本發(fā)明屬于海洋能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種同時利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

隨著石油、煤炭等資源的日益枯竭以及環(huán)境污染的逐步加重，尋找清潔、可再生能源越來越被人們所重視。國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，對海洋開發(fā)利用的重視程度已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面，海洋中蘊藏著豐富的能量，波浪能和潮流能在大海里儲量巨大，并且它取之不盡用之不竭、對環(huán)境無污染。因此，如何高效開發(fā)利用波浪能和潮流能是當(dāng)今各國爭相研究的重要課題。

在此之前，作者設(shè)計了一種海洋能收集測試船，達到了很好的海洋能采集和測試效果；但是經(jīng)過實海況實驗測試，發(fā)現(xiàn)仍舊可以對其作進一步的改進，以達到更好的效果。例如：由于先前設(shè)計的漂浮式波浪能發(fā)電平臺的浮子臂是等長的，這樣不同位置的采能浮子之間會產(chǎn)生“遮蔽效應(yīng)”，位于前方的浮筒會阻礙后方浮筒對波浪能的吸收，導(dǎo)致裝置對波浪能吸收效率降低的問題。另外，陣列式振蕩浮子波浪能采集機構(gòu)主要依靠振蕩浮子在波浪中的上下運動來收集波浪能，即采集上下運動的質(zhì)點的能量，而對處于相對較深處質(zhì)點的水平運動能量（潮流能）則未能給予采集利用。

研究表明，對于浮子采能機構(gòu)如果能夠根據(jù)海浪的情況采用不同質(zhì)量的浮子，所采集到的能量是不同的：對于較大的海浪，采用質(zhì)量較大的浮子可以采集到更多的能量；對于較小的海浪，則希望浮子質(zhì)量較輕，這樣才能實現(xiàn)在小波浪的作用下驅(qū)動浮子上下運動，采集波浪能量。但海洋中的海浪情況時刻都在發(fā)生這變化，若能夠設(shè)計一種根據(jù)海浪狀況而自動調(diào)節(jié)浮子質(zhì)量的波浪能采集機構(gòu)（浮子），則將會大大提高波浪能的采集效率。還有，大自然的進化理論已經(jīng)顯示，如能利用仿生學(xué)原理設(shè)計浮子采能機構(gòu)，則波能采集系統(tǒng)將會有更高的能量采集效率和更長的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可方便地對任何海域進行海洋能收集測試的同時利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能發(fā)電裝置。

本發(fā)明通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目標(biāo)：

一種同時利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能發(fā)電裝置，包含有：楔形漂浮平臺、波浪能采集機構(gòu)、潮流能采集機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制系統(tǒng)和單點系泊裝置；

波浪能采集機構(gòu)設(shè)置在楔形漂浮平臺的兩側(cè)，潮流能采集機構(gòu)設(shè)置在楔形漂浮平臺尾部的兩側(cè)，傳動系統(tǒng)將波浪能采集機構(gòu)和潮流能采集機構(gòu)所產(chǎn)生的機械能傳遞給發(fā)電機，控制系統(tǒng)控制發(fā)電裝置的工作，楔形漂浮平臺單點系泊于系泊裝置上。

進一步的，所述波浪能采集機構(gòu)包含有浮子、浮子臂、液壓缸、單向閥組、油箱、卸荷溢流閥、節(jié)流閥、蓄能器和液壓馬達；

浮子設(shè)置在浮子臂的一端，浮子臂的另一端與楔形漂浮平臺相鉸接，液壓缸的活塞桿鉸接在浮子臂的中段，液壓缸的缸體與楔形漂浮平臺相鉸接，液壓缸通過包含有單向閥組、油箱、卸荷溢流閥、節(jié)流閥和蓄能器的液壓回路帶動液壓馬達旋轉(zhuǎn)，液壓馬達通過傳動系統(tǒng)帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。

進一步的，該漂浮式海洋能發(fā)電裝置還包括有波高儀、伺服電機和水泵等設(shè)備，波高儀實時測量波高并反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制伺服電機驅(qū)動水泵實現(xiàn)對浮子內(nèi)部的抽水和放水，進而實現(xiàn)浮子的變質(zhì)量控制。

進一步的，所述波浪能采集機構(gòu)有多個，并列設(shè)置在楔形漂浮平臺的兩側(cè)，多個并列設(shè)置的波浪能采集機構(gòu)的浮子臂不等長。

進一步的，所述潮流能采集機構(gòu)為水輪機。

本發(fā)明的有益效果：

1、波浪能采集機構(gòu)采用仿生學(xué)設(shè)計，可以使波浪能采集效率更高更穩(wěn)定，在提高總發(fā)電功率的同時也有利于平臺在海浪中保持自身平穩(wěn)；

2、可以根據(jù)海浪情況實時調(diào)節(jié)采能浮子重量，進而達到對海浪能的最優(yōu)化采集；

3、浮子臂不等長設(shè)計可以減少采能浮子之間的相互遮蔽干擾，提高浮子的采能效率；

4、可同時采集海上波浪能和潮流能，實現(xiàn)波浪能和潮流能的疊加利用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明俯視結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明側(cè)視結(jié)構(gòu)圖；

圖3是仿生學(xué)波浪能采集機構(gòu)設(shè)計原理示意圖；

圖4是在原波浪能采集機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；

圖5是利用原先波浪能采集機構(gòu)進行模擬仿真測試所得發(fā)電功率時間圖；

圖6是利用仿生學(xué)改進后波浪能采集機構(gòu)進行模擬仿真測試所得發(fā)電功率時間圖；

圖7是水輪機立體結(jié)構(gòu)圖；

圖8是對擺板采集機構(gòu)進行模擬仿真測試所得發(fā)電功率時間圖；

圖9是對改進后設(shè)置成潮流能采集機構(gòu)進行模擬仿真所得發(fā)電功率時間圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例：一種同時利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能發(fā)電裝置，如圖1和圖2所示，包含有：楔形漂浮平臺1、波浪能采集機構(gòu)2、潮流能采集機構(gòu)3、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制系統(tǒng)和單點系泊裝置4。波浪能采集機構(gòu)2設(shè)置在楔形漂浮平臺1的兩側(cè)，潮流能采集機構(gòu)3設(shè)置在楔形漂浮平臺1的尾部兩側(cè)，傳動系統(tǒng)將波浪能采集機構(gòu)2和潮流能采集機構(gòu)3（采集波浪能和潮流能）所產(chǎn)生的機械能傳遞給發(fā)電機，控制系統(tǒng)控制發(fā)電裝置的工作，楔形漂浮平臺1單點系泊于系泊裝置4上。

當(dāng)海浪迎面打來時將海浪分開并沿楔形漂浮平臺1兩側(cè)面（斜坡面）傳播，這種情況下，楔形漂浮平臺1的兩側(cè)斜面處所聚集的海浪能最大，將波浪能采集機構(gòu)2并排布置在楔形漂浮平臺1的兩側(cè)可最大程度地采集海浪能。另外，楔形漂浮平臺1與懸鏈線單點浮筒系泊系統(tǒng)5相結(jié)合可以實現(xiàn)本發(fā)明的自動對流對浪校姿功能，從而使楔形漂浮平臺1頭部始終迎面指向來海浪打來的方向，使楔形漂浮平臺1兩側(cè)受力平衡，能明顯降低平臺在海中的顛簸，并成功將海浪分開沿楔形漂浮平臺1兩側(cè)斜面?zhèn)鞑ィM而海浪能被沿楔形漂浮平臺兩側(cè)斜面布置的海浪能采集機構(gòu)2所采集。

在本實施方案中，波浪能采集機構(gòu)2按照仿生學(xué)設(shè)計，在提高總發(fā)電功率的同時使平臺在海浪中保持自身平穩(wěn)。為此，將波浪能采集機構(gòu)2設(shè)計成包含有浮子21、浮子臂22、液壓缸23、單向閥組24、油箱25、卸荷溢流閥26、節(jié)流閥27、蓄能器28和液壓馬達29的仿生學(xué)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。浮子21設(shè)置在浮子臂22的一端，浮子臂22的另一端與楔形漂浮平臺1相鉸接，浮子臂22呈向上拱起的彎形。液壓缸23的活塞桿鉸接在浮子臂22的中段，液壓缸23的缸體與楔形漂浮平臺1相鉸接，液壓缸23通過包含有單向閥組24、油箱25、卸荷溢流閥26、節(jié)流閥27和蓄能器28的液壓回路帶動液壓馬達29旋轉(zhuǎn)，液壓馬達29通過傳動系統(tǒng)帶動發(fā)電機210旋轉(zhuǎn)。

通過對原先設(shè)計的波浪能采集機構(gòu)（如圖4所示）進行水槽物理模型實驗（模型與實物的比例為1:30），獲得的發(fā)電功率時間圖，如圖5所示；通過對仿生學(xué)改進后波浪能采集機構(gòu)的波浪能采集機構(gòu)進行水槽物理模型實驗（模型與實物的比例為1:30），獲得的發(fā)電功率時間圖，如圖6所示。從圖中可以看出，當(dāng)采能機構(gòu)采用改進前結(jié)構(gòu)時，浮子采能的功率大概分布在0.8w-1.8w之間，功率上下波動的幅度比較大；當(dāng)采能機構(gòu)使用改進后的仿生學(xué)浮子和浮子臂時，浮子采能功率大概分布在1.0w-2.0w之間，功率數(shù)值范圍穩(wěn)定，波動較小，具有更好的穩(wěn)定性。

研究表明，對于浮子采能機構(gòu)，如果能夠根據(jù)海浪的情況采用不同質(zhì)量的浮子，所采集到的能量是不同的，對于較大的海浪，采用質(zhì)量較大的浮子可以采集到更多的能量；對于較小的海浪，則希望浮子重量輕，慣性較小，這樣小波浪就可以驅(qū)動浮子上下運動。但海洋中的海浪情況時刻都在發(fā)生這變化，為了使浮子質(zhì)量能夠隨著海浪的大小而改變，進而達到浮子最優(yōu)采能的目的，該漂浮式海洋能發(fā)電裝置還裝備了波高儀、伺服電機和水泵等儀器，波高儀實時測量波高并反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)自動控制伺服電機驅(qū)動水泵，實現(xiàn)對浮子內(nèi)部的抽水和放水，進而實現(xiàn)浮子的變質(zhì)量控制。

另外，改進波浪能采集機構(gòu)的浮子臂伸出長度，使多個并列設(shè)置在楔形漂浮平臺的兩側(cè)的波浪能采集機構(gòu)的浮子臂伸出的長度不等，從而解決了原先設(shè)計的漂浮式波浪能發(fā)電平臺等長浮子臂所造成的前后浮子對波浪能吸收的互相干擾，波浪能吸收效率較低等問題。為解決這一問題，將多個并列設(shè)置的波浪能采集機構(gòu)的浮子臂伸出的長度設(shè)計為不相等。

在本技術(shù)方案中，潮流能采集機構(gòu)為水輪機（如圖7所示），水輪機在楔形漂浮平臺的后端兩側(cè)各設(shè)置一個。通過對原先設(shè)計的擺板采集機構(gòu)進行水槽物理模型實驗（模型與實物的比例為1:30），獲得發(fā)電功率時間圖如圖8所示。通過對改進后設(shè)置成潮流能采集機構(gòu)進行水槽物理模型實驗（模型與實物的比例為1:30），獲得發(fā)電功率時間圖如圖9所示。從圖中可以看出，當(dāng)使用擺板時，浮子采能的功率大概集中于0-1.0w之間；當(dāng)使用水輪機時，浮子采能的功率大概集中于0.6w-1.8w之間，說明水輪機采能效率高于擺板采能效率。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。