專利名稱：搖擺式海浪發(fā)電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)：
目前我們使用的能源大都是太陽能量在地球上億萬年中長期積累的化石能源，是 不可再生能源。由于分布不均、且儲量有限，隨著人類的進(jìn)步和發(fā)展不斷提高對能源的需 求，產(chǎn)生對世界上這些不可再生的能源-化石能源的掠奪性開發(fā)。據(jù)學(xué)者估計(jì)按照目前的 消費(fèi)水平煤的儲量只能夠人類使用220年，天然氣只夠使用60年，而石油的儲量只能夠人 類使用40年。因此人類將不可避免地面臨能源危機(jī)。能源問題正將成為激化世界各國之 間的政治、領(lǐng)土、宗教等各種矛盾并引起的紛爭的最主要原因。另外人類在不斷消耗化石能 源的同時(shí)也不斷地向大氣排放燃燒廢氣C02、S2O3等溫室氣體造成環(huán)境污染。引起酸雨、天 氣變化無常使得有的地方干旱有的地方水災(zāi)等溫室效應(yīng)，森林植被的破壞引起生態(tài)嚴(yán)重的 失衡，海平面上升和各種自然災(zāi)害泛濫。極大的影響了人類生活質(zhì)量、身體健康等甚至直接 威脅到人類生存的問題?；茉磳⑾拇M，氣候正在變壞，人類要生存和發(fā)展最終要尋 找新的清潔能源。這是人類面臨的兩大難題問題有待解決。這也是世界各國大力探索研究 的重要課題。世界除利用不可再生的能源-化石能源發(fā)電外，還有少量的利用可再生的能源。 例如風(fēng)能、太陽能、水能、地?zé)帷⒓俺毕l(fā)電等。由于各地的地理地貌等條件不同和資源特殊 性、資金、技術(shù)等原因而不能廣泛使用。而地球的面積70%以上是海洋，海洋中的潮汐、海 浪是大自然各種能量綜合反映。包括太陽和月亮的引力對地球的作用，地球自轉(zhuǎn)的作用、地 球各地受太陽輻射的偏差上引起海水溫差形成的暖流以及風(fēng)等的作用(俗話說海上無風(fēng) 三尺浪等)。由于海水的密度很高，以海水作為能量傳遞介質(zhì)要比空氣做能量傳遞介質(zhì)來 說要大得多(約832倍)。作為能量載體海浪能的能量密度是可再生能源中最高的，海浪 的量能一般是以每米中具有千瓦(KW/m)。(據(jù)資料在北大西洋近岸平均60kw/m的能量)。 據(jù)世界能源署(IEA)估計(jì)，世界的波浪能功率資源為2TW(2*1012W)，約(1. 75*1013KWh)電度 相當(dāng)于現(xiàn)在世界每年的用電量。海洋是世界上最大的能量轉(zhuǎn)換器和存儲器。僅海浪中就蘊(yùn) 藏了巨大的源源不斷的可再生能源。在人類生活中長時(shí)間的觀察積累大量的經(jīng)驗(yàn)，海浪、潮汐的大小基本上是可預(yù)見 的，加上現(xiàn)代科技完全可以預(yù)測和跟蹤氣候的變化，因此風(fēng)險(xiǎn)大都可以防范。世界上大多數(shù)國家都有很長的海岸線，因此利用海浪來發(fā)電，是非常有潛力的發(fā) 電方法。好好的利用將會給各國帶來永久性的綠色能源。利用海浪發(fā)電它不消耗任何其它 不可再生的能源，也沒有任何有害物質(zhì)排放。廣泛地應(yīng)用會使我們大大的減少對化石能源 的依賴和消耗，同時(shí)也會大大的減少向空中排放有害氣體。因此很好的利用它人類將大大 的受惠于此。雖然海浪是大自然賜予我們的巨大財(cái)富，目前利用海浪發(fā)電的方法很多，影響海 浪發(fā)電發(fā)展主要原因主要是1、能否足夠大盡量的吸收海浪能(有效有效長度)，2、能量轉(zhuǎn)換率，3、有效工作時(shí)間，4、建造和運(yùn)行成本，5、抗風(fēng)險(xiǎn)能力等因素。但由于目前設(shè)計(jì)方法的 原因不可能做得很大和有效工作時(shí)間低，中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的原因造成能量轉(zhuǎn)換率低，投資大 等原因，使得海浪發(fā)電目前還不能投入商業(yè)運(yùn)營。我利用簡單的機(jī)電原理構(gòu)思一種結(jié)構(gòu)能 正反都能吸收海浪能量可全天候工作并帶動(dòng)發(fā)電的方法。簡稱搖擺式海浪發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
海洋中的波動(dòng)是海水的重要運(yùn)動(dòng)和能量傳遞形式之一。從海面到海洋內(nèi)部處處都 可能出現(xiàn)波動(dòng)。波浪能總是以最小的能量消耗的方式從其形成區(qū)傳播開去，因此主要反映 在水面的運(yùn)動(dòng)。波動(dòng)的特點(diǎn)是，在外力的作用下，水質(zhì)點(diǎn)離開其平衡位置做周期性或準(zhǔn)周期 性的運(yùn)動(dòng)(作恢復(fù)平衡的運(yùn)動(dòng))。由于流體的連續(xù)性，必然帶動(dòng)其臨近的質(zhì)點(diǎn)，導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng) 在空間傳播，因此運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間與空間的周期性變化為波動(dòng)的主要特征。實(shí)際上海洋中的波 動(dòng)是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，嚴(yán)格說，它們都不是真正的周期變化。但是，作為最低近似可以把海 洋波動(dòng)看作是簡諧波動(dòng)(正弦波)或簡諧波動(dòng)的疊加。據(jù)我們觀察海浪運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式有 兩種一種波形不斷向前傳播的前進(jìn)波(海灘由于海水變淺波浪能量就會集中浪高變大， 同樣波浪總是以最小的能量消耗的方式從其形成區(qū)傳播開去，在很遠(yuǎn)的距離形成的涌流)。 和在較深的海水中波峰與波谷在固定點(diǎn)不斷升降交替的駐波。駐波的波浪能量有垂直于波浪方向的每平米寬度所通過的能量速率(功率)來表 征，單位lKW/m2，也稱為波浪密度。由于太陽輻射，可以將波浪中大約為lKW/m2，他最終轉(zhuǎn)化 為波浪能的能量級為每米波峰寬度10 100KW，這在可再生能源領(lǐng)域幾乎是最大的能量資 源。理想的波浪功率P近似等于波高H(m)的平方乘以波周期T (s)，單位為KW/m，即ρ = H2T嚴(yán)格表達(dá)式為P= ^^
32π試中，P微功率(w/m) ； P為水的密度(kg/m2) ；g為重力加速度(9. 8m/s2)再深水中，波浪運(yùn)動(dòng)不受海底影響，只有少量的由于水的粘性以及水與空氣的摩 擦(或湍流)引起的損失，因此波浪的能量基本保持不變。長而平滑的浪涌(能量密度大) 可以持續(xù)幾百公里遠(yuǎn)，但短促而陡峭的波浪(能量密度小)則很快地衰落。在深度d小于 1/2波長的水中，靠近海底的水粒子的運(yùn)動(dòng)明顯受阻，由于海底摩擦而損失掉。能量損失機(jī) 理有多種因素造成。在較深海水中由于能量損失小波浪一旦形成，它們就沿著形成的方向 傳播，甚至當(dāng)風(fēng)停止以后波浪仍不停止。這一現(xiàn)象解釋了為什么有時(shí)在平靜的海面上會觀 察到長長的的浪涌。它們可能是幾天前發(fā)生在遠(yuǎn)方的風(fēng)暴的影響。(實(shí)際上海水是以浪的 形式傳遞能量)海浪的波峰高度是漸進(jìn)變化得不會突變，因此更好控制，本專利就是針對在較深 的海水中波峰與波谷在固定點(diǎn)不斷升降交替的駐波特性，利用簡單的機(jī)械原理設(shè)計(jì)了一款 利用一組浮船分別用鉸鏈連接，當(dāng)浮船各自在海浪能和各浮船的自重的相互作用產(chǎn)生相對 位置變形，將此位移利用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的海浪發(fā) 電系統(tǒng)。用若干個(gè)浮船(具有一定的寬度或雙體)，在各船頭尾平臺上，利用相互對稱的斜拉桿做成人字型的鉸鏈。形成長長的相互間可以隨著海浪起伏而上下運(yùn)動(dòng)變形的鏈狀系 統(tǒng)如圖1、2、(每個(gè)浮船內(nèi)是密閉內(nèi)部可以加入一定量的配重)。每個(gè)浮船底部甚至船幫順 著船體平行固定幾塊鐵板它起到了配重、穩(wěn)定、舵的控制作用(可自動(dòng)調(diào)整浮船系統(tǒng)的方 向)。兩船之間的船舷上(近垂直)安裝蝴蝶狀弧形護(hù)板，在大浪時(shí)以減小系統(tǒng)的搖擺同時(shí) 在浪底時(shí)它可以減小船傾斜的速度提高安全性。方案1 ；將本系統(tǒng)通過一個(gè)錨鏈固定在某處海面上，在浪涌或洋流的作用下以錨 鏈為中心自動(dòng)調(diào)節(jié)。因?yàn)檠罅髋c浪涌的運(yùn)動(dòng)方向是一致的，所以它可以自動(dòng)調(diào)整浮船系統(tǒng) 使它始終順著海浪方向防止系統(tǒng)側(cè)面受到?jīng)_擊，同時(shí)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并使得浮船間的偏 擺動(dòng)角度最大提高發(fā)電的能力。本系統(tǒng)在每一條船上都裝一臺發(fā)電機(jī)主要是考慮系統(tǒng)的平 衡、和使系統(tǒng)的各浮船在上下?lián)u擺運(yùn)動(dòng)雙向都能做功。系統(tǒng)的每條船都對稱及平衡，使得浮 船系統(tǒng)在海水中運(yùn)動(dòng)幅度盡量一致，因此每條船的偏擺也一致最大程度地降低風(fēng)險(xiǎn)。各浮船在海浪能和各浮船的重力的相互作用下，隨著海浪各自在海面上不斷地上 下起伏的運(yùn)動(dòng)，使各個(gè)浮船間的位置的變形。使得半圓形的齒輪作搖擺運(yùn)動(dòng)(半圓形齒輪 的一邊與另一條船的支架固定)如圖2、3。通過齒輪和兩組棘輪系統(tǒng)的傳遞將船的搖擺運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)化為同一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，(由于棘輪是單方向工作的在鏈輪不受力時(shí)用離合器將 鏈輪與系統(tǒng)脫離方便檢修)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。為了使發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的需要加裝 一個(gè)飛輪儲能使系統(tǒng)相對穩(wěn)定，同時(shí)還可以在發(fā)電機(jī)與飛輪之間加一套滑差離合器，根據(jù) 轉(zhuǎn)速反饋控制滑差離合器的勵(lì)磁改變滑差率實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速。本系統(tǒng)在機(jī)械方面；每條船的船頭船尾分別都裝有兩組棘輪傳動(dòng)系統(tǒng)，使得船在 搖擺中的上下運(yùn)行時(shí)都能做功。同時(shí)由于船頭船尾的棘輪傳動(dòng)系統(tǒng)可以分別交替的驅(qū)動(dòng)同 一臺發(fā)電機(jī)發(fā)電(頭尾出力可相互補(bǔ)償)加上飛輪儲能。不但可以最大程度地吸收海浪能， 同時(shí)大大的減少發(fā)電機(jī)速度的變化。電器方面；本系統(tǒng)將各臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行?？上嗷パa(bǔ)償加上滑差離合器、負(fù)荷控制 的配合運(yùn)用將大大改善供電質(zhì)量。同時(shí)參照風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)及控 制方式，控制好系統(tǒng)各項(xiàng)輸出，就可以很好的控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保發(fā)電質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)集中 自動(dòng)控制。加上本系統(tǒng)工作在常溫下、沒有中間環(huán)節(jié)損耗且以齒輪直接傳遞能量(不會打 滑)因此工作效率最高。并網(wǎng)由于系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)都采用滑差離合器做軟連接，因此系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)可以逐 一并網(wǎng)發(fā)電。如圖4先選擇一臺發(fā)電機(jī)(例如Fl)逐漸提高滑差離合器和發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁 電壓(其他各臺滑差離合器不通電_處于待命狀態(tài))，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出頻率接近同步頻率、電 壓接近工作電壓的預(yù)置工作切入點(diǎn)。接通并網(wǎng)開關(guān)Π-開關(guān)F’-開關(guān)JF2-開關(guān)JF1，使調(diào) 壓變壓器和晶閘管并網(wǎng)裝置得電，此時(shí)調(diào)壓變壓器次級輸出電壓略低于線路電壓。再繼續(xù) 通過調(diào)整滑差離合器、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電壓和調(diào)壓變壓器的檔位調(diào)頻、調(diào)壓，同時(shí)晶間管并 網(wǎng)裝置通過逐漸調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角并使晶閘管完全導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟并網(wǎng)。延時(shí)一段時(shí)間后 接通系統(tǒng)并網(wǎng)開關(guān)F，將晶閘管并網(wǎng)系統(tǒng)旁路完成并網(wǎng)全過程關(guān)閉-開關(guān)JF2-開關(guān)JFl使 晶閘管并網(wǎng)裝置斷電。其他各臺發(fā)電機(jī)逐一并網(wǎng)。同樣通過逐漸提高滑差離合器和發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電 壓，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出頻率接近同步頻率、電壓接近工作電壓的預(yù)置工作切入點(diǎn)。接通-開關(guān) 2jf2-開關(guān)2jfl使晶閘管并網(wǎng)裝置得電，通過調(diào)整滑差離合器、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電壓調(diào)頻調(diào)壓，晶閘管并網(wǎng)裝置通過逐漸調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角并使晶閘管完全導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟并 網(wǎng)。延時(shí)一段時(shí)間將并網(wǎng)開關(guān)f2導(dǎo)通，將晶閘管并網(wǎng)系統(tǒng)旁路完成并網(wǎng)全過程關(guān)閉-開關(guān) 2jf2-開關(guān)2jfl使晶閘管并網(wǎng)裝置斷電。(其它發(fā)電機(jī)并網(wǎng)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部網(wǎng)母線上實(shí)現(xiàn)直 至全部并網(wǎng))?？刂圃诓⒕W(wǎng)及控制過程中系統(tǒng)通過對滑差離合器、異步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁及調(diào)壓變壓 器的控制等多種控制手段進(jìn)行控制。各控制量可使用PID方式并設(shè)置控制優(yōu)先等級，就可 以很平滑的對電壓、頻率、功率進(jìn)行控制。功率因數(shù)可通過并接電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。跳閘脫網(wǎng)時(shí)滑差離合器立即斷電，使發(fā)電機(jī)失去動(dòng)力而停止工作，(為防止飛車可 同時(shí)接通發(fā)電機(jī)的能耗制動(dòng)裝置)。正常停機(jī)時(shí)可以通過滑差離合器與負(fù)荷控制系統(tǒng)的控 制使負(fù)荷降到很低，再停并網(wǎng)開關(guān)防止飛車。優(yōu)點(diǎn)；系統(tǒng)所有發(fā)電機(jī)都是在同一個(gè)區(qū)域工作，海浪能、振幅、頻率和周期基本上 是一至的，浮船與發(fā)電機(jī)設(shè)備完全一樣，負(fù)荷分配基本上是一樣的。只需對各臺發(fā)電機(jī)做少 量的微調(diào)，系統(tǒng)較適合總量集中控制。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制對功率、功率因數(shù)的調(diào)整。由于系統(tǒng)采 用；浮船_棘輪-滑差離合器_飛輪-異步發(fā)電機(jī)-發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)系統(tǒng)_能耗制動(dòng)等系統(tǒng) 方式的連接與配合，使系統(tǒng)更加平穩(wěn)可靠。并網(wǎng)時(shí)利用晶閘管并網(wǎng)裝置可以控制發(fā)電機(jī)的 電流減小并網(wǎng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，發(fā)電機(jī)升速過高棘輪會脫扣不會對浮船帶來風(fēng)險(xiǎn)。由于系 統(tǒng)使用調(diào)壓變壓器提高工作適應(yīng)范圍、供電質(zhì)量同時(shí)提高有效工作時(shí)間。系統(tǒng)采用滑差離 合器軟連接，因此系統(tǒng)上任何發(fā)電機(jī)可隨時(shí)退出進(jìn)行檢修。各晶閘管并網(wǎng)裝置并網(wǎng)后退出 減少故障提高可靠性?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)程序控制。也可以將每一條船各發(fā)電機(jī)與蓄電池組并聯(lián)可分別對各自的蓄電池組充電，再將 系統(tǒng)中每條船的蓄電池串聯(lián)運(yùn)行如圖5。可提高電壓減少機(jī)械提速的繁瑣及重量。當(dāng)發(fā)電 電壓高于蓄電池電壓時(shí)向蓄電池充電，當(dāng)發(fā)電電壓低于蓄電池電壓時(shí)蓄電池放電使電壓穩(wěn) 定，并用逆變器將直流電壓變?yōu)榻涣麟妷涸偕龎?，通過海底電纜輸送給電網(wǎng)來滿足人們的 需要。因此既保證系統(tǒng)的每一條船布局都是對稱平衡的且重量相等，可以保證電壓及頻率 保證了供電的質(zhì)量及可靠性。由于系統(tǒng)直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，每條船之間只需用兩條 導(dǎo)線連接，完全沒有其它中間環(huán)節(jié)?？紤]浮船在海浪谷底向上浮起時(shí)，海浪要克服船的自重將船浮起時(shí)若發(fā)電機(jī)負(fù)荷 太大可能有較大的傾覆風(fēng)險(xiǎn)。可增加一個(gè)充電電阻，利用水銀開關(guān)發(fā)出信號控制時(shí)間繼電 器增大充電電阻來降低負(fù)荷，降低傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。水銀開關(guān)要固定再浮船上如圖5。當(dāng)船在海浪中不斷的上下?lián)u擺時(shí)水銀開關(guān)接通 時(shí)間繼電器STl回路，由于兩個(gè)水銀開關(guān)都導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)船的連接鉸鏈位置還沒到達(dá)浪谷， 時(shí)間繼電器STl動(dòng)作開始計(jì)時(shí)當(dāng)兩船的鉸鏈位置處在海浪的谷底時(shí)計(jì)時(shí)完成，接通時(shí)間繼 電器ST2使得ST2自保持STl斷電同時(shí)接觸器動(dòng)作接觸器觸點(diǎn)C斷開使得充電電阻增大來 降低充電負(fù)荷。當(dāng)計(jì)時(shí)完成時(shí)間繼電器延時(shí)斷開觸點(diǎn)ST2使得時(shí)間繼電器ST2線圈和接觸 器C斷電。接觸器常閉觸點(diǎn)閉合使得充電電阻減小，如此循環(huán)即可防范風(fēng)險(xiǎn)又可求的最大 的效率。優(yōu)點(diǎn)；由于系統(tǒng)布局對稱、平衡，且浮船上下運(yùn)動(dòng)的過程中都能做功，因此大大的 提高工作效率。本系統(tǒng)將海浪造成浮船的位置變化直接轉(zhuǎn)換機(jī)械能發(fā)電，用導(dǎo)線將各浮船 發(fā)的電能匯聚，沒有中間環(huán)節(jié)且沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件在水下，完全不存在跑、冒、漏現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)安裝在船上，每臺發(fā)電機(jī)可隨時(shí)退出。因此方便維修保養(yǎng)且維修成本也會較低，并且將大大的 提高運(yùn)行有效時(shí)間、使得運(yùn)行維護(hù)更簡單，系統(tǒng)將更安全。本方案可以利用海底電纜將電能輸送到岸上并網(wǎng)運(yùn)行。我們還可考慮將本裝置安 裝在一定航速的遠(yuǎn)洋輪船的尾部如同拖一條尾巴。利用本系統(tǒng)發(fā)電提供輪船航行的動(dòng)力， 直接利用電動(dòng)機(jī)提供輪船航行的動(dòng)力。同時(shí)利用剩余電力為蓄電池充電儲備能量，在大風(fēng) 浪時(shí)將發(fā)電系統(tǒng)用氣囊加固并利用蓄電池提供能源擺脫風(fēng)浪的風(fēng)險(xiǎn)。目前由于科技的進(jìn)步 我們完全能夠觀測跟蹤風(fēng)浪的形成和運(yùn)行趨勢甚至強(qiáng)度等發(fā)展情況，因此可以及時(shí)找到避 風(fēng)處或改變航向規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。方法2 ；如圖6本系統(tǒng)在各船頭船尾的連接處分別安裝連桿。各浮船在海浪和各 浮船的重力的相互作用下，隨著海浪各自在海面上不斷地上下起伏的運(yùn)動(dòng)，使各個(gè)浮船間 的位置的變形。在連桿推拉運(yùn)動(dòng)的過程中使得氣囊變形(氣囊內(nèi)空間變化)通過控制氣囊 的進(jìn)排氣而產(chǎn)生壓縮空氣。將壓縮空氣打入密閉的船艙(作氣包使用)，并將各船艙的壓縮 空氣匯總。由于壓縮空氣匯總使得氣包氣壓和流量有了保證，并通過恒壓方式控制流量推 動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。每一條船前后都裝一套氣囊是考慮系統(tǒng)的平衡同時(shí)提高產(chǎn) 氣量。系統(tǒng)的每條船都對稱及平衡，因此每條船的偏擺也一致最大程度地降低風(fēng)險(xiǎn)。氣囊分別與推板、頂板連接，在拉的動(dòng)作時(shí)氣囊進(jìn)氣，可使氣囊充分張開提高進(jìn)氣 量。推板的上下都安裝導(dǎo)軌防止偏移。每個(gè)氣囊設(shè)若干各進(jìn)排氣口。與大氣之間連接為(進(jìn)氣)、氣囊與船艙之間連接為 (排氣)，都安裝一個(gè)單向閥。當(dāng)氣囊變形的過程中氣囊內(nèi)與船艙排氣管道之間氣壓差會排氣單向閥自動(dòng)開 (閉)。而氣囊內(nèi)與大氣之間的氣壓差會使進(jìn)氣單向閥自動(dòng)開(閉)。也可以在排氣閥確認(rèn) 關(guān)閉后利用電磁閥控制進(jìn)氣閥使其提早打開，當(dāng)氣囊開始壓縮時(shí)關(guān)閉進(jìn)電磁閥氣閥。這樣 盡可能的提高進(jìn)氣量和產(chǎn)量。運(yùn)行中根據(jù)氣包氣壓通過控制進(jìn)氣調(diào)整閥的進(jìn)氣量，控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速及功率。 由于利用氣包將高壓氣體匯總并推動(dòng)一臺汽輪機(jī)或兩臺汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)總量控制可實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制，同時(shí)各船艙的氣壓相互補(bǔ)償提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。利用船艙做儲氣罐使 得各船安全性大大提高。系統(tǒng)使用一臺發(fā)電機(jī)發(fā)電一次性投資成本會有很大的降低。(為 降低一次性投資成本除發(fā)電機(jī)的浮船可用強(qiáng)度適合的非金屬材料制作但要另做儲氣罐) 汽輪機(jī)做完功后的廢氣可直接對外排放不會對環(huán)境造成破壞。并網(wǎng)如圖8通過控制汽輪機(jī)進(jìn)氣量使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出頻率接近同步頻率、電壓接近 工作電壓的預(yù)置工作切入點(diǎn)。接通發(fā)電機(jī)開關(guān)F1、開關(guān)JF1、JF2-使調(diào)壓變壓器和晶閘管 并網(wǎng)裝置得電，此時(shí)調(diào)壓變壓器次級輸出電壓略低于線路電壓。再逐步控制汽輪機(jī)進(jìn)氣量、 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電壓和調(diào)壓變壓器的檔位調(diào)頻調(diào)壓使發(fā)電機(jī)發(fā)出電電壓趨于同步。同時(shí)晶 閘管并網(wǎng)裝置通過逐漸調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角逐漸趨近同步，直至晶閘管完全導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟 并網(wǎng)。并網(wǎng)完成后延時(shí)一段時(shí)間后接通系統(tǒng)并網(wǎng)開關(guān)，使晶閘管并網(wǎng)系統(tǒng)旁路完成并網(wǎng)全 過程。斷開開關(guān)F1、開關(guān)JF1、JF2晶閘管并網(wǎng)系統(tǒng)退出。停機(jī)正常停機(jī)通過控制液汽輪機(jī)進(jìn)氣量使減小負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷減到一個(gè)較小數(shù)值 時(shí)系統(tǒng)解列，防止突然甩負(fù)荷造成飛車。在突然跳閘解列時(shí)應(yīng)立即切斷進(jìn)氣調(diào)調(diào)整閥，取消 原動(dòng)力使發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸降低轉(zhuǎn)速。(必要時(shí)可以通過能耗制動(dòng)加以抑制)
優(yōu)點(diǎn)；這個(gè)方案由于只用一臺發(fā)電機(jī)(安裝發(fā)電機(jī)的船可大些)其它的船的材質(zhì) 可用木材或塑料因此一次性投資較小。系統(tǒng)所有發(fā)電機(jī)都是在同一個(gè)區(qū)域工作，海浪能、振 幅、頻率和周期基本上是一至的，利用公共氣包使得系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。系統(tǒng)采用總量集中 控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。對功率、功率因數(shù)的調(diào)整。由于系統(tǒng)采用；浮船-氣囊-氣包(高壓 氣體匯總)_進(jìn)氣調(diào)整閥_汽輪機(jī)_異步發(fā)電機(jī)-發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)系統(tǒng)_調(diào)壓變壓器_能耗 制動(dòng)等系統(tǒng)方式的連接與配合，系統(tǒng)可控手段很多使系統(tǒng)更加平穩(wěn)可靠。并網(wǎng)時(shí)利用晶閘 管并網(wǎng)裝置可以控制發(fā)電機(jī)的電流減小并網(wǎng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，本方案可以利用海底電纜將 電能輸送到岸上并網(wǎng)運(yùn)行。方法3 ；如圖6本系統(tǒng)在各船頭船尾的連接處分別安裝連桿。各浮船在海浪和各 浮船的重力的相互作用下，隨著海浪各自在海面上不斷地上下起伏的運(yùn)動(dòng)，使各個(gè)浮船間 的位置的變形。在連桿推拉運(yùn)動(dòng)的過程中使得液壓缸來回推拉產(chǎn)生油壓并推動(dòng)液壓馬達(dá)旋 轉(zhuǎn)。形成；回油油缸-液壓缸-高壓儲油罐-液壓馬達(dá)-回油缸的液壓循環(huán)。液壓缸來回 運(yùn)動(dòng)將高壓油打入高壓儲油罐，使得液壓油加壓并匯總，液壓油推動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)并帶動(dòng) 發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于高壓油的匯總可使壓力穩(wěn)定及流量有了保證。可通過恒壓方式調(diào)整液壓 馬達(dá)流量很方便的控制轉(zhuǎn)速及功率。由于只控制一臺發(fā)電機(jī)，在控制與穩(wěn)定性方面由于將 能量匯總相互補(bǔ)償因此會較穩(wěn)定更方便控制。并網(wǎng)如圖8通過控制液壓馬達(dá)流量使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出頻率接近同步頻率、電壓接近 工作電壓的預(yù)置工作切入點(diǎn)。接通發(fā)電機(jī)開關(guān)F1、開關(guān)JF1、JF2-使調(diào)壓變壓器和晶閘管 并網(wǎng)裝置得電，此時(shí)調(diào)壓變壓器次級輸出電壓略低于線路電壓。再逐步控制液壓馬達(dá)流量、 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電壓和調(diào)壓變壓器的檔位調(diào)頻調(diào)壓使發(fā)電機(jī)發(fā)出電電壓趨于同步。同時(shí)晶 閘管并網(wǎng)裝置通過逐漸調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角逐漸趨近同步，直至晶閘管完全導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟 并網(wǎng)。并網(wǎng)完成后延時(shí)一段時(shí)間后接通系統(tǒng)并網(wǎng)開關(guān)，使晶閘管并網(wǎng)系統(tǒng)旁路完成并網(wǎng)全 過程。斷開開關(guān)F1、開關(guān)JF1、JF2晶閘管并網(wǎng)系統(tǒng)退出?？刂仆ㄟ^恒壓控制液壓馬達(dá)流量的方式控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)較穩(wěn)定可以保 證發(fā)電質(zhì)量。停機(jī)通過控制液壓馬達(dá)減小負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷減小到一個(gè)較小數(shù)值時(shí)使系統(tǒng)解列，防 止突然甩負(fù)荷造成飛車。在突然跳閘脫網(wǎng)應(yīng)立即切斷液壓馬達(dá)油路利用溢流閥維持油路取 消原動(dòng)力逐漸降低轉(zhuǎn)速。(必要時(shí)可以通過能耗制動(dòng)加以抑制)優(yōu)點(diǎn)；這個(gè)方案由于只用一臺發(fā)電機(jī)(安裝發(fā)電機(jī)的船可大些)其它的船的材質(zhì) 可用木材或塑料因此一次性投資較小。系統(tǒng)所有發(fā)電機(jī)都是在同一個(gè)區(qū)域工作，海浪能、振 幅、頻率和周期基本上是一至的，利用公共氣包使得系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。系統(tǒng)采用總量集中 控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。對功率、功率因數(shù)的調(diào)整。由于系統(tǒng)采用；浮船-油缸-高壓儲油 罐_調(diào)節(jié)閥_液壓馬達(dá)_異步發(fā)電機(jī)-發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)系統(tǒng)_調(diào)壓變壓器_能耗制動(dòng)等系統(tǒng) 方式的連接與配合，系統(tǒng)可控手段很多使系統(tǒng)更加平穩(wěn)可靠。并網(wǎng)時(shí)利用晶閘管并網(wǎng)裝置 可以控制發(fā)電機(jī)的電流減小并網(wǎng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，本方案可以利用海底電纜將電能輸送到 岸上并網(wǎng)運(yùn)行。
三

圖1系統(tǒng)在海浪的作用下運(yùn)動(dòng)的示意圖。
圖2系統(tǒng)中設(shè)備的布局圖。圖3浮船運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖。圖4多臺發(fā)電機(jī)系統(tǒng)軟并網(wǎng)控制圖。圖5發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)充放電的原理圖。圖6液壓方式并網(wǎng)控制圖。圖7液壓方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖8單臺發(fā)電機(jī)系統(tǒng)軟并網(wǎng)控制圖。
四、具體實(shí)施方案本系統(tǒng)基本不需要太多太復(fù)雜的調(diào)整。設(shè)計(jì)時(shí)需要搞清當(dāng)?shù)睾Ｋ疃鹊乩淼孛玻?由于理論上海水深度、海浪的振幅、周期和波長影響海浪每平米寬度所通過的能量速率 (功率)。而船體長度、寬度、重量、浮力、形狀發(fā)電能力是決定其工作能力、安全性的關(guān)鍵因 素。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)這些要素及功率要求設(shè)計(jì)；浮船的大小、浮力、形狀、強(qiáng)度、鉸鏈及支架 的強(qiáng)度、錨鏈長度及浮船的個(gè)數(shù)。為了安全船體的長度最好要橫跨兩個(gè)波峰，寬度越寬發(fā)電 能力和安全性越好，但可能影響強(qiáng)度。船體的重量和浮力決定發(fā)電能力。在運(yùn)行中應(yīng)主要 控制好發(fā)電系統(tǒng)的輸出負(fù)荷，使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，最大程度的吸收海浪的能量，減少風(fēng)險(xiǎn)。在 輸變電方面利用海底電纜將電源輸送到陸地。在颶風(fēng)到來前可以增加錨鏈的個(gè)數(shù)及在浮船 的兩側(cè)增加浮筒或氣囊(特別是鉸鏈附近)增加船體的浮力防止船體傾覆。
權(quán)利要求
在各船頭尾平臺上，利用相互對稱的斜拉桿做成人字型的鉸鏈。在水面鏈接各浮船形成長長的鏈狀系統(tǒng)。鉸鏈軸上安裝半圓型齒輪，在海水浮力與船的自重相互作用下產(chǎn)生相對位移，通過齒輪將各浮船在海浪中能量傳遞產(chǎn)生的位置變化轉(zhuǎn)換齒輪的搖擺運(yùn)動(dòng)。a、用兩套棘輪系統(tǒng)將鏈輪來回的促動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。b、利用滑差離合器穩(wěn)速及控制負(fù)荷。c、用水銀開關(guān)控制充電電阻調(diào)節(jié)充電電流保證安全。
2.在各船頭尾平臺上，利用相互對稱的斜拉桿做成人字型的鉸鏈。在水面鏈接各浮船 形成長長的鏈狀系統(tǒng)。船頭船尾間的甲板上安裝液壓缸，在海水浮力與船的自重相互作用 下產(chǎn)生相對位移，通過油缸產(chǎn)生高壓油，將各浮船在海浪中能量傳遞到儲罐，利用液壓馬達(dá) 驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.在各船頭尾平臺上，利用相互對稱的斜拉桿做成人字型的鉸鏈。在水面鏈接各浮船 形成長長的鏈狀系統(tǒng)。船頭船尾間的甲板上安裝連桿，在海水浮力與船的自重相互作用下 產(chǎn)生相對位移，通過連桿的推拉壓迫氣囊產(chǎn)生壓縮空氣，將各浮船氣囊產(chǎn)生的壓縮空氣打 入各船艙，將空氣匯總通過調(diào)門控制汽輪機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
4.利用晶閘管實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
全文摘要
搖擺式海浪發(fā)電；適合在較深的海面上吸收海上的駐波。用若干個(gè)浮船相互鏈接，形成長長可以隨著海浪起伏而上下運(yùn)動(dòng)的鏈狀系統(tǒng)。將系統(tǒng)錨鏈在海面上。各浮船浮力和重力的相互作用下，在海面上不斷地做上下起伏的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生位置變形。通過各浮船上的齒輪-棘輪-變速系統(tǒng)-飛輪等將齒輪的搖擺運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩^穩(wěn)定的圓周運(yùn)動(dòng)使發(fā)電機(jī)發(fā)電。(還可以通過液壓缸-液壓馬達(dá)-發(fā)動(dòng)機(jī)配合、壓縮氣囊-汽輪機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)配合)。利用海底電纜傳送電能。優(yōu)點(diǎn)；利用機(jī)械手段吸收-海浪能這種永久性綠色能源、浮船起伏運(yùn)動(dòng)都能做功、完全在常溫下工作、沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分在水下、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、系統(tǒng)可隨時(shí)退出進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。每個(gè)浪的起伏都能做功，系統(tǒng)工作效率高同時(shí)有效工作時(shí)間長。
文檔編號F03B13/24GK101936249SQ201010186920
公開日2011年1月5日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者黃晉德, 黃晉生 申請人:黃晉生;黃晉德