CN208762949U - 一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在混凝土桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内，本实用新型通过设置圆弧形收缩水道，提高沉箱凹槽内聚波效果；提高总体集成系统的波能转换效率；降低了波转化装置的维护费用。

Description

一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统

技术领域

本实用新型涉及一种防波堤系统，尤其涉及一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统。

背景技术

波浪能是一种具有广阔前景的可再生能源，其转化技术分为：振荡水柱式、振荡浮子式、越浪式等。振荡水柱式波力发电装置运动构件较少，结构简单，降低了波浪能的损失；且发电构件与海水不进行直接接触，尽可能地避免受到海水的腐蚀；同时装置的适应性强、性能可靠，维护简单，但是总转换效率较低。离岸式的振荡浮子发电装置虽然转化效率偏高，但是考虑到波浪的不稳定及恶劣的服役环境，使其结构的稳定性面临着重大挑战，加大了波力发电和锚固设备的运行成本。因此较高的建设成本、较低的波能转化效率阻碍了波浪能装置的推广与应用。防波堤是为了阻断波浪的冲击力、维护港池水面平稳、保证船舶安全停泊和作业而修建的水工建筑物。

秦辉等在硕士论文《带收缩水道的沉箱防波堤兼OWC装置结构形式的研究》中提出了收缩水道形式的沉箱防波堤，该结构形成聚波效果，并将沉箱仓格作为捕能气室，虽然在一定程度上提高了波能转换效率，但是效率相对于振荡浮子还是偏低，也降低了结构稳定性与耐久性；宁德志等在《一种局部带有透空结构的垂直导桩式浮防波堤》(专利号：2016207143674)提出一种垂直导桩式振荡浮子式波能转换装置，减小了付式防波堤的波浪力，提高了浮式防波堤的稳定性，但是在离岸海域中，服役环境变化复杂，给波能转换装置带来的挑战，海底地形特殊、泥沙冲刷严重，给波能转换装置的锚固设施增加了难度。

提高波能利用率、降低波波能发电成本成为了波能利技术的关键问题。融合防波堤与波浪能转换装置的结构型式符合海岸工程建筑物多目标开发的趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提高波能转换效率而提供一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内。

本实用新型还包括这样一些特征：

1.所述沉箱防波堤采用圆弧形收缩水道；

2.所述凹槽室对称分布；

3.所述导桩的高度与沉箱防波堤的高度相等；

4.所述伸缩连杆有四根。

一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，改变沉箱结构型式，提高聚波效果，间接提升波能转换效率，同时融合多种波能转换装置与防波堤共性，一方面提升防波堤功效，另一方面降低波能转换装置成本，实现防波堤与波能转换装置两者功能的相互补充、相互利用、协同工作，为波能利用开发的实用化发展开辟了新途径，也为我国南中国海岸基式能源岛建设关键技术提供支持。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，通过设置圆弧形收缩水道，提高沉箱凹槽内聚波效果；一方面利用振荡水柱波能转换装置实现波能转化为气流动能，另一方面利用振荡浮子波能转换装置充分利用聚波效果，提高了波能的俘获宽度比与吸收率，提高总体集成系统的波能转换效率；由于较大程度上的吸收波浪能，降低波浪对海工建筑物上的波浪荷载，提高集成系统结构整体稳定性，为波浪能转化装置提供掩护效果，降低了波转化装置的维护费用，可以节省其锚固设备建造成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的结构俯视图；

图3是本实用新型的结构立面图；

图4是本实用新型的结构剖面图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，该集成系统包括收缩水道式沉箱防波堤、振荡水柱发电系统、振荡浮子发电系统。沉箱防波堤1放置于抛石基床2上，收缩水道式沉箱防波堤是利用圆弧形收缩水道9替换原有沉箱仓格结构，并在凹槽室内采取对称分布，提高聚波效果；振荡水柱发电系统将沉箱收缩水道式凹槽室的迎浪侧中间沉箱作为捕能气室，下方设置进水孔3，上方设置通气孔4，外连涡轮机发电；振荡浮子发电系统在凹槽室采用垂直导桩振荡浮子结构，通过浮子8的固定垂直运动，利用伸缩连杆6带动动力转换装置5进行工作，将动能转换为电能。

本实用新型收缩水道式沉箱防波堤结构1，该结构以3×2个沉箱为集成系统一个单元，通过将中间沉箱仓格替代为圆弧形收缩水道9，形成沉箱内凹槽，一方面通过改变入射波与反射波之间相位差，降低堤前总体波浪水平力，减少沉箱自重应力，减低造价，另一方面可以起到聚波、聚能的效果，提高凹槽内波高振幅，从而有望提升波能装置获能效率的上升空间。

本实用新型振荡水柱发电系统，其特征在于通过将沉箱仓格作为捕能气室，基于凹槽内提高后的波高振幅，利用下方进水口3进行水体交换，提高振荡水柱发电系统的转换效率，同时反作用于沉箱结构，降低堤前水平波浪力，根据振荡水柱发电系统波能俘获效率与波况参数确定下方进水口3的参数。

本实用新型振荡浮子发电系统，其特征在于利用凹槽内聚波、聚能效果，设置垂直导桩式振荡浮子结构，在沉箱抛石基床2上建立桩墩10，将桩墩10与导桩7连接在一起，将振荡浮子8固定在导桩7上，保证其浮子上下运动，并在导桩顶部设置动力转换装置5，导桩顶部7的高程设置为沉箱防波堤1的堤顶高程。通过凹槽内波浪上下运动，带动振荡浮子8上下运动，在动力转换装置5与振荡浮子8之间均匀连接四根伸缩连杆6，实现动力转换装置5将动能转化为电能，根据具体波况参数，确定振荡浮子8大小和动力转换装置5的最佳发电阻尼。

本实用新型集成系统其特征在于一方面利用振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统充分获取堤前波浪能量，提高了波能转换效率，另一方面，降低堤前水平波浪力，提高了沉箱防波堤结构稳定性，也为振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统提供防护，提高了波能转换装置的稳定性。

按照本实用新型的技术方案，同时采用振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统获取收缩水道式沉箱防波堤凹槽室内的波浪能，沉箱防波堤既可以作为振荡水柱发电系统获取波浪能的载体，又可以作为振荡浮子发电系统的掩护体，实现防波堤功能多元化和成本共享。振荡浮子发电系统通过导桩与混凝土桩墩，固定在收缩水道凹槽室内，防止日常工况下振荡浮子与沉箱外壁碰撞，同时可节省锚固设备的建设成本，振荡浮子运动提高了集成系统的消浪特性，进而又能减小集成系统上的波浪荷载，因此有利于提高结构本身的稳定性。

本实用新型一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统包括收缩水道式沉箱防波堤、振荡水柱发电系统、振荡浮子发电系统。沉箱防波堤1放置于抛石基床2上，收缩水道式沉箱防波堤是利用圆弧形收缩水道9替换原有沉箱仓格结构，并在凹槽室采取对称分布，提高聚波、聚能效果；振荡水柱发电系统将沉箱收缩水道式凹槽室的迎浪侧中间沉箱作为捕能气室，下方设置进水孔3，上方设置通气孔4，外连涡轮机发电；振荡浮子发电系统安置在凹槽室内，采用垂直导桩振荡浮子结构，通过振荡浮子8的固定垂直运动，利用伸缩连杆6连接动力转换装置5。

当波浪到达集成系统前侧，首先通过圆弧形收缩水道，将波浪聚集到凹槽室内，提高波浪的振幅，并在波浪起伏下带动固定在导桩7和混凝土桩墩10上的振荡浮子8运动，然后通过振荡浮子8与动力转换装置5之间的伸缩连杆6，实现动力转换装置5的工作；以此同时，波浪由下方进水口3，进入捕能气室，压缩气室内空气，并在上方通气孔4外连威尔逊透平，实现振荡水柱发电系统工作。波浪如此周期反复的作用下，集成系统既可以实现振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统同时工作，最大化地吸收波浪能，降低了堤前波浪能量，同时基于收缩水道式沉箱凹槽室结构，造成波浪入射与反射之间相位差，极大程度上减小了集成系统所受到的波浪力，同时为振荡浮子发电系统提供了掩护，防止恶劣环境下波浪对振荡浮子发电系统的破坏，提高了系统的稳定性。

收缩水道式沉箱防波堤结构以3×2个沉箱仓格为集成系统一个单元，通过将中间沉箱仓格替代为圆弧形收缩水道9，形成沉箱凹槽室，由于凹槽室的存在，导致凹槽室内反射波与集成系统堤前入射波存在相位差，削弱两种波叠加后的波浪峰谷值，从而降低堤前总体波浪水平力，同时减少沉箱自重与地基承载力，减低工程造价，另一方面可以起到聚波、聚能效果，提升凹槽室内波浪能量，提高凹槽室内波高振幅，为提升波能装置获能效率提供了基础。

振荡水柱发电系统采用岸基式结构，利用原有的沉箱防波堤结构，将沉箱仓格作为捕能气室，基于凹槽室内波高振幅，利用下方进水口，提高振荡水柱发电系统的转换效率，同时通过吸收凹槽室内的波浪能，反作用于沉箱结构，降低堤前水平波浪力，根据振荡水柱发电系统波能俘获效率与波况参数确定下方进水口3的参数。

振荡浮子发电系统，为了充分利用凹槽室内聚波效果，设置垂直导桩式振荡浮子，在沉箱基床2上建立混凝土桩墩10与导桩7，将振荡浮子8固定在导桩7上，防止振荡浮子8自由运动期间碰撞到沉箱外壁，保证其浮子8可以随这波浪的起伏而上下运动，利用伸缩连杆6连接振荡浮子8与设置在导桩顶部的动力转换装置5，实现动力转换装置将动能转化为电能，根据具体波况参数，确定振荡浮子8大小和动力转换装置5的最佳发电阻尼。

波浪前进到达集成系统时，通过收缩水道聚波进入凹槽室，提高凹槽室内波高振幅，带动振荡浮子发电系统工作，同时波浪由下方进水口3进入振荡水柱发电系统捕能气室内，压缩气室内空气，通过上方通气孔4外连的威尔逊透平将气流动能转换为电能。波浪的反复起伏，一方面带动了振荡浮子发电系统浮子8的运动，也在振荡水柱发电系统中形成相对波高较大的起伏性水柱，实现了在波浪作用下，双个波能转换装置同时工作，最大化的提高波能转换效率。

本实用新型通过收缩水道式沉箱防波堤，使凹槽室内部产生聚波效果，同时利用相位差原理有效的降低了堤前总水平波浪力；沉箱仓格改装成振荡水柱发电系统，并在凹槽室内设置振荡浮子发电系统，由于凹槽室内的聚波效果，有效地提高了振荡水柱发电系统气室内的相对波高、振荡浮子的相对运动幅值，从而增加波能转换效率，一定程度上的减小了堤前水平波浪力。因此该集成系统在满足海工建筑物功能要求的同时，利用振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统的双波能转换装置，最大化地利用堤前波浪能，减小波浪冲击力，节省锚固设备的建设成本，提高了集成系统的整体稳定性，同时也对凹槽室内的振荡浮子发电系统起到了掩护的效果。

Claims (9)

1.一种集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，包括抛石基床、振荡水柱发电系统和振荡浮子发电系统；所述振荡水柱发电系统包括设置在抛石基床上的沉箱防波堤、设置在沉箱防波堤上的通气孔，所述沉箱防波堤设置有凹槽室，所述凹槽室的下部设置进水孔；所述振荡浮子发电系统包括设置在抛石基床上的混凝土桩墩、垂直设在混凝土桩墩上的导桩，设置在导桩上的浮子，设置在导桩顶部的动能转换装置，所述浮子和动能转换装置中间还连接有伸缩连杆，所述振荡浮子发电系统在振荡水柱发电系统的凹槽室内。

2.根据权利要求1所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述沉箱防波堤采用圆弧形收缩水道。

3.根据权利要求1或2所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述凹槽室对称分布。

4.根据权利要求1或2所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述导桩的高度与沉箱防波堤的高度相等。

5.根据权利要求3所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述导桩的高度与沉箱防波堤的高度相等。

6.根据权利要求1或2所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述伸缩连杆有四根。

7.根据权利要求3所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述伸缩连杆有四根。

8.根据权利要求4所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述伸缩连杆有四根。

9.根据权利要求5所述的集成振荡水柱与浮子发电的防波堤系统，其特征是，所述伸缩连杆有四根。