[发明专利]海浪能发生器

说明书

技术领域

本发明涉及能够用来从水体的海浪提取能量通过转换这种能量为有用能量的发生器。

背景技术

近年来，人们日益重视开发可再生能源的需要，以致它为全球能源生产作出重要贡献。政府目标、与不可再生能源有关的发行物的媒体描述，和不断增加的能源成本的组合已经产生了一种用于可再生能源系统开发的强大驱动力。

矿物燃料对我们的环境的负面影响是众所周知的，与核能有关的问题和高成本同样是众所周知的。另一方面，可再生能源的巨大自然丰富的利用仅仅受到我们捕获并以经济可行价格供应的能力限制。

一种潜在的可再生能源是海浪能——在世界所有大洋和大海里可得到的一种丰富且持续的能源。各种海浪能产生装置已经作为捕获这种能源的潜在方法出现，然而，目前的装置有许多不足之处，没有一种装置有证明长期可靠开发可用资源的能力。

用于从海浪能发电的现有设计可以分成六大类：浮动衰减器，波涛转换器，振荡水柱装置，漫溢装置，水下压差装置和点吸收器。这些大多数要么浮动要么建在海床上。也有不容易分类的其它类型装置，例如是被海浪直接翻转的柔软灵活结构或者转子。每个这些不同的尝试有自己固有的优点和缺点。

衰减器是通过铰接接头连接浮动物体的装置。当海浪通过装置下面时，这些物体要么是波峰要么是波谷地各自独立地连成一线，，使得装置在铰接接头周围弯曲。铰接接头受制于将接头的弯曲转换为有用能量的能量转换器。

衰减器具有容易设想和建造的优点，当整个结构设计为浮动时通过海面还易于传输。它们也普遍易于安装和维护，因为装置的工作部件容易取得。

然而，衰减器存在固有的缺点。因为海浪通常有数十米的波长范围，所有衰减器必须极长以使不同的物体对准交替的波峰和波谷。类似地，在物体间距固定下，衰减器仅仅能在唯一的设定波长处工作在最佳效率。当波长离开最佳值时效率下降。衰减器也不得不对齐波浪的方向，如果膨胀方向显著不同于装置的轴，那么效率将再次显著下降。当整个机器在海面上或者暴露于风暴中时，这些装置的幸存性也要关注，物体间的接合处会特别薄弱。包含衰减器的装置的一个例子公开在WO0017519中。

在结构上点吸收器各不相同，但是一般包含被海浪移动的平衡浮子和相对固定的反应器。在平衡浮子和反应器之间的相对运动继而受制于产生能量的能量转换器。点吸收器具有灵活定位和能够从所有方向吸收海浪能量的优点，缺点是与特定类型有关。

有些点吸收器是完全浮动的装置，其在反应器里有一构造能使它们自反应。这有使装置易于输送和安装的优点。自反应器经常采取海锚的形式，海锚具有水面浮子能够在其上升起的大水面区域。自反应的另一种方法是吊重共振响应由海浪引起的浮子的周期性运动。

现有自反应装置的缺点是能量转换器和装置的其余部分一般定位在水面上，从而暴露于风暴的损害中。共振的点吸收器增加了仅有一个最佳共振频率的缺点，否则它们要以额外复杂性和成本并入可变的调谐机构。

有些点吸收器装置将反应器置于海床上。这有提供一种几乎不动的反应平台的优点，并且置于海床上的装置的任何部件不受海面风暴破坏。这种尝试的负面是海床基底的装置是困难的，因此安装和维护成本都很高。共振、自反应的点吸收器装置的一个例子公开在WO0196738中。

波涛转换器利用海浪的来回运动产生能量。通常它们包含在枢转接点上的大桨，大桨被波涛推拉并受制于能量转换器。波涛转换器的优点是易于设想和建造。

然而波涛转换器也有几个缺点。它们通常仅仅在浅水区有效，因为一旦水深显著降低广阔海浪的循环运动仅转换成波涛。它们还需要牢固地固定在海底的基座，以便整个装置不会随着波涛偏置。另外，它们可能遭受破碎波浪的冲击，幸存性是一严重问题。波涛转换器装置的一个例子公开在WO2006100436中。

振荡水柱装置使用一局部浸入水中的中空结构，此结构在一水柱上面附上一气柱。柱体在水线下与海连通，使得海浪的影响进入到此结构从而使水柱上升和下降，这转而使气柱跟随。气柱通过产生能量的涡轮机流进和流出大气。涡轮通常是双向威尔斯涡轮机(Wells turbine)，以便它能在海浪上升和下降时以相同的方式持续旋转。大多数振荡水柱装置内置在海堤或峭壁，但它们也能建成海上浮动结构。

振荡水柱装置的优点是唯一可用的部件——涡轮机——不在水里，因此易于接近和维护。它们也适合以成本有效的方式建在防波堤类型的结构里。