[發明專利]一種窄縫聚波式高效波浪能吸收裝置

在審

• 申請號: 202010116512.X
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111120190A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李彪;隋芳芳;王軍;陳寧;劉煒;董宇豪;李海龍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F03B13/18
• 分類號: F03B13/18
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明屬于海洋能源利用領域，尤其涉及一種窄縫聚波式高效波浪能吸收裝置，用于波高較小的低品位波浪能的轉換。主要結構包括豎直壁面、聚波浮體、振蕩浮子、拉繩、滑輪、定位桿、支撐結構及發電設備等。兩組豎直壁面組成收縮波道，波道收縮端與窄縫聚波浮體的前端連接，用于波浪能的聚集。聚波浮體的中間位置有一條沿波浪傳播方向狹窄的長方體窄縫，并通過窄縫共振原理進一步提升聚集窄縫內的波浪能。在窄縫中垂蕩運動的振蕩浮子通過拉繩拖動發電設備發電。本發明原理新穎、結構簡單、建造陳本低、適應范圍廣，能夠有效提升波浪能轉換的經濟性和高效性，實現資源利用價值較低的低品位可再生能源的充分、經濟、高效利用。

技術領域

本發明屬于海洋能源利用與可再生能源發電技術領域，尤其涉及一種窄縫聚波式高效波浪能吸收裝置。

背景技術

波浪能是一種極具前途的清潔可再生能源，具有能量品質好、儲藏量大、分布廣泛的優點，它的開發利用對于推進可持續發展、海洋資源開發等具有重要意義，在中國，對波浪能的開發利用已經列入了國家能源發展戰略，具有廣闊的發展前景。

現有的離岸式波浪能利用技術可以分為點吸收式和線吸收式兩類，點吸收式波浪能轉換裝置主要是通過浮體在波浪中的垂蕩運動產生的位移或相對位移變化，通過PTO（Power Take-off，能量提取）阻尼將浮體運動的機械能轉換為液壓能或電磁能，再經過蓄能器等能量儲存、傳輸單元，最終驅動發電機進行發電，或者通過其他設備制造淡水或制冰等。該類裝置主要包括振蕩浮子式、振蕩水柱式等具體類型。線吸收式波浪能轉換裝置則能夠吸收沿著波浪傳播線一定距離的波浪能，如著名的英國“Pelamis”式裝置即屬于該類型。該裝置由多組鉸接筏體組成，筏體在波浪的激勵下運動，相鄰筏體之間的（角）位移變化，筏體運動的機械能通過安裝于相鄰筏體之間的PTO阻尼機構進行提取。除此之外，合理利用沿岸地形，將波浪的動能轉換為勢能，進而利用海水頭壓差發電的越浪式裝置也是一個重要類型。

上述的波浪能轉換裝置具有很好的能量轉化效果，但一般在波高較大時，才能獲得較好的波浪能轉換效果；與歐洲、北美等海域波況相比（波高為2.0m-6.0m），中國近海大部分海域波高偏小（0.5m-3.0m），波浪能能流密度較低，致使現有的波浪能轉換裝置難以高效率的直接利用，綜合利用成本較高，甚至造成部分分散的、低品位波浪能資源被浪費。

根據窄縫內流體的水動力相應理論，當波浪入射頻率與浮體間窄縫內限制水體的固有頻率接近時，窄縫內的水體會產生水動力共振。這種共振現象會使得窄縫內的波高達到入射波高的數倍。采用該方法，能夠有效的將波高較小的低能流密度的波浪聚集起來，從而解決波浪波高過小的問題，更節約、充分、高效的利用波浪能。

發明內容

本發明的主要目的在于提供了一種窄縫聚波式高效波浪能吸收裝置，該系統結構簡單、可提升對波浪能的利用效率，用以解決現有波浪能轉換裝置難以高效利用波高較小的低品位波浪能資源的問題。

本發明采用的具體技術方案如下：

一種窄縫聚波式高效波浪能吸收裝置，用于波高較小的分散的、低品位波浪能的高效吸收利用，該系統為一獨立的海上發電單元，主要結構包括豎直壁面、聚波浮體、振蕩浮子、拉繩、滑輪、定位桿、支撐結構、錨系及發電設備等。

根據入射波浪的狀況，調節組成收縮波道的豎直壁面的角度，使入射波浪通過收縮波道后波高增大，波浪能聚集。波高增大后的波浪進入聚波浮體，與窄縫內水體產生水動力相互作用，窄縫內水體波高增加，波浪能進一步聚集，特別是當窄縫內水體的固有振蕩頻率與進入浮體的波浪頻率接近時，窄縫內水體產生共振，波高大幅度增大，波浪能得到最大程度的聚集。振蕩浮子在窄縫內波浪的激勵下做周期性的垂蕩運動，將波浪能轉換為振蕩浮子垂蕩運動的機械能。與振蕩浮子連接的拉繩通過水上水下兩組滑輪拖動發電設備的卷輪旋轉，驅動與卷輪同軸的永磁體磁極繞定子線圈旋轉實現發電。其中，分別與振蕩浮子上部和下部連接為一體的定位桿穿過支撐結構上的定位孔，以確保振蕩浮子時刻相對于窄縫做垂蕩運動。