[發明專利]一種帶有空氣蓄能器的漂浮振蕩水柱式波浪能發電裝置

在審

• 申請號: 202110014745.3
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112943515A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 李猛
• 申請（專利權）人: 南京工程學院;李猛
• 主分類號: F03B13/24
• 分類號: F03B13/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種帶有空氣蓄能器的漂浮振蕩水柱式波浪能發電裝置，包括振蕩水柱模塊、浮力艙、進、排氣閥門整流模塊、空氣蓄能穩壓模塊、透平發電機組、錨泊系統等。振蕩水柱模塊包括L型管道和氣室；浮力艙位于L型管道上方，兩者密切結合為整個浮體；進、排氣閥門整流模塊包括大截面面積的進氣閥門和小截面面積的排氣閥門；蓄能穩壓模塊可由低壓、中壓和高壓儲罐組成，分別用單向閥和節流控制閥連接；透平發電機組包括單向沖動式空氣透平和發電機；錨泊系統包括錨、錨鏈和起錨機。本發明采用單浮體結構設計，可靠性好、適應性強，采用模塊化便于商業化生產和應用，采用空氣蓄能器可提高發電穩定性和發電效率。

技術領域

本發明涉及海洋可再生能源利用技術領域，具體涉及一種利用空氣蓄能器實現穩定發電的漂浮振蕩水柱式波浪能發電裝置。

背景技術

占地球表面積約71%的海洋中不僅蘊藏著豐富的生物資源，還是一個巨大的能源寶庫。海洋波浪能是一種依附在海水表面的可再生能源，是表面海浪具有的動能和勢能。波浪能是一種清潔的可再生能源，蘊藏豐富，分布廣泛，易于大規模開發利用。但由于海洋環境惡劣，波浪能量的不穩定、不集中，導致波浪能發電不穩定，轉換效率低，利用成本高等問題。

波浪能利用技術種類繁多，絕大部分技術按照能量攝取系統PTO（Power Take-Off）的不同，可分為氣動式PTO、液壓式PTO和直線電機式PTO。按照波能裝置離海岸的遠近不同，可分為靠岸式、近岸式和離岸式。離岸漂浮式波能裝置可以利用遠海豐富的波浪能資源，建造受環境影響小，適用面廣，成為當今波浪能利用技術的發展主流。液壓式和直線電機式漂浮波能裝置均是在波浪直接作用下，利用結構物與結構物（支撐平臺）之間的相對運動轉換波浪能量，它們都需要兩個或多個結構物，這就使裝置的機構變得復雜。漂浮振蕩水柱式波能發電裝置利用氣動式PTO轉換能量，具有結構簡單、可靠性高和易于維護等優點。振蕩水柱像活塞一樣推動氣室內的空氣往復運動，氣流方向呈周期性變化，一般是通過整流直接作用于空氣透平，并沒有蓄能環節。漂浮振蕩水柱技術中的中心管和后彎管這類波能裝置是利用單浮體的振蕩運動吸收波浪能，四周無遮擋具有良好的“天線”聚波條件，擁有良好的俘獲特性。但不穩定的氣流不僅影響空氣透平運行的可靠性，使得透平發電機組很難在適合的工況下運行，降低透平效率，還使得透平發電機組輸出的電能波動很大，很難達到直接使用或并入電網的要求。

在液壓式PTO波能利用技術中，單向閥常被用來改變液壓油的流動方向，使其始終沿一個方向流動，通過高、低壓蓄能器系統，將俘獲的波浪能轉換為液壓能，然后通過可控地釋放液壓油推動液壓馬達帶動電機穩定發電。漂浮振蕩水柱技術中的振蕩單浮體在氣室上添加單向閥門，在吸氣過程中，外界空氣近乎無阻尼地通過大通道截面的單向閥進入氣室，浮體運動幅度增大；在排氣過程中，單向閥門關閉，空氣通過噴嘴噴出驅動空氣透平旋轉帶動電機發電。單向氣流做功雖然做功時間減半，但振蕩單浮體在吸氣過程中仍俘獲波浪能蓄積為浮體運動的機械能，在排氣過程中輸出更多的能量，浮體的總體俘獲特性并未明顯降低。利用單向氣流做功的漂浮式振蕩水柱波能裝置，可以使用高效的單向沖動式透平機組發電，但仍存在氣流波動大，電機轉速不穩定，發電不穩定的問題。

壓縮空氣儲能技術可以解決風能、太陽能等不穩定可再生能源發電的并網難題，提高利用效率。空氣具有良好的壓縮特性，在液壓蓄能器中常用易于壓縮的氣體介質來解決液壓油難于壓縮的困境，而在氣動式波浪能裝置中尚未使用壓縮空氣蓄能的先例。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種帶有空氣蓄能器的漂浮振蕩水柱式波浪能發電裝置。該裝置主要利用單浮體在波浪作用下的振蕩運動俘獲波浪能，在管道內形成振蕩水柱推動氣室內的空氣往復運動，吸入和排出空氣，利用單向閥門改變氣流方向，使其排出壓縮空氣進入蓄能器進行儲能，然后再穩定可控地釋放氣流能，推動空氣透平旋轉帶動電機穩定發電。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下。