[发明专利]一种带有空气蓄能器的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置

说明书

本发明公开了一种带有空气蓄能器的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，包括振荡水柱模块、浮力舱、进、排气阀门整流模块、空气蓄能稳压模块、透平发电机组、锚泊系统等。振荡水柱模块包括L型管道和气室；浮力舱位于L型管道上方，两者密切结合为整个浮体；进、排气阀门整流模块包括大截面面积的进气阀门和小截面面积的排气阀门；蓄能稳压模块可由低压、中压和高压储罐组成，分别用单向阀和节流控制阀连接；透平发电机组包括单向冲动式空气透平和发电机；锚泊系统包括锚、锚链和起锚机。本发明采用单浮体结构设计，可靠性好、适应性强，采用模块化便于商业化生产和应用，采用空气蓄能器可提高发电稳定性和发电效率。

技术领域

本发明涉及海洋可再生能源利用技术领域，具体涉及一种利用空气蓄能器实现稳定发电的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置。

背景技术

占地球表面积约71%的海洋中不仅蕴藏着丰富的生物资源，还是一个巨大的能源宝库。海洋波浪能是一种依附在海水表面的可再生能源，是表面海浪具有的动能和势能。波浪能是一种清洁的可再生能源，蕴藏丰富，分布广泛，易于大规模开发利用。但由于海洋环境恶劣，波浪能量的不稳定、不集中，导致波浪能发电不稳定，转换效率低，利用成本高等问题。

波浪能利用技术种类繁多，绝大部分技术按照能量摄取系统PTO（Power Take-Off）的不同，可分为气动式PTO、液压式PTO和直线电机式PTO。按照波能装置离海岸的远近不同，可分为靠岸式、近岸式和离岸式。离岸漂浮式波能装置可以利用远海丰富的波浪能资源，建造受环境影响小，适用面广，成为当今波浪能利用技术的发展主流。液压式和直线电机式漂浮波能装置均是在波浪直接作用下，利用结构物与结构物（支撑平台）之间的相对运动转换波浪能量，它们都需要两个或多个结构物，这就使装置的机构变得复杂。漂浮振荡水柱式波能发电装置利用气动式PTO转换能量，具有结构简单、可靠性高和易于维护等优点。振荡水柱像活塞一样推动气室内的空气往复运动，气流方向呈周期性变化，一般是通过整流直接作用于空气透平，并没有蓄能环节。漂浮振荡水柱技术中的中心管和后弯管这类波能装置是利用单浮体的振荡运动吸收波浪能，四周无遮挡具有良好的“天线”聚波条件，拥有良好的俘获特性。但不稳定的气流不仅影响空气透平运行的可靠性，使得透平发电机组很难在适合的工况下运行，降低透平效率，还使得透平发电机组输出的电能波动很大，很难达到直接使用或并入电网的要求。

在液压式PTO波能利用技术中，单向阀常被用来改变液压油的流动方向，使其始终沿一个方向流动，通过高、低压蓄能器系统，将俘获的波浪能转换为液压能，然后通过可控地释放液压油推动液压马达带动电机稳定发电。漂浮振荡水柱技术中的振荡单浮体在气室上添加单向阀门，在吸气过程中，外界空气近乎无阻尼地通过大通道截面的单向阀进入气室，浮体运动幅度增大；在排气过程中，单向阀门关闭，空气通过喷嘴喷出驱动空气透平旋转带动电机发电。单向气流做功虽然做功时间减半，但振荡单浮体在吸气过程中仍俘获波浪能蓄积为浮体运动的机械能，在排气过程中输出更多的能量，浮体的总体俘获特性并未明显降低。利用单向气流做功的漂浮式振荡水柱波能装置，可以使用高效的单向冲动式透平机组发电，但仍存在气流波动大，电机转速不稳定，发电不稳定的问题。

压缩空气储能技术可以解决风能、太阳能等不稳定可再生能源发电的并网难题，提高利用效率。空气具有良好的压缩特性，在液压蓄能器中常用易于压缩的气体介质来解决液压油难于压缩的困境，而在气动式波浪能装置中尚未使用压缩空气蓄能的先例。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种带有空气蓄能器的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置。该装置主要利用单浮体在波浪作用下的振荡运动俘获波浪能，在管道内形成振荡水柱推动气室内的空气往复运动，吸入和排出空气，利用单向阀门改变气流方向，使其排出压缩空气进入蓄能器进行储能，然后再稳定可控地释放气流能，推动空气透平旋转带动电机稳定发电。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。