[发明专利]一种窄缝聚波式高效波浪能吸收装置

说明书

本发明属于海洋能源利用领域，尤其涉及一种窄缝聚波式高效波浪能吸收装置，用于波高较小的低品位波浪能的转换。主要结构包括竖直壁面、聚波浮体、振荡浮子、拉绳、滑轮、定位杆、支撑结构及发电设备等。两组竖直壁面组成收缩波道，波道收缩端与窄缝聚波浮体的前端连接，用于波浪能的聚集。聚波浮体的中间位置有一条沿波浪传播方向狭窄的长方体窄缝，并通过窄缝共振原理进一步提升聚集窄缝内的波浪能。在窄缝中垂荡运动的振荡浮子通过拉绳拖动发电设备发电。本发明原理新颖、结构简单、建造陈本低、适应范围广，能够有效提升波浪能转换的经济性和高效性，实现资源利用价值较低的低品位可再生能源的充分、经济、高效利用。

技术领域

本发明属于海洋能源利用与可再生能源发电技术领域，尤其涉及一种窄缝聚波式高效波浪能吸收装置。

背景技术

波浪能是一种极具前途的清洁可再生能源，具有能量品质好、储藏量大、分布广泛的优点，它的开发利用对于推进可持续发展、海洋资源开发等具有重要意义，在中国，对波浪能的开发利用已经列入了国家能源发展战略，具有广阔的发展前景。

现有的离岸式波浪能利用技术可以分为点吸收式和线吸收式两类，点吸收式波浪能转换装置主要是通过浮体在波浪中的垂荡运动产生的位移或相对位移变化，通过PTO（Power Take-off，能量提取）阻尼将浮体运动的机械能转换为液压能或电磁能，再经过蓄能器等能量储存、传输单元，最终驱动发电机进行发电，或者通过其他设备制造淡水或制冰等。该类装置主要包括振荡浮子式、振荡水柱式等具体类型。线吸收式波浪能转换装置则能够吸收沿着波浪传播线一定距离的波浪能，如著名的英国“Pelamis”式装置即属于该类型。该装置由多组铰接筏体组成，筏体在波浪的激励下运动，相邻筏体之间的（角）位移变化，筏体运动的机械能通过安装于相邻筏体之间的PTO阻尼机构进行提取。除此之外，合理利用沿岸地形，将波浪的动能转换为势能，进而利用海水头压差发电的越浪式装置也是一个重要类型。

上述的波浪能转换装置具有很好的能量转化效果，但一般在波高较大时，才能获得较好的波浪能转换效果；与欧洲、北美等海域波况相比（波高为2.0m-6.0m），中国近海大部分海域波高偏小（0.5m-3.0m），波浪能能流密度较低，致使现有的波浪能转换装置难以高效率的直接利用，综合利用成本较高，甚至造成部分分散的、低品位波浪能资源被浪费。

根据窄缝内流体的水动力相应理论，当波浪入射频率与浮体间窄缝内限制水体的固有频率接近时，窄缝内的水体会产生水动力共振。这种共振现象会使得窄缝内的波高达到入射波高的数倍。采用该方法，能够有效的将波高较小的低能流密度的波浪聚集起来，从而解决波浪波高过小的问题，更节约、充分、高效的利用波浪能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种窄缝聚波式高效波浪能吸收装置，该系统结构简单、可提升对波浪能的利用效率，用以解决现有波浪能转换装置难以高效利用波高较小的低品位波浪能资源的问题。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种窄缝聚波式高效波浪能吸收装置，用于波高较小的分散的、低品位波浪能的高效吸收利用，该系统为一独立的海上发电单元，主要结构包括竖直壁面、聚波浮体、振荡浮子、拉绳、滑轮、定位杆、支撑结构、锚系及发电设备等。

根据入射波浪的状况，调节组成收缩波道的竖直壁面的角度，使入射波浪通过收缩波道后波高增大，波浪能聚集。波高增大后的波浪进入聚波浮体，与窄缝内水体产生水动力相互作用，窄缝内水体波高增加，波浪能进一步聚集，特别是当窄缝内水体的固有振荡频率与进入浮体的波浪频率接近时，窄缝内水体产生共振，波高大幅度增大，波浪能得到最大程度的聚集。振荡浮子在窄缝内波浪的激励下做周期性的垂荡运动，将波浪能转换为振荡浮子垂荡运动的机械能。与振荡浮子连接的拉绳通过水上水下两组滑轮拖动发电设备的卷轮旋转，驱动与卷轮同轴的永磁体磁极绕定子线圈旋转实现发电。其中，分别与振荡浮子上部和下部连接为一体的定位杆穿过支撑结构上的定位孔，以确保振荡浮子时刻相对于窄缝做垂荡运动。