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CN1862008A - 惯性储能波浪发电装置 - Google Patents

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CN1862008A CNA2006102005698A CN200610200569A CN1862008A CN 1862008 A CN1862008 A CN 1862008A CN A2006102005698 A CNA2006102005698 A CN A2006102005698A CN 200610200569 A CN200610200569 A CN 200610200569A CN 1862008 A CN1862008 A CN 1862008A
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Abstract

本发明公开了一种惯性储能波浪发电装置，它由机房及重力浮子室系统(1)、棘轮驱动系统(2)、一级储能变速系统(3)、二级变速储能系统(4)、发电系统(5)、输配电系统(6)构成，在机房及重力浮子室系统(1)中设有重力浮子(7)，重力浮子(7)装在导轨(8)上并通过牵引绳(9)与棘轮驱动系统(2)的滚筒(10)相连，滚筒(10)连接主动棘轮(11)，主动棘轮(11)与一级储能变速系统(3)的棘轮从动轮(12)连接，棘轮从动轮(12)连接储能飞轮(13)，储能飞轮(13)与二级变速储能系统(4)的二级飞轮(14)相连接，二级飞轮(14)连接发电系统(5)的发电机(16)，发电机(16)连接输配电系统(6)；本发明具有转换效率高、电能输出稳定且结构简单、单位投资小、运行安全可靠等优点，促进了波浪发电的开发利用。

Description

惯性储能波浪发电装置
技术领域：
本发明涉及一种波浪能发电装置，尤其是一种惯性储能波浪发电装置。
背景技术：
波浪能是一种可再生的清洁能源，目前已经研究开发比较成熟的波浪发电装置基本上有三种类型，一是振荡水拄型，即用一个容积固定的、与海水相通的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化引起容器内的空间容积发生变化，压缩容器内的空气(中间介质)，用压缩空气驱动叶轮，带动发电装置发电；中科院广州能源研究所在广东汕尾建成的100KW波浪发电站(固定岸式)，日本海明发电船(浮式)以及航标灯式波力装置都是属于这种类型；二是机械型，即利用波浪的运动推动装置的活动部分——鸭体、筏体、浮子等，活动部分压缩(驱动)油、水等中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电；三是水流型，即利用收缩水道将波浪引入高位水库形成水位差(水头)，利用水头直接驱动水轮发电机组发电。这三种类型各有优缺点，但有一个共同的问题是波浪能转换成电能的中间环节多，转换效率较低，而且发电装置受波浪影响较大，电力输出波动性大，这也是影响波浪发电大规模开发利用的主要原因之一。
发明内容：
本发明的目的在于：提供一种转换效率高、电能稳定且结构简单、单位投资小的惯性储能波浪发电装置，以解决现有技术存在的问题，促进波浪发电的开发利用。
本发明是这样实现的：它由机房及重力浮子室系统、棘轮驱动系统、一级储能变速系统、二级变速储能系统、发电系统、输配电系统构成，在机房及重力浮子室系统中设有重力浮子，重力浮子装在导轨上并通过牵引绳与棘轮驱动系统的滚筒相连，滚筒连接主动棘轮，主动棘轮与一级储能变速系统的棘轮从动轮连接，棘轮从动轮连接储能飞轮，储能飞轮与二级变速储能系统的二级飞轮相连接，二级飞轮连接发电系统的发电机，发电机连接输配电系统。
在机房及重力浮子室系统中还设有引波堤及机房。
在一级储能变速系统中还设有变速器，变速器的动力输入端连接储能飞轮，变速器的动力输出端连接二级飞轮。
在二级变速储能系统中还设有离合器以及皮带轮，二级飞轮连接离合器，离合器连接皮带轮，皮带轮连接发电系统的发电机。
输配电系统由变压器、配电柜、输电线路组成，变压器与发电机相连。
在机房及重力浮子室系统中还设有由重力浮子限位器、自动仓门开启机构、重力浮子复位机构组成的防灾害系统。
在输配电系统中还设有由整流逆变器、蓄电池、控制柜组成的富余能源储存系统。
本发明通过重力浮子直接将波浪的势能变成动能，驱动发电机直接发电，而不须经过中间介质(水或油)进行转换，能量转换的中间环节少，结构简单，系统效率高；并且本发明利用储能飞轮的惯性储能作用减少波浪势能的波动对发电装置的影响，使装置能比较平稳地输出电能，电力输出波动小，运行过程中消耗小，维护简单；而且本装置设计了可靠的防灾害系统，可保证设备的安全可靠运行。
另外，本发明还具有单位投资小，运行费用低的优点。经测算，每千瓦单位投资约一万到一万五千元左右，与水电站投资接近，比风力发电投资低。其规模可大可小，数千瓦至数千千瓦均可独立运行。特别适合偏远海岸及海岛的独立供电系统。为了减少对矿物能源的依赖和对环境的破坏，也可在波浪能富集的沿海海岸建设兆瓦级的波浪储能发电站电能进入当地电网，还可在建设海港、码头设施时，同时建设本发明的波浪储能发电站，既节省建设投资，又可提供电力，社会及经济效益都能得到较好的发挥。本装置加装自动控制系统后还可实现无人值守及远程控制，无需大量的消耗材料，运行费用低。
附图说明：
附图1为本发明的系统组成原理图；
附图2为本发明的工作原理示意图。
具体实施方式：
本发明的实施例：如附图1所示，本发明由机房及重力浮子室系统1、棘轮驱动系统2、一级储能变速系统3、二级变速储能系统4、发电系统5与输配电系统6构成，其中机房及重力浮子室系统1由引波堤、机房基础、机房及浮子室等组成，其中引波堤起引导波浪的作用，在机房及重力浮子室系统1的浮子室中设有重力浮子7和导轨8，重力浮子7装在导轨8上，重力浮子7可在波浪的推动下沿导轨8作上下垂直运动；棘轮驱动系统2由牵引绳9、滚筒10、主动棘轮11等组成；一级储能变速系统3由储能飞轮13及棘轮从动轮12、变速器15等组成；二级变速储能系统4由二级飞轮14、离合器、离合器操作机构及大、小皮带轮等组成；发电系统5由发电机16等组成；输配电系统6由变压器、配电柜、输电线路等组成。重力浮子7通过牵引绳9与滚筒10相连，牵引绳9采用钢丝绳，滚筒10连接主动棘轮11，主动棘轮11连接棘轮从动轮12，棘轮从动轮12连接储能飞轮13，储能飞轮13连接变速器15的动力输入端，变速器15的动力输出端连接二级飞轮14，二级飞轮14连接离合器，离合器连接大、小皮带轮，大、小皮带轮连接发电机16，发电机16连接输配电系统6的变压器。
其中棘轮驱动系统2主要将重力浮子7的垂直直线运动转变为滚筒10的圆周运动，驱动储能飞轮13旋转；由于采用钢丝绳作为软牵引传动，较好地解决了潮汐引起的海水平面的潮位变化，使重力浮子7的间隙性直线运动产生的动力变为连续的旋转运动。一级储能变速系统3主要将主动棘轮11传递来的动力利用储能飞轮13的惯性储存，经变速器15提高转速后，传递给二级变速储能系统4，驱动二级变速储能系统4的二级飞轮14旋转；二级变速储能系统4起提高转速，增加储能的作用，使发电机16平稳启动，最终转速符合发电机16的工况要求；发电系统5实现最终的能量转换，将波浪能转变为电能；输配电系统6将产生的电能供给最终用户。
本发明的工作原理如附图2所示，在一个波浪周期中，在浮子室内的水面向上波动时产生的浮力将具有一定质量的重力浮子7托起产生位能，达到波峰时位能达到最大值；当水面向下运动时，浮力消失，由于地心引力的作用，重力浮子7向下运动做功，到达波谷底部时，重力浮子7做功结束。该做功过程通过牵引绳9驱动滚筒10转动，滚筒10通过主动棘轮11和棘轮从动轮12带动储能飞轮13旋转，从而将重力浮子7的上下运动变为储能飞轮13的旋转运动并将大部分势能储存在储能飞轮13的旋转运动中；当进入下一波浪周期后，又将重力浮子7抬起至波峰，形成最大的位能，开始下一轮做功。在水面将浮子室托起不能直接做功的半个周期内，由于储能飞轮13的惯性储能作用，对不做功这一时段进行补偿，保持储能飞轮13的基本匀速旋转，虽然由于发电机磁场、机械传动的阻力使飞轮的旋转转速约有降低，但是因为半个波浪周期时间很短(一般为2～4秒)，很快被下一周期重力浮子7的做功来恢复储能飞轮13的旋转势能，然后经变速器15将转速提高后，传递给二级变速储能系统4，通过二级变速储能系统4的二级飞轮14带动发电机16转动，直接将波浪能转换成电能。
为了保障设备的可靠、安全运行，在机房及重力浮子室系统1中还设有由重力浮子限位器、自动仓门开启机构、重力浮子复位机构等组成的防灾害系统，遇有台风等灾害性气候，波高超过设定值时，使重力浮子7自动沉入水底，躲避灾害性气候的破坏，当灾害性气候过去后，通过重力浮子复位机构恢复运行。
另外，本发明在输配电系统6中还设有由整流逆变器、蓄电池、控制柜等组成的富余能源储存系统，将用电低谷时多余的电能通过整流后给蓄电池充电，到用电高峰时再通过整流逆变器转变为交流电，增加供电能力。
本发明还可通过加装自动控制系统，对波浪储能发电装置进行远距离监控和远程控制。

Claims (7)

1.一种惯性储能波浪发电装置，它由机房及重力浮子室系统(1)、棘轮驱动系统(2)、一级储能变速系统(3)、二级变速储能系统(4)、发电系统(5)、输配电系统(6)构成，其特征在于：在机房及重力浮子室系统(1)中设有重力浮子(7)，重力浮子(7)装在导轨(8)上并通过牵引绳(9)与棘轮驱动系统(2)的滚筒(10)相连，滚筒(10)连接主动棘轮(11)，主动棘轮(11)与一级储能变速系统(3)的棘轮从动轮(12)连接，棘轮从动轮(12)连接储能飞轮(13)，储能飞轮(13)与二级变速储能系统(4)的二级飞轮(14)相连接，二级飞轮(14)连接发电系统(5)的发电机(16)，发电机(16)连接输配电系统(6)。
2.根据权利要求1所述的惯性储能波浪发电装置，其特征在于：在机房及重力浮子室系统(1)中还设有引波堤及机房。
3.根据权利要求1所述的惯性储能波浪发电装置，其特征在于：在一级储能变速系统(3)中还设有变速器(15)，变速器(15)的动力输入端连接储能飞轮(13)，变速器(15)的动力输出端连接二级飞轮(14)。
4.根据权利要求1所述的惯性储能波浪发电装置，其特征在于：在二级变速储能系统(4)中还设有离合器以及皮带轮，二级飞轮(14)连接离合器，离合器连接皮带轮，皮带轮连接发电系统(5)的发电机(16)。
5.根据权利要求1所述的惯性储能波浪发电装置，其特征在于：输配电系统(6)由变压器、配电柜、输电线路组成，变压器与发电机(16)相连。
6.根据权利要求1所述的惯性储能波浪发电装置，其特征在于：在机房及重力浮子室系统(1)中还设有由重力浮子限位器、自动仓门开启机构、重力浮子复位机构组成的防灾害系统。
7.根据权利要求1或5所述的惯性储能波浪发电装置，其特征在于：在输配电系统(6)中还设有由整流逆变器、蓄电池、控制柜组成的富余能源储存系统。
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