[发明专利]一种可航的水平管气动式波力发电装置

说明书

一种可航的水平管气动式波力发电装置，包括船体、波浪能转换机构、动力推进机构、锚泊系统；所述的波浪能转换机构由水平管、垂直腔体、发电机、空气透平组成；所述的水平管水平设置在船体的下方，其两端开口开放，所述的垂直管腔体直安装在水平管的上方，其一端与水平管连通，另一端收缩后与空气透平连接；所述的发电机安装在空气透平上；所述的动力推进机构用于推动波力发电装置航行；所述的锚泊系统设置在船体上用于将波力发电装置在海面上定位；所述的波力发电装置停靠在目的位置后，海水从水平管两端口进入并在垂直管中形成水柱，水柱面与空气透平、垂直腔体的管壁形成气室，通过波浪的作用引起水柱在气室内运动，气室内的空气运动能量通过空气透平和发电机转换为电能输出。优点是，结构简单、转换效率高、维修方便且适航性好。

技术领域

本发明涉及波浪能转换技术领域，具体为一种可航的水平管气动式波力发电装置。

背景技术

波浪能资源蕴藏丰富，开发利用潜力巨大。但由于波浪能极不稳定、远离大陆、海洋环境恶劣、海水腐蚀、海生物附着等因素，开发利用海洋波浪能成本高昂。这些成本主要表现在装置的材料成本、建造成本、转换机构成本、投放、运输和回收成本、锚泊成本、维护成本和环境成本等。

目前波浪能利用技术种类繁多，漂浮式波浪能利用技术因其适应面广而成为研究的主流，绝大部分漂浮式技术可分为3大类:振荡水柱技术、越浪技术和振荡浮子技术。漂浮振荡浮子技术是利用波浪推动一个浮体相对另一个浮体(支撑平台)平动或转动转换能量，基于该技术发展的装置必须是双(多)浮体并且潜入或半潜入海水中，这一特点意味着材料利用率低(双或多浮体)、浮体间相互作用问题不可避免、海生物附着影响大、投放时间长(浮态调节需要时间和设备)，易出机械故障，难以维修，其性价比受技术路线影响提高有限。漂浮越浪技术是利用波浪的爬升作用，把波浪能转换为海水的势能，基于该技术发展的装置特点是单浮体(承载平台)，装置要承担转换载体(海水)的重量，因此其结构规模庞大、强度要求高，在风、浪和流的共同作用下，系泊系统复杂、投资大，水轮机同海水接触，受海生物附着影响大，发展缓慢。漂浮式振荡水柱技术是利用一个腔体通过海水相对浮体运动把波浪能转换为气室内的气动能量，其特点是单浮体，材料利用率高,不存在相撞问题，空气透平和发电机位于水面上不受海水和海生物影响，维修方便。漂浮振荡水柱技术最著名的形式是后弯管技术，主要由相连的水平管和竖直管(合称为L型管道)、气室、浮力舱、空气透平、发电机组成，水平管同竖直管垂直，气室在竖直管上方，目前L型管道普遍采用四边形形式且截面积相等，浮力舱是长方体或前方后圆形形式。后弯管技术一般分为2级转换：初级转换和第2级转换。初级转换是波浪能到气动能量的转换(用俘获宽度比来评估)，第2级转换是气动能量到电能的转换。在宽水池松弛系泊规则波条件下，俘获宽度比测量值最高达到了204.5％(梁贤光，孙培亚)，在随机波条件下，俘获宽度比测量值最高达到了87.2％(Wu Bi-jun,Li Meng,Wu Ru-kang,Zhang Yun-qiu,Peng Wen.Experimental study onprimary efficiency of a new pentagonal backward bent duct buoy and assessmentof prototypes,Renewable Energy 113(2017)774-783，第1作者为1发明人)，在所有漂浮式技术中俘获宽度比是最高的(Wu Bijun,Chen Tianxiang,Jiang Jiaqiang,Li Gang,Zhang Yunqiu,&Ye Yin.Economic Assessment of Wave Power Boat Based on thePerformance of“Mighty Whale”and BBDB,Renewable and Sustainable EnergyReviews,81(2018)946-953，第1作者为第1发明人)。最新由第三方(国家海洋技术中心)对新型五边型后弯管小样机水池测试表明：规则波电池负载下波浪到电的转换效率最高达到35.65％，随机波电池负载下波浪到电最高平均效率达到26.66％，达到国际领先水平。后弯管技术表现出高的能量转换特性。后弯管装置相对其它波浪能利用装置吃水浅便于拖运投放，不需要浮态调节使现场施工变得简单。