[发明专利]模块化海浪直驱发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机。特别是涉及一种利用海浪能进行发电的模块化海浪直驱发电机。

背景技术

海浪能有分布广泛，总量巨大，清洁无污染的优点，波浪发电是波浪能利用的主要方式，但也有三个难题阻碍着海浪能的开发利用：

1、海浪能以垂直运动的波动能为主；2、海浪能呈分散的面状分布；3、能量密度很低。

这三个难题的存在使海浪能的开发利用不同于一般的水电开发。现在广泛使用的发电机一般为旋转电机，不能直接运用于海浪发电。面状分布的海浪能要求发电装置必须包含富集能量的功能。海浪能的低密度使海浪发电系统的转换效率成为最为关键的指标。

波浪能利用装置的种类繁多，关于波浪能转换装置的发明专利超过千项。这些装置主要基于以下几种基本机理，即：利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。目前已经开发研究比较成熟的海浪发电装置基本上有三种类形：振荡水拄式、振荡浮子式和聚波水库式。如下面的几种装置：

1.振荡水柱式波浪能转换装置

其主要原理是利用空气作为转换介质，能量的采集通过气室完成，将波浪能转换成空气的压力势能和动能，在喷嘴处安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相连，可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。

这类装置采用空气传递能量，能够避免波浪对发电系统的直接打击。目前，振荡水柱式波浪能转换装置遇到的问题主要有两点，一是如何设计气室，尽可能提高装置内部的振荡水柱提供的压力；另一个就是怎样确定装置在海面上的放置区域。

2.摆式波浪能转换装置

摆式波浪能转换装置是利用装置的活动部件，在波浪的推动下，将其从波浪中吸收的能量转换成机械能或势能，这种波浪能转换装置最先是由日本的度部富治教授提出，其方式是波浪在水室中形成立波，在立波的驻点处，水质点作往复运动，表现在宏观上，即水团的往复运动，将波浪能转换成摆轴的动能，与摆轴相连的通常是液压装置，它将摆轴的动能转换成液力泵的动能，再由液压马达带动发电机发电。

3.振荡浮子式波浪能转换装置

振荡浮子式波浪能转换装置是在振荡水柱式的基础上发展起来的波浪能转换装置，它用一个放在港中的浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过一个放在岸上的机械或液压装置转换出去，用来驱动发电机发电，由浮子、连杆、液压传动机构、发电机和保护装置几部分组成。

4.收缩波道式波浪能转换装置

收缩波道式波浪能转换装置是基于波聚理论的一种波浪能转换装置。波聚理论最早由挪威特隆姆大学的Falnes和Budal提出。收缩波道式波浪能转换装置具及汽轮叶片设计有一个比海平面高的高位水库和一个渐收的波道。收缩波道其实就是两道钢筋混凝土做成的对数螺旋正交曲面，从海里一直延伸到高位水库里，两道墙在高位水库内相接。当海浪进入收缩波道时，由于收缩波道的波聚作用，使波浪的波高增大，从而使水越过钢筋混凝土墙进入高位水库，然后水库里的水通过一个低水头的水轮发电机组用来发电。

除了上述装置外，目前较为成功的波浪能装置还有Salter“点头鸭”式波浪能转换装置、筏式与液压系统的组合式、整流式波浪能转换装置等，但其基本原理是相同的。从以上讨论可以看出，振荡水柱式波浪能装置是在实际中较多采用的波浪能装置，它的优点在于装置在结构上具有较好的可靠性，但装置的转换效率较低，投资费用过高，因此，在一些波浪能密度高的国家，如欧洲、日本、北美得到广泛应用。但是，在一些波浪能密度较低的国家，如中国，如何降低成本、提高效率是波浪装置走向市场的关键，继续采用这种低效、高成本的装置就显得不太理想。

参考文献：李成魁，廖文俊，王宇鑫：《世界海洋波浪能发电技术研究进展.国内外动态》2010年第2期。

上述这些发电方式的思路是利用机械装置收集海浪能量，形成高速水流或气流，然后利用高速的水流或气流推动传统的旋转发电机发电，即面集能，点发电的形式。此种发电模式能量转化环节多，导致其效率低下，结构复杂、维护困难、成本高。这类通过直接富集机械能、运用旋转电机发电的方式并不适合海浪能的开发利用。