CN214499302U - 一种潮汐能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的是一种潮汐能发电系统，其结构包括腔体（1），A气体管路（2），气压罐，膨胀机发电机组（6）；其中，腔体（1）与A气体管路（2）的一端连通，A气体管路（2）的另一端与气压罐连通，气压罐与膨胀机发电机组（6）通过B气体管路连接。优点：本实用新型不需要必须修建上水库或下水库就能够进行潮汐能发电。

Description

一种潮汐能发电系统

技术领域

本实用新型涉及的是一种潮汐能发电系统，属于潮汐能发电技术领域。

背景技术

潮汐能的开发与利用目前全世界均还处于探索与研究中，当前主流的技术方案是修建一个上水库，利用涨潮时水位上升，将海水引入到上水库中，部分技术方案在此阶段利用涨潮进入水库的水流通过水轮机发电机组进行一次发电，部分技术方案则没有此过程；在落潮时将上水库的海水放出，利用水的动能与势能，推动水轮机带动发电机组进行发电；也有技术方案在此基础上再建设一个下水库，以提高潮汐能利用效率，但发电原理没有变化。

现有技术中利用潮汐能发电主要存在以下问题：

1）对潮汐落差有很高要求，通常认为有经济开发价值的潮汐落差要求是3米以上，这一要求将许多海岸排除在外，低落差潮汐均不能开发；

2）对地形地势有很高要求，当前方案要求有适宜的地方修建上水库，有的技术方案还要求同时有适宜地点修建下水库，水库的修建一方面成本高，另一方面要求地质条件好，影响了可修建地点的可选择性；

3）由于需要修建水库，将占用大量海岸线及比邻地区，而水库又经常会用于养殖，当使用水库进行养殖时，养殖将占用部分库容量，被占用的库容量将无法被现有的潮汐能发电技术进行利用发电，对当地经济与生态环境影响较大；

4）涨潮与落潮形成的水位差变化是一个类似波形曲线，导致水流含有的动能与势能也不稳定，而且每次潮汐的水位变化也较大，从而导致发电能力不稳定，成为不受电网欢迎的非稳定电源；

5）同样由于水流的非恒定性，水轮机不能保持在最佳设计工作状态，导致能量利用效率低下；

6）水轮机与控制海水流向的阀门长期浸泡在海水中工作，而海水对金属部件又有很大的腐蚀性，所以现有的技术方案中，频繁进行的设备防腐构成了运营成本中较大一部分，且在防腐作业时，机组不能投入运行，降低了机组利用效率，降低了投资回报率；

7）设备与库区还需要定期进行海生物清除工作，尤其是水轮机的叶片上附着的海生物，将严重破坏叶片造型从而降低设备效率，同时也降低了机组的利用时间；

8）由于修建水库与机组容量之间有对应关系，当项目建成后，项目的发电容量即被限制住，进行再扩建技术难度极大。

实用新型内容

本实用新型提出的是一种潮汐能发电系统，其目的旨在提供一种不需要完全依赖于修建上水库或下水库就能够进行潮汐能发电的系统。

本实用新型的技术解决方案：一种潮汐能发电系统，其结构包括腔体1，A气体管路2，气压罐，膨胀机发电机组6；其中，腔体1与A气体管路2的一端连通，A气体管路2的另一端与气压罐连通，气压罐与膨胀机发电机组6通过B气体管路连接。

本实用新型的优点：

1）本实用新型不需要必须修建上水库或下水库就能够进行潮汐能发电；

2）本实用新型不影响当地开展海产养殖等，甚至可以将其与防浪堤、海岸堤坝、码头等结合，不额外占用海岸线，增加了潮汐能的利用水平；

3）本实用新型中除腔体1部分外其它部件均可位于陆地或架空于最高水位线以上，由此可以方便地进行维护维修，维护维修的成本与耗时也远低于现在技术方案，为提高整个方案的经济性提供了极大支撑；

4）本实用新型也可加装于现有潮汐能发电项目上，与现有潮汐能发电技术相结合，进一步提高现有潮汐能发电项目的经济性；

5）本实用新型以较低的成本实现了安全可靠、节能环保、灵活高效的潮汐能发电。

附图说明

附图1是本实用新型潮汐能发电系统的结构示意图。

附图2是腔体1不止一个时潮汐能发电系统的结构示意图。

附图3是气压罐只有贮气罐3没有负压罐5时潮汐能发电系统的结构示意图。

附图4是气压罐只有负压罐5没有贮气罐3时潮汐能发电系统的结构示意图。

附图中1是腔体，2是A气体管路，2-1是压气管路，2-2是抽气管路，3是贮气罐，4-1是进气管路，4-2是出气管路，5是负压罐，6是膨胀机发电机组，7是A单向阀，8是B单向阀，9是进气阀门，10是排气阀门，11是阀门，12是腔体1的上端口，13是腔体1的下端口，14是C单向阀，15是D单向阀，16是通气阀门。

具体实施方式

一种潮汐能发电系统，其结构包括腔体1，A气体管路2，气压罐，膨胀机发电机组6；其中，腔体1与A气体管路2的一端连通，A气体管路2的另一端与气压罐连通，气压罐与膨胀机发电机组6通过B气体管路连接。

所述腔体1有上端口12和下端口13；除上端口12和下端口13之外，腔体1的其它部位均为封闭结构；优选腔体1的上端口与A气体管路2的一端连通；工作时，腔体1的下端口位于水表面以下。

所述腔体1的材质优选为混凝土、橡塑材料、金属中的任一种；所述腔体1的材质具体可以根据潮汐能发电系统的规模大小等因素考虑选择混凝土、橡塑材料、金属等可以承受一定压力且能耐受海水腐蚀的材料；腔体1上还可以进一步配备防海生物附着或方便清理海生物的设置。

所述气压罐为贮气罐3或负压罐5；当所述气压罐为贮气罐3时，在腔体1与贮气罐3之间的A气体管路2上有A单向阀7，在涨潮时，利用上升的海水压缩腔体1中的气体介质，将该气体介质通过A气体管路2引入到贮气罐3中，在贮气罐3中形成带压气体；所述腔体1中的气体介质优选为空气；当所述气压罐为负压罐5时，在腔体1与贮气罐3之间的A气体管路2上有B单向阀8，落潮时，由于海平面下降，腔体1内的水位也会同步下降，从而在腔体1上部形成一个负压区抽吸负压罐5内的气体介质，从而在负压罐5内形成低于大气压的负压区，直到落潮到水位最低点，所述负压罐5内的气体介质也优选为空气；所述腔体1的容积优选大于贮气罐3或负压罐5的容积；所述贮气罐3或负压罐5的大小应根据项目点潮汐能可利用量来计算确定，贮气罐3或负压罐5的材质优选能够耐受一定压力或负压、并能耐受一般海风吹来盐雾腐蚀的材质；贮气罐3或负压罐5的材质优选为碳钢或混凝土浇注，并在表面油漆以进行防腐。

所述气压罐包括贮气罐3、负压罐5，所述A气体管路2包括压气管路2-1、抽气管路2-2；A气体管路2的一端与腔体1连通后分成压气管路2-1和抽气管路2-2两个支路，腔体1通过压气管路2-1与贮气罐3连通、通过抽气管路2-2与负压罐5连通，压气管路2-1上串接有A单向阀7，抽气管路2-2上串接有B单向阀8；腔体1的下端口位于水表面以下；涨潮时，由于海平面上升，海水通过腔体1的下端口进入腔体1并且水位上升，从而压迫腔体1内部的气体介质，此时，压气管路2-1上的A单向阀7打开，抽气管路2-2上的B单向阀8关闭，使气体介质通过A单向阀7的单向阀门沿压气管路2-1单向进入到贮气罐3中，直到涨潮到最高水位，在贮气罐3中形成具有一定压力的压缩气体，将潮水的势能转换成压缩气体的势能并予以储存；落潮时，由于海平面下降，腔体1内的水位也会同步下降，从而在腔体1上部形成一个负压区，此时，压气管路2-1上的A单向阀7关闭，抽气管路2-2上的B单向阀8打开，抽吸负压罐5内的气体介质，从而在负压罐5内形成低于大气压的负压区，直到落潮到水位最低点；所述腔体1的容积优选大于贮气罐3和负压罐5的容积之和；所述气体介质优选为空气。

所述膨胀机发电机组6包括膨胀机和发电机；其中膨胀机优选为透平式膨胀机或活塞式膨胀机；所述膨胀机有进气口和出气口，膨胀机的进气口与贮气罐3连通，膨胀机的出气口与负压罐5连通；工作时，将带压气体引入膨胀机，同时将膨胀机的出气口与负压罐5连通，气体将快速从贮气罐3通过膨胀机进入到负压罐5，从而推动膨胀机做功，带动与膨胀机相连的发电机进行发电。

所述B气体管路包括进气管路4-1、出气管路4-2，膨胀机的进气口与贮气罐3之间通过进气管路4-1连接，膨胀机的出气口与负压罐5之间通过出气管路4-2连接，进气管路4-1上串接有进气阀门9，出气管路4-2上串接有排气阀门10；所述膨胀机的材质优选能耐受一般海风吹来盐雾腐蚀的材质，膨胀机的材质进一步优选为碳钢或铝合金，优选膨胀机表面油漆加强防腐。

本实用新型工作时，当贮气罐3与负压罐5分别建立压力和真空度后，可以通过打开进气阀门9和排气阀门10打开贮气罐3、负压罐5与膨胀机发电机组6的连接，贮气罐3中的压缩气体进入膨胀机发电机组6开始做功发电，同时负压罐5建立的真空负压帮助膨胀机发电机组6提高做功功率与效率，贮气罐3中的压力和负压罐5中的真空度逐渐下降，直到低于膨胀机发电机组6的工作范围，完成本轮做功；上述过程与涨落潮一起反复循环，分别在贮气罐3和负压罐5中形成正压力区与负压力区，其中贮气罐3和负压罐5可以根据项目特点与运行安排为单个或若干个。

所述A气体管路2为连接管路， 可进一步在A气体管路2上串联除盐雾设备；所述A气体管路2的材质优选能够承受一定压力，并且能耐受海水盐雾腐蚀的材质；进一步地，A气体管路2的材质优选为碳钢或橡塑或树脂材料；进一步地，A气体管路2内衬防腐材料、外部有油漆。

所述抽气管路2-2要求能够承受一定的负压；抽气管路2-2的材质优选为碳钢或橡塑或树脂材料；进一步地，抽气管路2-2内衬防腐材料、外部有油漆。

本实用新型潮汐能发电系统在实际工作时，除腔体1的下端口13位于水表面以下外，其它部件均优选布置在陆地或架空于最高水位线以上，从而避免了海水腐蚀与海生物附着，较现有方案大幅降低了对设备防海水腐蚀与防海生物附着的材质要求从而降低造价，在运行期间也由此节省了现有技术方案中必需的大量防腐成本与清除海生物成本，同时减少了停机处理时间，大幅度提高了经济效益。

本实用新型能够适应各种潮差，同时对于地形的要求也较小，甚至可以掩埋在海滩下而不影响发展海洋养殖或旅游；由于仅腔体1的下端口13需要沉浸于水面之下，其余部分并不需要沉浸于水面之下，且本实用新型潮汐能发电系统无活动件沉浸于水面之下，相关的防腐与清除海生物工作量较现有技术极大的减少；除腔体1的下端口13外，本实用新型中其它各类设备设施可以布置于露天和常规厂房中，造价与维护成本远低于现有技术中需要工作于水下面之下的设施设备，且本实用新型工作寿命长、易维护、能长期处于最佳最高效工作状态。

本实用新型潮汐能发电系统在实际工作时，将腔体1设在具备潮汐能开发价值的海岸，出于经济性考虑，其腔体1的底部优选位于落潮时最低水位线以下，出于便于维护考虑，腔体1的顶部优选位于涨潮时最高水位线以上。

具体实施时，所述腔体1为单个或两个以上的集合；当腔体1的数量≥2个时，各个腔体1的顶部可以采用管路等方式相互连通，每个腔体1的上端口顶部均设置有阀门11，用于在涨潮和落潮时，引导气体介质的流向；当腔体1的数量大于1个时，针对其中1个腔体1进行检修与清除工作时，可单独关闭对应腔体1上端口顶部的阀门11，不影响其它腔体1与整个膨胀机发电机组6继续运行；腔体1可进一步设置有检修口，方便进行检修与清除海生物工作。

在实施中，由于腔体1的数量可以是大于1个，可以根据发电负荷计划在贮气罐3与负压罐5中持续建立工作压力与真空，并且贮气罐3与负压罐5也可以分别建设若干个，从而可以实现向膨胀机发电机组6提供全天工作的压缩气体与真空度。

本实用新型潮汐能发电系统也可以进行简化，在简化的方案里，取消贮气罐3或者负压罐5，只保留贮气罐3、负压罐5中间的一个，在只保留贮气罐3、负压罐5中间的一个时，只是会降低整个潮汐能发电系统的做功功率与效率，并不影响整个潮汐能发电系统的基本功能实现。

当所述气压罐只有贮气罐3、没有负压罐5时，A气体管路2为压气管路2-1，压气管路2-1的侧壁上装有C单向阀14，压气管路2-1上串接A单向阀7，C单向阀14位于腔体1的上端口12和A单向阀7之间，C单向阀14位于水表面以上位置，B气体管路包括进气管路4-1、出气管路4-2，膨胀机的进气口与贮气罐3之间通过进气管路4-1连接，进气管路4-1上串接有进气阀门9，膨胀机的出气口通过出气管路4-2与大气连接，出气管路4-2上串接有排气阀门10，通过排气阀门10的打开或关闭来控制膨胀机的出气口是否与大气导通；涨潮时，由于海平面上升，海水通过腔体1的下端口13进入腔体1并且水位上升，从而压迫腔体1内部的气体介质，此时，压气管路2-1上的A单向阀7打开，压气管路2-1侧壁上的C单向阀14关闭，使气体介质通过A单向阀7的单向阀门沿压气管路2-1单向进入到贮气罐3中，直到涨潮到最高水位，在贮气罐3中形成具有一定压力的压缩气体，将潮水的势能转换成压缩气体的势能并予以储存，落潮时，腔体1内的水位下降形成真空，此时，压气管路2-1上的A单向阀7关闭，压气管路2-1侧壁上的C单向阀14打开，外部空气进入腔体1内为下次涨潮时使用。

当所述气压罐只有负压罐5、没有贮气罐3时，A气体管路2为抽气管路2-2，抽气管路2-2的侧壁上装有D单向阀15，抽气管路2-2上串接B单向阀8，D单向阀15位于腔体1的上端口12和B单向阀8之间，D单向阀15位于水表面以上位置，B气体管路包括进气管路4-1、出气管路4-2，膨胀机的进气口通过进气管路4-1与大气连接，进气管路4-1上串接有进气阀门9，膨胀机的出气口与负压罐5之间通过出气管路4-2连接，出气管路4-2上串接有排气阀门10，通过进气阀门9的打开或关闭来控制膨胀机的进气口是否与大气导通；落潮时，由于海平面下降，腔体1内的水位下降形成真空，此时，B单向阀8打开，负压罐5内的气体介质通过B单向阀8的单向阀门沿抽气管路2-2单向进入到腔体1内，从而在负压罐5内形成低于大气压的负压区，涨潮时，海水通过腔体1的下端口13进入腔体1并且水位上升，从而压迫腔体1上部的气体介质，此时，抽气管路2-2上的B单向阀8关闭，抽气管路2-2侧壁上的D单向阀15打开，将腔体1内多余的气体介质排出，使得腔体1内气压维持在和外界大气压相同的水平，方便下次落潮时腔体1内气压降低继续抽吸负压罐5内的气体介质。

当所述气压罐同时包括贮气罐3和负压罐5时，可以进一步在腔体1的侧壁或A气体管路2的侧壁上安装通气阀门16；因为，气压罐同时包括贮气罐3和负压罐5时，虽然整个潮汐能发电系统的气体回路是封闭、且内部气体介质是循环使用的，而且在建成时腔体1内已有气体介质供使用，但考虑到在长时间使用后，仍然会有一定量的气体介质损耗，可以在腔体1的侧壁或A气体管路2的侧壁上安装通气阀门16，可根据需要打开通气阀门16实现对整个潮汐能发电系统内部气体介质的补充；但即使没有通气阀门16，也仍然不影响整个潮汐能发电系统的使用和基本功能的实现，可以在整个潮汐能发电系统不工作时从其它位置补充气体介质，比如可以从腔体1的下端口13处通过连接其它外部管路补充气体介质；通气阀门16优选安装在压气管路2-1的侧壁上或抽气管路2-2的侧壁上。

本实用新型中腔体1由于没有活动部件，其内部空间与结构也极其简单，可以很方便进行防腐与清除海生物工作，用于维护的时间与成本也远低于现有技术方案；同时如果腔体1数量大于一个，可以将对应腔体1上端口处的阀门关闭，从而在维护维修时不影响其它腔体1继续工作。

本实用新型中腔体1可以根据项目条件选择占用海岸或者占用后回填恢复地表，不影响当地开展海产养殖等，甚至可以将其与防浪堤、海岸堤坝、码头等结合，不额外占用海岸线；除腔体1外其它部件可因地制宜设置建设地点，包括建设在腔体1上，灵活性明显高于现有技术方案。

本实用新型的运用还可以逐步单元化实施，每个潮汐能发电系统为一个单元机组，通过建立若干个单元机组，可扩建性远非现有技术方案可比。

本实用新型能够利用低潮位的潮汐能，只要根据需要设置足够容积的腔体1，均可以对潮汐能进行开发与利用，增加了潮汐能的利用水平，规模可大可小；整个技术方案中，各项部件与技术均符合现有科技发展水平，对材料的要求也远低于现有技术方案，对降低项目造价与降低后期运行维护成本有着极大的帮助。

Claims (10)

1.一种潮汐能发电系统，其特征是包括腔体（1），A气体管路（2），气压罐，膨胀机发电机组（6）；其中，腔体（1）与A气体管路（2）的一端连通，A气体管路（2）的另一端与气压罐连通，气压罐与膨胀机发电机组（6）通过B气体管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述腔体（1）有上端口（12）和下端口（13）；腔体（1）的上端口（12）与A气体管路（2）的一端连通；工作时，腔体（1）的下端口（13）位于水表面以下。

3.根据权利要求1或2所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述气压罐包括贮气罐（3）、负压罐（5），所述A气体管路（2）包括压气管路（2-1）、抽气管路（2-2）；A气体管路（2）的一端与腔体（1）连通后分成压气管路（2-1）和抽气管路（2-2）两个支路，腔体（1）通过压气管路（2-1）与贮气罐（3）连通、通过抽气管路（2-2）与负压罐（5）连通，压气管路（2-1）上串接有A单向阀（7），抽气管路（2-2）上串接有B单向阀（8）。

4.根据权利要求3所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述膨胀机发电机组（6）包括膨胀机和发电机；所述膨胀机有进气口和出气口，膨胀机的进气口与贮气罐（3）连通，膨胀机的出气口与负压罐（5）连通。

5.根据权利要求3所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述B气体管路包括进气管路（4-1）、出气管路（4-2），膨胀机的进气口与贮气罐（3）之间通过进气管路（4-1）连接，膨胀机的出气口与负压罐（5）之间通过出气管路（4-2）连接，进气管路（4-1）上串接有进气阀门（9），出气管路（4-2）上串接有排气阀门（10）。

6.根据权利要求1或2所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述腔体（1）为单个或两个以上的集合；当腔体（1）的数量≥2个时，各个腔体（1）的顶部采用管路相互连通，每个腔体（1）的上端口顶部均设置有阀门（11）。

7.根据权利要求1或2所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述气压罐为贮气罐（3），所述膨胀机发电机组（6）包括膨胀机和发电机；所述膨胀机有进气口和出气口，A气体管路（2）为压气管路（2-1），压气管路（2-1）的侧壁上装有C单向阀（14），压气管路2-1上串接A单向阀（7），C单向阀（14）位于腔体（1）的上端口（12）和A单向阀（7）之间，C单向阀（14）位于水表面以上位置，B气体管路包括进气管路（4-1）、出气管路（4-2），膨胀机的进气口与贮气罐（3）之间通过进气管路（4-1）连接，进气管路（4-1）上串接有进气阀门（9），膨胀机的出气口通过出气管路（4-2）与大气连接，出气管路（4-2）上串接有排气阀门（10）。

8.根据权利要求1或2所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述气压罐为负压罐（5），所述膨胀机发电机组（6）包括膨胀机和发电机；所述膨胀机有进气口和出气口，A气体管路（2）为抽气管路（2-2），抽气管路（2-2）的侧壁上装有D单向阀（15），抽气管路（2-2）上串接B单向阀（8），D单向阀（15）位于腔体（1）的上端口（12）和B单向阀（8）之间，D单向阀（15）位于水表面以上位置，B气体管路包括进气管路（4-1）、出气管路（4-2），膨胀机的进气口通过进气管路（4-1）与大气连接，进气管路（4-1）上串接有进气阀门（9），膨胀机的出气口与负压罐（5）之间通过出气管路（4-2）连接，出气管路（4-2）上串接有排气阀门（10）。

9.根据权利要求3所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述腔体（1）的侧壁或所述A气体管路（2）的侧壁上安装有通气阀门（16）。

10.根据权利要求4所述的一种潮汐能发电系统，其特征是所述膨胀机为透平式膨胀机或活塞式膨胀机；所述腔体（1）的容积大于贮气罐（3）和负压罐（5）的容积之和。

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