[發明專利]集成振蕩水柱式波能發電裝置的半圓型防波堤及其單元

在審

• 申請號: 202111350336.7
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114108546A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 趙玄烈;耿敬;潘士琦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: E02B3/06
• 分類號: E02B3/06;F03B13/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于海岸工程結構技術領域，具體涉及一種集成振蕩水柱式波能發電裝置的半圓型防波堤單元，及由該單元構成的防波堤。本發明將半圓型防波堤沉箱改造為捕能氣室，在防波堤沉箱基礎上建造振蕩水柱式波能發電裝置，一箱兩用，大大減少振蕩水柱式波能發電裝置的建造成本。作用于半圓型沉箱上的波浪力均指向圓心，產生的總水平力小，有利于結構的抗滑、抗傾穩定性。本發明可以將堤前波浪能轉換為電能，降低了堤前波浪反射和堤后的波浪透射，減小了堤前荷載作用力，進一步提高了半圓型防波堤的消浪性能、整體穩定性和安全性。本發明可在目標海域迎浪側陣列化布置，形成兼具防波堤功能的波浪能發電場，在滿足海岸防護的同時可形成大功率供電系統。

技術領域

本發明屬于海岸工程結構技術領域，具體涉及一種集成振蕩水柱式波能發電裝置的半圓型防波堤單元，及由該單元構成的防波堤。

背景技術

隨著化石燃料儲備的枯竭，對可再生能源的需求不斷增加，清潔的可再生能源的開發與利用有著更加突出的重要意義。而占地球面積71％的海洋為我們所提供的取之不盡、用之不竭的海洋能就是其中最重要的一種；波浪能則是海洋能中近期研究最多、應用最廣的一種能源。在各種波浪能轉換器設備中，振蕩水柱式(OWC)波能發電裝置概念被廣泛使用，并在過去的幾十年中得到了廣泛的研究，設備的高能量轉換效率和可靠性是設計和構建波浪能設備時最重要的兩個考慮因素，當前學者較為關注優化裝置幾何參數以提高其流體動力學性能，對于OWC裝置的生存問題研究不夠充分，而波浪能裝置的生存性能恰好是阻礙其商業化進程所面臨的最大的問題。

防波堤是港口和海岸工程中用來防御波浪入侵、維護水域平穩的一種常見的水工建筑物。其主要結構形式有斜坡式和直立式防波堤，半圓型防波堤由堤身和底部拋石基床組成，堤身結構有半圓形構件和半圓形沉箱兩種，與垂直防波堤相比，圓形墻壁上的壓力作用于圓心，因此圓形防波堤通常具有較小的水平力、傾覆力矩和土基反作用力，從而具有更好的穩定性和更低的工程成本。

發明內容

本發明的目的在于克服OWC裝置穩定性和生存能力差的問題，提供一種集成振蕩水柱式波能發電裝置的半圓型防波堤，一方面利用防波堤結構作為波浪能發電裝置安裝基礎可以降低發電成本；另一方面利用圓形防波堤具有較小的水平力、傾覆力矩和土基反作用力的特點，能夠提高OWC裝置的生存性能，保證能源的持續穩定供應。

一種集成振蕩水柱式波能發電裝置的半圓型防波堤單元，包括拋石基床與半圓型沉箱；所述半圓型沉箱沉放于拋石基床上，半圓型沉箱整體構成振蕩水柱式波能發電裝置的捕能氣室，半圓型沉箱兩側開口形成波浪的進出水口，半圓型沉箱上方開口形成進出氣孔；所述進出氣孔上連接有往復空氣透平裝置帶動發電機進行發電，形成振蕩水柱式波能發電裝置。

一種集成振蕩水柱式波能發電裝置的半圓型防波堤，由防波堤單元以垂直于水流方向陣列化間隔布置組成，防波堤最上方位置始終高于水位線，各防波堤單元的進出水口位于水位線以下。

進一步地，當波峰到達防波堤前側，波浪通過捕能氣室的進水孔進入，引起捕能氣室內水面上升，進而壓縮捕能氣室內空氣，增加捕能氣室內空氣氣壓，使得捕能氣室內空氣氣壓大于大氣氣壓，捕能氣室內高壓空氣通過進出氣孔流向大氣中，同時驅動安裝在進出氣孔處的往復空氣透平裝置轉動，繼而實現波浪能向電能的轉換。

進一步地，當波谷到達集成裝置前側，波浪通過捕能氣室的出水孔流出，引起捕能氣室內水面下降，進而抽空捕能氣室內空氣，降低捕能氣室內空氣氣壓，使得捕能氣室內空氣氣壓小于大氣氣壓，大氣中高壓空氣通過捕能氣室的進出氣孔流向捕能氣室，同時驅動安裝在進出氣孔處的往復空氣透平裝置轉動，繼而實現波浪能向電能的轉換。

本發明的有益效果在于：