[发明专利]用于波浪能发电的涵道式水轮机发电系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种适用于波浪能的发电系统。

背景技术

随着社会经济的增速发展必然导致对能量需求的增速，对电力需求的增加尤其明显。

现有的发电方式主要包括火力发电、水电、核电等等，由于水电和核电的开发会受到许多客观条件的限制，在整个社会的发电量中的比例还比较小，火力发电在中国占有了80%以上的份额。由于火力发电需要消耗大量的化石燃料，同时排放大量的二氧化碳，导致环境污染严重。

地球上化石燃料在不远的将来就会枯竭，人们必须尽快发展新的、清洁的、可再生的替代能源，以维持人类社会可持续发展及环保要求的需要。在这种背景之下，人们将注意力转向了风能和海洋能。海洋能蕴含在海洋的洋流和波浪之中，其中将波浪能转化为电能是一种非常有利用价值的清洁能源。因为波浪本身无处不在，而且蕴含丰富的能量，是一种取之不尽，用之不竭的能量来源。

目前，波浪能发电装置通常采用的方式有以下几种：

1、将波浪能转化为液压能，推动与发电机相连接的涡轮机转动，进而使发电机转动发电。例如苏格兰Pelamis波浪能公司的水蛇波浪能发电设备和美国海洋能技术（OPT）公司的OPT波浪能发电装置。但是采用该结构的波浪能发电装置设计相对比较复杂、造价高和维护成本较高，与目前占统治地位的火力发电和水力发电相比还是没有成本优势。

2、将波浪能转化为流动的压缩空气，推动汽轮机转动，进而使发电机转动发电，即所谓振荡水柱式发电。这种发电设施主要以岸式为主，其结构简单，性能可靠，维护成本低。但其能量转化的效率比较低，建造受地理位置的限制大，不利于推广。海上漂浮式振荡水柱发电设备以日本已经实际运用的巨鲸最为典型，它避免了岸式设施的地理限制，但是其造价相对较高，与火电、水电相比仍然没有成本优势。

3、将波浪能转化为机械能，直接推动发电机转动发电。这种方式从理论上讲因其没有能量传输形式上的多次转化，避免了转化过程中的能量损失，其能量转化率也高于前面两种形式的波浪能发电装置。但是由于波浪运动的复杂性以及极端天气造成的巨浪等对装置的冲击，大大降低了这种系统的可靠性，使得这种波浪能发电装置难以应付极端的海洋状况，所以至今还没有完整成熟的设备应用。

直接利用海水冲击水轮机发电是一个理论上比较理想的方式，可以减少能量吸收及传输的中间环节，提高波浪能的利用率。通常的方式有利用波浪推动液压泵或者活塞将海水注入岸边的蓄水池中，利用形成的落差，利用水轮机发电。或者利用收缩水道的方式将波浪引入较高的地方，同样形成落差，利用水轮机发电。前面这两种方式的缺点是波浪能的收集在离岸很近的地方，受地理位置的影响比较大。

世界各国经过了在利用波浪能发电的多年的研究和实践后，都认识到“直接驱动”这个概念的重要性，也就是说要减少波浪能发电技术中能量转换的中间环节，才能有效提高发电效率和发电设备的可靠性。

波浪能发电是利用波浪的上下起伏而传给发电装置能量，有多种方式可以利用波浪推动海水流经水轮机，其中一种方式就是将轴流式水轮机连接在海上的漂浮式发电装置上，海水直接与水轮机接触，漂浮式发电装置借波浪上下运动的能量，挤压海水冲击水轮机转动，从而带动发电机发电，这是一种最直接的利用波浪发电的情况。

中国专利文献CN103939270公开了一种点吸收波浪能发电装置，是通过挤压海水，冲击在涵道中的水轮机发电，实现了波浪的直接驱动发电。但是，波浪的运动是一种往复运动，这种情况下流经水轮机的海水也是一种往返的运动过程，相对于水轮机轴向，水流的方向在不断改变。如果采用固定桨水轮机，水流的往复运动会引起水轮机的往复转动，那么整个发电系统也会始终处于起动-停止-再起动的不断交替的运动方式之中，大量的能量会消耗在克服系统的运动惯性上。

为了克服这种缺点，我们设计了一种可转桨水轮机与外转子盘式发电机匹配的发电系统，在水流方向发生变化时也能维持一个固定的转动方向，外转子盘式发电机被设计为兼具飞轮的作用，将这种发电系统放置在海水流经的涵道中，不管水流从上下哪一个方向流经水轮机时，由于桨叶的偏转，水流对水轮机的推动力方向保持不变，同时由于发电机兼具飞轮的性质，这一系统就可以维持一个恒定的转动方向和相对稳定的转动速度，达到提高波浪能发电效率的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种涵道式水轮机发电系统，尤其适合用于有海水流经的波浪能发电装置，起到恒定发电机转速和转动方向的作用。

为实现本发明上述目的而采用的技术方案是：