[发明专利]一种内置双摆主动共振振荡浮子式波能装置

说明书

本发明属于新能源领域，特涉及一种内置双摆主动共振振荡浮子式波能装置。本发明的装置通过在密封舱内布置两个对称的水平摆，船体包括外舱、重力平衡器、变刚器、液压PTO系统和配重，重力平衡器包括重力平衡器小车、重力平衡器膜带盒；变刚器固定在船体的甲板上，变刚器上部设置重力平衡器小车，变刚器中间设置水平摆，重力平衡器膜带盒设置在重力平衡器小车一侧，液压PTO系统固定在水平摆下部的甲板上，本发明解决了系统运行时的质心偏移问题，并且优化了船体底部的曲线。

技术领域

本发明属于新能源领域，利用波浪能实现发电，为沿海、海岛或海上仪器提供能源供给，改善能源结构。

背景技术

海洋能是一种清洁可再生能源，资源丰富、分布广泛、蕴藏量大，且便于利用。其中波浪能利用是当今世界的研究热点，全球海洋强国都在开展这方面的研究，已提出4500多种技术方案。据2016年JRC Ocean Energy Status Report，Attenuator/Point absorber/OWC/OWSC四类装置技术成熟度TRL达到8级，接近商业化。但在工程应用方面，当前波能装置公认的转换效率不高于15％，这是波能技术不能商业化的主要原因之一。波电过程中的各环节都涉及效率问题，波浪能的俘获是波电转换的源头，对俘能效率的研究有助于提高波电转换效率，降低波能技术成本，促进波能技术商业化。

振荡浮子式装置是在振荡水柱式装置的基础上发展而来的，是目前研究最多的一种波能发电技术。最简单的，也是早期的振荡浮子式装置是采用半潜式浮筒，通过导杆或缆绳将其与固定在海床上的PTO系统相连接，从而将浮筒的升沉运动转化为电能，例如1980年的G-1T，1983年的Norwegian buoy。瑞典的乌普萨拉大学和美国的俄勒冈州立大学也研发过此类装置。它们的主要区别在于固定在海床上的PTO系统。按照淹没形式和浮体个数，它们可以统称为半潜单浮体振荡浮子式。半潜单浮体振荡浮子式装置与海水构成的波能系统(装置+水)的自振频率单一，专利申请者在对此类装置的研究过程中发现，此类装置的自振频率远高于实际海浪频率，在实际海况下无法发生共振，俘能效率很低。

当海水较深时，浮体和PTO系统之间距离变远，单浮体振荡浮子式装置的布置将面临很大的困难，因此提出了双浮体振荡浮子式装置，比较典型的是爱尔兰研发的Wavebob波能转换装置，该装置具有两个浮体，外部的浮体作为共振吸收器，内部的浮体作为参考物(自振频率非常低)，其与水下足够深的浸没体刚性连接从而增大其质量，并由此可以将系统的频率调节到平均波频。波浪来临时，两浮体发生相对运动，通过PTO系统将这种相对运动转化为电能。但Wavebob公司在2013年由于融资失败，找不到合作伙伴而倒闭。2006年美国OPT公司研制了PowerBuoy波能装置，其工作原理与Wavebob类似，但其内部浮体所连浸没体为垂荡阻尼板，其附连质量与附连阻尼很大，从而保证浸没体处于相对恒定的位置。一种比较有意思的双浮体波能系统是IPS浮体，它通过浮体带动活塞运动，挤压高压海水通过水轮机，从而实现能量转换。采用的频域数值模型试验表明，IPS的发电效率可达到25％。

另外还有完全浸没式的单体振荡装置，比如澳大利亚的CETO系列装置，其工作方式类似单浮体振荡浮子式，但其“浮体”完全浸没在水下，大大提高了装置的生存能力。如此布置情况下，“浮体”恢复刚度为零，“浮体”的往复运动完全需要波浪力来维持，一个周期内只有一半时间波浪力对装置做正功，因此波浪能的利用率不高，从而俘能效率也不会很高。还有2004年英国研制的阿基米德波浪摆(AWS)，也是完全浸没的波能系统，不过其工作方式与CETO不同，其整体固定在海床上，工作时的振动相位恰恰与波浪相反，处于波峰时，装置的俘能部件向下运动，反之，则向上运动。AWS-I型实验表明，该装置制造精度要求高，容易损坏，水下维修困难。