[发明专利]将波浪起伏的高低水头势能差转变为电能的装置

说明书

技术领域：

本发明的机械发电装置，其动能由海面最大潮退线以外、远海永不停歇的起伏波浪高低水头势能差转化而成，属于利用自然能，不排出废弃物，永恒清洁的能源；波浪起伏的势能，由多种自然能叠加作用在水面而生成，因此可比任何一种单项的自然能都更符合人类实际的使用需要，有着取之不尽、随时再生的能量；更宝贵的是：波浪起伏的势能具有恒定持久，永不停歇的特征，并具备几近无穷的可开发的巨大规模；波浪发电既没有火电的污染和碳排放，又兼备了火电使用的所有有利要素，是电网真正需要的不间断、常态供应的电力；因此，波浪发电应用在我国能源格局上应该引起足够的重视。

技术背景：

把水面波浪起伏的势能转变为电能，是世界各国多年的研究项目，在英国、日本、美国等海洋大国，自上世纪70年代起，就已开始在此领域投放大量资金进行研发，波浪起伏的高低水头势能差是一种资源取之不尽，并随时再生的不停歇运动的可靠势能，这种势能是由诸如风能、太阳能、潮汐能、洋流、地球自转、水对物体产生的浮力等多种能量共同作用在水面、叠加而成的磅礴而持续的能量，因此在同等单位面积中，波浪起伏的势能比上述任何一种单独的自然能都更加恒久、突出、强大，即使是在陆地上显得十分庞大的几十吨至上百吨的轮船，一旦进入大海，都会被列入小船之列，都会被起伏的波浪势能顶托的剧烈地上下颠簸；而波浪势能在海面水平传递时，自耗性极小，可以在海洋中传递上千公里而没有明显的减弱，因此太平洋彼岸的一次地震引起的波浪，可以在印度洋这边引起伤亡巨大的海啸；也就是说：从某段选定的海面上，我们就可以收集到来自大洋深处产生的波浪能，在这一海域的波浪发生并不受当地有风或无风的影响，波浪能是不间歇地永恒存在的，这也许是“无风三尺浪”谚语产生的缘故吧；在美国第4314023号专利文献中指出：有些海面每平方公里的波面具备七千万瓦的可用势能；日本是一岛国，资源匮乏，但有漫长的海岸线，对波浪发电更是极为重视，据日本人桂井诚主编的《电工实用手册》介绍，多年来在其山形县附近海面上，一直都有大型装置在试验运行中；自1973年英国爱丁堡大学就建立了“波浪能研究中心”，由该校肖特(Salter)教授设计的《点头鸭子式海浪能发电装置》，专利由英国政府所拥有，英国政府能源部1976年度报告中指出：“波浪能是所有可更新的能源中最有前途的。”英国做出这样的结论，在世界、特别在我国新能源研发当中，都有其普遍的意义，本发明总结以下事实分析：

1、风能发电必须依靠火电调峰：因风电存在随机性和间歇性的致命弱点，目前还没有办法像其他常规能源那样对其出力进行安排和控制；时至今日我国风机单台年均发电时间还不足1500小时，因此风电如大规模集中开发，对当地电网乃至更大区域电网的安全运行和电源结构配置会产生一定负面的影响；专家测算，当风电在总电量中比例超过5-10％时，将对电网的安全稳定造成威胁，很容易导致电网崩溃；据悉，国家发改委已经对部分风电项目停止了审批。

2、太阳能发电分为光伏发电和光热发电两种，当然更不具备24小时不间歇发电的条件：光伏发电目前是主流，但其能源转换率低下，一般只有13％左右，即使算上再改进后的期待值，前途也有限；新兴的光热发电能源转换率虽可接近最大转换率的40％左右，但其造价不仅比光伏电高出一倍多，且限制在日照年辐射量在2000千瓦时/平方米以上的地区，且土地坡度不超过3％，还需配置与火电同量的水源消耗，诸多条件制约了其发展。

3、其它可再生能源如水库发电，生物质能，地热能，海水温差能，与人争夺食物的植物油、燃料电池、生物电池、氢燃烧等，也因其可行的规模太小，或者因现行的工艺难以完成而不成气候。

本发明总结了世界各国一些利用波浪发电装置之所以尚未取得实效的宝贵经验，另辟蹊径，改革创新，通过比较海面、水中、海底各种状态的水体与波浪的相互关系，认真分析了 波浪弧形势能的发力规律，从而完成本发明证明的一整套将波浪起伏的高低水头势能差转变为电能的装置。

目前可行的所有可再生能源在实际使用中，都无法与火电形成竞争：一是无法做到不间歇地常态供电；二是价格的比对悬殊；三是无法满足目前的用电规模。

因为本发明发现并研究了波浪发电实施过程中可能遇到的所有问题，并逐一按火电使用时的优势为目标提出了完整的解决方案，以证明波浪发电取代火电是可行的：

一是利用选定海域波浪起伏势能是不间歇永恒存在的天然优势，使“将波浪起伏的高低水头势能差转变为电能的装置”，能在包括台风在内的一年365天，每天24小时都不间歇地常态向电网供电，从而取代火电。