[发明专利]一种基于海浪波动动量的双向海浪发电装置

说明书

本发明的基于海浪波动动量的双向海浪发电装置，包括：海水冲击腔、海水汇集腔、喉道管、叶轮、发电机、海水冲击腔定位装置、机架，其特征是：带有直角变径收缩弯头的海水冲击腔与海水汇集腔垂直于海面，直角变径收缩弯头的大端端面内孔截面等效直径，大于其小端端面内孔直径八倍以上，其小端附近内孔流道设置有垂直于小端端面、周向分布的导流叶片。本发明充分利用了海浪向上波动的动量与向下波动产生的负压，通过直角变径收缩弯头加速，以及导流片导流，腔中的海水能够以数十倍以上海浪上下波动的速度，高速冲击叶轮旋转发电，实现海浪上下波动能的两次高效电能转换，尤其是，海浪下行的电能转换效率更高。本发明适于近海区规模化电站。

技术领域

本发明涉及一种利用海浪发电的装置，特别涉及一种利用海浪上下波动冲击动量的双向海浪发电装置，属于海洋可再生能源领域。

背景技术

随着陆地化石能源等的日益枯竭，以潮汐、波浪为主的海洋能源开发利用，已成为国际社会日益关注的焦点。相对风能，海浪能量密度高、储量巨大、分布广泛，是未来海洋能利用的主要方向。目前，海浪发电技术取得长了足进展，发电装置种类繁多，主要是通过直动浮子（如中国专利 ZL201410532438.4）或摆动浮子（如美国专利 US8, 035, 243 Bl）将海浪的波动转换为机械运动，驱动发电机产生电力。由于近海岸海浪波动具有多向性和往复性，设计合理的、结构简单的海浪波浪能俘获系统比较困难。现有的海浪发电装置普遍存在结构复杂、能量转换效率低、转换装置成本高等问题，影响了海浪发电技术的进一步发展与产业化应用。

海浪是由风吹动海洋表面所形成的，是波在海面的一种传播方式。海浪上任意海水质点都是在作上下周期波动，并向一定方向传播。海水质点在随同海浪波动时具有一定的波动速度，因而具有一定的动量与冲击力。相对浮子以浮力做功形式获取海浪波动能而言，利用海水沿海浪传播方向的冲击力做功，可以更有效地利用海浪的波动能。专利号为ZL200920002647.X 的中国专利，公开了一种将海浪在岸边的冲击能量转化为电能的扇形水槽海浪发电装置，利用前涌的海浪冲击岸边扇形水槽中的扇形板旋转，带动发电装置发电。但该装置仅能捕获岸边的海浪波动能，且其电能转化效率受海潮变化影响较大，投资成本较高。根据近海岸海浪传播方向一般总是垂直于海岸线的规律，申请号为201510760208.8 的中国发明专利，公开了一种利用沿海岸线垂直方向海浪冲击力来产生电能的装置。通过海浪冲击浮筒，使其产生沿海浪传播方向的机械运动，驱动直线电机发电。为增加海水对叶轮的冲击效果，专利号为 ZL201420565034.0 的中国专利，公开了一种利用沿海浪传播方向海水流动动能与势能的双向海浪冲击发电装置，将水平布置的两端进水口设置为喇叭口状。申请号为201710581914.5 的中国发明专利，其水平布置的进水口呈螺旋喇叭口状，叶轮位于螺旋壳体中心，沿海浪传播方向流动的海水进入螺旋壳体，切向冲击叶轮，使叶轮获得最大冲击旋转力矩，驱动发电机发电。类似地，专利号为ZL201110172753.7 的中国发明专利，其进、出水口也采用喇叭口结构，主要用于采集沿海浪传播方向海水流动的动能与势能，也可以直立于海面，采集海浪上下波动时海水流动的动能与势能，但此时该发明有比较显著的缺点：相对于进水口截面尺寸，叶轮管道直径尺寸偏大，其进水端下扩口仅起汇集海水作用，对上涌海水的加速作用有限，上涌海水对叶轮的冲击力较小；上扩口汇集的海水在下泄时容易产生漩涡，使上、下扩口相互连通，海浪下行不能在下扩口产生负压，降低了下泄海水对叶轮的冲击效果；特别是，由于近海区海浪一般不高，受装置高度的限制，该发明在下扩口不能设置导流片，上涌的海水只能杂乱无章地低速冲击叶轮旋转，叶轮输出力矩小，海浪波动能的电能转换率低。

申请号为201410829393.7的中国发明专利，公开了一种含锥形顶部密闭容器的风动力发电装置。当海浪上下波动时，锥形顶部密闭容器中的空气受到压缩，并在锥顶喉部形成最大气体流速，该高速气流冲击叶轮旋转，驱动发电机产生电力。该装置结构简单，投资成本较低，但气体的冲击动量小，同样，海浪波动能的电能转换率较低。

发明内容