CN117703660A - 一种结合防波堤的越浪式波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，包括：防波堤，防波堤具有斜坡迎水面；蓄水池，设于斜坡迎水面后方，蓄水池的顶部设有进水口，经过斜坡迎水面的波浪通过进水口进入蓄水池，使波浪能转换成水的势能储存于蓄水池中；浮筒，通过中心桩可上下浮动地定位于水域水面，并在波浪的推动下上下运动；双向活塞泵，与浮筒相连接，双向活塞泵的进水管道置于水中，双向活塞泵的出水管道与蓄水池的进水口相连通，由浮筒上下运动带动双向活塞泵抽水，将水抽提至蓄水池中；水轮机，由来自于蓄水池的水流驱动而转动；发电机，与水轮机相连接，由水轮机转动带动发电机转动发电。兼具波浪发电和防浪功能于一体。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种结合防波堤的越浪式波浪能发电装置。
背景技术
我国有大量的现役港口工程建筑物，随着我国经济的发展，还将有大量的港口工程建设并投入运行，这些港口、海岸工程建筑物都有投资巨大、尺寸庞大的特点，并处于风、浪、流较大的海域。若将波浪能发电装置与防波堤或护岸工程结合，可以增大能量采集效率，同时也可以给港池床罩平稳的水环境，是一举两得的事。
对于波浪能发电装置的研究按照能量转换方式主要分类有振荡水柱式、筏式、摆式、鸭式、越浪式和振荡点吸式等；根据装置所在位置主要分为离岸式和固定式。目前，大多数研究都围绕着海洋中存在的波浪能，但其实在湖泊、水库中也存在波浪能，但因湖泊、水库的水面宽度有限，水深较小，其波浪在形状和大小上都不同于海浪，具体为波浪高度较海洋波浪高度小，波浪往往是不规则波。
因此，亟需一种与防波堤结合的、可用于不规则波和波高较小的波浪能利用的波浪能发电装置。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，能够实现兼具波浪发电功能和防浪功能于一体。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，包括：防波堤，防波堤具有斜坡迎水面；蓄水池，设于斜坡迎水面后方，蓄水池的顶部设有进水口，经过斜坡迎水面的波浪通过进水口进入蓄水池，使波浪能转换成水的势能储存于蓄水池中；浮筒，通过中心桩可上下浮动地定位于水域水面，并在波浪的推动下上下运动；双向活塞泵，与浮筒相连接，双向活塞泵的进水管道置于水中，双向活塞泵的出水管道与蓄水池的进水口相连通，由浮筒上下运动带动双向活塞泵抽水，将水抽提至蓄水池中；水轮机，由来自于蓄水池的水流驱动而转动；发电机，与水轮机相连接，由水轮机转动带动发电机转动发电。
优选地，蓄水池的底部设有出水口，出水口通过进水流道与水轮机的进口相连接，进水流道中设有用于将进水流道关闭或打开的进水闸门。
优选地，水轮机的出口通过出水流道通向水域，出水流道中设有用于将出水流道关闭或打开的出水闸门。
优选地，水轮机通过变速箱与发电机相连接。
优选地，水轮机为低水头水轮机。
优选地，水轮机采用卧式布置。
优选地，防波堤的斜坡迎水面设有波浪聚集板。
优选地，还包括井筒，井筒设于蓄水池远离斜坡迎水面的一侧的外部，水轮机和发电机布置于井筒内。
优选地，一个浮筒连接有多个双向活塞泵，每个双向活塞泵的出水管道均通向蓄水池的进水口。
优选地，浮筒设有多个。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，将防波堤与固定式的波浪能发电装置相结合，通过三级能量转换：在防波堤的斜坡迎水面后接蓄水池，由波浪直接越浪进入蓄水池收集波浪并将波浪能转换为水的势能储存起来，同时设置浮筒和双向活塞泵，由波浪推动浮筒上下运动带动双向活塞泵抽水将水抽提至蓄水池中收集波浪能并将波浪能转换为水的势能储存起来，再通过水轮机将蓄水池中水的势能转换为动能，并由水轮机带动发电机转动发电将动能转换成电能，实现了兼具波浪发电功能和防浪功能于一体，既解决了波浪过高或波浪冲击力大的问题，又把波浪能进行转化利用；同时，采用波浪直接越浪进入蓄水池和浮筒上下运动带动双向活塞泵抽水进蓄水池两种方式同时收集波浪能，有效提高了波浪能的收集利用效率，使得本发明的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置不仅能适用于海洋波浪能的利用，也能适应湖泊、水库中的波浪多为不规则波且波高较小的特点，用于湖泊、水库波浪能的利用。本发明的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置结构简单，成本较低，有较高的研究和推广价值。
附图说明
图1是本发明实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置的俯视示意图。
图3是本发明实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置中，浮筒和双向活塞泵的连接结构示意图。
图4是本发明实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置中，浮筒和双向活塞泵的连接结构俯视示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 防波堤
1a 斜坡迎水面
2 蓄水池
2a 进水口
2b 出水口
3 水轮机
3a 叶片
4 发电机
5 进水流道
6 进水闸门
7 出水流道
8 出水闸门
9 变速箱
10 井筒
11 浮筒
12 中心桩
13 双向活塞泵
131 进水管道
132 出水管道
14 输水管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1至图4所示，为本发明的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置的一种实施例。本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置包括防波堤1、蓄水池2、浮筒11、中心桩12、双向活塞泵13、水轮机3和发电机4。
其中，防波堤1为斜坡式防波堤，防波堤1具有斜坡迎水面1a。防波堤1用于实现防浪功能，通过使波浪与防波堤1的斜坡迎水面1a相遇，可以有效阻断波浪的冲击。
蓄水池2设于防波堤1的斜坡迎水面1a后方。蓄水池2的顶部设有进水口2a，经过防波堤1斜坡迎水面1a的波浪通过进水口2a进入蓄水池2，使波浪能转换成水的势能储存于蓄水池2中。
浮筒11为扁圆形空心筒，可漂浮于水面。浮筒11通过中心桩12可上下浮动地定位于水域水面，并在水面波浪的推动下上下运动。水域可以是海洋，也可以是湖泊或水库。优选地，中心桩12的下端固定在水域的底部靠近防波堤1的位置处，浮筒11的中心可上下滑动地套设在中心桩12的上端，即浮筒11的中心与中心桩12的上端滑动连接，使得浮筒11可以在水面波浪的推动下沿中心桩12下上下运动。
双向活塞泵13与浮筒11相连接，双向活塞泵13设有进水管道131和出水管道132。双向活塞泵13的进水管道131置于水中，即进水管道131淹没在水中。优选地，双向活塞泵13连接在浮筒11的下部，以确保双向活塞泵13的进水管道131淹没在水中。双向活塞泵13的出水管道132与蓄水池2的进水口2a相连通。波浪推动浮筒11上下运动时，由浮筒11上下运动带动双向活塞泵13抽水，通过进水管道131取水和出水管道132输水，将水抽提至蓄水池2中，从而实现收集波浪能并将波浪能转换成水的势能储存于蓄水池2中。采用中心桩2定位浮筒1，使得浮筒1和连接在浮筒1上的双向活塞泵13更加稳定，可提高波浪能的利用效率。
水轮机3由来自于蓄水池2的水流驱动而转动，从而将蓄水池2中水的势能转换成动能。
发电机4与水轮机3相连接，由水轮机3转动带动发电机4转动发电，从而将动能转换成电能。
来自于蓄水池2的水流在驱动水轮机3转动带动发电机4转动完成发电以后，流回水域中。
本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，将防波堤1与波浪能发电装置相结合，通过三级能量转换：在防波堤1的斜坡迎水面1a后接蓄水池2，由波浪直接越浪进入蓄水池2收集波浪并将波浪能转换为水的势能储存起来，同时设置浮筒11和双向活塞泵13，由波浪推动浮筒11上下运动带动双向活塞泵13抽水将水抽提至蓄水池2中收集波浪能并将波浪能转换为水的势能储存起来，再通过水轮机3将蓄水池2中水的势能转换为动能，并由水轮机3带动发电机4转动发电将动能转换成电能，实现了兼具波浪发电功能和防浪功能于一体，既解决了波浪过高或波浪冲击力大的问题，又把波浪能进行转化利用；同时，采用波浪直接越浪进入蓄水池2和浮筒11上下运动带动双向活塞泵13抽水进蓄水池2两种方式同时收集波浪能，有效提高了波浪能的收集利用效率，使得本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置不仅能适用于海洋波浪能的利用，也能适应湖泊、水库中的波浪多为不规则波且波高较小的特点，用于湖泊、水库波浪能的利用。本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置结构简单，成本较低，有较高的研究和推广价值。
本实施例中，优选地，防波堤1的斜坡迎水面1a设有波浪聚集板，可以提高波浪能的收集效率。
本实施例中，优选地，蓄水池2的底部设有出水口2b，出水口2b通过进水流道5与水轮机3的进口相连接，进水流道5中设有进水闸门6，进水闸门6用于将进水流道5关闭或打开。较佳地，进水闸门6设于进水流道5靠近蓄水池2出水口2b的一端。进水闸门6下落时将进水流道5关闭，蓄水池2的出水口2b与进水流道5隔断，蓄水池2内的水不会流进进水流道5。进水闸门6提升时将进水流道5开启，蓄水池2的出水口2b与进水流道5连通，蓄水池2内的水流进进水流道5并进入水轮机3，驱动水轮机3转动。
本实施例中，优选地，水轮机3的出口通过出水流道7通向水域(如湖泊或水库)，出水流道7中设有用于将出水流道7关闭或打开的出水闸门8，出水闸门8设于出水流道7远离水轮机3的一端。出水闸门8下落时将出水流道7关闭，出水流道7与水域隔断，可防止水轮机3不工作时水域中的水倒灌进出水流道7。出水闸门8提升时将出水流道7开启，出水流道7与水域连通，驱动水轮机3转动带动发电机4转动完成发电以后的水流径出水流道7流回水域中。
本实施例中，进水闸门6和出水闸门8同步下落或提升，使进水流道5和出水流道7同步开启或关闭，以保障水轮机3和发电机4设备的顺畅工作和安全性。
本实施例中，针对湖泊和水库波浪波高较低的特点，优选地，水轮机3为低水头水轮机。水轮机3的叶片3a为转浆式叶片。进一步，水轮机3采用卧式布置。由此，可以使水轮机3在不同的流量工况下始终处于较高的效率点。
本实施例中，优选地，水轮机3通过变速箱9与发电机4相连接，有利于提高传动效率。
优选地，本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置还包括井筒10，井筒10设于蓄水池2远离斜坡迎水面1a的一侧的外部，亦即井筒10设于蓄水池2的后方，水轮机3和发电机4布置于井筒10内，进水流道5、进水闸门6、出水流道7、出水闸门8以及变速箱9也都布置于井筒10内。
本实施例中，优选地，一个浮筒11可以连接有多个双向活塞泵13，每个双向活塞泵13的出水管道132均通向蓄水池2的进水口2a。由此，可以通过一个浮筒11在波浪推动下的上下运动同时带动多个双向活塞泵13抽提水至蓄水池2，显著提高波浪能收集利用效率。
进一步，本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置中，浮筒11可以设有多个，每个浮筒11连接有多个双向活塞泵13，所有双向活塞泵13的出水管道132均连通至一根输水管14，通过输水管14将所有双向活塞泵13抽提的水输送至蓄水池2内。
在一个具体的实施方式中，本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置包括两个浮筒11，每个浮筒11上连接有四个双向活塞泵13，所有双向活塞泵13的出水管道132均连通至一根输水管14，输水管14通向蓄水池2的进水口2a。
当然，本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置中，浮筒11的数量和双向活塞泵13的数量并不局限，可以根据应用水域不同的波长进行相应设计。
本实施例的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置可以作为一个单元模块，针对不同的水域波浪波长可以布置多个该单元模块组合使用，以提高波浪能的收集利用效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，包括：
防波堤(1)，所述防波堤(1)具有斜坡迎水面(1a)；
蓄水池(2)，设于所述斜坡迎水面(1a)后方，所述蓄水池(2)的顶部设有进水口(2a)，经过所述斜坡迎水面(1a)的波浪通过所述进水口(2a)进入所述蓄水池(2)，使波浪能转换成水的势能储存于所述蓄水池(2)中；
浮筒(11)，通过中心桩(12)可上下浮动地定位于水域水面，并在波浪的推动下上下运动；
双向活塞泵(13)，与所述浮筒(11)相连接，所述双向活塞泵(13)的进水管道(131)置于水中，所述双向活塞泵(13)的出水管道(132)与所述蓄水池(2)的所述进水口(2a)相连通，由所述浮筒(1)上下运动带动所述双向活塞泵(3)抽水，将水抽提至所述蓄水池(2)中；
水轮机(3)，由来自于所述蓄水池(2)的水流驱动而转动；
发电机(4)，与所述水轮机(3)相连接，由所述水轮机(3)转动带动所述发电机(4)转动发电。
2.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述蓄水池(2)的底部设有出水口(2b)，所述出水口(2b)通过进水流道(5)与所述水轮机(3)的进口相连接，所述进水流道(5)中设有用于将所述进水流道(5)关闭或打开的进水闸门(6)。
3.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述水轮机(3)的出口通过出水流道(7)通向水域，所述出水流道(7)中设有用于将所述出水流道(7)关闭或打开的出水闸门(8)。
4.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述水轮机(3)通过变速箱(9)与所述发电机(4)相连接。
5.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述水轮机(3)为低水头水轮机。
6.根据权利要求5所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述水轮机(3)采用卧式布置。
7.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述防波堤(1)的所述斜坡迎水面(1a)设有波浪聚集板。
8.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，还包括井筒(10)，所述井筒(10)设于所述蓄水池(2)远离所述斜坡迎水面(1a)的一侧的外部，所述水轮机(3)和所述发电机(4)布置于所述井筒(10)内。
9.根据权利要求1所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，一个所述浮筒(11)连接有多个所述双向活塞泵(13)，每个所述双向活塞泵(13)的出水管道(132)均通向所述蓄水池(2)的所述进水口(2a)。
10.根据权利要求9所述的结合防波堤的越浪式波浪能发电装置，其特征在于，所述浮筒(11)设有多个。
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