[发明专利]压电海浪发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海浪发电系统，尤其涉及一种采用d33模式压电陶瓷进行海浪发电的系统。

背景技术

海洋蕴藏极大的能量，海洋占地球总面积的71％。1992年联合国把海浪发电列为开发海洋可再生能源的首位，英国将海浪发电的研究放在新能源开发的首位，甚至称其为“第三能源”。世界上有关海浪发电的相关专利有上千项之多，因此可以预见，海浪发电将不仅成为可再生能源的重要来源，还将成为今后人类的主要能源方式。

世界上第一个将压电转换应用在大规模海浪发电上的是美国普林斯顿海洋电力公司。第一台压电发电机缩写HPE，由悬挂在海洋里浮筒和锚之间的片状、卷状或带状的压电聚合物组件网络组成。当浮筒在浪中浮动时，聚合物被拉伸和放松，产生出高压低频电流，此电流被送入同聚合物相连的电极，并被固态电子器件调整成高压直流电，然后由海底电缆送往岸上。一旦上岸，又能将其转换为交流电馈入电网。波浪能是免费的，而压电聚合物几乎或完全无需维修。聚合物不受海水浸蚀，并可于其20年的设计寿命终了时予以回收再行调整。可以说压电转换应用到海浪发电是有其独特的优势。

压电转换器的输出功率正比于作用力、施加作用力的频率及压电常数。对于HPE来说，因为在使用浮筒直接作用在压电聚合物上则必然造成施加作用力的频率较低(仅数秒钟一次)；又因为是利用拉伸和弯曲即d31模式，其压电常数相对d33模式较低，更为关键的是压电陶瓷具有很好的抗压强度，但抗拉强度很低，所以在利用拉伸和弯曲力时不能使用压电陶瓷材料，虽然利用聚合物极大的提高了压电材料的韧性，增强了压电器件的寿命，但也同时大大降低了压电常数。整体的发电效率受这三个因素的制约使其发电功率目前仅有千瓦级，而且成本较高。

在各种关于海浪发电的专利中涉及到海浪能的转化大多数采用即时转化，很少有考虑海浪能的储存，而考虑到海浪能储存的其能量转换效率又比较低下。如中国专利申请号00228121.X提供的“一种波浪发电装置”，由浮板、油箱、蓄能器、回转液压缸、液压马达和发电机组成。回转液压缸与液压马达之间通过油管连接，其中高压管上设有蓄能器，低压油管上设有油箱；回转液压缸设在浮板处。在海浪的作用下，利用浮板所产生的摆动来带动回转液压缸工作，液压缸内产生高压油推动液压马达转动，从而带动发电机发电。

上述专利是将海浪能转化为线圈式发电转子的动能，其利用液压装置进行能量的储存，这就给电能的产生带来持续性，使得海浪的周期性以及幅度等影响减少到最小。但其使用液压马达来带动发电机发电方式，因为液压马达将静压能转换为转子动能的效率比较低，所以整体的发电效率必然降低。

还有的专利如集浪板，采用的是将海浪的冲击力转换为液压缸中液体的压应力从而带动涡轮的转动，再通过涡轮来带动转子使线圈式发电机组发电。缺点是很明显的，集浪板要求浮筒要在一定范围同时出力来产生巨大的推动力，“同时”性就要使系统的复杂度提高。而且涡轮的能量转换效率在海洋环境中也比较低下。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种压电海浪发电系统，该发电系统结构简单、成本相对低廉、转化效率高，并且实用性强。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种压电海浪发电系统，主要包括海浪动力系统、液压振动系统和压电转换系统，其中：

所述海浪动力系统包括双浮筒船、第一液压缸和高压罐，所述双浮筒船和第一液压缸固定连接，所述双浮筒船随海浪起伏能够带动第一液压缸将该第一液压缸内液体泵入高压罐内，从而使海浪的动能转化为液体的静压能，完成海浪动力系统功能；

所述液压振动系统包括马达和第二液压缸，该马达的动力轴承一端延伸出来并与转轴活塞相接成一同心轴，该转轴活塞密封活动套设于第二液压缸内，所述马达能够带动转轴活塞转动而使第二活塞在第二液压缸内产生简谐振动；从而完成液压振动系统功能；

所述压电转换系统包括压电叠堆、整流电桥和储能器，所述液压振动系统中第二液压缸中第二活塞的简谐振动能够对压电叠堆产生准简谐振动的压应力，从而使d33模式压电陶瓷的正压电效应将机械能转化为电能，在压电叠堆的每一层引出上下电极，相互形成串联、并联和串并联电路之一达到适宜的输出功率参数并依次电性连接整流电桥、储能器、转换电路和输出电路。经整流电桥的作用将每一周期内产生的正、负电荷均转化为要求的电荷性质存储在储能器里，经转换电路调整为高频交流信号并经输出电路调整电压以及相位进行输出属性匹配，完成压电转换系统功能。