括：使水箱向上和向下运动，所述水箱配置为由至少一个垂直齿轮支撑并且所述至少一个垂直齿轮配置为随着水箱运动，所述水箱基于潮汐的垂直运动而运动；使至少一个圆形齿轮旋转，所述至少一个圆形齿轮配置成使得当所述至少一个垂直齿轮向上上升时，所述至少一个圆形齿轮旋转；使至少一个轴自旋，所述至少一个轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述至少一个轴自旋；以及将所述至少一个轴的旋转传递到发电机，所述发电机配置为通过所述至少一个轴的旋转运动进行发电。

附图说明

图1是大致示出与混合发电系统结合使用的平台的侧视示意图。

图2是大致示出与混合发电系统结合使用的多个平台的系统的俯视示意图。

图3是大致示出与平台结合使用的轴和与发电机结合使用的接收轴之间的连接的上部近距离示意图。

图4是大致示出与混合发电系统结合使用的平台的立体图。

图5是大致示出与混合发电系统结合使用的平台的侧视图。

图6A是大致示出与混合发电系统结合使用的处于解锁位置的铰合部的示意图。

图6B是大致示出与混合发电系统结合使用的处于锁定位置的铰合部的示意图。

图7A是大致示出与混合发电系统结合使用的处于锁定位置的铰合部的前视示意图。

图7B是大致示出与混合发电系统结合使用的处于解锁位置的铰合部的前视示意图。

图7C是大致示出与混合发电系统结合使用的处于锁定位置的铰合部的侧视示意图。

图8是大致示出与混合发电系统结合使用的地板空腔的阀门。

图9是大致示出与涨潮和退潮结合使用的混合发电系统的操作步骤的流程图。

图10是大致示出与涨潮和退潮结合使用的混合发电系统的操作步骤的图表。

具体实施方式

现在参考随后的讨论和附图，详细描述了本发明的系统和方法的说明性方法。尽管附图表示了一些可能的方法，但附图不一定是按比例缩小的，并且可能会夸大、移除或部分分割某些特征，以更好地说明和解释本发明。此外，本文阐述的描述并非旨在详尽、以其他方式限制、或将权利要求限制为附图中示出的和以下详细说明中公开的精确形式和结构。

本申请大致涉及一种混合发电系统，该混合发电系统在海洋中使用平台或多个平台从潮汐能发电。示例性发电机系统可以包括配置为随着海水潮汐运动的水箱。该水箱可能位于至少一个垂直齿轮的顶部，此外该至少一个垂直齿轮可以随着潮汐垂直运动。发电机系统还可以包括连接在垂直齿轮每侧的一组圆形齿轮，从而使圆形齿轮配置为随着垂直齿轮的垂直运动而旋转。圆形齿轮的旋转运动可以通过轴传输到发电机，从而提供发电的可持续来源。

参考附图，图1是与混合发电系统结合使用的的平台100的侧视示意图。平台100包括配置为随着大海的潮汐上升和下降的水箱102，该水箱具有地板空腔104和通风口126。所示示例是单个平台100上的单个水箱102，但是可以理解的是单个平台100可以包括多个水箱102，或者可以将多个平台100连接以创建如图2所示的更大的系统。

水箱102大致为正方形，并配置为具有底部、侧壁和顶面的箱子。所述水箱102的底部包括能够打开和关闭的底板空腔104，这样水可以根据底板空腔104中阀门106的打开和关闭而进入或离开水箱102。换句话说，底板空腔104包括阀门106，并且当水箱102随着潮汐的涨落而向上和向下运动时，阀门106保持关闭，以使水保持在水箱102内部或外部。正如下面将更详细描述的，当水箱102达到潮汐的峰值高度时，阀门106打开，以允许水通过底板空腔104进入水箱102。当潮水退去并且水箱102仍然充满水时，水箱102内容纳的水的重量被用作重力能或势能，驱动发电机116并从中提取电能。

平台100的运作方式还包括，一旦重力能耗尽并且水箱102达到接近低潮时的水位，水箱102就会排空，这样在下一个潮汐周期期间，排空的水箱102一般会漂浮起来并且会向上漂浮，进行发电，并且随着涨潮，使得水箱102只有在接近高潮时才会装满，此时周期会重复，随着潮水退去，在水箱102因水的重量而向下运动期间恢复发电。所公开的系统还包括锁定机构，将在后面对其进行讨论，该锁定机构允许水箱102与涨潮接合时发生晃动、枢转和轴向运动，但随后需锁定到位，以防止在发电期间水箱装满时翻倒。

水箱102包括至少一个铰合部122点，其中两个在图1中可见，并且其图示为在水箱102底部的每个角具有四个铰合部122。铰合部122将水箱102耦合到垂直齿轮110。铰合部122包括平行轨道、球形接头和锁，在解锁时允许水箱102的滑动和枢转运动，或在锁定时禁止枢转运动，如图6A和6B以及图7A至7C所示。

垂直齿轮110中的至少一个与铰合部122连接，优选地，在水箱102的每个角都包括一个铰合部122和垂直齿轮110。垂直齿轮110配置为当潮水上涨和退去时随水箱102一起上升和下降，使得垂直齿轮110随着水箱102的垂直移动而移动。至少一对圆形齿轮112、114位于每个垂直齿轮110上，使得第一圆形齿轮112位于垂直齿轮110的一侧，而第二圆形齿轮114位于垂直齿轮110的第二侧，与第一圆形齿轮112相对。垂直齿轮110位于第一圆形齿轮112和第二圆形齿轮114之间，使得当垂直齿轮110随着水箱102的移动而向上或向下移动时，垂直齿轮110的垂直运动使第一圆形齿轮112和第二圆形齿轮114旋转。在一示例中，圆形齿轮112、114中只有一个作为齿轮，另一个可能是简单、光滑、旋转的元件，所述元件可以承受从垂直齿轮110的另一侧施加的压力。

在所示示例中，当垂直齿轮110向上移动时，第一圆形齿轮112与第一轴118啮合，使得第一轴118随第一圆形齿轮112顺时针旋转。同时，第二圆形齿轮114在未与第二轴120啮合的情况下被动旋转。当垂直齿轮110向下移动时，第二圆形齿轮114与第二轴120啮合，使得第二轴120随第二圆形齿轮114逆时针旋转。同时，第一圆形齿轮112在未与第一轴118啮合的情况下被动旋转。这就使得，当垂直齿轮110向上移动时，第一圆形齿轮112和第一轴118相啮合。当垂直齿轮110向下移动时，第二圆形齿轮114和第二轴120相啮合。第一轴118和第二轴120将轴118、120的转动传送到主轴220，所述主轴220转而又传送到发电机116。主轴220可以包括变速箱和速度控制器，以帮助将轴118、120、220的旋转运动转换成电力。

垂直齿轮110由垂直齿轮架134固定在适当的位置。如图所示，垂直齿轮架134是围绕垂直齿轮110的一组圆形齿轮。然而，应当指出，其他垂直齿轮架134可以配置为将垂直齿轮110固定在适当位置，并允许垂直齿轮110向上和向下移动。还可以设想，垂直齿轮架134本身可以附接到其各自的相应轴和发电机上，为提取电力提供更多附加的选择和配置。垂直齿轮锁130位于垂直齿轮110的一端并且与水箱102相对。垂直齿轮锁130位于垂直齿轮架134下方，使得当垂直齿轮110向上移动时，垂直齿轮锁130会在垂直齿轮架134处停止，防止进一步向上移动。垂直齿轮架134附接到垂直齿轮座132。如图所示，垂直齿轮座132是具有用于增加稳定性的横截面的三角形底座。垂直齿轮座132进一步可选地固定到位于海底的平台基座128上。

控制器117位于水箱102的顶面124上。控制器117与外部网络通信以向平台提供操作控制。控制器117可以向外部网络上传数据并与外部网络通信。控制器117监控操作并提供系统的手动操作。控制器117选择性地操作垂直齿轮锁130，一旦潮水开始退去，就将水箱102固定在高点处，推迟发电，直到潮水降到水箱102以下。控制器117配置为帮助开启和关闭底板空腔104中的阀门106。控制器117可以与外部网络通信以通过根据潮汐表编程的计时器，和/或结合连接到控制器117的传感器119来提供控制，如基于操作员的手动操作打开和关闭阀门106。例如，传感器119可以是已知的使用激光束来指示水箱102何时达到峰值高度和低潮高度的常规传感器。传感器119另外还可以是位于水箱102底板空腔104的电动浮子液位变送器或浮球。

现在参照图2，与图1相关，大致示出了混合发电系统200的俯视图，其中混合发电系统200可以包括多个，但至少一个平台100。在所示示例中，混合发电系统200包括四个平台100，每个平台100均包括一个水箱102。每个水箱102均包括附接到每个水箱102的每个角的垂直齿轮110。四个垂直齿轮110中的每一个均包括第一圆形齿轮112和第二圆形齿轮114。第一圆形齿轮112附接到第一轴118，使得第一轴118穿过第一圆形齿轮112的中心被定位。第二圆形齿轮114附接到第二轴120，使得第二轴120穿过第二圆形齿轮114的中心被定位。第一轴118和第二轴120定位成使其连接到多对第一和第二圆形齿轮112、114。第一轴118和第二轴120相互平行延伸。系统200可以具有附加的第一轴118和第二轴120，这取决于系统200中使用的平台100的尺寸和数量。例如，每排平台100包括两对第一轴118和第二轴120。第一排平台100包括在平台100的第一侧与垂直齿轮110啮合的第一对轴118、120。第二对轴118’、120’在平台100的第二侧与垂直齿轮110’啮合。所述多个第一轴118和第二轴120定位成使轴118、120与接纳轴220连接。

图3示出了与接纳轴220连接的第一轴118和第二轴120的近视图。第一轴118在第一差速器204处与接纳轴220连接，使得第一轴118的旋转运动通过第一差速器204传递到接纳轴220。第一差速器204是齿轮单元，包括至少两个齿轮，所述齿轮转动以将运动从第一轴118的轴线传递到接纳轴220的轴线。第二轴120在第二差速器206处与接纳轴220连接，使得第二轴120的旋转运动通过第二差速器206传递到接纳轴220。第二差速器206是齿轮单元，包括至少两个齿轮，所述齿轮转动以将运动从第二轴120的轴线传递到接纳轴220的轴线。因此，多个第一轴118和第二轴120的旋转运动传递到接纳轴220。接纳轴220是发电机116的输入轴，如图2所示。接纳轴220的旋转运动输入到发电机116，并且发电机116将机械旋转转换为可用于发电的脉冲直流电。

图4示出了包括与混合发电系统200结合使用的水箱102的平台100的立体图。水箱102虽然是正方形腔室，但可以使用各种形状和尺寸。水箱102的底部包括底板空腔104，所述底板空腔104配置为在系统200的不同操作点打开和关闭。水箱102通过铰合部122承载在位于水箱102每个角的垂直齿轮110的顶部。每个垂直齿轮110均从第一圆形齿轮112和第二圆形齿轮114之间通过。当垂直齿轮110在圆齿轮112、114之间向上和向下移动时，圆形齿轮112、114旋转。圆形齿轮112、114的运动通过一组轴118、120传送到发电机116进行发电。每个水箱102均包括两组轴118、120。第一对第一轴118和第二轴120连接到两个垂直齿轮110的圆形齿轮112、114上，其中，两个垂直齿轮110共享水箱102的第一侧。第二对第一轴118’和第二轴120’连接到的两个垂直齿轮110’的圆形齿轮112’、114’上，其中，两个垂直齿轮110’共享水箱102的第二侧，与第一侧相对。

现在参照图5，水箱102可以包括通风孔126从中穿过的顶面124。通风孔126用于在水箱102加注和排空时进行排气，以避免在底板空腔104操作期间水进入或流出水箱102时发生吸水或潺潺声。如果没有通风孔126，那么水进入或流出水箱102时，空气一般要通过水箱102的底部置换出去。因此，通风口126提供了空气能够进出的机会，而不需要通过水箱102的底面将水置换出去。水箱表面124提供了可用于附加机构的自由空间和自由平台。例如，如图所示，水箱表面124可用于安装产生附加电能的太阳能电池板400。安装太阳能电池板400使平台100可以同时从多个来源产生能量，或根据需求、要求和天气情况在不同时间产生能量。

现在参照图6A和6B，所示为铰合部122在解锁位置和锁定位置的近视图，其中图6A所示为铰合部122位于解锁位置。当解锁时，铰合部122使水箱102可以随着波浪的运动而摇摆和枢转，防止对水箱102和其他部件造成损坏。然而，摇摆可以通过平行轨道500、502实现，而枢转可以通过球形接头504实现。因此，摇摆可以在从前到后和从一边到另一边的直线方向上发生，并且可以通过铰合部122上的第一组滑动轨道500(从一边到另一边)和与第一组滑动轨道500正交的第二组滑动轨道502(从前到后运动)实现。因此，当水箱102漂浮在水面上时，正交的第一组滑动轨道500和第二组滑动轨道502使水箱102可以在平面上移动，并共同朝着与水箱102垂直运动正交的任何方向移动。可以通过滑动轨道500、502移动使水箱102可以自由地随着波浪移动，这样波浪就不会撞到或淹没水箱102，而是水箱102随着波浪摇摆。通过滑动轨道500、502移动还可以用来发电，使得水箱102成为具有数种发电形式的混合系统。

水箱102的枢转或晃动可以通过球形接头504实现。球形接头504定位成使得接头504从铰合部122的下部512延伸到铰合部122的上部510的圆形开口。铰合部的上部510可在圆形开口中绕球形接头504枢转。然而，为了防止球形接头504使水箱102和上部510倾斜(并可能由于水箱102的严重倾斜而损坏水箱102或漏水)，铰合部122设有锁或锁定机构，所述锁或锁定机构允许水箱102在水中时发生推撞或倾斜，并减少水箱102不在水中时的推撞。

在解锁位置，上部510能够在球形接头504上自由枢转。例如，锁506是由聚苯乙烯泡沫塑料或其他浮力材料制成的，并且可以基于其相对于铰合部122的位置向上和向下移动。在一示例中，上部510和下部512呈圆锥形，以允许锁506在上升位置漂浮在上部510周围，并在降低位置围绕下部512的较宽表面下降。因此，当水位高于铰合部122时，锁506向上漂浮，并围绕上部510。间隙514使上部510可以在球形接头504上移动，而上部510不与下部512接触。锁506因其在水中的浮力而漂浮时保持在上升位置。

当水位下降到铰合部122以下时，锁506由于重力下降到降低位置。锁506下降到这样一个位置，即锁506同时围绕铰合部122的上部510和下部512。上部510和下部512的锥形形状使锁506紧固到上部510和下部512的外表面，从而最大程度减少或限制上部510在球形接头504上的枢转运动。因此，当间隙513由于上部510和下部512的锥形形状而缩小时，以及当上部510相对于下部512被锁定在使得上部512被禁止在球形接头504上枢转的位置时，锁506减少了球形接头504的移动。

锁506通过锁止动器508被禁止下降到间隙514和下部512以下。止动器508刚好位于下部512的顶部下方，使得锁506可以下降到这样一个位置，即锁506同时覆盖上部510、间隙514和下部512，但当水位低于铰合部122时，锁506不会进一步下降。在所示示例中，虽然锁定机构包括圆柱形状的接合并且是无齿轮的，但是可以利用附加的锁定机构。例如，锁506可以耦合到齿轮结构上，以便当锁506位于较低位置时，内齿轮和外齿轮相配合，这样，当锁506啮合时，内齿轮和外齿轮防止铰合部122的旋转或摇摆运动。

现在参照图7A至7C，如图所示，铰合部122被示出以显示锁506的操作。如图7A所示，铰合部122位于锁定位置，并且图示了锁506的内部。当铰合部122高于水位(未示出)并且锁506不是漂浮在水面上而是位于水面上方时，锁506位于向下的位置，由于重力停在锁止动器508的顶部。锁506围绕上部510和下部512，这样上部510就无法在与下部512相关的球形接头504上枢转。上部510和下部512的锥形形状使锁506可以下降到降低位置以防止枢转运动。

图7B示出了位于解锁位置的铰合部122。图7B另外还示出了与图7A中的视图90度偏移的视图。锁506位于上升位置，大致与上部510成一直线。由于锁506的浮力，锁506位于向上的位置，并且水位(未示出)使锁506上升。由于锁506漂浮到其上升位置，因此铰合部122低于水位并位于解锁位置。防止锁506漂浮在平行滑动轨道502上方，从而保持锁506与上部510对齐。缝隙514暴露，从而允许上部510在球形接头504的顶部枢转。

图7C示出了位于锁定位置的水上铰合部122(未示出)的外部侧视图。如图所示，锁506由于重力位于锁止动器512的顶部，并且在锁定位置高于水位。锁506位于锁止动器512的顶部，使得锁506覆盖下部512、间隙514和上部510。锁506防止上部510在球形接头504上枢转，从而防止上部510相对于下部512和间隙514移动。

图8示出了位于水箱102底面的底板空腔104中的阀门106。在所示示例中，阀门106是双球阀机构，用于开启和关闭阀门106。水箱102的内部是直径大于底板空腔104的重型内部球体800，使得当阀门106关闭时，球体800可以堵塞底板空腔104。内部球体800通过球杆808附接到球体升降器810。在一示例中，球体升降器810可以是在倾斜的水箱102底部移动的轮子。内部球体800另外还通过球体连接器804连接到外部球体802。内部球体800通过柔性接头806附接到球体连接器804，以为充分移动提供柔性连接。球体连接器804是细杆，所述细杆从水箱102的内部通过底板空腔104延伸到水箱102的外部。外部球体802通过第二柔性接头806连接附接到球体连接器804的一端，与内部球体800相对。球体连接器804使内部球体800可以向上或向下移动，并且让外部球体802跟随内部球体800移动，反之亦然。外部球体802同样具有比底板空腔104更大的直径，以在其压在底板空腔104上时充当堵块。橡胶固定器812可以放置在底板空腔104内，以便为外部球体802和内部球体804提供这样一个位置，即位于关闭位置时，外部球体802和内部球体804靠在底板空腔104上并加强对底板空腔104的堵塞。

水箱102开始为空，阀门106关闭，并且外部球体802压在橡胶固定器812上，使得外部球体802防止水进入水箱102。水箱102被带在水面上，被潮水抬高，并且随着波浪摇摆。当水箱102达到潮汐的峰值高度时，阀门106打开以将水箱102注满水。当外部球体802下降到中间位置时，阀门106打开，在该位置，无论外部球体802还是内部球体800均没有位于橡胶固定器812上，并且底板空腔104中的阀门106打开，水进入水箱102。当水箱102注满水时，重型内部球体800下降以牢固地靠在橡胶固定器812上，从而关闭底板空腔104。当潮水退去时，底板空腔104保持关闭，使得水留在水箱102中，并使水箱102在水的重量下下降。当水箱102接近低潮高度时，阀门106开始打开，使得水可以从底板空腔104中流出。一旦水从水箱102中流出并且水箱102排空，球体升降器810就会升高内部球体800，并使外部球体802与之一起上升。外部球体802牢固地升高靠到橡胶固定器812上，使得阀门106和底板空腔104关闭。

阀门106通过使用连接到球体升降器810的控制器117打开和关闭。控制器117接收操作员的手动输入，指示何时打开和关闭阀门106以允许水进入和流出水箱102。控制器117还可以根据潮汐表进行编程，使得不需要手动输入。另外，控制器117可以连接到传感器119，以指示诸如水箱高度和水箱容水量的信息，以便传感器119和控制器117一起工作以确定何时执行图9和图10所述的操作步骤。例如，传感器119可以包括诸如激光器的常规高度传感器，其中，所述激光确定水箱102何时达到接近峰值高度或低潮高度。水箱102中的电动浮子液位变送器或浮球传感器可以确定水箱102的容水量以及水箱102何时是空的或满的。虽然阀门106示出为具有外部球体802和内部球体800作为底板空腔104的堵塞器，但阀门106可以具有外部球体和内部球体中的至少一个或其他类型的阻塞器来关闭底板空腔104。

图9是操作步骤900的示意图，其以数字递增的顺序显示了步骤902至916之后的操作，并且对应于图10所示的图表，该图表标识了步骤902到916中的每个步骤的发生情况。在步骤902中，水箱102位于低潮。水箱102漂浮在水面上，并且锁506由于铰合部122低于水位而漂浮。由于球形接头504能够在间隙514中移动，因此锁506位于解锁位置并且水箱102能够随着波浪枢转。外部轻型球802(未示出)压在阀门106中的橡胶固定器812上，从而关闭底板空腔104，使得水不会再进入水箱102。

在步骤904中，潮水开始上涨，使得水箱102随水位向上移动。水箱102随着潮汐的增加向上运动，使得垂直齿轮110上升，并且通过向上运动产生的动力从垂直齿轮110传递到圆形齿轮112，从圆形齿轮112传递到轴118，从轴118传递到接纳轴220(同样如图1所示)，从接纳轴220传递到发电机116。当铰合部122保持在水下并且锁506漂浮在上升位置时，锁506保持解锁状态。底板空腔104保持关闭状态，使得水箱102保持空的状态。

在步骤906中，潮汐接近高潮。锁506保持解锁状态，以随着波浪移动，并且底板空腔104保持关闭状态。

在步骤908中，潮汐和水箱102已经接近峰值高度，在该阶段，水箱102随着高潮到达进行注水。铰合部122保持在水下，使得锁506由于锁506的浮力位于向上的位置。锁506的解锁位置使水箱102可以在位于水面和注水时继续随着波浪枢转。阀门106开始打开，使得外部球体802向下移动到中间位置，在该位置，外部球体802和内部球体800都不会阻塞阀门106。水能够进入底板空腔104并注满水箱102。

在步骤910中，潮水开始退去。底板空腔104关闭，使得内部球体800牢固地靠在橡胶固定器812上，从而堵塞阀门106并将水容纳在水箱102内。

在步骤912中，虽然潮水已经退到水箱102的水平线以下，但水箱102通过垂直齿轮锁130悬挂以防下降。控制器117因此推迟发电，直到潮水下降到水箱102的底部以下。水箱102的垂直运动可以经由诸如带有垂直齿轮锁130的物理止动器。然后控制器117可以选择性地操作垂直齿轮锁130以释放，使水箱可以在注满时因重力下降，并基于可以使发电机116最大限度地产生电力的参数进行发电。

在该操作中，铰合部122高于水位，使得锁506由于重力移动到向下的位置。锁506现在位于锁止动器512上，使得锁506禁止上部510在球形接头504上移动，并且水箱102保持在水平位置。铰合部122的锁定位置禁止水箱102枢转，并在水箱102下降时为水箱102提供稳定性。由于内部球体800靠在阀门106上的位置，底板空腔104和阀门106保持关闭状态。

因此，在步骤912中，水箱102由于水箱102中水的重量开始向下移动。垂直齿轮110配置为在没有水箱102浮力帮助的情况下不将水箱102固定在高位点。因此，垂直齿轮110因为水的重量开始向下移动，并且水箱也102向下移动。由于垂直齿轮110的向下移动会传递到圆形齿轮114、圆形齿轮114的旋转运动会传递到轴120、轴120的旋转运动会传递到接纳轴220、接纳轴220的旋转运动会输入到发电机116，因此垂直齿轮110的向下移动会产生动力。

在步骤914中，水箱102赶上潮汐并达到了潮汐的最低位点。铰合部122现在位于在水下，允许锁506可以因其浮力漂浮到上升位置。在向上的位置，锁506位于解锁位置，使得水箱102可以在球形接头504上枢转，并随着波浪运动再次摆动。在达到最低潮之前，在碰到水位之前，阀门106打开，以通过底板空腔104将水箱102内的水排空。内部球体800上升到内部球体800和外部球体802均没有堵塞阀门106的中间位置，使得水可以通过底板空腔104流出。阀门106在达到水位之前释放水，使得水可以从水箱102流出，而不会有水再进入水箱102。一旦排空，阀门106就会关闭，外部球体802上升到与橡胶固定器812相邻的位置并压在橡胶固定器812上，以堵塞底板空腔104。

在步骤916，水箱102是空的，锁506位于解锁位置，并且水箱102漂浮在水面上，此时所述循环重新开始。

所述混合发电系统可以利用至少三种可持续能源，即利用涨潮能、利用退潮能和利用波浪能。本发明的系统说明了利用潮汐变化进行发电，然而，由于持续存在的波浪，随着水箱102的上升和下降，可能会产生较小的发电增量。由于水箱102随着波浪向上和向下小幅度移动时，随着潮水同时上升或下降，可能会发生额外的发电。另外，平台100可以通过放置在水箱102顶面的太阳能电池板400作为太阳能的来源。水箱102还可以由于轨道500、502的滑动运动而从水箱102的水平运动中额外产生动力。所述混合系统可以利用潮汐运动大规模产生创新的、可持续的、洁净的、廉价的和环保的能源。众所周知，由于海水约占地球表面的70％，因此，与陆地上能源相比，海水提供了巨大的资源。

根据一方面，一种用于潮汐发电的系统包括水箱，所述水箱由至少一个垂直齿轮支撑，使得所述水箱随着所述至少一个垂直齿轮向上和向下运动，所述水箱是基于潮汐的垂直运动而运动的。至少一个圆形齿轮耦合到至少一个垂直齿轮，使得当所述至少一个垂直齿轮向上和向下移动时，所述至少一个圆形齿轮旋转。轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述轴旋转。发电机附接到所述轴上，使得所述轴的旋转传送到所述发电机进行发电。

根据另一方面，一种潮汐发电的方法包括：使水箱向上和向下移动，所述水箱配置为由至少一个垂直齿轮支撑并且所述至少一个垂直齿轮配置为随着水箱运动，所述水箱是基于潮汐的垂直运动而运动的；使至少一个圆形齿轮旋转，所述至少一个圆形齿轮配置成使得当所述至少一个垂直齿轮向上上升时，所述至少一个圆形齿轮旋转；使至少一个轴自旋，所述至少一个轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述至少一个轴自旋；以及将所述至少一个轴的旋转传递到发电机，所述发电机配置为通过所述至少一个轴的旋转运动进行发电。

在介绍所公开材料的各种实施例的元素时，冠词“一”和“所述”旨在表示存在一个或多个元素。术语“包括”和“具有”旨在表示是开放式的，意思是除了所列元素之外可能还有附加的元素。此外，以下讨论中的任何数值示例都旨在表示是非限制性的，因此附加的数值、范围和百分比都在所公开的实施例的范围内。

虽然前面的讨论一般是在海上混合发电系统的情况下提供的，但应该认识到，目前的技术并不限于这种有限的情况。在这样的情况下提供示例和解释是为了通过提供实施方式和申请的实例来方便解释。所公开的方法也可以在其他情况或配置中使用。

虽然已经就有限数量的实施例详细描述了所公开的材料，但应该容易理解，实施例不限于此类所公开的实施例。更确切地说，可以对所公开的内容进行修改以并入任何数量的变化、改变、替换或等同设置中，虽然迄今为止，尚未对所述变化、改变、替换或等同设置进行描述，但其与所公开的材料的精神和范围相当。另外，虽然已经描述了各种实施例，但应该理解所公开的方面可以仅包括所描述的部分实施例。因此，所公开的内容不应被视为受前面描述的限制，而仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (20)

1.一种用于潮汐发电的混合系统，其特征在于，包括：

水箱，所述水箱由至少一个垂直齿轮支撑，使得所述水箱随着所述至少一个垂直齿轮向上和向下运动，所述水箱基于使所述水箱升高和下降的潮汐的垂直运动而运动的；

至少一个圆形齿轮，所述至少一个圆形齿轮耦合到至少一个垂直齿轮，使得当所述至少一个垂直齿轮向上和向下移动时，所述至少一个圆形齿轮旋转；

轴，所述轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述轴旋转；以及

发电机，所述发电机附接到所述轴上，使得所述轴的旋转传送到所述发电机进行发电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

位于所述水箱底部的底板空腔；

其中，所述底板空腔配置为打开并允许水注满所述水箱或从所述水箱中排空；并且所述底板空腔配置为关闭并保留所述水箱中的水。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括耦合到所述水箱并且耦合到所述垂直齿轮的铰合部，所述铰合部配置为当所述铰合部是正啮合时防止所述水箱进行枢转运动，并且当所述铰合部不是正啮合时允许所述水箱进行枢转运动。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

第一组平行滑动轨道，所述第一组平行滑动轨道位于第二组平行滑动轨道的顶部并且垂直于所述第二组平行滑动轨道；

所述第一平行滑动轨道配置为允许所述水箱在第一水平方向上运动；

所述第二组平行滑动轨道配置为允许所述水箱在第二水平方向上运动。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

球形接头；以及

锁；

其中，当所述锁位于解锁位置时，所述锁允许所述球形接头使所述水箱枢转；并且当所述锁位于锁定位置时，所述锁禁止所述球形接头使所述水箱枢转。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

所述铰合部的上部；

所述铰合部的下部；

位于所述铰合部上部和所述铰合部下部之间的间隙；

其中，在所述解锁位置，所述锁与所述铰合部的所述上部成一直线地上升，使得所述球形接头能够在所述间隙中枢转；并且在所述锁定位置，所述锁下降以关闭位于所述铰合部上部和所述铰合部下部之间的所述间隙，使得所述球形接头不能在所述间隙中枢转。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述锁包括浮力材料，使得当所述锁位于水下时，所述锁升高到解锁位置，并且当所述锁位于水上时，所述锁下降到锁定位置。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在操作的第一部分，所述锁位于水下并且位于所述解锁位置，所述底板空腔是关闭的，并且所述水箱在所述至少一个垂直齿轮上升高；

在操作的第二部分，所述锁位于水下并且位于所述解锁位置，所述底板空腔是打开的，并且所述水箱位于所述至少一个垂直齿轮上的高点处；

在操作的第三部分，所述锁位于水上并且位于所述锁定位置，所述底板空腔是关闭的，并且所述水箱在所述至少一个垂直齿轮上下降；以及

在操作的第四部分，所述锁位于水下并且位于所述解锁位置，所述底板空腔是打开的，并且所述水箱在所述至少一个垂直齿轮上的低点处。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述水箱在所述第一水平方向的所述运动和所述水箱在所述第二水平方向的所述运动能够用于发电。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

位于所述水箱的顶面的太阳能电池板；

所述太阳能电池板配置为独立于所述发电机进行发电。

11.一种潮汐发电的方法，其特征在于，包括：

使水箱向上和向下移动，所述水箱耦合到至少一个垂直齿轮，所述至少一个垂直齿轮配置为随着所述水箱运动，所述水箱基于潮汐的垂直运动而运动；

使至少一个圆形齿轮旋转，所述至少一个圆形齿轮配置成使得当所述至少一个垂直齿轮向上上升时，所述至少一个圆形齿轮旋转；

使至少一个轴自旋，所述至少一个轴连接到所述至少一个圆形齿轮，使得当所述至少一个圆形齿轮旋转时，所述至少一个轴自旋；以及

将所述至少一个轴的旋转传递到发电机，所述发电机配置为通过所述至少一个轴的旋转运动进行发电。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

基于所述水箱的垂直位置，配置所述底板空腔的打开和关闭；

当所述水箱达到潮汐的峰值高度时，打开所述底板空腔；

一旦所述水箱注满水，关闭所述底板空腔；

当所述水箱达到低潮高度时，打开所述底板空腔；以及

一旦所述水箱中的水被排空，关闭所述底板空腔。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将铰合部耦合到所述水箱和所述至少一个垂直齿轮；以及

正啮合所述铰合部以防止所述水箱的枢转运动。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在解锁位置，使位于所述铰合部上部和所述铰合部下部之间的间隙中的球形接头枢转；以及

用锁关闭所述间隙，使得所述锁在锁定位置禁止球形接头在位于所述铰合部上部和所述铰合部下部之间的间隙中枢转。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将第一组平行轨道定位到第二组平行轨道的顶部并且使所述第一组平行轨道垂直于所述第二组平行轨道，使得所述第一组平行滑动轨道能够允许所述水箱在第一水平方向上滑动，并且所述第二组平行滑动轨道能够允许所述水箱在第二水平方向上滑动；以及

通过所述水箱在第一水平方向上滑动和通过所述水箱在所述第二水平方向上滑动，进行发电。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

随着波浪运动，升高所述水箱和下降所述水箱，使得通过所述水箱随着所述波浪的垂直运动和所述水箱随着所述潮汐的垂直运动，同时进行发电。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在单个操作周期的上半周期，将所述水箱升高到所述潮汐的峰值高度，

所述水箱配置为随着所述潮汐升高；以及

在单个操作周期的下半周期，将所述水箱下降到低潮高度，所述水箱配置为以比所述潮汐更慢的速率下降。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

达到所述潮汐的峰值高度并且打开所述水箱中的阀门，使得所述底板空腔打开以允许水进入所述水箱；以及

达到所述潮汐的低潮高度并且打开所述水箱中的阀门，使得所述底板空腔打开以允许水从所述水箱中排空。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述铰合部位于水上时，使锁下降，使得当所述水箱以比所述潮汐更慢的速率下降时，所述铰合部位于所述锁定位置。

20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述铰合部位于水下时，使锁升高，使得当所述水箱随着所述潮汐漂浮和升高时，所述铰合部位于所述解锁位置。