一种基于漂浮式柔性平板的波浪能汇聚装置

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种基于漂浮式柔性平板的波浪能汇聚装置。

背景技术

我国的海洋能储量丰富，其中波浪能占比大且有诸多优点：1)波浪能的空间能量密度高于风能和太阳能；2)波浪能开发对环境影响小，是最干净、安全的能源之一；3)波浪能可预测性强，主要随季节性变化；4)波浪能多在近海开发，输电距离短、消耗少。

波浪发电装置主要有振荡水柱式、振荡体式、越浪式等，以点状或线状布置于海面，吸收并转换波浪能为电能。现有技术主要通过改进、优化波浪发电装置的设计以提高其发电效率。

现有技术公开了“振荡式浮子与抛物线形浮箱式防波堤混合装置及安装方法”，其包括抛物线形浮箱式防波堤、锚泊系统吊环、振荡式浮子、浮子吊环、锚链、锚块和发电系统。抛物线型浮箱式防波堤单元底部设置有锚泊系统吊环；振荡式浮子安装在抛物线型浮箱式防波堤单元迎波侧的前方；振荡式浮子底部设置有浮子吊环；浮子吊环及锚泊系统吊环分别连接有一根锚链；锚链的一端与锚块相连接，锚块置于海底；发电系统安装于振荡浮子式内部。抛物线型浮箱式防波堤在迎波侧前方将波浪汇聚起来，振荡式浮子设置在防波堤前方的聚波处以最大化俘获波浪能。受到波浪激励后的振荡式浮子利用振荡运动的机械能进行发电。

其存在以下技术问题：

1)抛物线形浮箱式防波堤作为一种反射聚波装置受到的水动力荷载大。

2)浮箱及其锚泊系统的建造及安装成本高。

3)抛物线形浮箱式防波堤吃水较深，浸没在水下的结构会阻碍水体自然流动。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于漂浮式柔性平板的波浪能汇聚装置，波浪发电的能效和经济性高，不会阻碍水体的自然流动，结构简单，安装方便，建造及安装成本低。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于漂浮式柔性平板的波浪能汇聚装置，包括柔性平板、系泊锚链、海底锚块和波浪发电装置；

系泊锚链两端分别连接于柔性平板和海底锚块；

柔性平板厚度由柔性平板一端向另一端逐渐增大，柔性平板中部设有由柔性平板一端向另一端延伸的凹槽；

波浪发电装置设于柔性平板凹槽的后方。

进一步，凹槽纵截面为弧形。

进一步，凹槽的弧形纵截面由柔性平板一端向另一端逐渐增大。

进一步，凹槽横截面为弧形。

进一步，凹槽的弧形横截面中间厚度小两端厚度大。

进一步，凹槽横向中心线厚度均一。

进一步，波浪发电装置包括振荡浮子和与振荡浮子相连接的机械装置，振荡浮子设于柔性平板凹槽的后方。

进一步，系泊锚链和海底锚块的数量均为4个，4个系泊锚链分别与柔性平板的4角和4个海底锚块一一对应连接。

进一步，柔性平板的4角分别设有锚链吊环，锚链吊环连接于系泊锚链。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

波浪入射柔性平板前缘一端时，由于柔性平板厚度由柔性平板一端向另一端逐渐增大，柔性平板前缘厚度最小，弯曲刚度也最低，故前缘波浪反射极小，大部分波浪能量入射后激振柔性平板，水面与柔性平板共同发生上下振荡，能够形成在柔性平板上传播的水弹性波。水弹性波传播速度受柔性平板的刚度影响，刚度较大时传播速度快，刚度较小时传播速度慢。由于柔性平板中部设有由柔性平板一端向另一端延伸的凹槽，柔性平板凹槽两侧刚度因厚度增加而迅速增加，故水弹性波在凹槽两侧的传播速度大于在凹槽中心线波速，凹槽两侧水弹性波同时向凹槽中间偏转，柔性平板凹槽后端中间处水弹性波波高增加。水弹性波在柔性平板后端发生透射，波浪进入柔性平板后方水面。波浪发电装置设于柔性平板凹槽的后方，此处受柔性平板汇聚水弹性波效果的影响，为波浪波高和波浪能密度最大处，因此可最大程度将波浪的势能和动能转化为机械能和电能，提高了波浪发电的能效和经济性。

本发明以漂浮在水面上的柔性平板作为透射式聚波装置，吃水极小，浸没深度可以忽略不计，受到的水动力荷载较小，且不会阻碍水体的自然流动，无需设置浮箱式防波堤及其锚泊系统，漂浮式柔性平板结构简单，安装方便，建造及安装成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的三维结构示意图；

图2是本发明实施例的横向侧视结构示意图；

图3是本发明实施例的纵向侧视结构示意图；

图4是图2中截面A-A的示意图；

图5是图2中截面B-B的示意图；

图6是图3中截面C-C的示意图。

图中：

1-柔性平板，2-振荡式浮子，3-系泊锚链，4-海底锚块。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的描述。

如图1-图6所示，一种基于漂浮式柔性平板的波浪能汇聚装置，包括柔性平板1、系泊锚链3、海底锚块4和波浪发电装置；

系泊锚链3两端分别连接于柔性平板1和海底锚块4；

柔性平板1厚度由柔性平板1一端向另一端逐渐增大，柔性平板1中部设有由柔性平板1一端向另一端延伸的凹槽；柔性平板1一端朝向波浪入射方向布置；

波浪发电装置设于柔性平板1凹槽的后方。

柔性平板1漂浮在水面上，当波浪入射柔性平板1前缘一端时，由于柔性平板1厚度由柔性平板1一端向另一端逐渐增大，柔性平板1前缘厚度最小，弯曲刚度也最低，故前缘波浪反射极小，大部分波浪能量入射后激振柔性平板1，水面与柔性平板1共同发生上下振荡，能够形成在柔性平板1上传播的水弹性波。水弹性波传播速度受柔性平板1的刚度影响，刚度较大时传播速度快，刚度较小时传播速度慢。由于柔性平板1中部设有由柔性平板1一端向另一端延伸的凹槽，柔性平板1凹槽两侧刚度因厚度增加而迅速增加，故水弹性波在凹槽两侧的传播速度大于在凹槽中心线波速，凹槽两侧水弹性波同时向凹槽中间偏转，柔性平板1凹槽后端中间处水弹性波波高增加。水弹性波在柔性平板1后端发生透射，波浪进入柔性平板1后方水面。波浪发电装置设于柔性平板1凹槽的后方，此处受柔性平板1汇聚水弹性波效果的影响，为波浪波高和波浪能密度最大处，因此可最大程度将波浪的势能和动能转化为机械能和电能，提高了波浪发电的能效和经济性。

具体地，本实施例的波浪能汇聚装置，包括浮板装置、波浪发电装置和锚泊装置。

浮板装置为漂浮在水面上的矩形柔性平板1。柔性平板1的厚度沿着纵向(波浪传播方向)连续增长，厚度沿着横向(波浪传播的垂直方向)则中间位置最小、两侧边缘最大。柔性平板1整体为前端薄、后端厚的楔形结构，中部开有弧形纵截面的凹槽。楔形结构的上表面与凹槽的相交线为抛物线。凹槽的弧形纵截面由柔性平板1一端向另一端逐渐增大。凹槽底部厚度由前端到后端均相等。矩形柔性平板1的四角处分别设置了锚链吊环用于锚链安装。

波浪发电装置为位于柔性平板1后方、横向对称轴线上的振荡式浮子2。振荡式浮子2包括振荡浮子和与振荡浮子相连接的机械装置。振荡浮子设于柔性平板1凹槽的后方，为波浪波高和波浪能密度最大处，能够最大程度将波浪的势能和动能转化为机械能和电能。

锚泊装置包括连接柔性平板1与海底的四条系泊锚链3和四个海底锚块4。系泊锚链3一端连接于柔性平板1边缘的锚链吊环，另一端连接于海底锚块4。

本发明实施例中，漂浮式柔性平板1的刚度分布可由厚度决定，通过设计柔性平板1的厚度分布以获得理想的刚度分布；漂浮式柔性平板1的刚度沿纵向连续增加，柔性平板1前缘刚度较小，可以减少入射波浪的反射，使得漂浮式结构尽可能多的采集波浪能量；漂浮式柔性平板1的刚度沿横向中间小、两边大，柔性平板1刚度的横向分布是为了改变水弹性波的传播方向，使能量汇聚到柔性平板1横向中轴线后的波浪发电装置上。

漂浮式柔性平板1的浸没深度可以忽略不计，在水中受到水动力荷载小。漂浮式柔性平板1完全漂浮在水面之上，不会阻碍水体自然流动。漂浮式柔性平板1结构简单，安装方便，建造及安装成本低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。