CN116950827B - 一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统及使用方法，包括半潜平台、监测装置、波浪能发电装置和固接于半潜平台上的自动控制装置；监测装置连接于自动控制装置，用于监测波浪条件并发送信号给自动控制装置；自动控制装置连接于波浪能发电装置，用于根据接收到的信号调整波浪能发电装置的位置，以使波浪能发电装置与波浪条件相适配。本发明通过监测装置和自动控制装置的配合，实现自动调整波浪能发电装置位置，自动适配波浪条件，避免因波浪能发电装置固定位置安装而无法对波浪的变化做出改变，导致波浪能发电装置对波浪能的利用效率低下的情况发生，提高了波浪能发电装置对波浪能的利用效率，即提高了波浪能装置的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及波浪能发电装置技术领域，具体为一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统及使用方法。
背景技术
传统化石能源日益枯竭并且带来诸多环境污染问题，清洁的可再生能源开发利用变得更加迫切，而清洁能源的开发利用离不开海洋，海洋面积占表面总面积的71％，海洋中有丰富的波浪能和水，而其中波浪能是沿海各国的研究重点。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，波浪能具有能量密度高、储量大、稳定性高、分布面广等优点，它是一种最易于直接利用、取之不竭的可再生清洁能源，具有广阔的应用前景。
波浪能的研究利用离不开波浪能发电装置，波浪能发电装置种类繁多，按照波浪能发电装置俘获能量的工作原理可分为越浪式、振荡水柱式和点吸式；越浪式装置体积庞大，选址严格；振荡水柱式可靠性高，但转换效率低；而点吸式波浪能发电装置具有结构简单多样、能量转换效率较高、适用范围广和成本低等优点，易于海洋结构物结合，适用于为主体结构物提供电力输出。
对于波浪能发电装置，装置的转换效率是衡量一个装置好坏的关键因素，以往学者基于目标工作海况，对装置的外形、吃水等因素的进行优化，选定优化的波浪能发电装置固定位置安装发电。
但在实际海况下，海洋中波浪呈现不规则变化，并且平台的存在影响周围的波浪分布，波浪条件一直在发生变化，波浪能发电装置的最优发电位置随着波浪条件的变化而变化，而固定位置安装的波浪能发电装置却无法随波浪的变化而改变，导致波浪能发电装置对波浪能的利用效率低下。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是：提供一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，可实现自动调整波浪能发电装置的位置，提高波浪能发电装置对波浪能的利用效率。
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之二是：一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统使用方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明涉及一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，包括半潜平台、监测装置、波浪能发电装置和固接于半潜平台上的自动控制装置；
监测装置连接于自动控制装置，用于监测波浪条件并发送信号给自动控制装置；
自动控制装置连接于波浪能发电装置，用于根据接收到的信号调整波浪能发电装置的位置，以使波浪能发电装置与波浪条件相适配。
进一步，半潜平台、监测装置、波浪能发电装置和自动控制装置均设有多个，多个半潜平台、多个监测装置、多个波浪能发电装置和多个自动控制装置均一一对应设置，且呈环形布置。
进一步，自动控制装置设有信号处理装置和伺服系统，伺服系统固接于半潜平台；信号处理装置连接于伺服系统，伺服系统连接于波浪能发电装置，信号处理装置用于接收监测装置的信号并控制伺服系统驱动波浪能发电装置调整位置。
进一步，伺服系统包括伺服电机、齿轮和齿条，伺服电机的固定端固接于半潜平台，伺服电机的输出端卡接于齿轮，齿轮啮合于水平设置的齿条一端，齿条另一端固接于波浪能发电装置。
进一步，波浪能发电装置设于伺服系统的外侧；波浪能发电装置包括PTO系统、垂直设置的光轴和浮子，PTO系统侧部固接于齿条；光轴一端穿设于PTO系统，光轴另一端固接于浮子。
进一步，还包括系泊系统，系泊系统一端连接于半潜平台，系泊系统另一端连接于监测装置。
进一步，系泊系统设有锚固于海底的锚基，锚基上分别连接有锚链一和锚链二，锚链一的一端连接于半潜平台；锚链二的一端连接于监测装置。
进一步，监测装置为漂浮式波浪传感器。
一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统使用方法，包括以下步骤：
自动控制装置接收信号，并根据信号相应调整波浪能发电装置的位置，使波浪能发电装置适配波浪条件，以使波浪能发电装置对波浪能利用效率提高；所述信号由监测装置监测波浪条件并生成和发送信号给自动控制装置。
进一步，信号处理装置、伺服电机和浮子均设有多个，多个信号处理装置、多个伺服电机和多个浮子一一对应设置，多个漂浮式波浪传感器分别发送信号至对应的信号处理装置，以控制伺服电机驱动对应的浮子调整位置。
总的说来，本发明具有如下优点：
本发明使用时，固接在半潜平台上的监测装置时刻监测波浪条件并生成和发送信号给自动控制装置，自动控制装置接收到监测装置发出的信号后，根据信号相应调整波浪能发电装置的位置，使波浪能发电装置适配波浪条件，避免了因波浪能发电装置固定位置安装而无法对波浪的变化做出改变，导致波浪能发电装置对波浪能的利用效率低下的情况发生；通过监测装置和自动控制装置的配合，实现自动调整波浪能发电装置位置，自动适配波浪条件，有效提高了波浪能发电装置对波浪能的利用效率，即提高了波浪能装置的发电效率。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明与风机结合示意图。
图3为本发明伺服系统结构示意图。
图4为本发明波浪能发电装置结构示意图。
图5为本发明集成系统周围波高分布图。
图6为本发明浮子发电功率与布置位置关系图。
附图中包括有：
1-系泊系统，2-半潜平台，3-伺服电机，4-齿条，5-齿轮，6-信号处理装置，7-PTO系统，8-浮子，9-光轴，10-漂浮式波浪传感器。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，包括半潜平台2、监测装置、波浪能发电装置和固接于半潜平台2上的自动控制装置；
监测装置连接于自动控制装置，用于监测波浪条件并发送信号给自动控制装置；
自动控制装置连接于波浪能发电装置，用于根据接收到的信号调整波浪能发电装置的位置，以使波浪能发电装置与波浪条件相适配。
使用时，固接在半潜平台2上的监测装置时刻监测波浪条件并生成和发送信号给自动控制装置，自动控制装置接收到监测装置发出的信号后，根据信号相应调整波浪能发电装置的位置，使波浪能发电装置适配波浪条件，避免了因波浪能发电装置固定位置安装而无法对波浪的变化做出改变，导致波浪能发电装置对波浪能的利用效率低下的情况发生；通过监测装置和自动控制装置的配合，实现自动调整波浪能发电装置位置，自动适配波浪条件，有效提高了波浪能发电装置对波浪能的利用效率，即提高了波浪能装置的发电效率。
具体地，半潜平台2、监测装置、波浪能发电装置和自动控制装置均设有多个，多个半潜平台2、多个监测装置、多个波浪能发电装置和多个自动控制装置均一一对应设置，且呈环形布置。
每个半潜平台2上均固接有一个自动控制装置，每个自动控制装置均连接有波浪能发电装置。
优选地，半潜平台2为半球型且为三个，三个半潜平台2环绕机架组成一个三角形平台，三角形平台外侧均固接有系泊系统1；
如图2所示，三角形平台的机架中部可固接在风机上，并可与风机上电缆进行共享，实现了与风机平台共享、电缆共享以及系泊系统1共享；半潜平台2的设置使本集成系统在海中的适应能力强；同时，由于本集成系统的结构简单，易于与其他海洋结构物结合，节约了成本。
如图1和图3所示，自动控制装置设有壳体、信号处理装置6和伺服系统，壳体固接于半潜平台2上，信号处理装置6和伺服系统设于壳体内侧，且伺服系统固接于半潜平台2；信号处理装置6连接于伺服系统，伺服系统连接于波浪能发电装置，信号处理装置6用于接收监测装置的信号并控制伺服系统驱动波浪能发电装置调整位置；
信号处理装置6为信号接收与转换设备。
伺服系统包括伺服电机3、齿轮5和齿条4，伺服电机3的固定端固接于半潜平台2，伺服电机3的输出端卡接于齿轮5，齿轮5啮合于水平设置的齿条4一端，齿条4另一端固接于波浪能发电装置；齿条4的的伸缩长度随波浪条件变化而变化。
伺服电机3驱动水平设置的齿条4，即伺服电机3驱动波浪能发电装置沿水平方向运动，使波浪能发电装置能与波浪的波幅位置相适配，提高了波浪能发电装置对波浪能的利用效率，提高了波浪能装置的发电效率。
优选地，每个伺服系统包括有两个伺服电机3，两个伺服电机3共同驱动齿条4，即共同驱动波浪能发电装置，确保波浪能发电装置沿水平方向的位移能够更加平稳和精确。
如图1和图4所示，波浪能发电装置设于伺服系统的外侧；波浪能发电装置包括PTO系统7、垂直设置的光轴9和浮子8，PTO系统7侧部固接于齿条4；光轴9一端穿设于PTO系统7，光轴9另一端固接于浮子8。
PTO系统7内侧底端设有法兰轴承，光轴9穿设于法兰轴承；
具体地，还包括系泊系统1，系泊系统1一端连接于半潜平台2，系泊系统1另一端连接于监测装置；
系泊系统1设有锚固于海底的锚基，锚基上分别连接有锚链一和锚链二，锚链一的一端连接于半潜平台2；锚链二的一端连接于监测装置。
具体地，监测装置为漂浮式波浪传感器10。
漂浮式波浪传感器10安装在来浪方向距半潜平台2一定距离，监测波浪条件并生成和发送信号给伺服电机3上的信号接收与转换设备，同步调整浮子8的位置。
如图5所示，为本集成系统放置于海洋，图中背景为海洋波浪，内侧三个大圆点为三个半潜平台2与固接在半潜平台2上的自动控制装置，三个大圆点的内侧白色线条为机架，三个大圆点的外侧的白色线条为齿条4，齿条4外侧连接的小圆点为波浪能发电装置；
如图6所示，通过监测和计算的波幅、齿条4的杆长水平距离及对应的发电功率数值，得到集成系统在不同波浪条件、不同位置下的浮子8发电功率，并得到不同波浪条件与最优发电布置位置的相关曲线。在某一周期下浮子8的波幅和布置位置(杆长水平距离)与发电功率紧密相关，浮子8处的发电功率随浮子8处的波幅变化而变化，浮子8处的波幅高度变低时，浮子8处的发电功率随后变小，浮子8处的波幅高度变高时，浮子8处的发电功率随后变大；
漂浮式波浪传感器10可时刻监测海洋波浪条件，监测波浪波幅的波峰相对位置，并生成和发送信号至信号接收与转换设备，信号接收与转换设备接收到信号后控制伺服电机3驱动PTO系统7与浮子8调整水平位置至波峰位置，波峰位置的波浪可以使浮子8的上下位移幅度更大，而浮子8通过做垂荡运动驱动PTO系统7将机械为转换为电能，即调整浮子8至波浪的最大发电功率位置，提高装置对波浪能的利用效率，提高了波浪能装置的发电效率。
一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统使用方法，包括以下步骤：
自动控制装置接收信号，并根据信号相应调整波浪能发电装置的位置，使波浪能发电装置适配波浪条件，以使波浪能发电装置对波浪能利用效率提高；信号由监测装置监测波浪条件并生成和发送信号给自动控制装置。
具体地，信号接收与转换设备、伺服电机3和浮子8均设有多个，多个信号接收与转换设备、多个伺服电机3和多个浮子8一一对应设置，多个漂浮式波浪传感器10分别发送信号至对应的信号接收与转换设备，信号接收与转换设备接收信号后，控制伺服电机3驱动对应的浮子8调整位置。
与现有的点吸式波浪能装置集成系统相比，本发明具有以下优点：
本发明集成系统中波浪能发电装置的位置，可根据漂浮式波浪传感器10监测的波浪条件自动调整，在一定的周期范围内调整PTO系统7和浮子8到发电功率最大位置，实现了智能化调整，便于提高波浪能发电装置对波浪能的利用效率。
本发明将点吸式波浪能装置与半潜平台2结合，同时可与风机进行结合，并与风机公用电缆，实现了系泊系统1共享、风机平台以及电缆共享，节约了成本。
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 (7)
1.一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，其特征在于：包括半潜平台、监测装置、波浪能发电装置和固接于半潜平台上的自动控制装置；
监测装置连接于自动控制装置，用于监测波浪条件并发送信号给自动控制装置；
自动控制装置连接于波浪能发电装置，用于根据接收到的信号调整波浪能发电装置的位置，以使波浪能发电装置与波浪条件相适配；
自动控制装置设有信号处理装置和伺服系统，伺服系统固接于半潜平台；信号处理装置连接于伺服系统，伺服系统连接于波浪能发电装置，信号处理装置用于接收监测装置的信号并控制伺服系统驱动波浪能发电装置调整位置；
伺服系统包括伺服电机、齿轮和齿条，伺服电机的固定端固接于半潜平台，伺服电机的输出端卡接于齿轮，齿轮啮合于水平设置的齿条一端，齿条另一端固接于波浪能发电装置；
伺服电机驱动水平设置的齿条，即伺服电机驱动波浪能发电装置沿水平方向运动，使波浪能发电装置能与波浪的波幅位置相适配；
其中，通过监测和计算的波幅、齿条的杆长水平距离及对应的发电功率数值，得到集成系统在不同波浪条件、不同位置下的浮子发电功率，并得到不同波浪条件与最优发电布置位置的相关曲线；
漂浮式波浪传感器时刻监测海洋波浪条件，监测波浪波幅的波峰相对位置，并生成和发送信号至自动控制装置，自动控制装置接收到信号后控制伺服电机驱动波浪能发电装置调整水平位置至波峰位置，即调整至波浪的最大发电功率位置；
波浪能发电装置设于伺服系统的外侧；波浪能发电装置包括PTO系统、垂直设置的光轴和浮子，PTO系统侧部固接于齿条；光轴一端穿设于PTO系统，光轴另一端固接于浮子。
2.根据权利要求1所述的一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，其特征在于：半潜平台、监测装置、波浪能发电装置和自动控制装置均设有多个，多个半潜平台、多个监测装置、多个波浪能发电装置和多个自动控制装置均一一对应设置，且呈环形布置。
3.根据权利要求1所述的一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，其特征在于：还包括系泊系统，系泊系统一端连接于半潜平台，系泊系统另一端连接于监测装置。
4.根据权利要求3所述的一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，其特征在于：系泊系统设有锚固于海底的锚基，锚基上分别连接有锚链一和锚链二，锚链一的一端连接于半潜平台；锚链二的一端连接于监测装置。
5.根据权利要求1所述的一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统，其特征在于：监测装置为漂浮式波浪传感器。
6.采用权利要求1-5任一项所述的一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
自动控制装置接收信号，并根据信号相应调整波浪能发电装置的位置，使波浪能发电装置适配波浪条件，以使波浪能发电装置对波浪能利用效率提高；所述信号由监测装置监测波浪条件并生成和发送信号给自动控制装置。
7.根据权利要求6所述的一种基于波浪预测的点吸式波浪能集成系统使用方法，其特征在于：信号处理装置、伺服电机和浮子均设有多个，多个信号处理装置、多个伺服电机和多个浮子一一对应设置，多个漂浮式波浪传感器分别发送信号至对应的信号处理装置，以控制伺服电机驱动对应的浮子调整位置。
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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 | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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