[发明专利]海浪能转化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于获取波浪能的装置的新设计，通过该装置，波浪中所含有的机械能可被转化为可利用的能量形式。

更具体地说，本发明涉及一种装置，借由该装置，可以利用沿着固定漂浮结构的多个点上的波浪运动的水平振荡分量而获取波浪能。由于本装置的特别设计，其建设和初置成本很低，从而可以十分划算地获取波浪能。

由于初置成本很低，此处所述的该类型装置甚至可被使用到海岸附近的区域和内陆水域，而在这些地方的波浪形式和大小和通常情况下并不允许安装商业上可以维持的波浪能发电机。此处所述的装置的另一个用途是可用于海岸保护。由于本装置耗尽了波浪的动能，当波浪到达海岸时，此类装置的安装对波浪具有阻力作用。

此处所述的装置的另一个优点在于，它很少或根本不会可视地暴露在其所运行的环境中。其原因在于该装置运行时完全或部分地潜入水中，从而保持其可视轮廓位置很低。

此处所述的装置的另一个优点在于，它由多个独立工作的小单元组成，从而如果有些部件出了问题，其在功能上并不要紧。即使有部件出了问题，该设备仍然会工作，只是其效果会有轻微的降低。而这些有问题的部件可在适当的时候逐个地给予维修或替换。

背景技术

多年来，有很多的装置和方法被提出，以从波浪获取动能或势能并将该能量转化为可用的形式，如机械能、电能或热能。

在从表面观察波浪时，很容易产生错觉，认为波浪是水柱体在垂直方向振荡而不存在水平方向的运动。

然而，如果将波浪运动投影到垂直波浪的传播方向的垂直方向上，可发现波浪运动不是一维而是二维运动。这可以比如通过观察漂浮在具有波浪的水面上的物体的运动模式而看出。如果将漂浮物体的运动记录下来，很明显其记载的是循环运动，垂直于水的表面并与波浪的传播方向平行。

如果对波浪在与其传播方向垂直的垂直方向上的运动能进行测量，将发现在这个方向的平均动能等同于因为波浪的波峰和波谷之间的差距而产生的波浪势能。

因此，在波浪运动中存在着动能和势能之间的恒定的转换，非常类似于存在于钟摆振荡运动中的动能和势能之间的转换。

文献中记载了众多不同的波浪发电装置方案。

在文献中，最常见的装置类型安装有系留浮子，该浮子用于利用波峰和波谷之间的高度差。可以将美国专利US870706作为此类装置的例子，在该装置中，众多的浮子在水表面高度变化的驱动下上下运动。

有一种与上述的运行模式相当的装置被运用于欧洲专利申请EP1045138A2中，其中，波浪能被用于对管子加压，并且被加压的水流从该管子中被排出。

美国专利US5347186记载了一种利用点状浮子直接获取电能的方法。该专利涉及利用具有可移动磁体的线性发电机产生电能。如果发电机沿着磁体的运动方向加速，上述磁体将在发电机内部移动，从而可被用于产生电能。如果将一个或多个此类发电机安放到浮子上，这些发电机将因为浮子的连续运动而持续地产生电能。虽然可以很容易地将这类发电机安装到现有的浮子上并用作发电机的能量来源，这类发电机发的电并不能够回收浮子的安装费用。

所有上述装置的重要问题是它们的净发电量与初置成本相比很低。效率低下的原因是这些发电机只能获取与浮子区域相应的区域的能量。由于所利用的浮子比一般的波长要小得多，从而明显限制了每个浮子的最大理论输出量，因为浮子仅仅影响小部分的波浪区域。

虽然装有可垂直移动的浮子的波浪发电系统在直观上易于理解，文献中还记载了利用波浪能的水平分量而非垂直分量的系统。

此类装置的一个最早的例子可见与美国专利US875950，其中，众多水下阻抗构件因为循环的波浪运动的水平分量而被迫来回往复。US875950中的阻抗构件并不自由振荡，因为其运动受到一个或多个泵单元的抑制，所述泵单元由于阻抗构件的受迫运动而迫使海水在压力下进入到收集管中。所述收集管通往涡轮站，在此处，被增压的海水被用于驱动涡轮机。

与美国专利US875950所述原理相关的问题在于，阻抗构件像直立的铰接门一样被悬挂起来。在实践中，这意味着只有一小部分阻抗构件以最佳的速度相对驱动波浪移动，因为靠近旋转中心的部分将相对波浪的水平运动移动太慢，而阻抗构件离铰接点最远的部分将相对波浪的水平运动移动太快。

另外一个使得美国专利US875950所述的装置在实践中无法使用的情形是，波浪运动的水平分量随深度而减小。因此，波浪运动的水平分量在接近阻抗构件所处位置的底部处几乎为零。