本發(fā)明屬于港口水工建筑物綜合利用領(lǐng)域，特別涉及了一種防波堤裝置。

背景技術(shù)：

隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源需求不斷增加，石油、煤炭等不可再生資源加速減少。根據(jù)美國能源信息署2010年的報告：世界能源需求量年均增長1.4％，到2030年的能源需求預(yù)計是1990年的兩倍。大量消耗的傳統(tǒng)資源導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境問題。數(shù)據(jù)顯示，源自化石燃料的排放占全球溫室氣體排放量的三分之二，是迄今為止對氣候變化影響最大的因素。因此，人們迫切需要找到新的清潔能源。面對能源危機，人們把目光放向了海洋。海洋面積占地球總面積的71% ，蘊含著巨大的能量，包括潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海洋鹽差能和海流能等，其中海洋波浪能儲量巨大，全球可開發(fā)的波浪能年儲量可達 2 TW。和其他海洋能資源相比，波浪能具有著以下優(yōu)點：以機械能形式出現(xiàn)，是海洋能中品質(zhì)較好的能量；能流密度最大；可以通過較小的裝置實現(xiàn)其利用；波浪能裝置可在已有設(shè)施及工程的基礎(chǔ)上進行建設(shè)安裝，能夠降低建設(shè)成本，實現(xiàn)功能的多元化。

防波堤作為港口工程中重要的水工建筑物，其主要作用是為港區(qū)提供良好的泊穩(wěn)條件，利于船舶裝卸作業(yè)。隨著港口工程技術(shù)發(fā)展，防波堤結(jié)構(gòu)形式日趨成熟；然而，目前在海洋波浪能開發(fā)領(lǐng)域里，與海岸工程相結(jié)合方面的波浪能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用比較缺乏，大多是單一的波浪能發(fā)電裝置，存在利用途徑單一且利用率低的不足。而目前國內(nèi)外水工建筑物發(fā)展的動向，具有從單一功能到綜合利用的趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種自發(fā)電式的防波堤裝置及其發(fā)電方法，彌補傳統(tǒng)水工建筑物用途單一的不足，將發(fā)電裝置與防波堤相結(jié)合，使其具有阻浪、發(fā)電的功能。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種自發(fā)電式的防波堤裝置，包括樁基式半圓形防波堤，該樁基式半圓形防波堤包括半圓形拱圈和隔板，所述半圓形拱圈的開口朝下，隔板豎直設(shè)置在半圓形拱圈的中間，隔板的上端與半圓形拱圈的頂點連接，隔板的下端與半圓形拱圈開口的兩端齊平，從而將半圓形拱圈的內(nèi)部空間平均分隔成兩個內(nèi)腔；其中一個內(nèi)腔位于防波提的陸域側(cè)，在該內(nèi)腔的開口處設(shè)置底板，則半圓形拱圈、隔板和底板圍合成密閉的發(fā)電裝置室；另一個內(nèi)腔位于防波堤的迎浪側(cè)，在該內(nèi)腔中，海面始終不能低于半圓形拱圈的開口端，從而保證半圓形拱圈、隔板和海面始終圍合成密閉的捕能氣室；隔板的上端開有氣流通道，在氣流通道內(nèi)垂直于氣流方向設(shè)置雙向的空氣透平，在發(fā)電裝置室內(nèi)設(shè)置發(fā)電機組，該發(fā)電機組通過聯(lián)軸器與空氣透平連接。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，發(fā)電裝置室下方的底板的一端與隔板下端連接，底板的另一端與半圓形拱圈開口陸域側(cè)的一端連接，底板與隔板連接處安設(shè)直樁，底板與半圓形拱圈開口陸域側(cè)的一端連接處安設(shè)叉樁，半圓形拱圈開口迎浪側(cè)的一端安設(shè)直樁，通過直樁、叉樁來支撐半圓形防波堤。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，在發(fā)電裝置室上方的半圓形拱圈上設(shè)置若干氣流交換口。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，當(dāng)海面處于波峰時，海面高度低于隔板上端氣流通道的高度。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述空氣透平的類型為薩窩紐斯式透平、威爾斯式透平或沖擊式透平。

基于上述防波堤裝置的發(fā)電方法，包括以下步驟：

（1）起伏的波浪在防波堤迎浪側(cè)的內(nèi)腔中形成振蕩水柱，振蕩水柱引起捕能氣室內(nèi)的壓強發(fā)生變化，在隔板兩側(cè)變化壓強差的作用下，隔板上部的氣流通道中形成一維方向的流動氣流，波浪能成功捕獲并轉(zhuǎn)化為空氣動能；

（2）海面處于波峰狀態(tài)時，迎浪側(cè)內(nèi)腔中水柱上升，捕能氣室壓強增大，隔板迎浪側(cè)氣壓高于陸域側(cè)氣壓，形成正向流動的氣流驅(qū)動空氣透平運轉(zhuǎn)；海面處于波谷狀態(tài)時，迎浪側(cè)內(nèi)腔中水柱下降，捕能氣室壓強減小，隔板迎浪側(cè)氣壓低于陸域側(cè)氣壓，形成負向流動氣流驅(qū)動空氣透平運轉(zhuǎn)；

（3）運轉(zhuǎn)的空氣透平通過聯(lián)軸器驅(qū)動發(fā)電機組工作，從而將空氣透平的動能通過發(fā)電機組轉(zhuǎn)化為電能。

采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：

本發(fā)明將振蕩水柱式發(fā)電裝置與樁基式半圓型防波堤相結(jié)合，實現(xiàn)了水工建筑物的綜合利用，方法簡單易行、維護成本較低，具有優(yōu)異的耐久性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明將振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置設(shè)置在防波堤上，其發(fā)電機組部分設(shè)置在陸域側(cè)的發(fā)電裝置室中，空氣透平設(shè)置在隔板上部，避免了核心裝置與海水的直接接觸，可解決現(xiàn)有技術(shù)中波浪能利用裝置廣泛存在的海水腐蝕問題，提高裝置核心部件的安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中空氣透平的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明在波峰狀態(tài)下捕獲波浪能的示意圖。

圖4是本發(fā)明在波谷狀態(tài)下捕獲波浪能的示意圖。

標(biāo)號說明：1、樁基式半圓型防波堤；2、捕能氣室；3、空氣透平；4、發(fā)電裝置室；5、海面；11、半圓形拱圈；12、隔板；13、底板；14、叉樁；15、直樁；16、氣流交換口；31、氣流通道。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。

如圖1所示，一種自發(fā)電式的防波堤裝置，包括樁基式半圓形防波堤1，該樁基式半圓形防波堤1包括半圓形拱圈11和隔板12，所述半圓形拱圈11的開口朝下，隔板12豎直設(shè)置在半圓形拱圈11的中間，隔板12的上端與半圓形拱圈11的頂點連接，隔板12的下端與半圓形拱圈11開口的兩端齊平，從而將半圓形拱圈11的內(nèi)部空間平均分隔成兩個內(nèi)腔。其中一個內(nèi)腔位于防波提的陸域側(cè)，在該內(nèi)腔的開口處設(shè)置底板13，則半圓形拱圈11、隔板12和底板13圍合成密閉的發(fā)電裝置室4。另一個內(nèi)腔位于防波堤的迎浪側(cè)，在該內(nèi)腔中，海面5始終不能低于半圓形拱圈11的開口端，從而保證半圓形拱圈11、隔板12和海面5始終圍合成密閉的捕能氣室2。如圖2所示，隔板12的上端開有氣流通道31，在氣流通道內(nèi)垂直于氣流方向設(shè)置雙向的空氣透平3，在發(fā)電裝置室4內(nèi)設(shè)置發(fā)電機組，該發(fā)電機組通過聯(lián)軸器與空氣透平3連接。底板13與半圓形拱圈11和隔板12緊密結(jié)合，能夠隔絕海水，給發(fā)電機組提供一個干燥、穩(wěn)定的工作條件。

在本實施例中，底板13與隔板12連接處安設(shè)直樁15，底板13與半圓形拱圈11開口陸域側(cè)的一端連接處安設(shè)叉樁14，半圓形拱圈11開口迎浪側(cè)的一端安設(shè)直樁15，通過直樁15、叉樁14來支撐半圓形防波堤。本發(fā)明采用樁基式半圓型防波堤，該類型防波堤有著結(jié)構(gòu)合理、受波浪作用力小、施工工序少和施工簡便進度快等諸多優(yōu)點。

在本實施例中，在發(fā)電裝置室上方的半圓形拱圈上設(shè)置若干氣流交換口16，用于防波堤內(nèi)外氣體交換，平衡防波堤的內(nèi)外壓強差。

在本實施例中，當(dāng)海面處于波峰時，海面高度低于隔板12上端氣流通道31的高度，避免海水與空氣透平3接觸，造成腐蝕。

在本實施例中，空氣透平3的類型可以為薩窩紐斯式透平、威爾斯式透平或者沖擊式透平。

本發(fā)明還提出了基于上述防波堤裝置的發(fā)電方法，步驟如下：

步驟1、捕獲波浪能：

起伏的波浪在防波堤迎浪側(cè)的內(nèi)腔中形成振蕩水柱，振蕩水柱引起捕能氣室內(nèi)的壓強發(fā)生變化，在隔板兩側(cè)變化壓強差的作用下，隔板上部的氣流通道中形成一維方向的流動氣流，波浪能成功捕獲并轉(zhuǎn)化為空氣動能；

步驟2、捕獲空氣能：

如圖3所示，海面處于波峰狀態(tài)時，迎浪側(cè)內(nèi)腔中水柱上升，捕能氣室壓強增大，隔板迎浪側(cè)氣壓高于陸域側(cè)氣壓，形成正向流動的氣流驅(qū)動空氣透平運轉(zhuǎn)。如圖4所示，海面處于波谷狀態(tài)時，迎浪側(cè)內(nèi)腔中水柱下降，捕能氣室壓強減小，隔板迎浪側(cè)氣壓低于陸域側(cè)氣壓，形成負向流動氣流驅(qū)動空氣透平運轉(zhuǎn)。

步驟3、實現(xiàn)發(fā)電：

運轉(zhuǎn)的空氣透平通過聯(lián)軸器驅(qū)動發(fā)電機組工作，從而將空氣透平的動能通過發(fā)電機組轉(zhuǎn)化為電能。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。