[发明专利]主动共振C式浮力摆波浪能发电装置

说明书

本发明公开一种主动共振C式浮力摆波浪能发电装置，是一种完全浸没于水中的呈舱室状的波浪能发电装置，包括俘能系统、发电系统和筏式底座，俘能系统包括呈舱室状摆体，摆体内设置有自动质心调节装置，摆体固连于主轴，主轴与发电系统连接，主轴上还设置有用于测试摆体摆动的码盘，摆体两侧面平行，背波面是上大下小的两个同心圆弧，两圆弧之间采用螺旋线、渐开线及高阶曲线过渡，过渡曲线上外法线距主轴轴心的距离最小；迎波面是平面或内凹圆弧面或与背波面相同的曲面；发电系统包括链条、棘轮、换向轴、增速器、永磁发电机，发电系统内置于摆体舱室内或位于摆体外部。通过调节装置质心位置，实现摆体实时与波浪共振，实现波能高效转换。

技术领域

本发明涉及一种主动共振C式浮力摆波浪能发电装置，具体为一种利用海上波浪能进行发电装置，属新能源技术领域。

背景技术

波浪能是海洋能的主要形式之一，是一种清洁可再生能源，便于利用，且蕴藏量大，分布广泛，能流密度较大。其中波浪能的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 StatusReport，Attenuator/Point absorber/OWC/OWSC四类装置技术成熟度TRL达到8级，接近商业化。当前研究的技术成熟度主要体现波能装置布放、运维及输电等方面，但波浪能转换效率普遍不高，不超过15％。效率问题成为波能技术难以商业化的瓶颈。波浪能转换效率是波浪能技术研究的根本目的，研究高效波能技术是当前研究重点之一。波浪能技术发展至今，尚未成熟，技术仍不收敛的原因在于波能转换中的一些机理尚未厘清。就当前研究而言，多数波浪能技术方案是基于准静力方法提出的，而现在的研究多从工程应用出发，缺少机理性研究。

摆式波浪能技术是实践比较多的一种波能技术，是利用波浪中水质点做往复运动的特点实现波能转换，它是日本学者渡部富治首先提出的，并于1983年进行试验，据称效率能达40％。比较有影响的是英国Aqua-marine Power公司研制的Oyster波浪能装置，这款装置由于技术原因迟迟无法商业化导致公司于2015年底破产。该装置国内也有追踪研制，专利申请者也对该装置进行了研究，发现这款装置的附连质量大，造成装置自振周期长，远离实际波浪周期，摆处于随动状态，难以实现共振。而且该波能装置的辐射阻尼也非常大，造成波浪能转换效率低。直观的分析可认为，Oyster波浪能装置类似一个造波板，其吸收的波浪能基本被辐射出去。由此可见，Oyster波浪能装置的效率不高，这可能是该装置不能商业化的原因。同样，对Pelamis波浪能装置分析同样发现其附连质量和辐射阻尼都很大，效率不高，难以商业化，英国Pelamis Wave Power公司也于2014年破产。

Edinburgh大学Salter教授1974年提出的DUCK波浪能装置也可以归为摆式波浪能技术，该装置在共振状态，其效率可达90％，Salter在Nature期刊上介绍他的工作。他利用了辐射力过主轴轴心时辐射力矩为零这一性质，采用以水平圆筒作为装置的本体，以主轴轴线为支铰轴的方案。采用该方案，装置的辐射力矩大幅下降，其自振周期进入实际海浪周期范围，易发生共振，其辐射阻尼小，易于吸收波浪能。其迎波面上(鸭咀处)的外法向不过主轴轴心，仍有较大的辐射力矩，但辐射力小于入射力，可有效的吸收波浪能。DUCK装置必须在水面上工作，原因是鸭咀处的背面在水面以上不会产生辐射力矩，但在水中会产生较大的辐射力矩，不利于波浪能的吸收。由此带来致命的缺陷，DUCK需要巨大的支架，抗风浪的能力较弱，同时位于表面的俘能部件处会产生波浪破碎，增加大粘滞阻尼，对吸波不利。

中国科学院广州能源所提出的鹰式波浪能装置也可归为摆式，它吸取了DUCK装置的优点，在俘能部件的背波面采用了内凹的“圆筒”，以减少辐射力矩。这样处理带来的好处是“圆筒”的主轴可以降低至水下，克服了DUCK需要巨大支架的缺陷，抗风浪能力增强。但鹰式装置的迎波面还需进一步的研究，迎波面法向距支铰轴的距离加大，将增加迎波面上辐射力矩，不利于吸波，其迎波面于背波面交接处易产生涡脱，也不利于装置吸能，同样水面处会产生波浪破碎，增大粘滞阻尼，对吸波不利。