[发明专利]聚集波浪能的方法和装置

说明书

本发明提供一种聚集波浪能的方法和装置，方法包括：步骤1.根据波浪能收集水域确定水下聚能结构的布设方式；步骤2.确定水下聚能结构的底面半径R；步骤3.确定水下聚能结构的形状，母线方程为：设定结构母线形状控制数据点的个数和分布，根据数据点坐标数值绘制母线曲线，将该母线曲线绕中轴线旋转360°即得到水下聚能结构；步骤4.设置水下聚能结构：基于步骤3的数据制作水下聚能结构，然后根据步骤1的布设方式将水下聚能结构置于波浪能收集水域能量收集点的迎波面处，聚集波浪能收集水域的波浪能。

技术领域

本发明属于水利科学与海洋工程技术领域，具体涉及一种聚集波浪能的方法和装置。

技术背景

波浪能是海洋中存在的可再生能源，因其具有无污染、储量大、分布广等优点被认为是最具发展前景的绿色能源之一。波浪能在空间上比风能和太阳能都集中，比风能更持久，更可预测。据估计，全球波浪能资源至少为1TW，潜在的年能源产量约为2000TW，这相当于核能或水力发电的能量。目前对波浪能的利用集中于波浪能发电、挟带泥沙、引导排污等方面。海浪发电是波浪能的主要开发方式。在远离大陆的偏远岛屿，波浪能发电技术是克服边远海岛电力短缺，实现海岛独立供电的发展方向。此外，从国防需求出发，甚至可以考虑利用波浪能建立水下充电站为潜艇充电，提升其隐蔽突防能力、续航能力。

能量转换组件关乎波浪能转换效率的高低，一直是波浪能发电装置研究领域的重要关注点。现有的波浪能转换装置可分为振荡水柱式、振荡浮子和越浪技术等。目前我国波能研发设备种类虽多但针对性不高，单机容量小且阵列布局上缺乏兼容性，面向深海的设备耐高海况能力与水深适应性差。中国大部分海域属于小浪区，近岸海域波浪周期短、浪高小、能量密度低。在波浪能开发中，可用波高出现的频率直接反映着波浪能的可利用率，是波浪能开发最为关注的要素之一。有效波高一般需在1.3m～4m之间，波高过小不利于吸波。如果能够对波浪进行控制引导，将波浪聚集到固定位置，并将波浪高度控制在有效波高范围内，那对于收集波浪能来说会是个强大的助力。因此，研究如何有效聚集水波具有重要的科学意义和广阔的工程应用前景。

发明内容

本发明目的在于提供聚集波浪能的方法和装置，能够方便、有效地将波浪能聚集到固定位置，并且施工方便，调控性能好。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

方法

本发明提供一种聚集波浪能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据波浪能收集水域确定水下聚能结构的布设方式：

水下聚能结构为轴对称结构，在垂直水深方向的横截面均为同心圆，圆半径随水深方向变化，并且水下聚能结构的底面半径R为最大，底面半径R表征了水下聚能结构的尺寸大小。

每个聚能结构的布置位置依据能量收集点、波浪方向和波浪能收集水域来确定；对于待收集和利用其能量的波浪能收集水域，若水域较宽，则设置多个水下聚能结构排列组合使用；若水域较长，则布置多排水下聚能结构，进行反复聚焦；

步骤2.确定水下聚能结构的底面半径R：

当仅布设一个水下聚能结构(图1)或者沿波浪传播方向布设一排水下聚能结构(图2(a))时，水下聚能结构的底面半径R为该水下聚能结构波浪能收集水域水平跨度L的一半R＝L/2；当采用多个水下聚能结构按照其它方式排列组合使用时，所有水下聚能结构排列后底面对波浪能收集水域的正投影应覆盖水下聚能结构波浪能收集水域水平跨度L，确定满足该条件的各水下聚能结构的底面半径R；图2(b)为两排双次聚焦的布设方式，底面半径R可设为L/4；图2(c)为多排多次聚焦的布设方式，底面半径R可设为L/10。

尺寸越大的水下聚能结构对波浪能的聚焦能力越强，聚焦点的波高比入射波浪波高的增加幅度越大；因此对于水域较宽、波浪强度较强的情况，可将多个水下聚能结构横向一字排列，对于狭长水域、波浪强度较弱的情况，则可将多个聚能结构纵向一字排列；具体尺寸和布设方式可根据实际情况进行调整。