一种感知调频的重力势波浪能发电装置

1.本发明涉及波浪能发电技术领域，特别涉及一种能适用于中浅水海域的感知调频的重力势波浪能发电装置。


背景技术：

2.海洋覆盖了地球70％的表面。波浪冲击蕴藏着巨大的能量，在1平方公里海面上产生的能量可达20万kw左右，由此计算全球波浪能储量约为25亿kw，能源储量十分巨大。
3.目前，全球可开采的波浪能已达到2.5tw。我国波浪能资源丰富，在近海发现了1.5
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108kw左右的波浪能，其可开采量在2.3
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10
7-3.5
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107kw之间。波浪能作为一种洁净、可再生的能量来源，在利用波浪能的过程中不会产生任何环境污染。由于波浪能发电站安装在近海，因此可以为某些岛屿提供电力。波浪能能量密度高、分布广、易于直接利用、清洁无污染、取之不尽用之不竭。
4.在中国沿海地区，渤海、黄海沿海地区的波浪高度很低，多数地区的年平均波浪高度在0.5m左右；东海近海有很强的波浪，在福建北部的北屿站，其年平均波浪高可以达到1.3m；南海海浪高度较低，年平均仅为0.8m左右，与东海近海相比，相对较低。我国近海离岸20km一线的波浪能储量为1599.52
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104kw，理论年发电量为1401.17
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108kw
·
h，技术可开发装机容量为1470.59
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104kw，年发电量为1288.22
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104kw
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h。
5.近年来，国际上越来越重视新能源的开发，利用具有储量大、能量密度高、清洁环保等特点的波浪资源，被认为是解决未来化石能源紧缺和全球变暖的最有前途的途径之一。然而，目前波浪能发电装置仍主要存在三个方面的问题：一是波浪能的转化效率较低；二是在捕获波浪能的区域，台风等极端海况对波浪能收集转化为电能有很大的影响；三是在现阶段，波浪能发电装置的维护成本很高，且有生物附着和海水侵蚀等伴生问题。
6.因此，在业界亟待开发出一种结构简单，成本低廉，适用性广，自适应能力强，发电效率高的波浪能发电装置，以有效利用近海丰富的波浪能资源，推动世界能源领域的可持续发展。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种感知调频的重力势波浪能发电装置，其适用性广，自适应能力强，发电效率高，可靠性高，各系统之间相互干涉小，维修简便且成本低，装置在风暴等环境下安全性高，非常适合中浅水海域的波浪能发电。该装置具有自我感知调频功能，可大幅提高波浪能利用效率，缓解世界能源压力，推动人类社会健康可持续发展。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种感知调频的重力势波浪能发电装置，包括支撑系统、发电系统和感知调频系统；所述支撑系统与海底固定连接以用于支撑所述发电系统和所述感知调频系统，所述发电系统用于重力势波浪能驱动其发电并部分供电给所述感知调频系统使用，所述发电系统
包括发电浮子，所述发电浮子在所述支撑系统中做升沉运动，所述感知调频系统用于根据海域的波浪卓越周期变化而调整所述发电浮子的固有周期以最大化所述发电浮子的升沉位移幅值。
10.优选地，所述感知调频系统包括波浪浮标、分析控制系统、水箱、水泵、阀门、排水管和进水管；所述排水管和所述进水管均分别连通所述水箱和所述发电浮子的内腔，所述水泵位于所述水箱内并与所述排水管连接，所述阀门连接在所述进水管上，所述水泵、所述阀门和所述波浪浮标均与所述分析控制系统通信连接；所述波浪浮标位于所述发电系统附近的海域上，用于采集波浪数据并发送至所述分析控制系统，所述分析控制系统用于根据波浪数据分析海域的波浪卓越周期变化而计算并调整所述发电浮子的质量，从而调整所述发电浮子的固有周期以最大化所述发电浮子的升沉位移幅值。
11.优选地，所述分析控制系统被配置为用于执行如下过程：当波浪卓越周期增大预定值时，计算得到所述发电浮子需要增加的质量，控制所述阀门打开以从所述水箱通过所述进水管向所述发电浮子的内腔注水，增加所述发电浮子的质量，从而所述发电浮子升沉运动的固有频率降低，固有周期增加以使所述发电浮子的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化所述发电浮子的升沉位移幅值；当波浪卓越周期减小预定值时，计算得到所述发电浮子需要减少的质量，控制所述水泵打开以从所述发电浮子的内腔通过所述排水管向所述水箱抽水，减小所述发电浮子的质量，从而所述发电浮子升沉运动的固有频率增加，固有周期减小以使所述发电浮子的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化所述发电浮子的升沉位移幅值。
12.优选地，所述支撑系统包括支撑座、中心限位柱和甲板，所述中心限位柱和所述甲板均连接于所述支撑座上，所述中心限位柱上具有滑轨；所述发电系统包括一个所述发电浮子、两组发电机和蓄电池，所述发电浮子上具有齿条和滚轮，每台所述发电机上具有单向轴承和齿轮，所述发电浮子的齿条与所述齿轮啮合，所述单向轴承的一端连接所述齿轮，另一端连接所述发电机，所述发电浮子的内腔用于容纳可变水体，所述两组发电机位于所述甲板上，所述发电浮子通过所述滚轮与所述中心限位柱上的滑轨滚动连接，以在所述中心限位柱上做升沉运动；所述蓄电池位于所述甲板上与所述两组发电机连接，用于储存所述两组发电机产生的电能，所储存的电能一小部分供电给所述感知调频系统使用，大部分外输；所述分析控制系统和水箱均位于所述甲板上。
13.优选地，所述支撑座包括多条桩腿、多条横撑和多条斜撑，所述桩腿与海底固定连接，所述横撑和所述斜撑连接于多条桩腿之间，所述桩腿、所述横撑和所述斜撑之间通过刚性连接共同组成一个稳固的空间框架结构。
14.优选地，所述支撑系统还包括上层建筑，所述上层建筑围设在所述甲板的周围和顶面，以保护所述甲板上的设施。
15.优选地，所述中心限位柱的上端固定于所述甲板底面的中心点，下端固定于所述空间框架结构最低一榀水平横撑在平面内的交叉会聚点；所述滑轨有四条，在所述中心限位柱的柱面相邻90度设置；优选地，所述中心限位柱为空心圆钢管。
16.优选地，所述发电浮子包括浮子主体和桁架，所述浮子主体的中心为一空心柱形竖井，所述中心限位柱位于所述空心柱形竖井内，所述浮子主体的内腔用于容纳可变水体，所述桁架连接于所述浮子主体的顶部，所述齿条设置在所述桁架上；优选地，所述浮子主体
为截顶倒锥形；优选地，所述浮子主体的底部与所述中心限位柱的底部之间通过可伸缩连接件密封连接；优选地，所述浮子主体的内腔可容纳水的质量为所述发电浮子自重的多倍。
17.优选地，所述滚轮有三组，分别置于所述发电浮子的三个高程，其中，最上面高程的一组滚轮置于所述桁架上，下面两个高程的两组滚轮设置在所述空心柱形竖井的壁上。
18.优选地，所述两组发电机均被配置为在齿轮顺时针或逆时针转动驱动时发电，且在所述发电浮子上升或下降时，所述两组发电机连接的相应齿轮的转向相反，使得当所述发电浮子上升或下降时，一组发电机发电，另一组发电机不发电；优选地，所述发电机有两台，一台发电机为一组，对应地，所述桁架有两个，一个桁架上的齿条对应啮合一台发电机上的齿轮。
19.本发明的有益效果包括：
20.(1)本发明发电效率高，自适应能力强，应用范围广，整体结构简单，刚度大，不易变形，稳定性和可靠性高，建造安装成本低廉，易于维护和检修，具有较好的经济性，可适应较大的水深范围。
21.(2)本发明具有感知调频功能，通过感知调频系统对波浪数据进行实时频谱分析，得到波浪卓越周期变化而调整发电浮子的质量，从而调整发电浮子升沉运动的固有周期以最大化发电浮子的升沉位移幅值，达到提高发电效率的目的。进一步优选的方案中，感知调频系统中的分析控制系统根据波浪卓越周期的变化计算出发电浮子需要增减的质量，接着通过水泵或阀门进行排水或注水从而保证发电浮子升沉运动的固有周期等于当前的波浪卓越周期，形成共振以最大化发电浮子的升沉位移幅值，从而提高发电效率；同时，在优选的方案中，发电浮子的内腔用于容纳可变水体以调节其总质量，可容纳水体的质量约为浮子自重的多倍，以此实现对发电浮子升沉运动的固有周期在较大范围内进行调节。
22.(3)在优选的方案中，波浪能转化的电能可以储存于蓄电池，方便取用，既可供电给感知调频系统使用，还可以外输用于海岛应急用电，也可用于陆上各种用电场合。
23.(4)在优选的方案中，本发明在甲板上对称布置两组发电机，通过齿轮传动以及单向轴承的限制，保证了波峰和波谷来临时装置均能正常高效率发电，大幅提高了波浪能的利用效率。
24.(5)在优选的方案中，本发明发电浮子与中心限位柱之间通过滚轮与滑轨配合，既限制了发电浮子的运动范围，又减少了发电浮子与中心限位柱之间的摩擦，减少了发电过程中的能量损失，提高了能量转换效率。
25.(6)在优选的方案中，本发明充分考虑了腐蚀对整个发电装置的影响，对甲板上的设施、滚轮以及滑轨都进行了较好的保护，很大程度上降低了海水腐蚀对发电装置的影响。
附图说明
26.图1是本发明优选实施例的感知调频的重力势波浪能发电装置中去掉上层建筑6的部分侧面和顶面的立体图。
27.图2是本发明优选实施例的感知调频的重力势波浪能发电装置的主视图。
28.图3是本发明优选实施例的感知调频的重力势波浪能发电装置的侧视图。
29.图4是本发明优选实施例的感知调频的重力势波浪能发电装置的俯视图。
30.图5是本发明优选实施例的感知调频的重力势波浪能发电装置中发电浮子的立体
图。
31.图6是本发明优选实施例的感知调频的重力势波浪能发电装置中滚轮与中心限位柱配合的示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。
33.需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
34.需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
35.由于目前的波浪能发电装置多是被动式，无法依据海浪特征变化而调整发电系统以提高发电效率，为此，本发明具体实施方式提供一种感知调频的重力势波浪能发电装置，包括支撑系统、发电系统和感知调频系统；所述支撑系统与海底固定连接以用于支撑所述发电系统和所述感知调频系统，所述发电系统用于重力势波浪能驱动其发电并部分供电给所述感知调频系统使用，所述发电系统包括发电浮子，所述发电浮子在所述支撑系统中做升沉运动，所述感知调频系统用于根据海域的波浪卓越周期变化而调整所述发电浮子的固有周期以最大化所述发电浮子的升沉位移幅值，以达到提高发电效率的目的。
36.在优选的实施例中，感知调频系统包括波浪浮标11、分析控制系统12、水箱13、水泵15、阀门16、水管14(包括排水管和进水管)，排水管和进水管均分别连通水箱13和发电浮子7的内腔，水泵15位于水箱13内并与排水管连接，阀门16连接在进水管上，水泵15、阀门16和波浪浮标11均与分析控制系统12通过导线通信连接；波浪浮标11位于发电系统12附近的海域上，用于采集波浪数据并发送至分析控制系统12，分析控制系统12用于根据波浪数据分析海域的波浪卓越周期变化而计算并调整发电浮子7的质量，从而调整发电浮子7升沉运动的固有周期以最大化发电浮子的升沉位移幅值。在图1-6所示的示例中，感知调频系统包括一个波浪浮标11、一套分析控制系统12、一个水箱13、一台水泵15、一个阀门16、两根水管14(水管为软管，一根软管作为排水管，另一根软管作为进水管)与若干导线。
37.在本例中，分析控制系统12对波浪数据进行实时频谱分析，得到波浪卓越周期，并快速计算出发电浮子7需要增减的质量，水泵15的启停以及阀门16的开闭都通过分析控制系统12控制，例如，当波浪卓越周期增大预定值时，分析控制系统12控制阀门16打开以从水箱13通过进水管向发电浮子7的内腔注水，增加发电浮子7的质量；当波浪卓越周期减小预
定值时，分析控制系统12控制水泵15打开以从发电浮子7的内腔通过排水管向水箱13抽水，减小发电浮子7的质量。具体地，在优选的实施例中，分析控制系统12实时监控波浪数据，但调频功能并非一直工作，较宜的是，当波浪卓越周期变化较大时，分析控制系统12才开启调频功能，具体地，分析控制系统12被配置为用于执行如下调频功能：当波浪卓越周期增大预定值时(如：当前的波浪卓越周期是上一时刻的波浪卓越周期的至少1.3倍)，计算得到发电浮子7需要增加的质量，控制阀门16打开以从水箱13通过进水管向发电浮子7的内腔注水，增加发电浮子7所需的质量，注水完成后，阀门16关闭，从而发电浮子7升沉运动的固有频率降低，固有周期增加以使发电浮子7的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化发电浮子的升沉位移幅值；当波浪卓越周期减小预定值时(如：当前的波浪卓越周期是上一时刻的波浪卓越周期的至多0.77倍)，计算得到发电浮子7需要减少的质量，控制水泵15打开以从发电浮子7的内腔通过排水管向水箱14抽水，减小发电浮子7的质量，抽水完成后，水泵15关闭，从而发电浮子7升沉运动的固有频率增加，固有周期减小以使发电浮子7的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化发电浮子的升沉位移幅值。
38.在优选的实施例中，支撑系统包括支撑座、中心限位柱4和甲板5，中心限位柱4和甲板5均连接于支撑座上，中心限位柱4上具有滑轨17，更为优选的是，支撑座包括多条桩腿1、多条横撑2和多条斜撑3，桩腿1与海底固定连接，横撑2和斜撑3连接于多条桩腿1之间，桩腿1、横撑2和斜撑3之间通过刚性连接共同组成一个稳固的空间框架结构。
39.在图1-6所示的示例中，桩腿1有四条，四条桩腿1在空间对称分布，打入海底一定深度，桩腿1主要承受重力、风浪流环境载荷造成的倾覆力矩等荷载，四条桩腿1与横撑2斜撑3之间通过焊接等方式刚性连接，共同组成一个稳固的空间框架结构。
40.在图1-6所示的示例中，支撑系统还包括上层建筑6，上层建筑6围设在甲板5的周围和顶面，以保护甲板5上的设施(例如本例中的发电机9、水箱13、蓄电池10、分析控制系统12等设施)，降低了盐雾和海风等外界环境对甲板5上的设施的侵蚀破坏，上层建筑6的屋面还可提供泊位用于直升机停泊。
41.在图1-6所示的示例中，中心限位柱4的上端固定于甲板5底面的中心点(例如固定于甲板底面的横梁(未图示)的中心点)，下端固定于空间框架结构(也可称导管架平台)最低一榀水平横撑2在平面内的交叉会聚点。四条相邻90度的滑轨17周向焊接在中心限位柱4的柱面(较优的是在中心限位柱4的整个长度上设置滑轨)上，中心限位柱4为厚壁的空心圆钢管。
42.在图1-6所示的示例中，甲板5为方形，位于四条桩腿1的顶部，用于支撑发电机9、蓄电池10、分析控制系统12、水箱13等设施。图1-6所示的示例中的支撑系统为对称结构，具有结构简单、刚度大、不易变形、受波浪力小、安全可靠、适应性强等优点。
43.在优选的实施例中，发电系统包括一个上述的发电浮子7、两组发电机和蓄电池10，发电浮子7上具有齿条704和滚轮705，两组发电机中的每台发电机9上具有单向轴承18和齿轮8，发电浮子7的齿条704与齿轮8啮合，单向轴承18的一端连接齿轮8，另一端连接发电机9，发电浮子7的内腔用于容纳可变水体，发电机9、蓄电池10、分析控制系统12和水箱13均位于甲板5上，发电浮子7通过滚轮705与中心限位柱4上的滑轨17滚动连接，以在中心限位柱4上做升沉运动；蓄电池10位于甲板5上，与发电机9通过导线连接，用于储存发电机9产生的电能，所储存的电能一小部分供电给感知调频系统(如水泵15、阀门16、波浪浮标11、分
析控制系统12等)使用，大部分通过电缆外输。
44.较优的是，发电浮子7包括浮子主体701和桁架702，浮子主体701的中心为一空心柱形竖井706，中心限位柱4位于空心柱形竖井706内，浮子主体701的内腔用于容纳可变水体，桁架702连接于浮子主体701的顶部，齿条704设置在桁架702上。
45.优选两组发电机在甲板5上对称分布，齿轮8固定于甲板5上，将发电浮子7往复的直线运动(即升沉运动)转化为单向顺时针或逆时针转动。在将发电装置安装在海域中时，浮子主体701的一部分位于海面下，一部分位于海面上，发电装置工作时，两组发电机均被配置为在齿轮8顺时针或逆时针转动驱动时发电，且在发电浮子7上升或下降时，两组发电机的相应齿轮8的转向相反，使得当发电浮子7上升或下降时，一组发电机发电，另一组发电机不发电，从而波峰或者波谷来临时均可发电，提高了发电效率，例如，在波峰-波谷-波峰这一个波浪周期，波峰之后，发电浮子7上升，波谷之后，发电浮子7下降，上升过程一组发电机发电，下降过程另一组发电机发电。具体来说，在本例中，当波峰来临时，发电浮子7在动水压力和重力的作用下，带动齿条704沿中心限位柱4作上升运动，左侧齿轮8逆时针旋转，右侧齿轮8顺时针旋转，此时在单向轴承18的作用下，左侧发电机9不发电(假设发电机9顺时针转动时发电)，右侧发电机9发电；当波谷来临时，发电浮子7在动水压力和重力的作用下，带动齿条704沿中心限位柱4作下降运动，左侧齿轮8顺时针旋转，右侧齿轮8逆时针旋转；此时在单向轴承的作用下，左侧发电机9发电(假设发电机9顺时针转动时发电)，右侧发电机9不发电。
46.在图1-6所示的示例中，发电机有两台，一台发电机为一组，对应地，桁架702有两个，桁架702在浮子主体701的顶部对称分布，一个桁架702上的齿条704对应啮合一台发电机9上的齿轮8。在其他示例中，发电机也不限于两台，例如还可以为4台或其他数量，例如为4台时，可以两台发电机为一组，对应地，桁架702有四个。
47.在本例中，发电浮子7为薄壁钢结构，其下部隔绝海水，例如浮子主体701的底部与中心限位柱4的底部之间通过可伸缩连接件19(例如可采用可伸缩的橡胶管)密封连接，防止海水进入发电浮子7和中心限位柱4的罅隙，降低海水对滑轨17的腐蚀。较优的是，浮子主体701的内部还设有加强肋等加强结构，以进一步增大整体刚度。在本例中，如图5所示，发电浮子7的下半部分(浮子主体701)为截顶倒锥形，截顶倒锥形的浮子主体701在波浪中的升沉位移响应更大，波浪能转化效率更高，上半部分为两个桁架702，两个桁架702位于空心柱形竖井的两侧，还设有若干斜撑703用于连接桁架702和浮子主体701的顶面，在两个桁架702的外侧焊有两根齿条704。
48.在本例中，发电浮子7共焊有三组共十个滚轮705，分别置于发电浮子7的三个高程，较优的是，最上面高程位于桁架702长度方向的中部，其对称设置两个滚轮705，分别焊接于两个桁架702上靠近中心限位柱4的一侧，下面两个高程位于浮子主体701的两个三等分截面上连接在空心柱形竖井706的壁上，每个高程分别设置四个相邻90度的滚轮705，发电浮子7通过滚轮705沿着中心限位柱4上焊接的四条滑轨17上下垂直运动。浮子主体701的内腔用于容纳可变水体以调节其总质量，可容纳水体的质量约为发电浮子7自重的多倍(例如10倍以上，较优是10倍～12倍)，以此实现对发电浮子7升沉运动的固有周期在较大范围内进行调节；发电浮子7的顶面开孔，通过排水管和进水管连通感知调频系统中的水箱13。
49.在本发明中，采用上述感知调频的重力势波浪能发电装置来进行重力势波浪能发
电过程包括：波浪驱动发电浮子7在支撑系统中做升沉运动而使发电系统进行发电；感知调频系统实时接收波浪数据，根据波浪数据分析海域的波浪卓越周期变化，并根据海域的波浪卓越周期变化而调整发电浮子的固有周期以最大化发电浮子的升沉位移幅值。
50.具体地，当波浪流经该发电装置时，由于动水压力与重力的存在，在中心限位柱的限制下，发电系统的发电浮子通过滚轮沿中心限位柱上的滑轨进行升沉运动，带动齿条与齿轮运动，最终带动发电机转动，所发电能储存于蓄电池并通过电缆输回电网。
51.具体地，当感知调频系统监测到波浪卓越周期变化较大时，启动调频功能，具体地，进行如下判断：当波浪卓越周期增大预定值时，计算得到发电浮子需要增加的质量，控制增加发电浮子的质量，从而发电浮子升沉运动的固有频率降低，固有周期增加以使发电浮子的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化发电浮子的升沉位移幅值，当波浪卓越周期减小预定值时，计算得到发电浮子需要减少的质量，控制减小发电浮子的质量，从而发电浮子升沉运动的固有频率增加，固有周期减小以使发电浮子的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化发电浮子的升沉位移幅值，由此，达到提高发电效率的目的。
52.本发明大部分设施均设置于平台甲板5之上，方便整个装置的安装与维护，而且结构简单，适用性广，维修简便且成本低，发电效率高，各系统之间相互干涉小、可靠性高，装置在风暴等环境下安全性高，适合中浅水海域的波浪能发电。
53.综上所述，本发明提供了一种感知调频的重力势波浪能发电装置，其发电效率高，结构简单，适用性广，维修简便且成本低，各系统之间相互干涉小、可靠性高，装置在风暴等环境下依然可以工作，安全性高，非常适合中浅水海域的波浪能发电。该装置具有的自我感知调频功能可大幅提高波浪能利用效率，缓解世界能源压力，推动人类社会健康可持续发展。
54.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：包括支撑系统、发电系统和感知调频系统；所述支撑系统与海底固定连接以用于支撑所述发电系统和所述感知调频系统，所述发电系统用于重力势波浪能驱动其发电并部分供电给所述感知调频系统使用，所述发电系统包括发电浮子，所述发电浮子在所述支撑系统中做升沉运动，所述感知调频系统用于根据海域的波浪卓越周期变化而调整所述发电浮子的固有周期以最大化所述发电浮子的升沉位移幅值。2.如权利要求1所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述感知调频系统包括波浪浮标、分析控制系统、水箱、水泵、阀门、排水管和进水管；所述排水管和所述进水管均分别连通所述水箱和所述发电浮子的内腔，所述水泵位于所述水箱内并与所述排水管连接，所述阀门连接在所述进水管上，所述水泵、所述阀门和所述波浪浮标均与所述分析控制系统通信连接；所述波浪浮标位于所述发电系统附近的海域上，用于采集波浪数据并发送至所述分析控制系统，所述分析控制系统用于根据波浪数据分析海域的波浪卓越周期变化而计算并调整所述发电浮子的质量，从而调整所述发电浮子的固有周期以最大化所述发电浮子的升沉位移幅值。3.如权利要求2所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述分析控制系统被配置为用于执行如下过程：当波浪卓越周期增大预定值时，计算得到所述发电浮子需要增加的质量，控制所述阀门打开以从所述水箱通过所述进水管向所述发电浮子的内腔注水，增加所述发电浮子的质量，从而所述发电浮子升沉运动的固有频率降低，固有周期增加以使所述发电浮子的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化所述发电浮子的升沉位移幅值；当波浪卓越周期减小预定值时，计算得到所述发电浮子需要减少的质量，控制所述水泵打开以从所述发电浮子的内腔通过所述排水管向所述水箱抽水，减小所述发电浮子的质量，从而所述发电浮子升沉运动的固有频率增加，固有周期减小以使所述发电浮子的固有周期等于当前的波浪卓越周期，进而最大化所述发电浮子的升沉位移幅值。4.如权利要求2所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述支撑系统包括支撑座、中心限位柱和甲板，所述中心限位柱和所述甲板均连接于所述支撑座上，所述中心限位柱上具有滑轨；所述发电系统包括一个所述发电浮子、两组发电机和蓄电池，所述发电浮子上具有齿条和滚轮，每台所述发电机上具有单向轴承和齿轮，所述发电浮子的齿条与所述齿轮啮合，所述单向轴承的一端连接所述齿轮，另一端连接所述发电机，所述发电浮子的内腔用于容纳可变水体，所述两组发电机位于所述甲板上，所述发电浮子通过所述滚轮与所述中心限位柱上的滑轨滚动连接，以在所述中心限位柱上做升沉运动；所述蓄电池位于所述甲板上与所述两组发电机连接，用于储存所述两组发电机产生的电能，所储存的电能一小部分供电给所述感知调频系统使用，大部分外输；所述分析控制系统和水箱均位于所述甲板上。5.如权利要求4所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述支撑座包括多条桩腿、多条横撑和多条斜撑，所述桩腿与海底固定连接，所述横撑和所述斜撑连接于多条桩腿之间，所述桩腿、所述横撑和所述斜撑之间通过刚性连接共同组成一个稳固的空间框架结构。
6.如权利要求4或5所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述支撑系统还包括上层建筑，所述上层建筑围设在所述甲板的周围和顶面，以保护所述甲板上的设施。7.如权利要求4所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述中心限位柱的上端固定于所述甲板底面的中心点，下端固定于所述空间框架结构最低一榀水平横撑在平面内的交叉会聚点；所述滑轨有四条，在所述中心限位柱的柱面相邻90度设置；优选地，所述中心限位柱为空心圆钢管。8.如权利要求4或7所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述发电浮子包括浮子主体和桁架，所述浮子主体的中心为一空心柱形竖井，所述中心限位柱位于所述空心柱形竖井内，所述浮子主体的内腔用于容纳可变水体，所述桁架连接于所述浮子主体的顶部，所述齿条设置在所述桁架上；优选地，所述浮子主体为截顶倒锥形；优选地，所述浮子主体的底部与所述中心限位柱的底部之间通过可伸缩连接件密封连接；优选地，所述浮子主体的内腔可容纳水的质量为所述发电浮子自重的多倍。9.如权利要求8所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述滚轮有三组，分别置于所述发电浮子的三个高程，其中，最上面高程的一组滚轮置于所述桁架上，下面两个高程的两组滚轮设置在所述空心柱形竖井的壁上。10.如权利要求8所述的感知调频的重力势波浪能发电装置，其特征在于：所述两组发电机均被配置为在齿轮顺时针或逆时针转动驱动时发电，且在所述发电浮子上升或下降时，所述两组发电机连接的相应齿轮的转向相反，使得当所述发电浮子上升或下降时，一组发电机发电，另一组发电机不发电；优选地，所述发电机有两台，一台发电机为一组，对应地，所述桁架有两个，一个桁架上的齿条对应啮合一台发电机上的齿轮。

技术总结
本发明提供了一种感知调频的重力势波浪能发电装置，包括支撑系统、发电系统和感知调频系统；所述支撑系统与海底固定连接以用于支撑所述发电系统和所述感知调频系统，所述发电系统用于重力势波浪能驱动其发电并部分供电给所述感知调频系统使用，所述发电系统包括发电浮子，所述发电浮子在所述支撑系统中做升沉运动，所述感知调频系统用于根据海域的波浪卓越周期变化而调整所述发电浮子的固有周期以最大化所述发电浮子的升沉位移幅值，达到提高发电效率的目的。本发明适用性广，发电效率高，安全性高，可靠性高，各系统之间相互干涉小，维修简便且成本低，发电装置在风暴等环境下依然可以工作，非常适合中浅水海域的波浪能发电。非常适合中浅水海域的波浪能发电。非常适合中浅水海域的波浪能发电。


技术研发人员：郑向远 赵梦洋 丁庆勇 张昱旸 王文波 朱刚
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/9