[实用新型]一种波能发电单元及其波能发电装置

说明书

本实用新型公开一种波能发电单元及其波能发电装置，波能发电单元包括并列连接的若干单体后弯管结构，所述单体后弯管结构包括弯管以及浮体，所述弯管包括弯管竖直段和弯管水平段，所述弯管水平段的上部连接有所述浮体，相邻的所述弯管竖直段相互连通，其中一个所述单体后弯管结构的所述弯管竖直段连接有气室管道，所述气室管道内设置有空气透平；本实用新型将若干单体后弯管结构组合连接，相邻的弯管竖直段相互连通，对同一个空气透平做功，能够增加气室内往复气流的流量，显著的增大波浪能的利用效率，提高装机容量；提供一种通过形成共振以提高波能利用效率的思路，在对波能发电装置进行参数的优化过程中获得最大的气室内水面运动波高。

技术领域

本实用新型涉及波浪能转换技术领域，特别是涉及一种波能发电单元及其波能发电装置。

背景技术

随着我国海洋战略的深入实施，迫切需要研制满足深远海开发的离岸可再生能源供电系统。单体的BBDB装置(后弯管浮动式(Back Bent Duct Buoy)波能发电装置)为现有的应用于海洋波能利用的装置，该装置由三部分组成，浮体、入水口与浪向相反的弯管，和后端空气透平。由于后弯管装置结构简单，后端空气透平不与海水接触，无水下活动部件，装置服役期明显高于其他的波能发电装置。

目前，单体后弯管装置主要针对不同管道和浮体型式进行设计。对于浮体，梁贤光认为前方后圆浮室后伸型后弯管浮体最佳(梁贤光，蒋念东，王伟，等.5kW后弯管波力发电装置的研究[J].海洋工程，1999，17(004):55-63.)，梁贤光对单排并联的后弯管装置进行了研究(梁贤光，孙培亚.并联式后弯管波力发电浮体模型性能试验研究[J].海洋工程，2003，21(003):83-88.)，孙笠将单体后弯管装置与防波堤结合用于海洋装备的安全防护，吴必军设计了多种单体后弯管装置模型(吴必军，李猛，伍儒康，等.后弯管波浪能利用技术及样机设计[J].海洋技术学报，2016(5):10-16.)，国外对装置的研究，也基本围绕着装置浮体和弯管的型式及尺寸的优化((Open Sea Trials on Floating Wave Energy DeviceBackward Bent Ducted Buoy and Its Performance Optimization Volume 2)、(LuczkoE,Robertson B,Bailey H,et al.Representing non-linear wave energy convertersin coastal wave models[J].Renewable Energy,2018:376-385.)、(Numerical study ofa large floating oscillating water column device using a 2D boundary elementmethod))。

但是，对装置阵列的研究基本是空白。波浪能发展逐渐向深远海发展，保障能源供给是重要的一环，此前波浪能的研发主要用作海上独立的供电设备，受装置本身尺度限制，发电出力无法满足用电需求。为了提高发电能力，通常是散点阵列布置更多数量的单体后弯管装置。然而，后弯管装置由于受波浪力作用，有六自由度运动，散点式阵列由于遮蔽效应不利于后排装置捕能。另外，对于单体后弯管装置，如何充分的利用波浪的能量将其转换成气室内空气的振荡也没有过多研究。申请公布号为CN 108425788 A的中国专利公开了一种单向冲动式波浪能发电装置，空气舱内安装有固定块和第一固定环，铝合金盖板设置有穿设在第一固定环内并绕其转动的活动杆；进气弯管的第一端安装在位于铝合金盖板下方的吃水舱内，其第二端位于浮力舱上部并设置有第二固定环，进气弯管第二端内部设置有可紧贴或松开第二固定环的橡胶片；出气直管安装在空气舱上部，并通过第一法兰盘与安装管、单向冲动式空气透平相接，也就是说，该方案只是对于单体后弯管结构的内部构造进行了改进，无法达到对于波浪能更佳利用的效果。申请公布号为CN 107044379 A的中国专利公开了一种海上自航式绿色能源电力供应装置，船体设有至少一波浪能发电单元组，波浪能发电单元组包括右侧波浪能发电单元和左侧波浪能发电单元，也就是说，该方案将单体后弯管结构安装在船体上，但是，显然会降低对于后弯管结构自身的振动频率，而且，该方案只是利用了单体后弯管结构，无法达到对于波浪能更佳利用的效果。