波浪与潮汐协同发电设备

一、技术领域

波浪与潮汐协同发电设备是将海洋波浪动能和海平面自然涨落形成的潮汐势能转换为电能的装置，其技术属于可再生能源利用领域。

二、背景技术

波浪动能和海平面自然涨落形成的潮汐势能蕴含着取之不尽用之不竭的可再生能源。我国海岸线曲折漫长，据不完全统计，全国潮汐能蕴藏量为1.9亿千瓦，可供年发电量870亿千瓦时。目前，国内潮汐发电刚刚起步，总装机容量仅有1万多千瓦，通常采用水力发电方式，建筑堤坝闸门和厂房，围成水库，造价高，建设周期长，还会影响海洋生态环境。波浪与潮汐协同发电设备利用安装在海上的机电装置将波浪能和潮汐能储存后再转换为可持续输出的电能，不会影响海洋生态环境，其投资成本和发电成本均大幅度降低，而且该设备安装便捷，维护简单，波浪能与潮汐能可以协同持续稳定发电。通过增加发电设备数量即可扩大电力生产规模，适用于沿海地区建设大、中、小型海上电站，符合国家低碳经济战略及能源结构调整的实际需要。

三、发明内容

波浪与潮汐协同发电设备是由潮汐能转换系统、波浪能转换系统、储能系统、发电系统和固定系统构成；潮汐能转换系统由位于海平面的球缺形潮汐涨落仓1、垂直竖立于球缺形潮汐涨落仓1平面圆心位置的圆柱形活塞2、套在圆柱形活塞2上部的一级液压缸筒3、及套在一级液压缸筒3上部的二级液压缸筒4构成；波浪能转换系统由固定于球缺形潮汐涨落仓 1平面边缘的杠杆铰链5、固定于杠杆铰链5一端的波浪浮力球6、固定于杠杆铰链5另一端的半圆形齿轮7、及固定于圆柱形活塞2下部并与半圆形齿轮7沿垂直方向啮合的齿条8构成；储能系统由圆柱形液压储能缸筒9、与圆柱形液压储能缸筒9匹配的圆柱形重力活塞29 及位于圆柱形液压储能缸9下方的圆柱形供水池10构成；发电系统由液压电磁阀11、液压马达12、发电机13、及连接液压马达12和发电机13的传动带14构成；固定系统由托起圆柱形供水池10底部的水平圆形平台15、混凝土基桩16、及固定于水平圆形平台15和混凝土基桩16之间的钢材支架17构成。

球缺形潮汐涨落仓1比重小于海水比重，以球面朝下平面朝上方式置于海水中具有向上的浮力和水平方向平衡力；球缺形潮汐涨落仓1平面圆心位置是直径略大于圆柱形活塞2半球形底端19直径的半球形凹面18，圆柱形活塞2半球形底端19垂直竖立于半球形凹面18 内形成半球面接触，利于球缺形潮汐涨落仓1以圆柱形活塞2半球形底端19为轴心随着波浪摆动。

圆柱形活塞2内部是中空结构腔体20，腔体20底部安装进水管21，用于联通圆柱形供水池10向腔体20注满淡水；腔体20顶端安装单向阀24，当套在圆柱形活塞2上部的一级液压缸筒3内部淡水压力高于腔体20内部淡水压力时，单向阀24关闭，当套在圆柱形活塞 2上部的一级液压缸筒3内部淡水压力低于腔体20内部淡水压力时，单向阀24开通，圆柱形活塞2往复运动时，腔体20内部淡水只能单向注入一级液压缸筒3内腔；套在圆柱形活塞 2上部的一级液压缸筒3顶端安装单向阀25，一级液压缸筒3往复运动时，一级液压缸筒3 内部淡水只能单向注入二级液压缸筒4内腔；套在一级液压缸筒3上部的二级液压缸筒4顶端安装单向阀26，一级液压缸筒3往复运动时，二级液压缸筒4内部淡水只能单向注入圆柱形液压储能缸筒9内腔；二级液压缸筒4内壁上部安装单向阀28和插至底部的水管27，当二级液压缸筒4内部淡水压力大于圆柱形供水池10内部淡水压力时，单向阀28关闭，当二级液压缸筒4内部淡水压力小于圆柱形供水池10内部淡水压力时，单向阀28开通由水管27 将圆柱形供水池10中的淡水单向注入二级液压缸筒4内腔。

固定于杠杆铰链5一端的波浪浮力球6比重小于海水比重，浮在海面的波浪浮力球6随着海浪起伏时，固定于杠杆铰链5另一端的半圆形齿轮7通过啮合驱动齿条8带动圆柱形活塞同步上下运动。

圆柱形供水池10上部安装排气孔30联通外部大气兼具有补充淡水进口功能；圆柱形供水池10底部安装供水管23，采用柔性水管22连接供水管23和进水管21将淡水注入圆柱形活塞2腔体20。

球缺形潮汐涨落仓1和波浪浮力球6借助杠杆装置和液压装置，伴随着潮汐和波浪起伏运动，带动圆柱形活塞2沿垂直方向上下移动，将圆柱形供水池10中的淡水提升到位置较高水压较大的圆柱形液压储能缸筒9内蓄能。

采用比重数倍于水的圆柱形重力活塞29利用自重封闭圆柱形液压储能缸筒9内部的水体，一方面保持水体的较高压强，另一方面便于随着高压水体量的增减改变圆柱形液压储能缸筒9的容积。

高压水管31一端与圆柱形液压储能缸筒9底联通，另一端与位于圆柱形液压储能缸筒9 下方的圆柱形供水池10底部联通；高压水管31上安装液压电磁阀11控制高压水管31内部流体的开通、截止及流速；液压马达12在高压水管31内部的高压流体推动下通过传动带14 驱动发电机13运行。

水平圆形平台15采用3-5件钢材支架17和对应数量的混凝土基桩16支撑，其高度固定在高潮期海面之上；钢材支架17一端固定在水平圆形平台15边缘，另一端固定在混凝土基桩16顶部；混凝土基桩16高于低潮期海面，其底部固定在海床上。

四、附图说明

附图1是波浪与潮汐协同发电设备结构示意图。

五、具体实施方式

波浪与潮汐协同发电设备由潮汐能转换系统、波浪能转换系统、储能系统、发电系统和固定系统构成，是利用安装在海上的机电装置将波浪能和潮汐能储存后再转换为可持续输出的电能，其具体实施方式为：

圆柱形供水池10采用淡水循环供水，不用成本高、易造成污染的液压油或腐蚀金属材料的海水。圆柱形供水池10与圆柱形液压储能缸筒9采用不锈钢、玻璃钢或工程塑料等高强度耐腐蚀材料制作整体结构壳体，足以承受水压和自重。圆柱形液压储能缸筒9底端与圆柱形供水池10的顶端及二级液压缸筒4的顶端处于同一平面，二级液压缸筒4固定在圆柱形供水池10的中轴位置，其长度须大于或等于依据实地测量高潮期海面与低潮期海面落差，避免圆柱形活塞2在高潮期上浮时损毁二级液压缸筒4的顶端。圆柱形液压储能缸筒9的容积须大于或等于一级液压缸筒3容积与二级液压缸筒4容积之和，避免圆柱形液压储能缸筒9内部的淡水溢出。

液压马达12、圆柱形液压储能缸筒9和圆柱形供水池10固定在水平圆形平台15上面，方便操作与维护。水平圆形平台15距离低潮期海平面高度须等于一级液压缸筒3长度与圆柱形活塞2长度之和，避免低潮期一级液压缸筒3和圆柱形活塞2脱位。

采用柔性水管22连接供水管23和进水管21，在圆柱形活塞2随潮汐上下移动过程中，不影响圆柱形供水池10向圆柱形活塞2内部腔体20供水。波浪浮力球6与杠杆铰链5支点的距离须大于半圆形齿轮7与杠杆铰链5支点的距离，利于波浪浮力球6发挥杠杆作用。

由于球缺形潮汐涨落仓1和波浪浮力球6长期浮在海面运行，须采用不锈钢、玻璃钢或工程塑料等高强度耐腐蚀材料制作壳体。球缺形潮汐涨落仓1在浮力作用下推动圆柱形活塞 2工作，其上部平面受力较大，须安装刚性支撑结构进行加固。

此外，选择海底平缓、风浪大、浪潮汐落差2-5米的岸边安装足够数量的波浪与潮汐协同发电设备，性价比较高。