本發(fā)明涉及海洋可再生能源利用，具體涉及一種雙氣室漂浮振蕩水柱式波能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

1、全球可利用的波浪能達(dá)20億kw，數(shù)量相當(dāng)可觀。我國(guó)領(lǐng)海廣闊，蘊(yùn)藏著豐富的海洋資源，波浪能取之不盡用之不竭。我國(guó)的波浪能資源可觀，近海海域波浪能的蘊(yùn)含量約達(dá)1.5億kw，可開發(fā)利用量約為2300~3500萬(wàn)kw。這些數(shù)字和信息表明波浪能作為一種可再生能源具有巨大的開發(fā)潛力和利用價(jià)值。

2、其中涉及波能俘獲，波能俘獲原理涉及通過(guò)特定裝置從波浪中捕獲能量的過(guò)程。這一過(guò)程包括波浪能轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，該轉(zhuǎn)換器能夠利用波浪的上下振蕩和左右擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)來(lái)捕獲能量，捕獲的波浪能隨后通過(guò)內(nèi)部機(jī)制轉(zhuǎn)換為可用的能源形式，如電能或機(jī)械能。波能俘獲特性的指標(biāo)有俘獲寬度比和能量捕獲效率，俘獲寬度比是衡量裝置波能俘獲特性的重要參數(shù)和指標(biāo)，俘獲寬度比定義為浮體俘獲的波能與浮體寬度內(nèi)入射波波浪能量之比，它反映了裝置在特定條件下捕捉波浪能量的能力；能量捕獲效率則是衡量波浪能發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率的指標(biāo)，它表示裝置將波浪能轉(zhuǎn)化為電能的能力，能量捕獲效率的高低直接影響裝置的性能和經(jīng)濟(jì)效益。波浪能裝置可以更有效地捕捉和利用波浪能量，提高能源利用效率，可以提高能量捕獲效率，降低波浪能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行成本，通過(guò)提高裝置的效率和穩(wěn)定性，可以減少維護(hù)和更換設(shè)備的頻率，降低維修成本。

3、目前，海洋波浪能的利用主要集中在波能發(fā)電技術(shù)的研究與開發(fā)上，在眾多的波能發(fā)電裝置中，振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置以其獨(dú)特的能量轉(zhuǎn)換方式和良好的環(huán)境適應(yīng)性而脫穎而出。振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置通過(guò)水柱的振蕩運(yùn)動(dòng)像活塞一樣來(lái)壓縮排氣或抽取空氣形成往復(fù)氣流，進(jìn)而利用氣流推動(dòng)透平實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，可靠性高，但轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低。只有當(dāng)波浪周期接近或達(dá)到水柱的共振周期時(shí)，振蕩水柱式波能裝置才能高效俘獲轉(zhuǎn)換波浪能，而實(shí)際海浪復(fù)雜多變，由多種不同周期的波浪疊加而成，裝置很難在高效區(qū)間持續(xù)運(yùn)行，降低了波浪俘獲性能。

4、因此，亟需一種雙氣室漂浮振蕩水柱式波能發(fā)電裝置，來(lái)解決振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置在實(shí)際不規(guī)則海浪下轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種雙氣室漂浮振蕩水柱式波能發(fā)電裝置，以解決常規(guī)的振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置在不規(guī)則海浪下轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種雙氣室漂浮振蕩水柱式波能發(fā)電裝置，其特征在于：包括前氣室振蕩水柱模塊、后氣室振蕩水柱模塊、浮力艙模塊和透平發(fā)電機(jī)組模塊，所述前氣室振蕩水柱模塊和后氣室振蕩水柱模塊相鄰貼合連接，前氣室振蕩水柱模塊的內(nèi)部設(shè)有第一管道，后氣室振蕩水柱模塊的內(nèi)部設(shè)有第二管道，且前氣室振蕩水柱模塊和后氣室振蕩水柱模塊上分別開設(shè)有相向設(shè)置且位于水面下方的第一管道進(jìn)水口和第二管道進(jìn)水口，前氣室振蕩水柱模塊和后氣室振蕩水柱模塊位于水面上方的頂部均設(shè)有分別與第一管道和第二管道連通的透平發(fā)電機(jī)組模塊，所述浮力艙模塊與前氣室振蕩水柱模塊或后氣室振蕩水柱模塊相連接，用于保持第一管道和第二管道中均分別存在液面低于第一管道和第二管道內(nèi)腔頂部的振蕩水柱。

4、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

5、進(jìn)一步地，所述前氣室振蕩水柱模塊與后氣室振蕩水柱模塊連接至第一管道和第二管道相鄰處共用一個(gè)壁面。

6、進(jìn)一步地，所述第一管道為第一豎直管道，所述第一豎直管道的下端設(shè)有位于水面下方的第一管道進(jìn)水口，第一豎直管道的上端連通透平發(fā)電機(jī)組模塊，所述第二管道為l型管道，l型管道由第二豎直管道和橫向管道組成，所述橫向管道遠(yuǎn)離第一管道進(jìn)水口的一端位于水面下方，且設(shè)有第二管道進(jìn)水口，所述第二豎直管道與橫向管道相連通且上端連通透平發(fā)電機(jī)組模塊。

7、進(jìn)一步地，所述第一豎直管道與第二豎直管道均為矩形管道且管道寬度相等，第二豎直管道與橫向管道截面積相等。

8、進(jìn)一步地，所述浮力艙模塊包括主浮力艙模塊和副浮力模塊，所述主浮力艙模塊設(shè)置在所述l型管道的橫向管道頂壁的上方，并與l型管道形成一個(gè)整體，所述副浮力模塊設(shè)置在前氣室振蕩水柱模塊和后氣室振蕩水柱模塊底端的中間。

9、進(jìn)一步地，所述主浮力艙模塊為五棱柱型，且遠(yuǎn)離所述前氣室振蕩水柱模塊的一端為三角形尖端，主浮力艙模塊的內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)且分為多個(gè)艙室，所述艙室的上方均設(shè)置艙蓋。

10、進(jìn)一步地，所述副浮力模塊為三棱柱型，三棱柱型的副浮力模塊的一條側(cè)棱設(shè)置于所述前氣室振蕩水柱模塊和后氣室振蕩水柱模塊中間，副浮力模塊的內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)且全封閉。

11、進(jìn)一步地，所述透平發(fā)電機(jī)組模塊包括第一透平發(fā)電機(jī)組和第二透平發(fā)電機(jī)組，所述第一透平發(fā)電機(jī)組設(shè)置在所述前氣室振蕩水柱模塊的頂部，并通過(guò)管道與第一管道相連通，所述第二透平發(fā)電機(jī)組設(shè)置在所述后氣室振蕩水柱模塊的頂部，并通過(guò)管道與第二管道相連通。

12、進(jìn)一步地，還包括錨泊系統(tǒng)，所述錨泊系統(tǒng)包括錨、錨鏈和錨機(jī)，所述錨機(jī)安裝在所述浮力艙模塊上，錨機(jī)上連接有可伸長(zhǎng)或收縮的錨鏈，錨鏈遠(yuǎn)離錨機(jī)的一端連接有錨。

13、進(jìn)一步地，所述錨泊系統(tǒng)設(shè)有三組，三組錨泊系統(tǒng)分別設(shè)置在浮力艙模塊左右兩側(cè)以及遠(yuǎn)離第一管道進(jìn)水口的一側(cè)。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、本發(fā)明通過(guò)前氣室振蕩水柱模塊、后氣室振蕩水柱模塊和浮力艙模塊的設(shè)置，使得第一管道和第二管道內(nèi)能分別形成位于振蕩水柱上方的前氣室和后氣室，通過(guò)前氣室和后氣室的設(shè)置，使其能分別吸收不同周期的波浪，利用浮力艙模塊攜本裝置在波浪作用下的垂蕩運(yùn)動(dòng)俘獲波浪能，拓寬響應(yīng)波周期范圍，從而提高裝置在實(shí)海況不規(guī)則波下的轉(zhuǎn)換效率。在低周期的波浪作用下，整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)響應(yīng)小，但前氣室開口可朝向來(lái)波方向，水柱受波浪直接作用，有個(gè)高頻共振周期，水柱趨于共振俘獲波能效率高，同時(shí)前氣室還可吸收后氣室前壁反射波的能量提高俘獲性能。當(dāng)波周期增加時(shí)，整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)響應(yīng)增大，可通過(guò)浮體的垂蕩、縱蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)俘獲吸收波浪能，由于第二管道開口向后，管道內(nèi)水柱受波浪影響小，浮力模塊攜管道運(yùn)動(dòng)與管內(nèi)水柱產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成振蕩水柱，會(huì)有三個(gè)共振周期，因此該技術(shù)可以拓寬波能裝置的有效響應(yīng)周期范圍，使其在實(shí)海況不規(guī)則波下具有較高的轉(zhuǎn)換效率。

16、本發(fā)明的第一管道和第二管道內(nèi)的振蕩水柱推動(dòng)前氣室和后氣室內(nèi)的空氣往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于兩氣室下的水柱振蕩運(yùn)動(dòng)的相位不同，當(dāng)一個(gè)氣室處于吸氣階段，另一氣室處于排氣或吸氣階段，這能彌補(bǔ)單向透平輸出功率波動(dòng)大的缺點(diǎn)，提高輸出電能的穩(wěn)定性；同時(shí)，相向設(shè)置的第一管道進(jìn)水口和第二管道進(jìn)水口，能夠在前氣室接收入射波產(chǎn)生變化時(shí)，因本裝置處于漂浮狀態(tài)，促使第二管道內(nèi)的振蕩水柱發(fā)生變化，從而進(jìn)一步增加能量的獲取效率；另外，前氣室還能有效吸收來(lái)自后氣室與其相鄰壁面的反射波能量，以進(jìn)一步提升裝置性能。

17、本發(fā)明采用雙氣室結(jié)構(gòu)，在低周期波浪的作用下，實(shí)現(xiàn)固定式振蕩水柱式裝置的高效俘獲波浪能的特性，利用前氣室提高裝置的俘獲寬度比；在大周期波浪的作用下，可實(shí)現(xiàn)漂浮運(yùn)動(dòng)型振蕩水柱式裝置整體搖蕩運(yùn)動(dòng)參與波浪能的吸收，具有天線“聚波”效應(yīng)的特點(diǎn)，可顯著提高裝置的俘獲寬度比。因此，通過(guò)增加振蕩水柱裝置有效參與波能俘獲的運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)出發(fā)，增加有效共振周期個(gè)數(shù)，使其在更寬波周期范圍內(nèi)具有較高的俘獲性能，從而在隨機(jī)波中，使裝置具有更寬的有效吸波響應(yīng)周期范圍，能更好的適應(yīng)真實(shí)的海況。對(duì)兩氣室的大小和氣動(dòng)阻尼可根據(jù)所處海域的海浪變化情況進(jìn)行合理調(diào)整，使其始終處于最佳響應(yīng)狀態(tài)以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。

18、本發(fā)明配置了兩套透平發(fā)電機(jī)組，不僅可以降低故障率，還能改善裝置的發(fā)電特性，由于兩氣室下的水柱振蕩運(yùn)動(dòng)的相位不同，當(dāng)一個(gè)氣室處于吸氣階段，另一氣室處于排氣階段，這能彌補(bǔ)單向透平輸出功率波動(dòng)大的缺點(diǎn)，提高輸出電能的穩(wěn)定性，雙氣室使用的兩套空氣透平發(fā)電機(jī)組的高效設(shè)計(jì)，兩機(jī)組可以優(yōu)化互補(bǔ)共用一套負(fù)載和控制電路，使透平發(fā)電機(jī)組有效運(yùn)行在額定工況下，保證機(jī)組的穩(wěn)定性和高效性。

19、本發(fā)明的透平發(fā)電機(jī)組模塊與海水不進(jìn)行直接接觸，從而避免了海水的腐蝕，提高了裝置的可靠性。

20、本發(fā)明使用主浮力艙模塊和副浮力模塊的浮體結(jié)構(gòu)，減少了裝置運(yùn)動(dòng)阻力，提高了l型管道在波浪作用下的搖蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性，減少了透射波的能量損失和裝置運(yùn)動(dòng)造成的輻射波能量損失，大幅提高了它的初級(jí)轉(zhuǎn)換性能。

21、本發(fā)明的前氣室振蕩水柱模塊、后氣室振蕩水柱模塊相鄰連接，分別設(shè)有開口可朝前的第一管道和開口可朝后的第二管道，在低周期波浪作用下，浮體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)較弱，通過(guò)前氣室內(nèi)水柱的主動(dòng)振蕩運(yùn)動(dòng)吸收波能，輸出往復(fù)氣流驅(qū)動(dòng)空氣透平機(jī)組發(fā)電；當(dāng)波周期變大，浮體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)增強(qiáng)時(shí)，通過(guò)后氣室l型管道內(nèi)水柱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)俘獲波浪能。該裝置通過(guò)水柱和浮體的多自由度振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波周期的高效波能俘獲，擴(kuò)大吸波響應(yīng)范圍，提高不規(guī)則波下的轉(zhuǎn)換效率。利用水柱和浮體的多自由度振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波周期的高效波能俘獲，擴(kuò)大吸波響應(yīng)范圍，提高不規(guī)則波下的轉(zhuǎn)換效率。前后氣室內(nèi)水柱振蕩的相位不同，輸出不同氣流，能彌補(bǔ)單向透平輸出功率波動(dòng)大的缺點(diǎn)，提高輸出電能的穩(wěn)定性。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，發(fā)電效率高，可推動(dòng)氣動(dòng)式波浪能技術(shù)發(fā)展。