CN209741790U - 集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤，包括梳式透空防波堤系统、振荡浮子发电系统和水平轴水轮机发电系统；所述梳式透空防波堤系统包括抛石基座、设置在抛石基座上的沉箱、设置在沉箱上的胸墙；所述振荡浮子发电系统设置有月池结构，所述月池结构与所述胸墙一体成型；所述振动浮子发电系统和水平轴水轮机发电系统设置在底板上。本实用新型带月池结构的振荡浮子发电系统可提高浮子在低频范围内波浪能的转换效率，增大发电量；导流罩式水平轴水轮机发电系统可提高水平轴水轮机功率，完成潮流能的采集，导流罩还可提高直线段的流体品质，改善流场的均匀性、稳定性，提高发电效率。

Description

集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤

技术领域

本实用新型涉及一种梳式防波堤，尤其涉及一种集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤。

背景技术

随着世界经济的不断发展以及社会人口的急剧膨胀，人类消耗的能源也在不断增加，传统的非可再生能源己经不能满足人类的需求，能源的日益枯竭己经变成人类必须面临的问题。因此，世界各国都在积极地探寻新的绿色可再生能源。随着科技的迅速发展，一直被忽视的海洋逐渐引起了人们的注意。海洋占地球表面积的百分之七十以上，其中蕴含着波浪能、潮流能和温差能等大量的绿色可再生的能源，其中能够被利用的能量更是大大超出了当前世界各国能源需求量的总和。

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：点头鸭式、振荡水柱式、推摆式、聚波蓄能式、振荡浮子式、筏式等。振荡浮子式发电装置是在振荡水柱式发电装置的基础上发展起来的发电装置，其工作原理主要是通过波浪的运动，带动浮子不断进行摆动、垂荡，再通过机械系统或者液压装置将收集到的动能和势能储存起来，驱动发电装置完成能量转换。

潮流能发电主要是指在海湾、海峡、河口等流域一带，经常会有较大潮水的潮落，引起较强的潮流，潮流能发电的工作原理就是通过潮流直接冲击叶片等机械装置而进行发电，主要由水轮机、发电机、传动系统、控制系统等组成。根据水轮机轴向与水流方向的关系可将水轮机分为水平轴式和竖轴式两种。水平轴水轮机运行平稳，定性较好，有较高的效率，应用广泛，技术发展比较成熟，主要包括三种形式：风车式、空心贯流式和导流罩式。导流罩的原理与风力机扩散器相似，就是利用导流罩壁面线形对周围流场的干扰，让更多的流体流入罩内，提高罩内流速，就相当于增加了来流速度，从而提高了水轮机的功率。导流罩通常有三段组成：收缩段，扩张段、直线段。其中收缩段和扩张段是导流罩的重要条件，它们不仅使来流均匀加速，且可以提高直线段的流体品质，即改善流场的均匀性、稳定性。

朱浩等在《梳式透空防波堤机理特点及掩护效果》中指出梳式透空防波堤在结构上有消浪、透流、轻型等特点，并通过大窑湾港区工程项目对梳式透空防波堤的掩护效果进行计算，证明梳式透空防波堤具有良好的消波性能并能保证港内良好的泊稳条件。王树齐等在《月池对振荡浮子式波能装置转换效率的影响》中指出通过调整月池内外半径可在低频范围内增大浮子波浪能转换效率。张亮等在《潮流能研究现状2013》中枚举出多种潮流能发电装置，其中导流罩式设计装置以加拿大和新加坡的两家公司为例，可以聚流增速，使发电装置能够在较低流速的海域工作并提高叶轮效率，同时导流罩具有导流的作用，有效降低叶轮流场的大涡湍动或湍流度，使叶轮流场环境得以改善，系统运行更为平稳。

发明内容

本实用新型的目的是为了缓解岛礁建设时电力供给困难而提供一种集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤，包括梳式透空防波堤系统、振荡浮子发电系统和水平轴水轮机发电系统；所述梳式透空防波堤系统包括抛石基座、设置在抛石基座上的沉箱、设置在沉箱上的胸墙；所述振荡浮子发电系统设置有月池结构，所述月池结构与所述胸墙一体成型；所述振动浮子发电系统和水平轴水轮机发电系统设置在底板上。

本实用新型还包括这样一些特征：

1.所述水平轴水轮机发电系统包括导流罩和设置在导流罩内的水平轴水轮机；

2.所述振荡浮子结构还包括设置在月池结构内的浮子、所述浮子通过连杆与能量转换装置连接；

3.所述能量转换装置设置有定子，所述定子与浮子相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、带月池结构的振荡浮子发电系统可提高浮子在低频范围内波浪能的转换效率，增大发电量；

2、导流罩式水平轴水轮机发电系统可提高水平轴水轮机功率，完成潮流能的采集，导流罩还可提高直线段的流体品质，改善流场的均匀性、稳定性，提高发电效率。

3、底板结构的设置降低了带月池结构的振荡浮子发电装置的阻尼装置与导流罩式水平轴水轮机发电装置基础单独建造的成本，同时也能提升结构的整体稳定性；

4、通过带月池结构的振荡浮子发电系统和导流罩式水平轴水轮机发电系统对波浪能和潮流能的吸收，可减小堤前波浪力和潮汐力，提高梳式透空防波堤系统的稳定性；

5、梳式透空防波堤结构可为波浪能转换装置和潮流能转换装置提供保护，降低发电装置后期运维费用，同时透空结构的保留，可为港内、港外水体交换提供通道，符合绿色发展理念。

本实用新型一种集成带月池结构的振荡浮子式波浪能发电装置与导流罩式水平轴水轮机潮流能发电装置的梳式透空防波堤系统，通过带月池结构的振荡浮子发电系统将波浪能部分转化为电能，月池结构用于提升浮子对波浪能在低频范围内的捕能效率；通过导流罩式水平轴水轮机发电系统将潮流能转化为电能，导流罩用于提高水平轴水轮机对潮流能的捕获效率；由于能量转换装置较大程度上吸收波浪能与潮流能，减小了堤前波浪力与潮汐力，同时导流罩降低叶轮流场的大涡湍动或湍流度，使叶轮流场环境得以改善，提高集成系统稳定性；集成系统为波浪能和潮流能转换装置提供掩护，降低了能量转换装置单独建造成本，同时也可降低后期维护成本。

融合梳式透空防波堤与波浪能、潮流能转换装置的结构型式：一方面可以利用波浪能、潮流能发电解决岛礁电力供给难题，同时利用防波堤结构降低发电成本；另一方面通过利用发电装置将波浪能、潮流能转化为电能，可以降低波浪和潮汐对防波堤的作用力，进而提高防波堤的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的轴测图；

图2是本实用新型的正视图；

图3是梳式透空防波堤系统轴测图；

图4是梳式透空防波堤系统正视图；

图5a-b是带月池结构的振荡浮子发电系统轴测图；

图6是带月池结构的振荡浮子发电系统正视图；

图7是带月池结构的振荡浮子发电系统左视图；

图8a-b是导流罩式水平轴水轮机发电系统轴测图；

图9是导流罩式水平轴水轮机发电系统正视图；

图10是导流罩式水平轴水轮机发电系统左视图。

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。

本实用新型基于已有技术，为缓解岛礁建设时电力供给困难，提出了一种集成带月池结构的振荡浮子式波浪能发电装置与导流罩式水平轴水轮机发电装置的梳式透空防波堤系统。该系统包括：梳式透空防波堤系统、带月池结构的振荡浮子发电系统、导流罩式水平轴水轮机发电系统。

梳式透空防波堤系统：胸墙、沉箱、翼板、底板和抛石基床。沉箱沉放于抛石基床上，月池与胸墙主体浇筑成一个整体，翼板与月池结构共同作用形成新的梳式结构防浪。

带月池结构的振荡浮子发电系统：波浪通过后带动浮子运动，将浮子机械运动通过连杆连接到下方固定能量转换装置，将机械能转化为电能。同时月池结构用于振荡浮子在低频范围内能量转化效率的提升。

导流罩式水平轴水轮机发电系统：利用水平轴水轮机将潮流能转换为电能，导流罩的原理与扩散器相似，利用导流罩壁面线形对周围流场的干扰，让更多的流体流入罩内，提高罩内流速，增大来流速度，提高了水轮机的捕能功率。其中收缩段和扩张段是导流罩的重要条件，它们不仅使来流均匀加速，且可以提高直线段的流体品质，改善流场的均匀性和稳定性。

集成系统其特征在于一方面利用带月池结构的振荡浮子发电系统和导流罩式水平轴水轮机发电系统充分获取堤前波浪能与潮流能。月池结构用于提高浮子对波浪能在低频范围的捕能效率，导流罩亦用于提升水平轴水轮机对潮流能的捕获效率，同时将带月池结构的振荡浮子发电系统与导流罩式水平轴水轮机发电系统置于防波堤内侧，可以改善装置的服役环境。另一方面，通过发电装置将波浪能与潮流能转化为电能，减小堤前波浪力与潮汐力，可提高梳式防波堤结构稳定性。同时导流罩能有效降低叶轮流场的大涡湍动或湍流度，使叶轮流场环境得以改善，系统运行更为平稳。

结合附图：1为胸墙、2为沉箱、3为底板、4为抛石基床、5为月池、6为浮子、7为连杆、8为能量转换装置、9为水平轴水轮机、10为导流罩。

一种集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤系统，该集成系统包括梳式透空防波堤系统、带月池结构的振荡浮子发电系统、导流罩式水平轴水轮机发电系统。

当波浪到达集成系统前侧，浮子6受波浪力作用上下往复运动，带动连杆7上下运动，与能量转换装置8中的定子相互作用下完成机械能到电能的转换，同时月池结构5能通过调整内外径尺寸提升浮子6在低频范围内的波浪能捕获效率。当潮流到达集成系统，导流罩10 壁面线形干扰周围流场，让更多的流体流入罩内，提高罩内流速，从而提高了导流罩10内水平轴水轮机9的功率，提升潮流能捕获效率，在导流罩10的作用下能将水平轴水轮机9产生的涡流快速平顺，减少其对防波堤系统稳定性的影响。波浪与潮汐周期反复的作用下，集成系统可以实现带月池结构的振荡浮子发电系统和导流罩式水平轴水轮机发电系统同时工作，最大化地捕获波浪能与潮流能，减小了堤前波浪力和潮汐力，提高梳式透空防波堤系统的稳定性，同时能保证港内良好的泊稳条件。集成系统为波浪能和潮流能转换装置提供掩护，降低了能量转换装置单独建造成本，同时也可降低后期维护成本。

Claims (4)

1.一种集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤，其特征是，包括梳式透空防波堤系统、振荡浮子发电系统和水平轴水轮机发电系统；

所述梳式透空防波堤系统包括抛石基座、设置在抛石基座上的沉箱、设置在沉箱上的胸墙；

所述振荡浮子发电系统设置有月池结构，所述月池结构与所述胸墙一体成型；所述振荡浮子发电系统和水平轴水轮机发电系统设置在底板上。

2.根据权利要求1所述的集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤，其特征是，所述水平轴水轮机发电系统包括导流罩和设置在导流罩内的水平轴水轮机。

3.根据权利要求1或2所述的集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤，其特征是，所述振荡浮子结构还包括设置在月池结构内的浮子、所述浮子通过连杆与能量转换装置连接。

4.根据权利要求3所述的集成波浪能与潮流能发电装置的梳式防波堤，其特征是，所述能量转换装置设置有定子，所述定子与浮子相连接。