CN114278487A - 一种自适应变波长的波浪能综合发电***及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应变波长的波浪能综合发电***及其使用方法。该***由若干基本单元体组成，基本单元体包含上浮体，通过锚缆悬于上浮体下方的浮箱式固定锚，相邻上浮体之间通过软连接装置相连，下部之间通过可调间隙铰接装置相连。上浮体还包括能量回收装置，可以将上浮体之间的相对运动转化为电能。调节可调间隙铰接装置，使其长度减少，缩短基本单元体之间的距离，可以使至少两个基本单元体相互接触并组合，视作一个新的基本单元体。本发明还包括波长感应***以及主控***，波长感应***将检测到的波长信息传递给主控***，生成经验数据库，并据此调整基本单元体组合方式，以适应不同波长的海浪，使得波浪能发电效率最大化。

Description

一种自适应变波长的波浪能综合发电***及其使用方法
技术领域
本发明属于能量收集和海洋发电技术领域，具体涉及一种自适应波长的波浪能综合发电装置及其使用方法。
背景技术
目前国际能源日益短缺，新兴绿色能源越来越受到人们的重视。以波浪能为代表性的新能源具有能量密度高、环境污染小、能量损耗低和能源利用率相对较高的优点，可为边远海域的国防、海洋开发、海上平台等提供电力资源。因此，世界各国都重视并抓紧研究和开发波浪能发电装置。
现有的波浪能发电技术按照结构形式可分为“点头鸭”式、振荡水柱式、摆推式、聚波蓄能式、振荡浮子式和筏式。其中筏式技术的基本原理是通过漂浮在水面而相邻端部铰接的若干个浮体俘获波浪能，利用相邻浮体在波浪能作用下的相对运动将波浪能转化为液压能或机械能，进而驱动发电机发电。这种波浪能发电装置的抗浪性较好，能在复杂的波浪环境下工作，且能量转换效率较高。
有研究者对筏式波浪能装置波能转换液压能效率进行了数值研究，分析典型中国海域中筏式波浪能装置转换液压能的效率随波浪要素和装置的几何参数的影响，并以效率最优为目标对筏式波浪能装置进行优化计算。研究表明，波浪频率和浮体的固有频率接近时，波能波浪频率最高。在不同波高条件下，取得最大转换效率的波周期是相同的，结果如图4所示。并且由图4还能看出，该装置适用于波浪周期为4s的海域，当波周期为6s时，该装置的转换效率非常低。海域的波浪周期是变化的，上述研究表明，如果能够改变装置的固有频率使其和波浪周期接近，就能最大限度地利用波浪能。
现有的筏式波浪能发电装置都通过调整装置的几何参数以匹配海况环境的波浪情况，如发明专利CN 105298730 A公开了一种利用波浪能发电的可移动飞机海上起降平台，可以通过上浮体之间的相对运动将波浪能转化为电能，该方案包括基本单元体、上浮体、锚缆、浮箱式固定锚、软连接装置、可调间隙铰接装置、横向能量回收***和纵向能量回收***。但目前的筏式波浪能装置都存在一个问题，其浮体结构都是固定的，不能根据波浪的情况改变结构能量转换效率。因此本专利提出了一种能够适应波浪能波长的改变而改变浮体形状进而改变装置固有频率的的波浪能发电***，提高了波浪能的利用效率。
发明内容
本发明的目的是设计一种能够适应波浪能波长的改变而改变浮体形状的波浪能发电***，提高波浪能的利用效率。为了实现上述目的，本发明在CN105298730A所公开技术方案的基础上增加了波长感应***以及主控***，波长感应***自动检测波浪的变化，并将波长变化传递给主控***，由主控***进行自适应调节，使得浮体形状能够适应波浪能波长的改变。
本发明提供了一种自适应变波长的波浪能综合发电***，包含以下部分：
若干基本单元体，其中每个基本单元体包含上浮体、通过锚缆悬于上浮体下方的浮箱式固定锚；
上浮体包括上、中、下三个部分，相邻两个基本单元体的上浮体上部之间通过软连接装置相连；上浮体中部为一密闭空间，由一弹性皮囊分隔为压缩空气舱和海水舱两部分，压缩空气舱通过管路与压缩空气源连通，海水舱侧壁装有两个反向的单向阀以控制海水舱对海水的吞吐；上浮体下部装有液压油缸，相邻两个基本单元体的上浮体下部之间通过可调间隙铰接装置相连，可调间隙铰接装置连接在所述液压油缸上；
上浮体包括能量回收***，能量回收***用于将上浮体间的相对运动转化为电能；
所述浮箱式固定锚与上浮体中部密闭空间的结构相同；
所述发电***还包括波长感应***以及主控***，波长感应***自动检测波浪波长的变化，并将波长变化传递给主控***，由主控***根据最佳组合方式对基本单元体进行组合。
优选地，每个基本单元体的上浮体的尺寸等于该海域的常见波长的一半。
更优选地，所述上浮体为长方体，所述尺寸指上浮体沿多个基本单元体连接方向上的长度。
更优选地，所述常见波长指该海域持续时间占总时间的比例最大的波长。
本发明还提供了所述的自适应变波长的波浪能综合发电***的使用方法，该***的正式投运阶段工作过程如下：***启动，波浪引起上浮体之间的相对运动，其能量通过能量回收***转化为电能；当波浪条件改变时，所述的波长感应***检测到当前波浪的波长，将波长信息传递给主控***，主控***根据经验数据库储存的数据，将海浪波长和实现最佳能量转换效率的基本单元体的组合进行匹配，并按照最佳组合方式对基本单元体进行组合。
优选地，所述的经验数据库获取方法如下：在正式投运之前对波浪能综合发电***进行试运行，主控***记录在不同波浪波长下，分别采取不同组合方式的波浪能转换效率，并存储下来，作为经验数据库。
优选地，所述的对基本单元体进行组合的方法为：调节液压油缸的油液压力，使得可调间隙铰接装置的长度减少，缩短基本单元体之间的距离，使至少两个基本单元体相互接触。当基本单元体之间的距离足够小，这些基本单元体的组合可以假定为刚体，视为一个新的基本单元体，实现基本单元体的组合。
与现有波浪能发电装置相比，本发明的有益效果为：
本发明可以根据波浪环境的变化调整上浮体的组合形式，改变浮体的形状，使其固有频率更适合当前波浪条件，获得更大的能量转换效率。相对于传统的筏式波浪能发电装置，该自适应变波长的波浪能发电***更加灵活，可以通过基本单元体的组合来适应波浪环境，更加智能和高效。
附图说明
图1为本发明装置二维结构示意图；
其中，1、基本单元体，2、上浮体，3、锚缆，4、浮箱式固定锚，5、软连接装置，6、可调间隙铰接装置，7、能量回收***，8、波长感应***，9、主控***；
图2为本发明自适应变波长的波浪能综合发电***的工作流程图；
图3为两个基本单元体组合的示意图；
图4为现有研究中不同波高和波周期对转换效率的影响。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
本发明的目的是设计一种能够适应波浪能波长的改变而改变浮体形状的波浪能发电***，提高波浪能的利用效率。通过波长感应器感应波浪的波长和周期，将波浪信息传递给含有波长感应***，通过波长感应***自动检测波浪的变化，并将波浪变化传递给主控***，主控***根据波长感应***采集到的波浪信号，调整基本单元体下部的可调间隙装置的伸长量，实现不同数量的基本单元体的组合。
本发明的基本结构如图1所示，包含若干基本单元体1，基本单元体包含上浮体2、通过锚缆3悬于上浮体下方的浮箱式固定锚4；上浮体包括上、中、下三个部分，相邻两个基本单元体的上浮体上部之间通过软连接装置5相连；上浮体中部为一密闭空间，由一弹性皮囊分隔为压缩空气舱和海水舱两部分，压缩空气舱通过管路与压缩空气源连通，海水舱侧壁装有两个反向的单向阀以控制海水舱对海水的吞吐；上浮体下部装有液压油缸，相邻两个基本单元体的上浮体下部之间通过可调间隙铰接装置6相连，可调间隙铰接装置连接在所述液压油缸上；上浮体包括能量回收***7，能量回收装置具体包括横向能量回收***和纵向能量回收***，横向能量回收***用于将上浮体间的横向运动转化为电能，纵向能量回收***用于将上浮体之间的垂向震荡转化为电能；浮箱式固定锚与上浮体中部密闭空间的结构相同；本发明还包含波长感应***8以及主控***9，所述的波长感应***采用波浪仪。
其中，每个基本单元体的上浮体的尺寸等于该海域的常见波长的一半。获得该海域常见波长的方法为：记录一段时间该海域的波长变化，取持续时间最长的波长值为该海域的常见波长。
本发明的工作流程图参见图2，其工作过程如下：
试运行阶段，初次运行波浪能综合发电***时，***会记录在不同波浪条件下，分别采取不同组合方式下的波浪能转换效率，并存储下来。
正式投运时，***启动，波浪引起上浮体的横向运动，其能量通过横向能量回收***转化为电能并入平台电站；波浪引起上浮体的垂向震荡，其能量通过纵向能量回收***转化为电能并入平台电站。
当波浪条件改变，波长感应***检测到当前波浪的波长，将波长信息传递给主控***，主控***根据经验数据库储存的数据，获得最佳上浮体组合方式，据此分别调节可调间隙铰链装置。当需要两个原本分离的基本单元体合并起来时，调节液压油缸的油液压力，使得铰链长度减少，当两个基本单元体之间的距离足够小，这两个基本单元体可以假定为刚体，视为一个新的基本单元体。图3为两个基本单元体进行组合的示意图。
以上述方式自适应变波长的波浪能综合发电***，通过主控***根据经验数据，将海浪周期和基本单元体的不同数量组合进行匹配，实现自适应调节，提高了波浪能的收集效率。

Claims (7)

1.一种自适应变波长的波浪能综合发电***，其特征在于，包含以下部分：
若干基本单元体，其中每个基本单元体包括上浮体、通过锚缆悬于上浮体下方的浮箱式固定锚；
上浮体包括上、中、下三个部分，相邻两个基本单元体的上浮体上部之间通过软连接装置相连；上浮体中部为一密闭空间，由一弹性皮囊分隔为压缩空气舱和海水舱两部分，压缩空气舱通过管路与压缩空气源连通，海水舱侧壁装有两个反向的单向阀以控制海水舱对海水的吞吐；上浮体下部装有液压油缸，相邻两个基本单元体的上浮体下部之间通过可调间隙铰接装置相连，可调间隙铰接装置连接在所述液压油缸上；
上浮体包括能量回收***，能量回收***用于将上浮体间的相对运动转化为电能；
所述浮箱式固定锚与上浮体中部密闭空间的结构相同；
所述发电***还包括波长感应***以及主控***，波长感应***自动检测波浪波长的变化，并将波长变化传递给主控***，由主控***根据最佳组合方式对基本单元体进行组合。
2.根据权利要求1所述的自适应变波长的波浪能综合发电***，其特征在于，每个上浮体的尺寸等于该海域的常见波长的一半。
3.根据权利要求2所述的自适应变波长的波浪能综合发电***，其特征在于，所述上浮体为长方体，所述尺寸指上浮体沿多个基本单元体连接方向上的长度。
4.根据权利要求2所述的自适应变波长的波浪能综合发电***，其特征在于，所述常见波长指该海域持续时间占总时间的比例最大的波长。
5.根据权利要求1所述的自适应变波长的波浪能综合发电***的使用方法，其特征在于，正式投运阶段的工作过程如下：
***启动，波浪引起上浮体之间的相对运动，其能量通过能量回收***转化为电能；
当波浪条件改变时，所述的波长感应***检测到当前波浪的波长，将波长信息传递给主控***，主控***根据经验数据库储存的数据，将海浪波长和实现最佳能量转换效率的基本单元体的组合进行匹配，并按照最佳组合方式对基本单元体进行组合。
6.根据权利要求5所述的自适应变波长的波浪能综合发电***的使用方法，其特征在于，所述的经验数据库获取方法如下：
在正式投运之前对波浪能综合发电***进行试运行，主控***记录在不同波浪波长下，分别采取不同组合方式的波浪能转换效率，并存储下来，作为经验数据库。
7.根据权利要求5或6所述的自适应变波长的波浪能综合发电***的使用方法，其特征在于，所述的对基本单元体进行组合的方法为：调节液压油缸的油液压力，使得可调间隙铰接装置的长度减少，缩短基本单元体之间的距离，使至少两个基本单元体相互接触。
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