一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统

1.本实用新型涉及可再生能源利用技术领域，尤其涉及一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统。


背景技术：

2.为了解决化石能源日益匮乏及其巨量使用而造成的环境问题，发展清洁可再生能源成为唯一的选择。波浪能作为一种清洁、稳定和可持续的可再生能源，有着很好的应用前景。得益于装置结构简单、可靠性好的特点，振荡水柱式波能发电装置是目前最有前景的一种波能装置之一。其主体结构为水下开口的半淹没气室，顶部气流管道连接空气透平发电系统，在波浪作用下，气室内部的水柱上下振荡，迫使气室气体在气流管道中形成往复气流，气流推动安装于气流管道中的空气透平转动，透平进一步带动发电机工作，最终将波能转换成电能。振荡水柱发电装置气室内的水柱存在一个固有频率，其与气室的几何尺寸有关，当入射波频率在其固有频率附近时，装置能量转换效率会比较高。所以，传统单气室结构振荡水柱波能装置的能量转换效率并不高，并且其有效频带宽度也比较窄。目前，研究已证实双气室结构可以提高振荡水柱波能装置的能量转换效率，同时拓宽其有效频带宽度。
3.通常认为只有年平均波能密度较高海域才具有较大开发价值，对于我国海域波能密度普遍较低的情况，由于波能转换效率低和发电量少，通常被认为不适合大规模的波浪能开发，在波浪能的商业化上存在很大障碍。
4.为了解决上述技术难题，使波浪能成为经济上更为可行的能源，本实用新型提出一种能将波能密度较低海域的能量集中起来的设备，并同时提高波浪能装置的能量捕获效率。
5.在太阳能收集、无线电波接收和其他技术领域，使用抛物面反射器将入射波的能量汇聚到焦点是一个公认的概念，例如有“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜(fast)，其形成的反射面可以将电磁波反射到焦点，以便接收器接收和记录信号。因此，本实用新型参考这一原理，提出一种抛物线型的聚能墙，将波能密度较低海域的能量汇集起来，从而增加振荡水柱波浪能发电装置的发电量。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是针对现存技术的不足，提供一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统，以解决上述存在的技术难题。其中抛物线型聚能墙12与fast天眼类似，可以将波能密度较低海域的能量汇集于波浪能发电装置处，提高波能装置附近的能量密度；双气室结构的振荡水柱波能装置相比于单气室，可以提高波能装置的能量转换效率，同时拓宽装置的有效频带宽度。该集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统可以在波浪能密度较低的海域高效地利用波浪能发电。
7.本实用新型的技术方案：一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统，包括抛物线型聚能墙12和圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置；抛物线型聚能墙12
为分体式单元结构；圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置布置于抛物线型聚能墙12的波能富集区，直接提高其能量输入，从而提高其整体能量输出；圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置包括底座、壳体、气孔、空气透平和气室；实心圆柱体2与圆柱形底座1相连，圆柱形底座1固定于海底；内圆柱形壳体3与外圆柱形壳体4两端均开口，二者同轴由内至外依次套接于实心圆柱体2上；实体梁5贯穿实心圆柱体2与圆柱形底座1，其两端分别固定于外圆柱形壳体4上，形成双气室结构；实体梁5下的内圆柱形壳体3与实心圆柱体2间为气室a9；实体梁5下的内圆柱形壳体3与外圆柱形壳体4间为气室b10；圆锥环体6安装于外圆柱形壳体4顶端；圆锥环体6顶部为气孔7，气孔7内安装空气透平8，空气透平8与发电机11相连固定于实心圆柱体2的顶端。
8.本实用新型拟采用抛物线型聚能墙12对波能进行汇聚，将波能汇聚于其抛物线的焦点附近，提高该区域的能流密度，形成富能区。
9.本实用新型采用圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置，振荡水柱波浪能发电装置相对其他形式装置具有更高的可靠性；采用圆柱形结构，可以提高发电装置的浪向适应性；采用双气室结构，可以提高其能量转换效率和拓宽其有效频带宽度，最终实现波能到电能的高效转换。
10.本实用新型的有益效果：1.提出了抛物线型聚能墙，能汇聚低波能流波浪，从而提高能量输入；2.抛物线型聚能墙采用分体式单元结构，可在施工期根据具体情况对抛物线型聚能墙的安装做出调整，便于生产施工；3.采用圆柱型振荡水柱，可以360
°
吸收波浪场内的波能；4.振荡水柱波能装置采用双气室结构，双气室结构的整体效率比单气室结构的要高，其有效频带宽度也更大，即更适用于波浪频带较宽的海域。本实用新型从能量输入、能量转换效率上提高装置的能量输出，从适用频带宽度提高装置对海域的适用能量，从而提高装置在不同波况下的整体能量输出。
附图说明
11.图1为集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统整体示意图。
12.图2为圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置结构示意图。
13.图3为圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置剖面示意图。
14.图中：1-圆柱形底座；2-实心圆柱体；3-内圆柱形壳体；4-外圆柱形壳体；5-实体梁；6-圆锥环体；7-气孔；8-空气透平；9-气室a；10-气室b；11-发电机；12-抛物线型聚能墙；
具体实施方式
15.以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。
16.如图1所示，一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统，适用于低能流密度海域，其包括抛物线型聚能墙12与圆柱型双气室振荡水柱波浪能发电装置组成。其中抛物线型聚能墙12由多个分体式单元组成。各分体式单元可以提前完成预制，运输至现场安装，以应对施工现场的多变情况。抛物线型聚能墙12将入射波浪能反射聚焦于焦点处，形成波能富集区，并将圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置布置于波能富集区用于波能转换。
17.如图3所示，对于圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置，将圆柱形底座1固定于
海底，实心圆柱体2与圆柱形底座1相连，二者作为整个圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置的基础。内圆柱形壳体3与外圆柱形壳体4同轴心，并通过实体梁5固定于实心圆柱体2上，形成气室a9与气室b10，组成双气室结构。圆锥环体6安装在外圆柱形壳体4上,圆锥环体6顶部有气孔7，气孔7内安装有空气透平8。空气透平8连接有发电机11，二者固定于实心圆柱体2上。
18.使用时，圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置固定于海底，在海浪的作用下，内圆柱形壳体3、外圆柱形壳体4与实心圆柱体2之间的水柱上下振荡，迫使气室9a与气室b10内的空气在气孔7处形成往复气流，完成能量的一级转换；往复气流带动空气透平8的叶片旋转，将空气动能转化为机械能，完成能量的二级转换；空气透平8进一步带动发电机9工作，将机械能转化为电能。实现将波能转换成电能，完成能量的三级转换。
19.所述空气透平8在双向气流作用下均能旋转，在空气进出气孔7的过程中均能发电，提高能量转换效率。
20.所述实心圆柱体2与内圆柱形壳体3、外圆柱形壳体4、发电机11的轴线相同，可以减少气室内部水面晃荡，减少波浪对振荡水柱系统组成结构的冲击，提高圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置的使用寿命。
21.除上述实施方式外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统，其特征在于，该集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统包括抛物线型聚能墙(12)和圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置；抛物线型聚能墙(12)为分体式单元结构；圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置布置于抛物线型聚能墙(12)的波能富集区；圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置包括底座、壳体、气孔、空气透平和气室；实心圆柱体(2)与圆柱形底座(1)相连，圆柱形底座(1)固定于海底；内圆柱形壳体(3)与外圆柱形壳体(4)两端均开口，二者同轴由内至外依次套接于实心圆柱体(2)上；实体梁(5)贯穿实心圆柱体(2)与圆柱形底座(1)，其两端分别固定于外圆柱形壳体(4)上，形成双气室结构；实体梁(5)下的内圆柱形壳体(3)与实心圆柱体(2)间为气室a(9)；实体梁(5)下的内圆柱形壳体(3)与外圆柱形壳体(4)间为气室b(10)；圆锥环体(6)安装于外圆柱形壳体(4)顶端；圆锥环体(6)顶部为气孔(7)，气孔(7)内安装空气透平(8)，空气透平(8)与发电机(11)相连固定于实心圆柱体(2)的顶端。

技术总结
本实用新型属于可再生能源利用技术领域，提出一种集成抛物线型聚能墙的双气室振荡水柱波能发电系统，其包括抛物线型聚能墙和圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置；抛物线型聚能墙为分体式单元结构；圆柱形双气室振荡水柱波浪能发电装置布置于抛物线型聚能墙的波能富集区。本实用新型能汇聚低波能流波浪，从而提高能量输入；采用圆柱型振荡水柱，可以360


技术研发人员：宁德志 赵波 钱坤 程蒙召 王荣泉
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/6/20