CN211174444U - 一种波浪能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种结构简单、可靠稳定、能量转化效率高且灵活性好的波浪能发电系统。本实用新型包括能够漂浮于水面上的主平台及设置于所述主平台上的波浪能发电装置，所述主平台由桁架结构（1）构成，所述波浪能发电装置收集波浪能并最终转化成电能。本实用新型可应用于海洋能开发领域。

Description

一种波浪能发电系统

技术领域

本实用新型涉及海洋能开发领域，尤其涉及一种海洋能源开发中的波浪能发电系统。

背景技术

伴随着全球陆地化石能源日益枯竭和环境污染日趋加剧，有效利用清洁、可再生的海洋能源成为世界主要沿海国家能源战略的重要选择。国际能源机构估计，2050年全球电力供应将近50％将来自可再生能源，以便届时将CO₂排放量减半，并减少重大的不可逆转气候变化影响。据估计，海洋能每产生1MWh电力可以避免300公斤的CO₂产生。所以，海洋能作为储量巨大的可再生能源可以在实现全球二氧化碳减排的努力中发挥重要作用。

我国波浪能开发利用技术研究始于20世纪70年代，80年代以来获得较快发展。但是，与国际先进水平相比还有较大差距。尤其是发电装置在能量俘获效率、发电机效率、可靠性、生存能力、可维护性等关键技术上仍有待提升。国内外的许多研究机构均开展了波浪能发电技术的研究工作，并研发了各种各样的装置，如振荡水柱式发电装置、鸭式波浪能装置、筏式波浪能装置、摆式波浪能装置、点吸收式波浪能发电装置等，但这些技术或者发电效率相对较低，或者可靠性和稳定性不够，抵抗极端天气的能力差，又或者结构复杂，在海面上施工难度大，装置一旦固定，就很容易失去灵活性，丧失了对浪功能，运行维护成本较高，也大大地降低了效率。

如图1所示的一种波浪能发电装置，其在船体a上的船舷边设置发电装置c，通过波浪推动浮子b实现能量收集，最后产生电能。然而这种结构由于船体结构a重量大，在固定后很难再次移动，其灵活性较差，很难跟随浪流的流向。此外，当遭遇恶劣气候时，由于船体与水体接触的面积较大，整个船体受到波浪的冲击时会上下摆动，其稳定性较差，甚至在极端天气发生倾覆的危险。另外，由于船体是实心的，且发电装置设置于船舷边上，而海水的波浪传递是有方向性的，当某一面的船舷边上的发电装置发生作用时，与其相对的一面上的发电装置必然无法收集波浪能，或者收集的波浪能极少，导致整体的能量收集效率低下。

鉴于此，有必要设计一种能够解决上述问题的波浪能发电装置，以便在无需考虑灵活性的同时，提高其稳定性和效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠稳定、能量转化效率高且灵活性好的波浪能发电系统。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括能够漂浮于水面上的主平台及设置于所述主平台上的波浪能发电装置，所述主平台由桁架结构组成。

进一步地，所述桁架结构由若干型材连接构成。

所述型材为金属型材，所述桁架结构由若干所述金属型材经焊接或螺栓连接构成。

或者，所述型材为高分子型材，所述桁架结构由所述高分子型材经焊接、粘结或螺栓连接构成。

又进一步地，在构成所述桁架结构的金属型材的中空部分全部或者部分填充有高分子泡沫材料。

又或者，在构成所述桁架结构的高分子型材的中空部分全部或者部分填充有高分子泡沫材料。

在所述主平台的下部设置有阻尼装置。

所述主平台的上表面呈多边形、圆形或多边形与圆形的组合。

在所述主平台上还设置有浮体。

在所述主平台的上表面上设置有透波板材。

再进一步地，所述波浪能发电装置包括波浪能收集装置和能量转化装置，所述波浪能收集装置对波浪能进行收集并通过所述能量转化装置最终转化为电能。

所述波浪能收集装置为悬臂式浮子装置，它包括通过铰接点与所述主平台相铰接的悬臂和连接于所述悬臂外端的悬臂浮子，所述能量转化装置与所述悬臂的内端连接并将所述悬臂内端的动能转化为电能。

或者，所述波浪能收集装置为中心管式浮子装置，它包括设置于所述主平台上的支架、张紧绕制在设置于所述支架上的轮系上并首尾连接形成循环回路的循环带和固定于所述循环带上并随波浪运动而运动的中心管浮子，所述能量转化装置与所述中心管浮子连接并将所述中心管浮子随波浪运动的动能转化为电能。

再更进一步地，所述能量转化装置包括发电机，所述波浪能收集装置收集的波浪能最终通过所述发电机转化成电能。

最后，所述波浪能收集装置与所述发电机之间通过液压系统、齿轮机构或者是齿轮机构与皮带轮机构的组合进行能量转化。

此外，所述波浪能发电装置包括发电机、设置于所述主平台上的第二支架、张紧绕制在设置于所述第二支架上的轮系上并首尾连接形成循环回路的循环带和固定于所述循环带上并随波浪运动而运动的直发电浮子，所述直发电浮子随波浪运动而做上下往复运动，所述直发电浮子带动所述循环带做绕着所述轮系循环往复的运动，所述循环带带动所述发电机做往复转动运动。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将主平台设置成由桁架结构组成，其结构简单，且桁架的结构稳定可靠，而桁架结构具有极好的透波性，桁架结构的空隙部可供波浪通过，无论波浪从何方向而来，迎浪向的浮子能最大限度吸收波浪能，而背浪向的浮子也能通过透射过来的波浪获得较大的波浪能，从而对主平台上设置的波浪能转化装置做功，最终推动发电机发电；由于本实用新型通过桁架结构设计而增加浮子的吸波能力，从而提升了整个发电装置的发电效率。而在相同重量状态下，采用桁架结构做成的主平台面积更大，可设计搭载更多的波浪能发电装置，进一步提升了单位重量和单位体积的发电效率；而桁架结构的特点也使得整个主平台在遭遇恶劣天气时由于阻力很小，能够透过风浪流的侵袭，避免发生走锚、漂移甚至倾覆的危险，大大地提升了主平台的稳定性和可靠性；此外，桁架结构组合简单，能够根据具体的海况进行大小以及高度的设置，需要大面积时，连接更多的桁架即可，而相反地，则是减少桁架连接结构，其设置灵活多样。

附图说明

图1是现有技术中的波浪发电装置的简易结构示意图；

图2是本实用新型的第一视角简易结构示意图；

图3本实用新型的第二视角简易结构示意图；

图4是所述波浪能收集装置为悬臂式浮子装置时的简易结构示意图；

图5是所述波浪能收集装置为中心管式浮子装置时的简易结构示意图；

图6是所述波浪能收集装置为循环带带动直接发电时的简易结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明确，下面参照附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图2至图6所示，本实用新型包括能够漂浮于水面上的主平台及设置于所述主平台上的波浪能发电装置。其中主平台的上表面可以设置成多边形或者圆形或者是多边形和圆形的组合，又或者是不规则的形状。如图2所示，在本实施例中，主平台采用的是正方形的上表面，其中主平台上表面可以根据不同的工作场所和海水工况，以及设置波浪能发电装置的数量，按要求进行上表面的各个边长或平面最大径等数值的设置，具体以实际的作业要求为准。

如图2和图3所示，所述主平台由桁架结构1组成。所述桁架结构1由若干型材连接构成。具体地，所述型材为金属型材，所述桁架结构1由若干所述金属型材经焊接或螺栓连接构成；或者，所述型材为高分子型材，所述桁架结构1由所述高分子型材经焊接、粘结或螺栓连接构成。在这里，采用金属型材来制作桁架结构，保证了整个主平台的结构稳定性、刚度、可靠性和安全性。采用金属型材时，金属型材可以是金属圆管、角钢、方通、H型钢材等。更加具体地，本实施例中采用的金属型材为金属管材。需要注意的是，为了保证平台的使用寿命和出于安全考虑，在采用金属等易被海水腐蚀的材料时，需要按海工要求进行防腐蚀处理。而当型材采用高分子型材时，需要选用刚度高且抗腐蚀性能强的型材，如玻璃钢、聚乙烯、聚氯乙烯、工程塑料等材质的型材。

作为海上作业平台，系统的位于水面上下的每一处无时无刻不在经受海水和浪流的冲击，要利用工艺来绝对保证海水不进入型材的内部中空处是有较大难度的，且造价高，即使开始使用时具有完全密封的效果，但随着时间的推移，很难保证整个桁架结构的连接位置的密封性。为此，可以在构成桁架结构的型材内部的中空位置处根据需要填充泡沫材料，如在所述桁架结构1的金属型材的中空部分全部或者部分填充泡沫材料。而当桁架结构采用高分子型材制成时，可在所述桁架结构1的高分子型材的中空部分全部或者部分填充有高分子泡沫材料。此外，在整体由型材构成的桁架结构中，并非全部存在中空部位的型材都需要进行泡沫材料的填充，而是需要根据实际需要在相应的位置如与海水接触的水下部分及重点部分填充。而向型材内部的中空位置中填充泡沫材料其一是为了减少型材内部的中空体积，从物理角度减少海水的进入。其二是在平台上的型材内部中空位置填充泡沫材料，能够按照需要设计填充泡沫的位置，而型材内部填充泡沫后能够保持一定的浮力，进而可以进行整个平台的浮力参数设计，使得整个桁架结构即使是在发生海水进入型材内部中空位置的情况下，仍然能够将损失的浮力控制在设计范围内，进一步地保持桁架结构的安全性和可靠性。填充的泡沫材料可以是由PE、PP、PS、PVC、EVA、PU等高分子材料制成的泡沫塑料或是其他材质制成的浮力材料。

在所述主平台内的下部设置有阻尼装置2。阻尼装置可以是各种样式的，如阻尼板、阻尼箱等，阻尼箱可以是实心箱体或者是非实心箱体。在本实施例中，阻尼装置为阻尼板。在遭遇波浪时，阻尼装置能够延缓甚至消减主平台的随波运动，提升主平台的稳定性。在实际操作时，在主平台的下方设置阻尼板，在波浪起伏运动中增加整个桁架结构对波浪的阻尼作用，减少主平台的随波运动。同时，阻尼板也具有配重功能，可根据具体要求分布设置在主平台的不同位置。阻尼板可以是几何形状不同的金属板或非金属板。此外，为了进一步增加主平台的稳定性和可靠性，以及提升抗风浪能力，还可以在桁架结构的下部还设置配重体。配重体的设置能够增加桁架结构的重量，降低桁架结构的重心，增加整个主平台的稳定性，提升其可靠性。

另外，为了增加整个主平台的浮力，还可以在主平台上设置浮体3。浮体3可以是浮力箱、浮力块或两者的组合。根据主平台各个位置的受力情况，一般是在主平台上对称均匀分布地设置，以使得主平台受到的浮力平衡，保证主平台的稳定性和可靠性。在本实施例中，浮体是现有的浮力箱、浮力块等，主要根据具体的桁架结构设计相应的尺寸即可。桁架结构较大时，则需要投放尺寸较大的浮力箱。同样地，如采用浮力块，其产生的浮力和布设原则和浮力箱是一致的，以避免主平台失衡。浮力块的尺寸也是根据具体的桁架结构尺寸而设定。为了安全起见，在所述主平台上表面上设置有透波板材。透波板材的设置可以为工作人员提供可靠的作业区域，为安装和后期的维护检修提供安全保障。

所述波浪能发电装置包括波浪能收集装置和能量转化装置，所述波浪能收集装置对波浪能进行收集并通过所述能量转化装置最终转化为电能。在这里，波浪能收集装置可以是悬臂式浮子装置或者是中心管式浮子装置。

波浪能收集装置为悬臂式浮子装置时，该装置包括通过铰接点4与所述主平台相铰接的悬臂5和连接于所述悬臂5外端的悬臂浮子6，所述能量转化装置与所述悬臂5的内端连接并将所述悬臂5内端的动能转化为电能。在这里，铰接点4设置在主平台上且靠近边沿处，悬臂浮子6设置在所述悬臂5伸出到主平台之外的一端上，悬臂浮子可以是铰接或固定连接在悬臂5上，在本实施例中，为铰接状态。悬臂浮子6与悬臂5通过一铰接轴10连接。伸出到主平台之外的悬臂浮子接触到海水水面，随着波浪的运动，波浪的波峰和波谷循环地达到所述悬臂浮子，促使所述悬臂浮子沿铰接轴10作往复旋转和上下浮动运动，从而实现波浪能收集。此外，波浪能收集装置设置成伸出于所述主平台之外的状态，进一步使得整个主平台与水面的接触面积更大，提升了主平台的稳定性和可靠性；设置于主平台之外，使得波浪能收集装置能够直接面对波浪，获得较好的对浪功能，且桁架的结构使得设置于主平台波浪能收集装置，无论哪个位置均能获波浪能，提升了波浪能发电的效率。

其中的能量转化装置包括发电机，悬臂式浮子装置收集的波浪能最终通过所述发电机转化成电能，而悬臂式浮子装置与发电机之间通过液压系统11、齿轮机构或者是齿轮机构与皮带轮机构的组合进行能量转化。对于波浪能收集装置为悬臂式浮子装置时，位于主平台之内的所述悬臂5的另一端可以连接着液压系统11或者是其它机械装置。根据杠杆原理，在悬臂浮子遭遇到波浪的波峰时，悬臂浮子向上并绕着铰接轴10作旋转运动，悬臂的内端则向下运动；而在悬臂浮子遭遇到波浪的波谷时，悬臂浮子向下并绕着铰接轴10作旋转运动，悬臂的内端则向上运动。在此原理下，液压系统或者其它机械装置将波浪带动悬臂浮子做上下往复旋转运动转化为相应的机械的上下往复运动，液压系统或机械装置再带动发电机运动实现将机械能转化为电能，最终实现发电。

波浪能收集装置为中心管式浮子装置时，该装置包括设置于所述主平台上的支架7、设置于所述支架7上的中心管8和活动套设于所述中心管8上并随波浪运动而做上下往复运动的中心管浮子9，所述能量转化装置与所述中心管浮子9连接并将所述中心管浮子9随波浪运动的动能转化为电能。在本实施例中，所述支架7呈凹槽状，由处于竖直状态的立柱71、位于立柱71下部的第一横柱72和位于立柱71上部的第二横柱73组成。所述中心管8设置在所述第一横柱72和所述第二横柱73之间，所述能量转化装置设置在第二横柱73上。

同样地，能量转化装置包括发电机，中心管式浮子装置收集的波浪能最终通过所述发电机转化成电能，而中心管式浮子装置与发电机之间通过液压系统11、齿轮机构或者是齿轮机构与皮带轮机构的组合进行能量转化。工作时，波浪的运动驱使中心管浮子沿着中心管8做上下往复运动，中心管浮子带动液压系统11的输出轴做伸缩往复运动，液压系统的输出轴直接与发电机的输入轴连接，在液压系统的输出轴与发电机的输入轴的连接处设置有如曲轴相似的结构，中心管浮子的上下往复运动最终带动发电机的输入轴转动而实现发电。又或者带动齿轮机构或者通过皮带轮机构带动齿轮机构做旋转运动，齿轮机构带动发电机的输入轴转动，进而实现发电。

在本实用新型中，波浪能发电装置还可以是以下结构：它包括发电机12、设置于所述主平台上的第二支架13、张紧绕制在设置于所述第二支架13上的轮系上并首尾连接形成循环回路的循环带14和固定于所述循环带14上并随波浪运动而运动的直发电浮子15，直发电浮子15随波浪运动而做上下往复运动，所述直发电浮子15带动所述循环带14做绕着所述轮系循环往复的运动，所述循环带14带动所述发电机12做往复转动运动。在本实施例中，所述第二支架13呈凹槽状，由处于竖直状态的第二立柱131、位于第二立柱131下部的第三横柱132和位于第二立柱131上部的第四横柱133组成。在第三横柱132的上端面分开设置有两个滚轮134，该两个滚轮为链轮或皮带轮。在第四横柱133的上端面上设置有一个滚轮134，所述发电机12设置在第四横柱133上。

在这里，发电机12的输入轴端设置有链轮或者是皮带轮。所述循环带14绕过发电机12的输入轴端上的链轮或者是皮带轮，再依次绕过设置于第四横柱133上的滚轮134，然后到达并绕过第三横柱132的两个滚轮134，最后接回发电机12的输入轴端上的链轮或者是皮带轮，形成一个循环的运动绳系。而直发电浮子15设置在位于第三横柱132和第四横柱133之间的两个滚轮之间的循环带上。工作时，波浪的运动驱使直发电浮子发生上下往复运动，直发电浮子带动循环带14做往复运动，循环带带动发电机12的输入轴端上的链轮或者是皮带轮做往复式转动，进而带动发电机转动，实现发电。

无论是悬臂式浮子装置还是中心管式浮子装置，亦或是通过循环带直接带动发电机发电的结构，都是利用了主平台质量大，透波性好，且装有延滞波浪响应的阻尼装置，整个主平台在波浪中运动较慢，而悬臂浮子或中心管浮子或直发电浮子质量均较轻，吸收波浪能强，波浪响应好，在波浪中运动速度较快，从而主平台和浮子相对运动形成速度和高度差，驱动悬臂的内端作上下往复运动，通过液压装置或机械装置实现将机械能转化为电能；或由中心管浮子驱动液压装置或机械装置实现将机械能转化为电能；又或者通过循环带直接带动发电机转动，最终实现将波浪能转化为电能。

此外，作为一个海上发电平台，其面积是巨大的。其还可以作为海上作业平台，如安装水体检测设备建成水体监测平台；或者配置必要的医疗救生装备，建成海上临时救生站，为海上作业人员或者渔业人员提供医疗服务，或者设置海洋生物检测设备，建成供海洋生物学家工作的临时工作站；或者建成观光台，发展海上观光游览；或者建成直升机或者是无人机起降平台，作为飞行器的海上中转平台；又或者建成无人船电力补充平台，直接利用波浪能转化的电能为无人船充电；又或者建成直接利用海水进行海水淡化、制氢、制冰的海上平台，直接对海水资源进行开发；等等。主平台上的发电装置即可利用波浪能发电为整个平台供电，并对多余的电能进行存储。

Claims (16)

1.一种波浪能发电系统，包括能够漂浮于水面上的主平台及设置于所述主平台上的波浪能发电装置，其特征在于：所述主平台由桁架结构（1）组成。

2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述桁架结构（1）由若干型材连接构成。

3.根据权利要求2所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述型材为金属型材，所述桁架结构（1）由若干所述金属型材经焊接或螺栓连接构成。

4.根据权利要求2所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述型材为高分子型材，所述桁架结构（1）由所述高分子型材经焊接、粘结或螺栓连接构成。

5.根据权利要求3所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：在构成所述桁架结构（1）的金属型材的中空部分全部或者部分填充有泡沫材料。

6.根据权利要求4所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：在构成所述桁架结构（1）的高分子型材的中空部分全部或者部分填充有泡沫材料。

7.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：在所述主平台的下部设置有阻尼装置（2）。

8.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述主平台的上表面呈多边形、圆形或多边形与圆形的组合。

9.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：在所述主平台上还设置有浮体（3）。

10.根据权利要求1或8所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：在所述主平台的上表面上设置有透波板材。

11.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述波浪能发电装置包括波浪能收集装置和能量转化装置，所述波浪能收集装置对波浪能进行收集并通过所述能量转化装置最终转化为电能。

12.根据权利要求11所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述波浪能收集装置为悬臂式浮子装置，它包括通过铰接点（4）与所述主平台相铰接的悬臂（5）和连接于所述悬臂（5）外端的悬臂浮子（6），所述能量转化装置与所述悬臂（5）的内端连接并将所述悬臂（5）内端的动能转化为电能。

13.根据权利要求11所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述波浪能收集装置为中心管式浮子装置，它包括设置于所述主平台上的支架（7）、设置于所述支架（7）上的中心管（8）和活动套设于所述中心管（8）上的中心管浮子（9），所述能量转化装置与所述中心管浮子（9）连接并将所述中心管浮子（9）随波浪运动的动能转化为电能。

14.根据权利要求11至13任一项所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述能量转化装置包括发电机，所述波浪能收集装置收集的波浪能最终通过所述发电机转化成电能。

15.根据权利要求14所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述波浪能收集装置与所述发电机之间通过液压系统、齿轮机构或者是齿轮机构与皮带轮机构的组合进行能量转化。

16.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统，其特征在于：所述波浪能发电装置包括发电机（12）、设置于所述主平台上的第二支架（13）、张紧绕制在设置于所述第二支架（13）上的轮系上并首尾连接形成循环回路的循环带（14）和固定于所述循环带（14）上并随波浪运动而运动的直发电浮子（15），所述直发电浮子（15）随波浪运动而做上下往复运动，所述直发电浮子（15）带动所述循环带（14）做绕着所述轮系循环往复的运动，所述循环带（14）带动所述发电机（12）做往复转动运动。

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