一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置

1.本实用新型属于新能源利用技术领域，涉及一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置。


背景技术：

2.浮式防波堤作为消波技术的产物，其造价更低、地基适应能力更强，受到水深及海床条件的影响较小、环境友好、海水交换能力强、受潮汐变化影响小。同时根据对波浪相关理论的数值模拟和实验研究，发现在水体的运动中波浪的能量基本集中在表层水体，在水面以下2倍至3倍波高的水深范围内集中了90％～98％的波浪能。传统固定式的防波堤，在能量较小的水体下部使用了较多的材料，而在能量较多的水体上部使用了较少的材料，材料的使用与波能的分布完全不适应。
3.煤炭、石油等传统化石燃料储量有限且严重污染环境，为缓解传统能源供需紧张关系，应对能源危机以及严峻的环境问题，研究者们一直致力于寻求可以替代传统能源的可再生清洁能源。波浪能作为可再生清洁能源中的一种，因其分布广、储量巨大受到了研究者们的重点关注。
4.波浪能发电装置具有以下特点：波浪能利用装置可与现有海洋工程结构物集成应用，可明显降低波能利用装置的开发与建造成本；波浪能利用装置可阵列化布置，便于大规模波浪能资源开发利用。而柔性浮式防波堤一般设置在海况较为恶劣、波浪较大的海域，这恰是波浪发电的良好条件。
5.波浪能的利用并不容易。波浪能是可再生能源中最不稳定的能源，低效率的波浪能转换装置在一些能流密度比较低的国家并不适用，例如中国，它一方面难以对波浪能进行较大程度的利用，另一方面波浪能发电所带来的收益可能远远比不上成本投资。因此，提高效率、降低成本将是未来波能转换装置研究的重点，也是波能装置走向市场的关键。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，能够在提高波能转换装置的转化效率同时达到利用防波堤消波的作用。
7.为了实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案。
8.一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，包括柔性浮式防波堤、振荡浮子式发电装置、具有锚链的锚固系统；振荡浮子式发电装置设置在柔性浮式防波堤的前方，锚链在底端锚固柔性浮式防波堤；柔性浮式防波堤，包括至少一个水平布置的下部主体水囊、设置于下部主体水囊上方的帽型气囊；柔性浮式防波堤的水囊的上边缘与水平面重合，气囊的下边缘与水平面重合；下部主体水囊内通过调整注入水量来改变水囊的整体密度，下部主体水囊为圆柱体，其上表面与气囊沿长度方向相连。在下部主体水囊的底部，设置有数个连接装置，用于连接锚链从而固定柔性浮式防波堤。
9.优选的，包括两个上下布置的下部主体水囊，通过数个连接装置进行连接而形成“8”字形剖面结构。在位于下方的下部主体水囊的底部，设置有数个连接装置，用于连接锚链从而固定柔性浮式防波堤。
10.具体的，所述的振荡浮子式发电装置，包括振荡浮子、连杆、能量转换装置、底杆；振荡浮子通过连杆连接能量转换装置；连杆连接振荡浮子和能量转换装置，通过振荡浮子的起伏运动而带动能量转换装置来实现机械能的传递。
11.具体的，所述的能量转换装置通过连杆和底杆固定在海中。
12.具体的，所述的锚固系统，包括连接装置、锚链和压重块；连接装置设置在下部主体水囊的底部，锚链一端与连接装置相连，另一端与压重块相连；锚链构型呈现悬链形。
13.相比现有技术，本实用新型具有以下优点和有益效果：
14.①
兼顾波浪防御和波浪能获取的双重功能。柔性浮式防波堤的主要功能为抵御外海的波浪，降低波浪灾害；而波浪能获取装置则要利用入射波浪能将其转化为可利用的能源。本实用新型将二者功能集成起来形成一个系统，在防御波浪的同时对波浪能进行获取，可以实现双重功能。
15.②
提高波能转换装置的转化效率同时更有效的消波。研究表明防波堤前的大多位置的波幅值都大于实际入射波的，这是由于入射波与堤前反射波叠加导致的。而本实用新型将振荡浮子式波浪能转换装置布置于v形柔性浮式防波堤前，使其环绕形成的空间更利于波浪能的汇聚，波浪能获取装置还可以二次吸收从柔性浮式防波堤水囊处反射回来的波浪，进一步提高波浪能装置的获取效率。同时，由于振荡浮子式波浪能转换装置还会吸收一部分波浪能，对于柔性浮式防波堤的消浪性能也具有一定的提升作用。
16.③
柔性浮式防波堤下部水囊采用“8”字形结构，以应对不同海况。当海况比较平稳时，可单独布置一个水囊，减少防波堤布置的机械消耗；当海况比较恶劣时，可以通过连接构件将两个主水囊相连，形成“8”字形结构，达到更好的消波效果。如若海况十分恶劣，该装置可通过继续连接水囊，以达到抵御波浪、降低波浪灾害的作用。
附图说明
17.图1为本实用新型的三维结构示意图。
18.图2是本实用新型的俯视图。
19.图3是本实用新型的侧视图。
20.图4是本实用新型的振荡浮子式波浪能发电装置。
21.图5是本实用新型的柔性浮式防波堤单独布置一个水囊的示意图。
22.图6是本实用新型的柔性浮式防波堤布置两个水囊的示意图。
23.其中，1下部主体水囊，2气囊，3振荡浮子，4连杆，5能量转换装置，6底杆，7连接装置，8锚链，9压重块，10入射波浪，11消波后波浪。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
25.假设波浪由图1左侧扑来，则迎着浪的一侧定义为前方，柔性浮式防波堤前方波浪为入射波10，后方波浪为消波后波浪11。
26.如图1-4所示，本实用新型提供一种柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，包括柔性浮式防波堤、振荡浮子式发电装置、锚固系统。
27.柔性浮式防波堤作为本实用新型中的主体结构，振荡浮子式发电装置设置在防波堤的前方，锚链8连接压重块9在底端锚固该柔性浮式防波堤，柔性浮式防波堤水囊1的上边缘与水平面重合，气囊2的下边缘与水平面重合。
28.如图5-6所示，柔性浮式防波堤，包括水平布置的下部主体水囊1、设置于下部主体水囊1上方的为防波堤提供浮力的帽型气囊2；下部主体水囊1内通过调整注入水量来改变水囊的整体密度，下部主体水囊1构型为圆柱体，上表面与气囊2沿长度方向相连；对于下部主体水囊1，当海况比较平稳时，可单独布置一个水囊1，减少防波堤布置的机械消耗；当海况比较恶劣时，可以通过连接装置7将两个主水囊相连，形成“8”字形剖面结构，达到更好的消波效果。如若海况十分恶劣，可通过连接装置7继续连接水囊1，以达到抵御波浪、降低波浪灾害的作用；气囊2的作用是为防波堤提供浮力，气囊2构型为帽型，下表面与水囊1相连；连接装置7的作用有两个，一是连接下部主体水囊，二是连接锚链使其固定柔性浮式防波堤，在水囊1底部设置连接装置7，并沿波浪前进方向的防波堤底部大致分布3-4个连接装置7。
29.如图4所示，振荡浮子式发电装置，包括振荡浮子3、连杆4、能量转换装置5、底杆6；振荡浮子3通过连杆4连接能量转换装置5置于海面上，振荡浮子3直接与海水接触并随着波浪做起伏运动，将波浪能转换为振荡浮子3所持有的机械能用于吸收波浪能发电；连杆4连接振荡浮子3和能量转换装置5，通过振荡浮子3的起伏运动而带动能量转换装置5来实现机械能的传递；能量转换装置5通过连杆3和底杆6固定在海中，能量转换装置5用于机械能转换为电能以及能量的输出，能量转换装置5中能量转换可以选用现有技术的机械、液压、直线电机等多种形式，可根据具体需求来确定；底杆6，用于将整个波浪能发电装置固定在海底。
30.如图5-6所示，锚固系统，包括连接装置7、锚链8和压重块9，连接装置7设置在下部主体水囊1的底部，锚链8一端与连接装置7相连，另一端与压重块9相连；锚链构型呈现悬链形。
31.本实用新型的工作过程如下：
32.波浪从远海入射到v形柔性浮式防波堤的开口端，振荡浮子式波浪能发电装置布置于v形柔性浮式防波堤前方，振荡浮子3直接与入射波10接触并随着波浪做起伏运动，将波浪能转换为振荡浮子3所持有的机械能用于吸收波浪能发电；振荡浮子3起伏运动所产生的机械能通过连杆4传递到能量转换装置5，能量转换装置5用于机械能转换为电能以及能量的输出；紧接着入射波10作用到柔性浮式防波堤，柔性浮式防波堤对其进行消波，使其成为消波后波浪11，同时使其环绕形成的空间有利于波浪的汇聚，振荡浮子式波浪能转换装置还可以二次吸收从柔性浮式防波堤下部主体水囊1和气囊2处反射回来的波浪，以此反复，从而提高波浪能获取效率。整个振荡浮子式波浪能发电装置在提高波能转换装置转化效率的同时起到一定的消波作用。

技术特征：
1.一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，包括柔性浮式防波堤、振荡浮子式发电装置、具有锚链(8)的锚固系统；振荡浮子式发电装置设置在柔性浮式防波堤的前方，锚链(8)在底端锚固柔性浮式防波堤；柔性浮式防波堤，包括至少一个水平布置的下部主体水囊(1)、设置于下部主体水囊(1)上方的帽型气囊(2)；柔性浮式防波堤的水囊(1)的上边缘与水平面重合，气囊(2)的下边缘与水平面重合；下部主体水囊(1)内通过调整注入水量来改变水囊的整体密度，下部主体水囊(1)为圆柱体，其上表面与气囊(2)沿长度方向相连。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，包括两个上下布置的下部主体水囊(1)，通过数个连接装置(7)进行连接而形成“8”字形剖面结构。3.根据权利要求1所述的一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，在下部主体水囊(1)的底部，设置有数个连接装置(7)，用于连接锚链从而固定柔性浮式防波堤。4.根据权利要求2所述的一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，在位于下方的下部主体水囊(1)的底部，设置有数个连接装置(7)，用于连接锚链从而固定柔性浮式防波堤。5.根据权利要求1所述的一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述的振荡浮子式发电装置，包括振荡浮子(3)、连杆(4)、能量转换装置(5)、底杆(6)；振荡浮子(3)通过连杆(4)连接能量转换装置(5)；连杆(4)连接振荡浮子(3)和能量转换装置(5)，通过振荡浮子(3)的起伏运动而带动能量转换装置(5)来实现机械能的传递。6.根据权利要求5所述的一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述的能量转换装置(5)通过连杆(4)和底杆(6)固定在海中。7.根据权利要求1所述的一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述的锚固系统，包括连接装置(7)、锚链(8)和压重块(9)；连接装置(7)设置在下部主体水囊(1)的底部，锚链(8)一端与连接装置(7)相连，另一端与压重块(9)相连；锚链构型呈现悬链形。

技术总结
本实用新型公开了一种基于柔性浮式防波堤的振荡浮子式波浪能发电装置，包括柔性浮式防波堤、设置在性浮式防波堤前方的振荡浮子式发电装置、具有锚链的锚固系统；锚链在底端锚固柔性浮式防波堤；柔性浮式防波堤，包括至少一个水平布置的下部主体水囊、设置于下部主体水囊上方的帽型气囊；柔性浮式防波堤的水囊的上边缘与水平面重合，气囊的下边缘与水平面重合；下部主体水囊内通过调整注入水量来改变水囊的整体密度，下部主体水囊为圆柱体，其上表面与气囊沿长度方向相连。在下部主体水囊的底部，设置有数个连接装置，用于连接锚链从而固定柔性浮式防波堤。本实用新型能够在提高波能转换装置的转化效率同时达到利用防波堤消波的作用。的作用。的作用。


技术研发人员：韩旭 邓家贤 冯冉 王庆丰
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/7/27