一种利用海水潮汐能量发电结构和方法

摘要

本发明提供一种利用海水潮汐能量发电结构和方法，包括若干浮式发电装置、线缆和若干发电设备固定装置，所述发电设备固定装置架设于海床上，浮式发电装置漂浮在海平面上，线缆将若干浮式发电装置串接在一起，其两端连接在发电设备固定装置上，浮式发电装置包括若干个空心漂浮装置和发电机，空心漂浮装置为扇叶形均匀凸设在发电机外部，并连接发电机的转子，其为发电机提供浮力同时，接受潮汐波浪冲击带动发电机发电，发电设备固定装置上设有线缆伸缩装置，其自动控制线缆释放或收紧，确保浮式发电装置漂浮在海平面上。本发明对潮汐涨落幅度要求低，无须在海边筑坝，施工周期短、费用低，对环境污染小，适用范围更广泛，在多数沿海地区均适用。

说明书

技术领域

本发明涉及海水潮汐能量发电领域，尤其涉及一种利用海水潮汐能量发电结构和方法。

背景技术

潮汐能源是可再生能源，清洁高效，不污染环境，不影响生态，不占用陆地资源，是一种十分稳定的可靠能源，相对于火力水利发电等，资金投入较少。现常见潮汐发电站，通常在海边筑起堤坝，形成储水库区。涨潮时，海水进入库区，以势能形式存储在库区内。待落潮时，海水流出水库区，利用高低潮差，推动水轮机转动，带动发电机，从而使潮汐势能转换为电能。该方法利用潮汐发电也需要一定的条件，如潮汐的涨落幅度必须大，海岸地形必须适合储存大量海水，并适宜进行土建工程，因此极大的限制了潮汐发电的应用。

因此设计一种对潮汐涨落幅度要求低，无须在海边筑坝，施工周期短、费用低，对环境污染小，适用范围更广泛，在多数沿海地区均适用的，一种利用海水潮汐能量发电结构和方法实为必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提出一种利用海水潮汐能量发电结构和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种利用海水潮汐能量发电结构，其布设于海边的海床上，并浮在海平面上，利用潮汐波浪能量进行发电，其特征在于：包括若干浮式发电装置、线缆和若干发电设备固定装置，所述发电设备固定装置架设于海床上，所述浮式发电装置漂浮在海平面上，所述线缆将若干浮式发电装置串接在一起，其两端连接在发电设备固定装置上。浮式发电装置为发电单元，通过线缆将若干个串接在一起，使其发电更为稳定。

优选地，所述浮式发电装置包括若干个空心漂浮装置和发电机，所述空心漂浮装置均匀凸设在发电机的外部。

优选地，所述发电设备固定装置包括固定支架、线缆伸缩装置和滑轮，所述固定支架架设于海床上，所述线缆伸缩装置设置在固定支架中，所述滑轮设置在固定支架顶端，所述线缆经滑轮与线缆伸缩装置相连接，所述线缆伸缩装置通过转动释放或收紧线缆，确保浮式发电装置漂浮在海平面上。发电设备固定装置通过线缆对浮式发电装置在海平面的漂浮进行控制。

优选地，所述发电机包括转子、定子、定子轴和外壳，所述定子套设在定子轴上，所述转子内嵌于外壳内部，并环绕定子旋转，所述转子通过外壳与空心漂浮装置相连接。

优选地，所述空心漂浮装置为空心结构，其产生足够浮力使发电机漂浮在海平面上

优选地，所述空心漂浮装置形状为扇叶形，接受波浪冲击并带动发电机旋转。

优选地，进一步包括海底电缆，所述海底电缆埋设在海床下，其一端与线缆伸缩装置上的线缆连接，另一端与陆地上的变电站相连，并将潮汐发电电能传送出去并汇入电网。

优选地，一种利用海水潮汐能量发电方法，包括如下步骤：

步骤1、当涨潮时浮式发电装置受潮汐抬升影响，线缆伸缩装置会释放缠绕在其上面的线缆，使浮式发电装置漂浮在海平面上；

步骤2、正向波浪经过浮式发电装置时，推动空心漂浮装置转动，带动发电机发电产生电能；

步骤3、当正向波浪退去，浮式发电装置倒转，这时发电机自动空转不产生电能；待下一波正向波浪经过，发电机转动重新产生电能；

步骤4、当落潮时浮式发电装置受潮汐下降影响，线缆伸缩装置会收紧缠绕在其上面的线缆，使浮式发电装置漂浮在海平面上。

优选地，一种利用海水潮汐能量发电方法，所述步骤1进一步包括如下步骤：

步骤11、当涨潮时，浮式发电装置受潮汐影响产生向上抬升的趋势，产生的浮力传递给线缆；

步骤12、线缆通过滑轮将浮式发电装置产生的抬升浮力传递给线缆伸缩装置；

步骤13、线缆伸缩装置根据所设定的浮力范围，自动释放缠绕在其上面线缆；

步骤14、释放线缆后，浮式发电装置继续漂浮在海平面上，线缆不会因浮力拉动而断裂。

优选地，一种利用海水潮汐能量发电方法，所述步骤4进一步包括如下步骤：

步骤41、当退潮时，浮式发电装置受潮汐影响产生下降的趋势，线缆所受浮力拉动减小；

步骤42、线缆通过滑轮将浮式发电装置浮力减小的拉动传递给线缆伸缩装置；

步骤43、线缆伸缩装置根据所设定的浮力范围，自动收紧缠绕在其上面线缆；

步骤44、收紧线缆后，线缆拉紧浮式发电装置，使其排成一列并继续漂浮在海平面上。

本发明的有益效果在于：

1)本发明无需在海边筑起堤坝，对环境影响较小，减少土石方建设，缩短工期，降低造价；

2)对潮汐涨落幅度要求不高，适用范围更广泛，多少沿海地区均适用；

3)空心漂浮装置设置在发电机外壳上，并与转子相连，其形状为扇叶形，为浮式发电装置提供浮力的同时，可带动发电机转子转动产生电能；

4)发电设备固定装置上设有线缆伸缩装置，其通过控制线缆的伸缩，使浮式发电装置稳定漂浮在海面上。

5)线缆可作为发电的传输导线，同时可连接和固定浮式发电装置。

附图说明

图1是本发明利用海水潮汐能量发电结构示意图；

图2是本发明利用海水潮汐能量发电结构侧视示意图；

图3是本发明利用海水潮汐能量发电结构的浮式发电装置三维示意图；

图4是本发明利用海水潮汐能量发电结构的浮式发电装置剖面示意图；

图5是本发明利用海水潮汐能量发电结构的发电设备固定装置示意图。

图中，100为浮式发电装置，1为发电机，11为定子轴，12为定子，13为转子，14为外壳，15为防水轴承，2为空心漂浮装置，3为线缆，4为仪器设备管理平台，41为固定支架，42为线缆伸缩装置，43为滑轮，5为海底电缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1和图2所示，本发明提供的一种利用海水潮汐能量发电结构，其布设于海边的海床上，并浮在海平面上，利用潮汐波浪能量进行发电，其特征在于：包括若干浮式发电装置100、线缆3和若干发电设备固定装置4，所述发电设备固定装置4架设于海床上，所述浮式发电装置100漂浮在海平面上，所述线缆3将若干浮式发电装置100串接在一起，其两端连接在发电设备固定装置4上，若干个浮式发电装置100连接成一组，并与潮汐波浪方向垂直，使其能最大程度接受波浪的冲击，提高发电效率。

浮式发电装置100为发电单元，通过线缆3将若干个串接在一起，线缆3将若干个浮式发电装置100发电输出端并联相接，一组中的若干个浮式发电装置100受波浪冲击的时间和方向各不相同，单个所产生的电能并不均衡，多个并联相接，使其发电更为稳定和持续。线缆2中包含若干输电导线，用于传输发电电量，输电导线之间包裹柔性支撑材料，柔性支撑材料为绝缘体，有一定强度和韧性，保护内部输电导线安全不断裂，避免输电导线受海水侵蚀，同时增强线缆2的柔韧性和强度，使线缆2做为输电线路的同时，对浮式发电装置100起到连接固定作用。

参照图3和图4所示，所述浮式发电装置100包括若干个空心漂浮装置2和发电机1，所述空心漂浮装置2均匀凸设在发电机1的外部，其内部为空心结构，为浮式发电装置100提供足够浮力，确保发电机1漂浮在海平面上；空心漂浮装置2形状为扇叶形，接受波浪冲击并带动发电机1旋转。

所述发电机1包括转子13、定子12、定子轴11和外壳14，所述定子12套设在定子轴11上，所述转子13内嵌于外壳14内部，并环绕定子12旋转，所述转子13通过外壳14与空心漂浮装置2相连接。定子轴11和定子12为固定不转动，线缆2连接到定子轴11上，外壳14将定子12和转子13包裹在内，定子轴11两端经防水轴承15突出外壳11外，防水轴承15使内部的定子12和转子13不会受到海水侵蚀，并确保外壳14能灵活转动。当波浪冲击浮式发电装置100时，扇叶形的空心漂浮装置2将被推动，海浪依次推动外壳14上的若干个空心漂浮装置2形成转动，从而带动外壳14和其内部的转子13产生转动，转子13与定子12之间的转动产生电位差，使发电机1产生电能。

参照图1和图5所示，所述发电设备固定装置4包括固定支架41、线缆伸缩装置42和滑轮43，所述固定支架41底部架设并固定在海床上，其高度根据实际安装情况确定，无须伸出海平面，所述线缆伸缩装置42设置在固定支架41中，所述滑轮43设置在固定支架41顶端，所述线缆2经滑轮43与线缆伸缩装置42相连接。线缆伸缩装置42上缠绕有线缆2，并可通过转动释放或收紧线缆2，发电设备固定装置4通过线缆2对浮式发电装置100进行固定，当出现涨潮或退潮时，线缆伸缩装置42将自动进行调节，释放或收紧线缆2，确保同组的若干个浮式发电装置100成一排漂浮在海平面上。

参照图1所示，进一步包括海底电缆5，所述海底电缆5埋设在海床下，其一端与线缆伸缩装置42上的线缆2连接，另一端与陆地上的变电站相连，并将潮汐发电电能传送出去并汇入电网。

本发明还提供了一种利用海水潮汐能量发电方法，包括如下步骤：

步骤1、当涨潮时浮式发电装置受潮汐抬升影响，线缆伸缩装置会释放缠绕在其上面的线缆，使浮式发电装置漂浮在海平面上；

步骤2、正向波浪经过浮式发电装置100时，波浪连续推动外壳14上的空心漂浮装置2，使其转动起来，从而带动发电机1的转子13转动产生电能，并通过线缆2将电能传输出去。同一组多个浮式发电装置100在受到潮汐波浪冲击时，所收到的冲击力度、时间、方向并不相同，因此单个浮式发电装置100产生的电量并不均衡，线缆2将同组的浮式发电装置100发电输出端并联相接，使同组浮式发电装置100的发电量更为稳定和持续；

步骤3、当正向波浪退去，浮式发电装置倒转，这时发电机自动空转不产生电能，待下一波正向波浪经过，发电机转动重新产生电能；由于同组的浮式发电装置100数量较多，波浪经过每一个浮式发电装置100时间和方向不一样，并联的设置可实现整套设备的持续发电。

步骤4、当落潮时浮式发电装置受潮汐下降影响，线缆伸缩装置会收紧缠绕在其上面的线缆，使浮式发电装置漂浮在海平面上。

优选地，一种利用海水潮汐能量发电方法，所述步骤1进一步包括如下步骤：

步骤11、当涨潮时，浮式发电装置100受潮汐影响产生向上抬升的趋势，产生的浮力传递给线缆2，如果线缆2不进行调整，巨大的浮力将可能绷断线缆2；

步骤12、线缆通过滑轮将浮式发电装置产生的抬升浮力传递给线缆伸缩装置；

步骤13、当线缆2受力大于线缆伸缩装置4所设定的浮力范围，线缆伸缩装置4将自动释放缠绕在其上面线缆2；

步骤14、线缆2被释放后，浮式发电装置100随潮汐抬升，并继续漂浮在海平面上，线缆2恢复正常受力，不会因过大浮力拉动而断裂。

优选地，一种利用海水潮汐能量发电方法，所述步骤4进一步包括如下步骤：

步骤41、当退潮时，浮式发电装置100受潮汐影响产生下降的趋势，浮式发电装置100之间的线缆2将变松弛，线缆2所受浮力拉动减小，容易造成浮式发电装置100相互碰撞，或同组浮式发电装置100无法排列成一排，改变其原垂直于潮汐波浪的方向，造成浮式发电装置100损坏、无法工作或工作效率降低；

步骤42、线缆2通过滑轮43将浮式发电装置100浮力减小的拉动传递给线缆伸缩装置42；

步骤43、线缆伸缩装置42根据所设定的浮力范围，自动收紧缠绕在其上面线缆2；

步骤44、收紧线缆2后，线缆2拉紧浮式发电装置100，使其排成一列并继续漂浮在海平面上，保持最佳位置状态面对潮汐波浪。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。