CN1997821A - 利用波浪运动进行发电的模块系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于发电的模块系统，利用由于基于杆－活塞－气缸系统并通过作用于漂浮构件的波浪运动的驱动的泵送装置的执行从波浪运动中提取水力能；在波浪运动作用下，空气被活塞(7b)压缩并排出到容器(70)的室(20)中，水被另一活塞(7a)压缩并排出到同一容器(70)的室(30)中；阀(40)调整到水力涡轮机(50)的排放；具有可动壁(18)和室(20、30)的容器(70)确保水的适当加压和到涡轮机(50)的恒定输送。

Description

利用波浪运动进行发电的模块系统
技术领域
本发明总体上涉及一种能量转换系统，更具体地涉及一种通过开发海浪和大洋波浪的自然振荡来发电的模块系统。
该系统通过开发可再生的且潜在无限的自然资源在能量产生领域获得应用。
背景技术
矿物燃料的不可避免的逐渐消耗刺激了新的和改进的能量产生方法的提出。
由于其固有的特征和充足的可用性，可解决由资源缺乏引起的问题的一种引起关注的能源毫无疑问会联系到海浪和大洋波浪的不停运动。
在现有技术中，已经试图利用波浪运动产生能量以及由海面上的波浪运动产生的水力来发电。
在设计和制造开发波浪运动以进行发电的系统中所采用的方法主要有两种，根据它们是采用流体用于所述发电，或者全部依靠于机械解决方案，例如采取纯粹的曲柄传动装置，这两种方法会有不同。
然而，通常，这两种方法需要将所提取的水力能量立刻转换成电能。由于系统容量仍然保持直接与由波浪运动引起的力绑定，因此，这种过程严重影响所生产的可输出电力。
典型地，波浪运动导致易于在有流体帮助或无流体帮助的情况下传递其机械能的设备的运动，以用于驱动能量转换装置，所述驱动可选地遵循以下中间步骤：例如，所述运动从往复平动机械地转换成转动。
更具体地，即使在借助于适当引导、输送或强迫的流体时，也存在与明显直接依赖于海面的偶然状况有关的问题以及与需要能量直接转换有关的问题。
在这方面，利用波浪运动发电的系统的已知例子是设想通过位于海面下方的入口和位于大气中的出口利用槽或腔来输送拍打海岸的波浪的力。
特别地，由此在槽或腔内导致的压力波提供了所需推力以推动与发电机相连的叶轮的叶片。
还已知的例子是一种系统，其中海水借助于波浪运动落入到与装配有叶片的机器相连的容器内，以驱动该机器转动，从而产生电能。
利用叶片转动所收集的水的势能的瀑布系统同样是现有技术中公知的。
所有这些系统都具有依赖于用于发电的海洋条件的缺点，并且/或特别地，在后两个例子中，具有依赖于进入容器内的海水量的缺点。
还应该注意到，现有技术中设计用于转换与波浪运动相关的水力能的机械结构总是高度复杂，并且制造和研制、使用该机械结构的经济效益从未在所生产能量上得到成比例的回报。
总之，成本/效益比从未充分证明这些方法能够有效和方便地实施。
发明内容
本发明根本的技术问题是提供一种用于发电的模块系统，该模块系统能够克服参照现有技术所提及的缺点。
通过上述系统解决这种问题，该系统具有至少一个模块，该模块包括：
第一装置，其用于泵送由受到所述波浪运动作用的相应的第一构件的运动驱动的空气；
第二装置，其用于泵送由受到所述波浪运动作用的相应的第二构件的运动驱动的水；和
至少一个容器，其具有第一可变容积室和第二可变容积室，所述第一可变容积室和第二可变容积室被用于分隔的可动装置分隔开，
其中，空气被泵送到所述第一室中至预设压力值，水被泵送到所述第二室中，以减小所述第一室的容积，还设置有用于将处于压力下的水从所述第二室抽出的装置和与处于压力下的所述水相连的用于发电的涡轮装置。
根据本发明的模块系统的主要优点在于就电能方面而言，其允许系统输出的电力与波浪运动的偶然强度的高度偶然的变化无关。
在第一个例子中，这通过引入适当执行的储存海水的步骤和根据实际需要调节系统的选择来达到，而不管波浪运动强度的偶然性。
根据模块化的概念，本发明的有利设计也可获得所述结果。
实际上，本发明可由多个模块组成，每个模块本身是可操作的并组成系统的整个功能。
每个模块被构造成便利地组合并与其他模块结合，或者与其他模块隔离和分开。
如此构思的模块使该系统作为整体在动力上成比例地整体上升或者下降，以调节其能量输出容量。
所以，产生能量的量不直接与偶然的波浪运动模式相关，而是与实际用户需求和需要相关，甚至与所服务的区域的用户的临时或者偶然需求相关。
此外，本发明经济方便且生态相容地从海浪和大洋波浪的不停运动中开发水力能源。
所提及形式的能量到电能的转换根据与环境相关的方式发生。
实际上，在建立系统所需的任何安装阶段都不存在污染物。
此外，用于机械能收集的装置和将波浪的能量转换成水电相对简单，并且包括有限数量的部件，这些部件制造不复杂，通常不用高额费用。
特别地，所述装置没有除用于其建设的初始投资以及随后的检测和维修的那些成本之外的额外成本。
附图说明
通过以例子的方式而并非是为了限制的目的给出的对本发明实施例的以下描述，采用本发明的其他优点、特征和方式将变得明显。
图1示出了根据本发明的最小模块配置的用于发电的系统的示意图。
图示出了该系统的所有装置和单元的连接关系。
具体实施方式
因此，参照图1，系统由多个单元和构件组成；特别地，该系统的组成单元部分位于海中、海面上方以及海面下方，部分位于陆地上，优选地靠近海岸。
管线网络将位于大海100中的所述单元500连接到安装在陆地上的所述单元400。
在海中，每个单元被放置在例如桩状的固定部上。这样的固定部包括利用不同方式例如打入或者钻入锚定到海床200中的多个竖直桩1。
所述桩1可由不同材料例如钢或者钢筋混凝土制成。
在这里所描述的实施例中，桩1成对布置，充分地间隔开以形成线性顺序。
根据特定区域的波浪运动的强度，特别是根据代表由波浪产生的力的大小的可记录的平均统计测量值，将桩1适当地固定到海床200并在设计过程中恰当地确定尺寸。
具有能够覆盖位于海中的整个模块或者每单对桩1的宽度的一个或者多个平台2通过适当的连接装置装配到桩1上。可选地，所述桩也可以支撑在邻近陆地上，以产生最大的稳定性。
对于平台2，所述桩分别用作在用于发电的模块系统的正常操作条件下用于限制和阻塞的装置，以及当控制海面上临界条件时用作滑轨。
在锚定到桩1的平台2中，与其一体地包括气缸4，该气缸4具有作为压缩室10的相应的中空部分。
多个漂浮构件5a、5b通过导向构件25可滑动地安装到所述桩1上，并被构造成使得所述多个漂浮构件5a、5b中的每一个以两个对两对的方式安装到各对桩1上，从而每个漂浮构件由四个桩导向。
这种漂浮构件5本身也是漂浮体，例如浮标或加强壳结构的形式，由于相关的滑动导向装置，如形成在所述桩1中的适当的凹槽和导轨，它们在垂直方向上自由移动。
因此，漂浮构件5a、5b经受波浪运动，并以与来波模式一致的线性运动上升或下落。此外，如在下文中明显的是，应理解，所述漂浮构件可以可选地由不同构件替换，该构件在经受波浪运动时能够执行同样的功能。
漂浮构件5a、5b连接到相应的杆6a、6b上，杆的数量与气缸-活塞系统中在气缸4a、4b的中空部分内移动的活塞7a、7b的数量相同。所述活塞的运动使压缩室10的容积改变，产生泵送效应。
杆6a、6b与漂浮构件5a、5b的连接通过采用连接装置来实现，使杆能够支持漂浮构件的调整，并使杆适合于由波浪运动模式导致的不同可行结构。
实际上，为了跟随波浪运动模式，漂浮构件5a、5b应自由摇动和摆动。
用于在所述杆6a、6b和所述漂浮构件5a、5b之间建立连接的装置可以是，例如，形成在杆的底部并易于被预设在漂浮构件上的支座所接收的适当铰接头，或者在杆的端部处的孔眼，连接活塞销穿过该孔眼，或者利用螺旋形状。
显然，活塞7被提供了与波浪运动成比例的且是波浪的推力的函数的竖直往复运动。
通过漂浮构件5a、5b的运动确保与固定平台2成一体的气缸4a和4b内部的活塞7的相对运动，该漂浮构件5a、5b的运动通过成比例地向上或向下的位移与海面上的波浪运动模式相对应。
桩1装备有适当的安全止动器，使得在反常波浪或者极端条件如暴风雨出现时，不会危及系统的功能性，并且确保不会发生由于漂浮构件上波浪运动所传递的水力过于猛烈而产生断裂。
出于该目的，易于防止根据本发明的用于发电的模块系统的结构断裂的安全止动器9有利地设置在桩1上位于海平面上一定高度处，该高度取决于后者的冲程。安全止动器9与所述导向构件25协同动作。
为了更好地阻尼反常波，气缸4a、4b可以摇摆。
基本上，当漂浮构件5a和5b因为反常波浪受到过大的推力时，位于桩上的止动器将漂浮构件阻挡在所需高度。
在第一个例子中，管线网络将借助于活塞7在气缸4上获得的压缩室10连接到外部环境，在第二个例子中，根据在压力下排出的流体是空气还是水而将该压缩室10连接到相应的室20或者30。这些室是封闭的，即通过大气压力密封的、位于陆地上的积聚容器70的一部分。
实际上，在第一个例子中，所提及的管道的管用于从其一个端部吸入流体并使该流体进入气缸4内的压缩室10中，然后，根据该流体的液体性质或者气体性质在压力下将该流体转移并灌注到适当的相应的室20或者30中。
关于这点，需要强调的是，本发明具有可以以模块形式连接的优点，每一个包括至少一个第一气缸4a和至少一个第二气缸4b，该第一气缸4a从海洋中将海水吸入到其压缩室10a中，该第二气缸4b从大气中将空气吸入到其压缩室10b中。每个模块提供至少一个容器70。
如至此所提及的那样，空气和水在压力作用下被分别灌注到位于海岸附近的容器70的第一和第二室20和30内。
所述室20、30均具有可变容积，通过用于分隔的可动装置分隔开，在本实施例中，该装置为柔性可变形隔膜18。
用于在压力作用下蓄水的第二室30又通过另外的管线段16连接到用于调节/减少输送的装置40。
这种用于调节/减少输送的装置40可以是开关构件或者阀门，其除了能扩大水流以部分减小其压力之外，还能够密封在管16的外部出口与位于其下游的水力涡轮机50的导向叶片的入口之间的通道。
位于水力发电厂内的水力涡轮机50以本质上传统的方式连接到预先安装的发电机60上，该发电机60用于发电并装备有相关的保护、命令以及控制设备。
系统操作可划分出的步骤设想空气通过入口14从大气中预防性地吸入，由于波浪运动的作用被活塞7-b压缩，通过供给管线网络的专用部分15输送到室20内。
所以，这样的室初步填充有压缩空气，并且，甚至在泵送之前，隔膜18同样由于波浪运动受到预张紧力。
所以，包括第一气缸4b的第一活塞-气缸系统构成用于泵送空气的第一装置。
所以，包括第二气缸4a的第二活塞-气缸系统构成用于泵送水的第二装置。
由于波浪运动导致的并通过杆6从漂浮构件5传递的竖直往复振动运动，气缸4-b中的活塞7-b从管线网络的终端14吸入空气，将该空气引入到压缩室10-b中。
随着海水的猛涨，当入口管上的阀和另外的阀，如输送管15上的单向阀关闭时，如此被引入的空气被活塞7-b压缩。
当打开通向管13的阀时，被活塞7-b如此压缩的处于压力下的空气在所述管线段15中输送、然后排放到积聚容器20中以产生预定的压力。
然后，利用相同的水下机构，通过浸入的入口11从大海吸入水。
然后，被引入的海水通过活塞泵送并被输送到专门的给送网络13。
由于如上所述那样进行阀的开/关，处于压力下的吸入的水被贮存在积聚容器20中。
两个积聚室20和30通过阀进行入口调节。应理解，自动控制系统可以控制所有阀的开和关。
如至此所述，所述室20、30共享由弹性、柔性且可变形的隔膜18制成的壁。
由于上述步骤，已经在压力下被预防性地输送到室20中的空气通过室30中的海水的引入而被进一步压缩，产生与变形的隔膜18平衡的构造。
两个室根据与高压锅一样的原理来操作，使得在该室内，当压力检探装置发出表示达到某最大压力值的信号时，通过入口阀的相对关闭，相应室30中的进水被暂停；另一方面，此时，在室30的出口处用于减少输送的装置40打开，以允许所储蓄的水增大。
随之在压缩空气室20中形成过压，这导致隔膜18高度处的不平衡，结果使隔膜18沿与先前介入方向相反的方向发生变形。
这样，水从室30中排出到输送管16中，直到由于隔膜18的膨胀所导致的室20的容积增加，在隔膜18的两部分的压力之间重新建立平衡。
在该压力平衡开始时，再次关闭所述输送(排出)减少装置40，并重复上述循环。
因此，处于压力下的海水被贮存在容器70中，通过可选择和可调节地打开每个模块中所有的、一些或者仅一个容器70的流量调节装置40，准备随后根据需要释放以用于发电。
系统的阀和密封连接件能够在任何操作条件下干预，特别地，根据由下游配电网所表达的需求和需要关闭管道和调节液流。
它们可以自动操作或者通过中央单元控制，它们将压力探测装置的相关测量结果输送到中央单元。
如至此强调的，除了固有的在电网紧急需要的情况下能迅速投入使用之外，根据本发明实现的系统所具有模块化还具有其他优点，例如灵活性，即在高峰期间跟随负载的快速改变模式的能力、高效性、连续性以及发电服务的安全性。
同样地，需进一步强调的是波浪运动被定义为可再生的能源。
对于上述的用于发电的模块系统，为了满足进一步的和偶然事件的需要，本领域技术人员可以对其进一步改进和变化，然而，所有这些改进和变化都落在如所附权利要求所限定的本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于发电的模块系统，所述系统利用波浪运动在压力下泵送流体，所述模块系统具有至少一个模块，所述模块包括：
第一装置，其用于泵送由受到所述波浪运动作用的相应的第一构件(5a)的运动驱动的空气；
第二装置，其用于泵送由受到所述波浪运动作用的相应的第二构件(5b)的运动驱动的水；和
至少一个容器(70)，其具有第一可变容积室(20)和第二可变容积室(30)，所述第一可变容积室和第二可变容积室被用于分隔的可动装置(18)分隔开，
其中，空气被泵送到所述第一室(20)中至预设压力值，水被泵送到所述第二室(30)中，以减小所述第一室(20)的容积，还设置有用于将处于压力下的水从所述第二室(30)抽出的装置和与处于压力下的所述水相连的用于发电的涡轮装置。
2.根据权利要求1所述的用于发电的模块系统，其特征在于，用于泵送空气和水的所述第一和第二装置具有相应的活塞-气缸系统，所述活塞-气缸系统包括容纳在气缸(4a、4b)的中空部分中且被杆(6a、6b)移动的活塞(7a、7b)，所述杆由受到波浪运动作用的所述构件(5a、5b)驱动。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的用于发电的模块系统，包括管线网络，所述管线网路用于容器(70)中处于压力下的所述流体的吸入、转移和输送。
4.根据权利要求3所述的用于发电的模块系统，其特征在于，所述管线网络包括用于调节流体排放的密封装置，并特别地在所述容器(70)的所述第二室(30)的出口处包括用于扩大和调节包含在第二室(30)中的水的输送的装置(40)。
5.根据权利要求1所述的用于发电的模块系统，其特征在于，所述用于分隔的可动装置(18)是可变形且柔性的隔膜。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的用于发电的模块系统，其特征在于，受到波浪运动作用的所述构件(5a、5b)是漂浮构件。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的用于发电的模块系统，其特征在于，用于泵送的所述装置的气缸(4)与固定平台(2)是一体的。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的发电的模块系统，其特征在于，所述固定平台(2)具有用于限制和阻塞的装置，所述装置包括多个固定桩(1)。
9.根据权利要求8所述的用于发电的模块系统，其特征在于，所述漂浮构件(5a、5b)可滑动地接合在所述多个桩(1)上。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的用于发电的模块系统，其特征在于，所述桩(1)包括用于所述固定平台(2)与桩(1)临时脱离以及相对于桩(1)竖直滑动的安全系统(9)。
11.根据权利要求2至10中任意一项所述的用于发电的模块系统，包括用于连接在所述杆(6a、6b)与所述漂浮构件(5a、5b)之间的装置，所述装置易于支持所述漂浮构件(5a、5b)。
CNA2005800185543A 2004-05-10 2005-05-09 利用波浪运动进行发电的模块系统 Pending CN1997821A (zh)

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