波浪能發(fā)電裝置及其發(fā)電方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種波浪能發(fā)電裝置，其包括：用于固定在海底的海底沉箱；通過(guò)張力索與海底沉箱連接的中間浮體，其完全浸入在海水中；與中間浮體連接的至少一個(gè)液壓缸；與液壓缸活塞桿連接且漂浮于海面的振蕩浮子；其中，所述中間浮體內(nèi)安置有發(fā)電單元，且發(fā)電單元與所述液壓缸的吸排油口連接；其中，所述振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子的機(jī)械能，而液壓缸將所述機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)所述發(fā)電單元將所述液體壓力能轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)波浪能的提取方便，發(fā)電過(guò)程持續(xù)、可控，工作可靠性高，輸出電能質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)效率好；此外，本發(fā)明還提供一種采用上述的發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】波浪能發(fā)電裝置及其發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋能源開(kāi)發(fā)利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種波浪能發(fā)電裝置及其發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋能的蘊(yùn)藏量巨大，其中波浪能的分布廣泛，是海洋能開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。但是，波浪能雖然有巨大的蘊(yùn)藏量，但也有能量密度低、提取困難的特點(diǎn)，往往需要較大型的提取設(shè)備，并且由于海洋環(huán)境的惡劣，海上工程結(jié)構(gòu)的造價(jià)較高。目前出現(xiàn)了許多單一開(kāi)發(fā)波浪能的技術(shù)，但是由于這些開(kāi)發(fā)技術(shù)需要建造專(zhuān)門(mén)的支持系統(tǒng)，成本和維護(hù)費(fèi)用太高，因此很難推廣?，F(xiàn)階段制約波浪能開(kāi)發(fā)的面臨的主要問(wèn)題是:能量形式單一，間歇性強(qiáng)；發(fā)電過(guò)程不可控，輸出電能質(zhì)量差；提取裝置一次性投資大；電價(jià)成本高，經(jīng)濟(jì)效益差；建站對(duì)周?chē)h(huán)境影響大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述缺點(diǎn)，提供一種波浪能發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)波浪能的提取方便，發(fā)電過(guò)程持續(xù)、可控，工作可靠性高，輸出電能質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)效率好；此夕卜，本發(fā)明還提供一種采用上述的發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種波浪能發(fā)電裝置，其包括:用于固定在海底的海底沉箱；通過(guò)張力索與海底沉箱連接的中間浮體，由于其浮力大于重力，在張力索的作用下懸浮在水中；中間浮體上連接有三個(gè)液壓缸；與液壓缸活塞桿連接且漂浮于海面的振蕩浮子；其中，所述中間浮體內(nèi)安置有發(fā)電單元，且發(fā)電單元與所述液壓缸的排油口連接；其中，所述振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子的機(jī)械能，而液壓缸將所述機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)所述發(fā)電單元將所述液體壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
[0005]其中，所述發(fā)電單元包括:與所述液壓缸的吸油口連接的油箱，用于向所述液壓缸提供液壓油；與所述液壓缸的排油口連接的蓄能器，用于儲(chǔ)存所述液壓缸輸出的液壓油；與所述蓄能器連接的液壓馬達(dá)，用于在所述蓄能器提供的液壓油的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)；與所述液壓馬達(dá)的輸出軸連接的發(fā)電機(jī)，其在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電；其中，在所述油箱和所述液壓缸的吸油口以及所述液壓缸的排油口和所述蓄能器之間分別設(shè)置有單向閥組。
[0006]進(jìn)一步的，所述發(fā)電單元還包括設(shè)置在所述油箱與所述蓄能器之間且與所述液壓缸并列設(shè)置的溢流閥。
[0007]更進(jìn)一步的，所述發(fā)電單元還包括設(shè)置在所述蓄能器與所述液壓馬達(dá)之間的電磁換向閥。
[0008]其中，所述液壓缸的活塞桿通過(guò)第一球鉸與所述振蕩浮子連接，所述液壓缸的缸體通過(guò)第二球鉸與所述中間浮體連接。
[0009]其中，所述液壓缸的數(shù)量為三個(gè)，且連接在三個(gè)液壓缸與所述振蕩浮子之間的三個(gè)第一球鉸均勻分布于第一圓上，連接在三個(gè)液壓缸與所述中間浮體之間的三個(gè)第二球鉸均勻分布于第二圓上。
[0010]優(yōu)選的，所述第二球鉸與所述第二圓圓心之間的距離大于所述第一球鉸與所述第一圓圓心之間的距離，以使所述液壓缸的活塞桿保持向內(nèi)傾斜的姿態(tài)。
[0011]其中，所述振蕩浮子為半球形。
[0012]另一方面，本發(fā)明還提供一種采用上述的波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法，其包括如下步驟:
[0013]利用海底沉箱的自重將其沉入預(yù)定的海底位置；
[0014]通過(guò)張力索將中間浮體與海底沉箱連接，使得其內(nèi)設(shè)置有發(fā)電單元的中間浮體完全懸浮在海水中；
[0015]通過(guò)液壓缸將漂浮在水面上的振蕩浮子與中間浮體連接，且將發(fā)電單元與液壓缸的排油口連接；
[0016]其中，所述振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子的機(jī)械能，而液壓缸將所述機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)所述發(fā)電單元將所述液體壓力能轉(zhuǎn)化為電倉(cāng)泛。
[0017]其中，所述海底沉箱通過(guò)混凝土澆筑制成，所述中間浮體為由鋼板焊接而成的中空箱體。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)波浪能的提取方便、發(fā)電過(guò)程持續(xù)、可控、工作可靠性高、輸出電能質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)效率好、易于實(shí)現(xiàn)的突出優(yōu)點(diǎn)。
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的第一球鉸所在平面示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的第二球鉸所在平面示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-振蕩浮子；2_液壓缸；3_中間浮體；4_張力索；5_海底沉箱； 發(fā)電單兀；13_第一球鉸；13a_第一圓；14_第二球鉸；14a_第二圓；15_單向閥組；17_溢
流閥；18_油箱；19_蓄能器；20_壓力開(kāi)關(guān)；21_電磁換向閥；22_液壓馬達(dá)；23_發(fā)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，為本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，其包括:依靠自身重力固定在海底的海底沉箱5 ;通過(guò)張力索4與海底沉箱5連接的中間浮體3，其完全浸入在海水中；其缸體與中間浮體3連接的三個(gè)液壓缸2 ;與液壓缸2活塞桿連接且漂浮于海面的振蕩浮子I ;其中，中間浮體3內(nèi)安置有發(fā)電單元7，且發(fā)電單元7與液壓缸2的排油口連接；其中，振蕩浮子I隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子I的機(jī)械能，而液壓缸2將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)發(fā)電單元7將液體壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
[0026]具體的，如圖1所示，海底沉箱5是大質(zhì)量的圓形箱體，其在陸地上用混凝土澆筑制成，然后將其沉入海底，依靠其自重使其固定在海底的預(yù)定位置。
[0027]中間浮體3為采用普通鋼板焊接而成的中空箱體，其自身浮力遠(yuǎn)大于其重力，在水中能夠呈正浮狀態(tài)。
[0028]海底沉箱5與中間浮體3通過(guò)張力索4相連，張力索4采用船用鋼纜制成，連接時(shí)設(shè)定張力索4的長(zhǎng)度，使中間浮體3完全浸入水中，在浮力的作用下，中間浮體3將拉緊張力索4并懸停在水中。
[0029]振蕩浮子I為其上表面為圓面、下表面為球面的中空浮體，其采用普通鋼板焊接而成，外部涂覆防腐漆，且在水面上呈正浮狀態(tài)。由于振蕩浮子I在海面上隨著波浪運(yùn)動(dòng)，因此將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子I的機(jī)械能。
[0030]如圖1所示，振蕩浮子I的底部通過(guò)三個(gè)液壓缸2與中間浮體3相連接。為保證液壓缸2能夠自由擺動(dòng)，液壓缸2活塞桿端部通過(guò)第一球鉸13與振蕩浮子I相連接，液壓缸2的缸體底端通過(guò)第二球鉸14與中間浮體3相連接，中間浮體3上第二球鉸14的設(shè)置方式如圖2所示，三個(gè)第二球鉸設(shè)置在位于同一平面的第二圓14a上，且在第二圓14a的圓周呈等間隔120度分布；振蕩浮子I上的第一球鉸13位置與中間浮體3上的第二球鉸14布置類(lèi)似，如圖3所示，即三個(gè)第一球鉸設(shè)置在位于同一平面的第一圓13a上，且在第一圓13a的圓周呈等間隔120度分布，只是每個(gè)第一球鉸與第一圓13a的圓心之間的距離小于第二球鉸與第二圓圓心之間的距離。
[0031]應(yīng)用中，液壓缸2采用防水型液壓缸，以防止外界海水通過(guò)液壓缸2滲入液壓油中。而第一球鉸13、第二球鉸14均采用防海水腐蝕的不銹鋼制成。
[0032]通過(guò)上述的布置方式，可以讓三個(gè)液壓缸2的活塞桿保持向內(nèi)聚攏的傾斜姿態(tài)，從而保證每個(gè)液壓缸2能夠很好的跟隨海面上振蕩浮子I的升沉和搖晃動(dòng)作，并在振蕩浮子I與中間浮體3距離變小時(shí)保持受壓狀態(tài)。
[0033]當(dāng)振蕩浮子I隨波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然造成其與中間浮體3距離的變化，通過(guò)拉伸或壓縮液壓缸2活塞桿的動(dòng)作，使得液壓缸2在推、拉活塞桿的動(dòng)作過(guò)程中產(chǎn)生吸、排液壓油的作用，從而將振蕩浮子I隨波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能，并輸送到發(fā)電單元7中，從而將液壓油壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
[0034]如圖1所示，發(fā)電單元7設(shè)置在中間浮體3內(nèi)，并通過(guò)液壓油管與設(shè)置在中間浮體3之外的三個(gè)液壓缸相連。而為了在其內(nèi)安置發(fā)電單元7，在中間浮體3內(nèi)預(yù)留用于安裝發(fā)電單元的道門(mén)(圖中未示出)，并在道門(mén)處設(shè)置防水密封。
[0035]其中，如圖4所示，發(fā)電單元7為液壓發(fā)電單元，其包括:與液壓缸2的吸油口連接的油箱18，用于向液壓缸2提供液壓油；與液壓缸2的排油口連接的蓄能器19，用于儲(chǔ)存液壓缸2輸出的液壓油；與蓄能器19連接的液壓馬達(dá)22，其在蓄能器19提供的液壓油的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)；與液壓馬達(dá)22的輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23，其在液壓馬達(dá)22的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電。
[0036]其中，如圖4所示，在油箱18和液壓缸2的吸油口之間設(shè)置有單向閥組15，以便液壓缸2的活塞桿伸出時(shí)，可以使油箱18內(nèi)的液壓油從液壓缸2的吸油口進(jìn)入，而在液壓缸2的活塞桿縮回時(shí)，使液壓缸2內(nèi)的液壓油不能從液壓缸2的吸油口回流到油箱18內(nèi)。
[0037]其中，如圖4所示，在液壓缸2的排油口和蓄能器19之間也設(shè)置有單向閥組15。當(dāng)液壓缸2的活塞桿縮回時(shí)，可以使液壓缸2內(nèi)的液壓油從液壓缸2的排油口流出并進(jìn)入到蓄能器19內(nèi)。
[0038]由于波浪的作用，液壓缸的活塞桿連續(xù)發(fā)生伸縮運(yùn)動(dòng)，從而在兩組單向閥組15的作用下，液壓油從油箱吸入液壓缸并加壓輸送到蓄能器中儲(chǔ)存。[0039]優(yōu)選的，發(fā)電單元7還包括設(shè)置在油箱18與蓄能器19之間且與液壓缸2并列的溢流閥17，以防止蓄能器19內(nèi)液壓油壓力超過(guò)預(yù)定值。
[0040]此外，如圖4所示，發(fā)電單元7還包括設(shè)置在蓄能器19與液壓馬達(dá)22之間的電磁換向閥21。當(dāng)蓄能器中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21開(kāi)啟，蓄能器19中液壓油被供給液壓馬達(dá)22，液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)與其同軸的發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了波浪能轉(zhuǎn)化為液壓油壓力能、液壓油壓力能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化利用。
[0041]發(fā)電單元7中的各元件在制作時(shí)選用的零部件與陸地設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)件相同，只是由于維修更換較難，因此應(yīng)選擇制造質(zhì)量更高的元件來(lái)制造以提高系統(tǒng)的可靠性。
[0042]此外，本發(fā)明還提供一種采用上述的波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法，其包括如下步驟:
[0043]利用海底沉箱的自重將其沉入預(yù)定的海底位置；
[0044]通過(guò)張力索將其內(nèi)設(shè)置有發(fā)電單元的中間浮體與海底沉箱連接，使得中間浮體完全浸入在海水中；
[0045]通過(guò)液壓缸將漂浮在海水上的振蕩浮子與中間浮體連接，且將發(fā)電單元與液壓缸的吸油口與排油口連接；
[0046]其中，振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子的機(jī)械能，而液壓缸將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)發(fā)電單元將液體壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
[0047]具體的，當(dāng)海面有波浪時(shí)，振蕩浮子I隨著波浪運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中振蕩浮子I與中間浮體3之間的相對(duì)距離發(fā)生變化，使得連接兩者的液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸出或縮回的動(dòng)作。
[0048]通過(guò)振蕩浮子I拉伸或壓縮液壓缸2活塞桿的動(dòng)作，使得液壓缸2在推、拉活塞桿的動(dòng)作過(guò)程中產(chǎn)生吸、排液壓油的作用，從而將振蕩浮子I隨波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能，即從油箱吸入液壓缸的液壓油被加壓輸送到蓄能器中儲(chǔ)存。
[0049]輸送到蓄能器中儲(chǔ)存的液壓油隨著波浪的運(yùn)動(dòng)持續(xù)增加，當(dāng)蓄能器中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21開(kāi)啟，蓄能器19中的加壓液壓油被供給液壓馬達(dá)22，從而驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)與其輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電。由此，實(shí)現(xiàn)了波浪運(yùn)動(dòng)的波浪能轉(zhuǎn)化為液壓油壓力能、液壓油壓力能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化利用。
[0050]盡管上文對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于此，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行修改，因此，凡按照本發(fā)明的原理進(jìn)行的各種修改都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，包括: 固定在海底的海底沉箱； 通過(guò)張力索與海底沉箱連接的中間浮體，其浸入在海水中，且其浮力大于其自身重力； 與中間浮體連接的至少一個(gè)液壓缸； 與液壓缸活塞桿連接且漂浮于海面上的振蕩浮子； 其中，所述中間浮體內(nèi)安置有發(fā)電單元，且發(fā)電單元與所述液壓缸的排油口連接；其中，所述振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子的機(jī)械能，而液壓缸將所述機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)所述發(fā)電單元將所述液體壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電單元包括: 與所述液壓缸的吸油口連接的油箱，用于向所述液壓缸提供液壓油； 與所述液壓缸的排油口連接的蓄能器，用于儲(chǔ)存所述液壓缸輸出的液壓油； 與所述蓄能器連接的液壓馬達(dá)，用于在所述蓄能器提供的壓力液壓油流的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)； 與所述液壓馬達(dá)的輸出軸連接的發(fā)電機(jī)，其在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電； 其中，在所述油箱和所述液壓缸的吸油口以及所述液壓缸的排油口和所述蓄能器之間分別設(shè)置有單向閥組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電單元還包括設(shè)置在所述油箱與所述蓄能器之間且與所述液壓缸并列設(shè)置的溢流閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電單元還包括設(shè)置在所述蓄能器與所述液壓馬達(dá)之間的電磁換向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓缸的活塞桿通過(guò)第一球鉸與所述振蕩浮子連接，所述液壓缸的缸體通過(guò)第二球鉸與所述中間浮體連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓缸的數(shù)量為三個(gè)，且連接在三個(gè)液壓缸與所述振蕩浮子之間的三個(gè)第一球鉸均勻分布于第一圓上，連接在三個(gè)液壓缸與所述中間浮體之間的3三個(gè)第二球鉸均勻分布于第二圓上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述第二球鉸與所述第二圓圓心之間的距離大于所述第一球鉸與所述第一圓圓心之間的距離，以使所述液壓缸的活塞桿保持向內(nèi)傾斜的姿態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述振蕩浮子為半球形。
9.一種采用如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法，其特征在于，包括如下步驟: 利用海底沉箱的自重將其沉入預(yù)定的海底位置； 通過(guò)張力索將中間浮體與海底沉箱連接，使得其內(nèi)設(shè)置有發(fā)電單元的中間浮體完全浸入在海水中，并懸浮在海水中； 通過(guò)液壓缸將漂浮在海水上的振蕩浮子與中間浮體連接，且將發(fā)電單元與液壓缸的排油口連接； 其中，所述振蕩浮子隨海水 的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，將波浪能轉(zhuǎn)化為振蕩浮子的機(jī)械能，而液壓缸將所述機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，并通過(guò)所述發(fā)電單元將所述液體壓力能轉(zhuǎn)化為電能。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的波浪能發(fā)電方法，其特征在于，所述海底沉箱通過(guò)混凝土澆筑制成，所述中間浮體 為由鋼板焊接而成的水密中空箱體。
【文檔編號(hào)】F03B13/18GK103758685SQ201410007568
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】張銀東, 楊杰, 張興明, 李文華, 沈巖, 孫玉清 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)