一種提高波浪發(fā)電效率的裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開(kāi)發(fā)利用海洋可再生能源的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于布拉格共振原理提高波浪發(fā)電效率的裝置及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋覆蓋著地球百分之七十的表面，蘊(yùn)含著無(wú)窮的能量，據(jù)估算其能量總和大大超過(guò)了目前全球能源的需求。在海洋能開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域中包括有波浪能，潮汐能，溫差能，鹽差能和海流能等。
[0003]波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。現(xiàn)階段，存在大量的利用波浪能發(fā)電的技術(shù)，主要原理是通過(guò)波浪能裝置將波浪能首先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再轉(zhuǎn)化為電能。然而，波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源，發(fā)電效率較低。
[0004]通常波浪能的轉(zhuǎn)換一般有三級(jí)。第一級(jí)為波浪能的收集，通常采用聚波和共振兩種方法把分散的波浪能聚集起來(lái)。第二級(jí)為能量的傳遞，包括機(jī)械傳動(dòng)、低壓水力傳動(dòng)、高壓液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)，使波浪能轉(zhuǎn)換為可以利用的機(jī)械能。第三級(jí)轉(zhuǎn)換為最終轉(zhuǎn)換，將機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。波浪發(fā)電作為對(duì)海洋可再生能源利用的經(jīng)典方式，現(xiàn)階段對(duì)波浪發(fā)電的關(guān)注主要都集中于如何有效促進(jìn)波能收集裝置的能量傳遞與轉(zhuǎn)化效率等具體的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)層面，而忽視了最為基本的，例如如何增大波浪發(fā)電海域波高等方面的問(wèn)題。
[0005]布拉格共振在波浪理論中是指當(dāng)波浪經(jīng)過(guò)周期性起伏地形，且起伏地形的波長(zhǎng)為入射波波長(zhǎng)一半的整數(shù)倍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，波浪能量因此而被反射，引發(fā)地形區(qū)上部水面的劇烈波動(dòng)，并形成大范圍的立波，增大該區(qū)域內(nèi)部分位置的波高值。
[0006]目前我國(guó)長(zhǎng)江口的南港航道及珠江口的內(nèi)伶仃島北部等近海海域都存在大面積的沙波群，所以實(shí)際海岸環(huán)境中具有較普遍引發(fā)布拉格共振效應(yīng)的自然條件，因此需要對(duì)該部分進(jìn)行進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種提高波浪發(fā)電效率的裝置及其制作方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低且使用靈活方便，將漂浮在海面的波浪能發(fā)電裝置通過(guò)固定平臺(tái)固定位置，通過(guò)布設(shè)周期性波峰柱體，而使入射波浪發(fā)生布拉格共振，將波浪能量聚集在特定區(qū)域，從而提高波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電效率。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:
一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，包括波能聚集裝置和波能收集轉(zhuǎn)換裝置，所述波能聚集裝置包括有若干個(gè)按周期性排列的波峰柱體，入射波浪經(jīng)過(guò)波能聚集裝置因發(fā)生布拉格共振而反射，在其迎浪側(cè)形成立波區(qū)，所述波能收集轉(zhuǎn)換裝置包括固定支架、金屬面板以及波浪能發(fā)電裝置，所述固定支架設(shè)置在立波區(qū)中，所述金屬面板焊接在固定支架上，所述波浪能發(fā)電裝置可移動(dòng)的設(shè)置在金屬面板上。
[0009]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述波浪能發(fā)電裝置包括有波浪能發(fā)電裝置定子、金屬連桿和波浪能發(fā)電裝置浮子，即該波浪能發(fā)電裝置為振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置，所述波浪能發(fā)電裝置定子可移動(dòng)的設(shè)置在金屬面板上，所述金屬連桿垂直貫穿于波浪能發(fā)電裝置定子并與其下方的波浪能發(fā)電裝置浮子相連接，即所述波浪能發(fā)電裝置浮子連接在金屬連桿下端。
[0010]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述金屬連桿設(shè)置在波浪能發(fā)電裝置定子中心處。
[0011]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述波浪能發(fā)電裝置浮子為上大下小的圓臺(tái)體。
[0012]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述金屬面板上沿著波浪傳播方向設(shè)有一穿口，所述穿口的兩側(cè)沿著穿口側(cè)邊設(shè)有等距離分布的螺孔，所述螺孔上設(shè)有相適配的螺絲，當(dāng)然，為了便于螺絲固定，在波浪能發(fā)電裝置定子上也設(shè)有相對(duì)應(yīng)的螺孔，將波浪能發(fā)電裝置定子沿著穿口調(diào)節(jié)到合適位置后，利用螺絲同時(shí)貫穿波浪能發(fā)電裝置定子和金屬面板上的螺孔，從而將波浪能發(fā)電裝置定子固定在金屬面板上。通過(guò)波浪能發(fā)電裝置定子在金屬面板上的位置調(diào)節(jié)，從而調(diào)整波浪能發(fā)電裝置位置，令波浪能發(fā)電裝置浮子中心正好位于立波波腹處，使發(fā)電效率最大化。此外，可在沙波群附近海域布置振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置，將裝置布置在海面共振區(qū)域波腹處，可顯著提高波浪能發(fā)電效率。
[0013]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述波能聚集裝置由至少2塊波峰柱體組成，所述波峰柱體的波長(zhǎng)為入射波浪波長(zhǎng)一半的整數(shù)倍，該波峰柱體的波長(zhǎng)亦即兩個(gè)波峰柱體最高點(diǎn)之間的距離，所述波能聚集裝置的周期性起伏延展方向與入射波浪方向一致，優(yōu)選，每?jī)蓚€(gè)波峰柱體的間距為波峰柱體波長(zhǎng)的一半，即相鄰波峰柱體間的距離為波峰柱體波長(zhǎng)的一半。
[0014]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述波峰柱體由混凝土制成。
[0015]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，其特征在于，所述波峰柱體設(shè)為5塊。
[0016]—種提高波浪發(fā)電效率的裝置的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟(I)，收集所選海域的基礎(chǔ)波浪資料；
步驟(2)，根據(jù)步驟(I)中所獲得的基礎(chǔ)波浪資料確定波峰柱體的尺寸:所述波峰柱體的波長(zhǎng)為入射波浪波長(zhǎng)一半的整數(shù)倍，每個(gè)波峰柱體的長(zhǎng)度L與波浪發(fā)電裝置浮子最大直徑相等，所述波峰柱體波高D與水深h比值不宜過(guò)小，以形成明顯的布拉格反射現(xiàn)象，使得波浪相對(duì)透射率更小，反射率更大，反射頻率帶寬更寬；
步驟(3)，在所選海域設(shè)置波能聚集裝置:將步驟(2)中制得的至少2塊波峰柱體按周期性排列，其周期性起伏延展方向與入射波浪方向一致，每?jī)蓚€(gè)波峰柱體的間距為波峰柱體波長(zhǎng)的一半；
步驟(4)，在所選海域設(shè)置波能收集轉(zhuǎn)換裝置:將固定支架固定在立波區(qū)中，并將金屬面板焊接在固定支架上，沿入射波浪傳播方向調(diào)整金屬面板上波浪能發(fā)電裝置定子的位置，使其下方通過(guò)金屬連桿連接的波浪能發(fā)電裝置浮子的中心正好位于立波波腹處，并用螺絲將波浪能發(fā)電裝置定子固定在金屬面板上。
[0017]前述的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置的制造方法，其特征在于，所述步驟(I)中基礎(chǔ)波浪資料包括所選海域入射波浪的波長(zhǎng)、波高、周期及所選海域的水深。
[0018]本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明提供的一種提高波浪發(fā)電效率的裝置及其的制作方法，使通過(guò)波能聚集裝置上部的入射波浪發(fā)生布拉格共振，增大海面部分區(qū)域的波高，將波能收集轉(zhuǎn)換裝置固定在波高差最大處，從而提高波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電效率。該裝置不僅可用來(lái)穩(wěn)定、持續(xù)地發(fā)電，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，不影響海域景觀。
[0019]由于布拉格共振引起的水體共振所體現(xiàn)的最為明顯的現(xiàn)象就是水面波動(dòng)幅度的急劇增大，所以通過(guò)布拉格共振對(duì)周期性起伏地形向海側(cè)的波浪起到能量積聚的效果，從而增大目標(biāo)海域的波尚，因此，本申請(qǐng)可以有效地彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從提尚裝置可收集的波浪能的角度來(lái)提高其發(fā)電效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)例I中提高波浪發(fā)電效率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)例I中實(shí)驗(yàn)裝置在水槽中的側(cè)視圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)例I中實(shí)驗(yàn)裝置在水槽中的俯視圖；
圖4是在水槽水深為0.6m、入射波浪周期為1.05s時(shí)正常發(fā)電與運(yùn)行本發(fā)明裝置發(fā)電所測(cè)得的瞬時(shí)電壓對(duì)比圖，其中圖4(a)為正常發(fā)電測(cè)得的瞬時(shí)電壓圖，圖4(b)為運(yùn)行本發(fā)明裝置測(cè)得的瞬時(shí)電壓圖；
圖5是在水槽水深為0.7m，入射波周期為1.05s時(shí)正常發(fā)電與運(yùn)行本發(fā)明裝置發(fā)電所測(cè)得的瞬時(shí)電壓對(duì)比圖，其中圖5(a)為正常發(fā)電測(cè)得的瞬時(shí)電壓圖，圖5(b)為運(yùn)行本發(fā)明裝置測(cè)得的瞬時(shí)電壓圖。
[0021]圖中，I一波峰柱體、2—固定支架、3—波浪能發(fā)電裝置浮子、4一金屬面板、5—波浪能發(fā)電裝置定子、6—金屬連桿、7—螺孔、8—穿口、9一錄波儀、10—波能聚集裝置、11 一波能收集轉(zhuǎn)換裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0023]實(shí)施例1:
如圖1至圖3所示，一種提高波浪發(fā)電效率的裝置，包括一個(gè)波能聚集裝置10和一個(gè)波能收集轉(zhuǎn)換裝置11。波能聚集裝置10由5個(gè)半正弦波峰柱體I按周期性排列組成，波峰柱體I的波長(zhǎng)為規(guī)則入射水波波長(zhǎng)一半，波能聚集裝置10的周期性起伏延展方向與入射波浪方向一致，每?jī)蓚€(gè)波峰柱體I的間距為波峰柱體I波長(zhǎng)的一半，入射波浪經(jīng)過(guò)波能聚集裝置10因發(fā)生布拉格共振而反射，并在其迎浪側(cè)形成立波區(qū)。波能收集轉(zhuǎn)換裝置11包括固