[發明專利]一種用于深海潛標能源補充的微弱海流發電系統

有效

• 申請號: 202010124756.2
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111271206B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 孫興濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B3/12
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明公開了一種用于深海潛標能源補充的微弱海流發電系統，包括葉輪結構和發電結構。其中，葉輪結構包括：中軸、第一導流罩、第二導流罩和葉輪輪轂；第一導流罩和第二導流罩固定在中軸上；葉輪輪轂位于第一導流罩和第二導流罩間，且轉動固定在中軸上繞中軸轉動；葉輪輪轂上設置有多個葉片，葉輪輪轂面向第一導流罩一側，設置有棘輪；發電結構包括至少一個擺錘和至少一個線圈；線圈固定在第一導流罩內側，擺錘轉動固定在中軸上繞中軸轉動；其中，擺錘包括擺臂和錘頭，錘頭上設置有磁極，擺臂上設置有棘爪。該系統適用于深海較低流速環境，為觀測設備、探測設備或通信設備提供小功率能量補充應用，具有自行啟動，可靠性高，吸收轉換效率高的特點。

技術領域

本發明涉及深海探測潛標和海流發電領域，特別涉及一種用于深海潛標能源補充的微弱海流發電系統。

背景技術

深海觀測潛標是對海洋環境進行觀測的常用設備，在探測、開發、利用和保護海洋方面有著至關重要的作用。深海潛標布放回收成本較高，而能源是限制其長期布置的關鍵因素之一。海流發電類似于風力發電，是通過收集海流能發電的裝置。而深海海流微弱，且具有較高的海水鹽度和水壓，工作環境苛刻。將海流發電用于深海潛標能源補給上是值得研究的領域。

現代的海洋觀測主要針對海流、溫度、鹽度、濁度和深度等物理參數進行研究，未來還會加入水質檢測、生物群體觀測等，觀測數據通過無線或有線傳輸給岸站進行數據匯總和處理。有線方案鋪設和維護成本都很高，且技術復雜；帶浮標方案的容易受表面海況和行船等影響，且深海浮標成本也不菲。無線節點式潛標目前應用最為廣泛，能在任意節點快速布放回收，但受限于自身能源需要定期更換能源。

海流發電研究已經歷經30年，如今，部分海流發電項目上已經取得較好成效并開始商業化運行。如英國Marine Current Turbines(MCT)公司生產的300kw水下海流能發電裝置SeaFlow是世界上第一套投入商業化使用的海流能發電裝置，于2003年建成并組網發電。未來海流能發電有望成為繼風能發電之后又一清潔能源。

由于環境苛刻，對深海海流發電技術的研究大部分集中在理論階段，并且多數研究中忽略的大部分深海海域流速極地的事實——深海海域流速并非恒定不變，有按潮汐變化的、有按季節變化的，流速在0.1m/s以下的區域和時間占比約30％。即使大于0.1m/s流速中，流速波動也比較嚴重，常規技術方案不具有實用性。

發明內容

本發明實施例的目的在于解決現有技術在深海環境下，利用變槳距或外設發電設備對海流能捕捉存在的技術缺陷。尤其是外設發電設備中，通過增速器帶動發電機發電時，由于發電機的轉速相對于深海環境中的葉輪結構轉速過快，影響海流能的轉化率。

為實現上述目的，本發明實施例記載了一種包括葉輪結構和發電結構的微弱海流發電系統，用于深海潛標能源補充。

其中，葉輪結構包括：中軸、第一導流罩、第二導流罩和葉輪輪轂；第一導流罩和第二導流罩固定在中軸上；葉輪輪轂位于第一導流罩和第二導流罩之間，且轉動固定在中軸上繞中軸轉動；葉輪輪轂上設置有多個葉片，葉輪輪轂面向第一導流罩一側，設置有棘輪；發電結構包括至少一個擺錘和至少一個線圈；線圈固定在第一導流罩內側，擺錘轉動固定在中軸上繞中軸轉動；其中，擺錘包括擺臂和錘頭，錘頭上設置有磁極，擺臂上設置有棘爪。

一個實施例中，棘輪與擺臂上的棘爪配合形成單向間歇運動機構。

一個實施例中，根據海流的流速和葉輪輪轂的轉速，設置葉片的翼型根部采用厚弦比為10-20％的翼型；葉片的翼型尖部采用厚弦比為3-7％的翼型；翼型根部到翼型尖部采用線性過度。

一個實施例中，當葉輪結構捕獲的海流的流速大于葉輪輪轂轉動所需的海流的流速，系統實現自啟動。具體地，當葉輪結構捕獲的海流的流速所對應的海流能，大于葉輪輪轂轉動所需的額定轉矩所對應的轉動機械能時，系統實現自啟動。