以翘尾式吸波浮体为主体的波浪能发电装置

        波浪能是海洋能中蕴含最丰富的一种清洁能源,波浪能量表现出来的具体形式就是巨大的向前的推力和向上的浮力。随着人类对清洁能源的渴望和探索,对波浪能利用技术的研究也取得了很大的进展,获得了大量的研究成果,这些成果主要应用于发电领域。目前,已经建成或公开的波浪能采集装置主要分为岸基式和漂浮式两种类型。岸基式波浪能采集装置因受沿岸地形和海洋潮汐的影响较大,建造和维护成本较高,不适合大范围推广。漂浮式波浪能采集装置因为不受沿岸地形的影响,而且可以在陆地上制造完成后直接投放到目标海域,工作环境适应性强,建造和维护成本较低,成为目前主要的研究与发展方向。发展比较成熟的漂浮式波浪能采集装置的种类主要有空气透平式、随波筏式、波浪摆式、震荡浮子式、点头鸭式等,因点头鸭式具有同时吸收波浪的水平推力和向上浮力的特点,能量采集效率较高,而其它种类装置的波浪能采集方式主要是对波浪能的单向力进行吸收,采集效率较低。点头鸭式的特点在于它对波浪的初期能量采集效率很高,但随着波浪的前进至最终被截止,鸭体迎波面与水平面之间的夹角逐渐加大,吸收波浪向上浮力的作用面逐渐减小,使装置的采集效率逐渐降低,从而使点头鸭式采集装置具有了对低能波的采集效率高,而对高能波的采集效率反而降低的缺点。目前比较先进的一种具有半潜船特征的新型漂浮鹰式波浪能发电装置,此发明的吸波浮体由点头鸭式装置发展而来,对吸波浮体的迎波面有所改进,但为了增加对高能波的采集效率,吸波浮体下部增加了门型支撑臂,从而增大了吸波浮体的浮动旋转半径,为了使整套装置在工作中保持稳定,相应的提高了其水下附体的体积,使整体装置造价较高。
一种基于漂浮平台的翘尾式波浪能发电装置的优点和有益效果:
1、该套装置的设计以漂浮式为基础,使整套装置可以在陆地上进行制造,制造完成后投放到目标海域直接进入工作状态,不会受到潮汐及沿岸地形的影响,相比岸基式节省成本、易于推广。
2、该套装置吸波浮体的设计采用“翘尾式”,即吸波体的后下部绕前上部的传动轴做上下摆动,传动轴及轴承支座都在水平面以上,避免了传动机械直接受到海水的腐蚀。因吸波浮体的下部为向后半浮于水中,当波浪能量超过装置的最大额定值时,吸波浮体向后上方浮起,波浪通过波浪溢流口向后涌出,避免了大浪的冲击对装置产生破坏。
3、该装置采用“翘尾式”吸波浮体的设计,此设计的迎波面与“点头鸭”式吸波浮体迎波面在吸收波浪能的过程中运动状态相反,“点头鸭”式吸波浮体的迎波面在波浪的推动下是趋于直立的,接受波浪向上浮力的面积逐渐减小。“翘尾式”的迎波面在波浪的推动下是趋于水平的,接受波浪向上浮力的面积逐渐增大。“翘尾式”吸波浮体的运动状态更适合吸收波浪在将推力向浮力转化的过程中所产生的能量,所以“翘尾式”吸波浮体的能量吸收效率要高于“点头鸭”式吸波浮体。
4、在相同面积迎波面的情况下,“翘尾式”吸波浮体的工作旋转半径要小于与 “点头鸭”式运动状态相近似的“鹰式”吸波浮体,即“翘尾式”吸波浮体不需要采用“鹰式”吸波浮体所采用的门形支架来增加对高能波的吸收效率。为保持整体装置在运行中的稳定状态,在相同波况下,“翘尾式”吸波浮体所需要的附体体积要小于“鹰式”吸波浮体所需要的附体体积。
5、该装置的设计方案中,在吸波浮体下部设计了升浪板,使吸波浮体前迎波面与两侧侧附体(或隔板)及升浪板迎波面之间,在波浪涌动的方向上形成了一个接近于密闭的空间,使装置达到很高的波浪能采集效率。
6、该套装置中提供主要浮力的侧附体分布在吸波体两侧,中间可以设计多个吸波浮体同时进行波浪能采集,只需在装置上增加相应的支撑框架及浮力舱即可提供足够的浮力来支持更多的吸波体进行工作。
此套装置的设计具有较高的性价比,有利于产业化。

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