一种中压交流波浪能发电机组及其发电方法与流程

文档序号:14923758发布日期:2018-07-13 08:54

本发明属于波浪能发电领域,具体涉及一种中压交流波浪能发电机组及其发电方法。

技术背景

自十八世纪六十年代工业革命开始,人类社会规模化开采和使用化石能源已有200余年历史,化石能源成为人类经济发展的基础,为人类社会文明的发展做出了巨大贡献;然而,随着化石能源应用规模不断扩展,不仅对环境造成巨大污染,同时也造成能源储存急剧下降。为此可再生能源如,太阳能、风能等新能源的利用技术开始兴起。

我们的地球表面3/4是海域面积,海域中的海水一刻不停的起伏。与太阳能、风能相比,海水储存的能量更为巨大、持续性更强、也更容易预测。根据一九八九年国家海洋局组织,沿海各单位参加编制的资料《中国沿海农村海洋能资源区划》,我国仅沿岸波浪能总量就达到12.84百万千瓦。沿岸波浪能密度分布在2-7KW/m之间。其中,浙江中部、台湾、福建海坛岛以北、渤海海峡和西沙地区沿岸波浪能密度最高,约4~7kW/m;浙江南部和北部、广东东部、福建海坛岛以南、山东半岛南部沿岸处于波浪能密度处于中等状态,约3kW/m;渤海、黄海北部和北部湾沿岸最低,约2~2.5kW/m。我国从20世纪80年代初开始,我国对波浪能发电技术进行研究,相继研发出固定式、漂浮式、振荡水柱波能以及摆式波能装置。现行波能发电装置,普遍采用70-180KG/cm2液压能进行发电,从这些装置的应用情况来看,普遍没有达到预期的效果。主要存在的问题有以下几个方面:

(一)、现行波浪能发电装置对海况适应性差

波浪具有巨大的能量,但波浪能又是最不稳定的能源,日常的波浪能与暴风时的波浪能,会相差几个数量级。由于波浪能变化极大,高液压技术线路使波浪能转化装置既复杂又极易遭受破坏,导致了现行装置对海况的适应性严重不足。其具体表现为单个装置做得很大,浪小时不够发,而一旦风暴来临,则又超出设计范围;严重时,甚至损毁装置从而造成难以预料的后果;阻碍了波浪能的推广利用;

(二)、现行波浪能发电装置发电参数稳定性差

现行波浪能发电装置普遍偏重于提高单次波浪的利用,普遍采用吸收波浪能转化为高压液压能。再将绝大部分直接产生的液压能用于发电。因此,偏重单次波利用的发电装置发出电力的频率、电流、电压等参数,往往呈现不稳定状态,甚至需要增设逆变器来解决发电参数不稳定的缺陷。

(三)、现行波浪能发电装置发电效率低成本高

由于单个的波浪能是一种随机产生的能源,波浪的波高、波长、周期、位置都随时间而变化。采用高压液压能的现行波浪发电装置只能转化少部分波浪能,其余的能量被白白浪费,这是造成现行发电装置低效率的主要原因。其次,由于采用高压液压发电以及盐雾、海水腐蚀环境的海况导致装置成本居高不下。

由于以上种种,导致波浪能利用技术多年来一直进展缓慢,没有取得关键性的突破,也导致国内不少人对波浪能利用产生悲观情绪。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种中压交流波浪能发电机组及其发电方法。机组通过将各类波浪转化为转化直线波能带动波能液压能转化装置,循环将波浪能转化为中、低压液压能,液压能经能量整定及级配后,持续供给中低压液压发电装置进行交流发电。本机组无需逆变器,发出的电力既可经升压直接入网出售;也可不升压而采用三相四线(或五线)制配线,直接用于工业、民用领域,为动力、照明等提供电源。

本发明的技术方案具体如下:

本发明的中压交流波浪能发电机组包括:撬装集成装置、波浪整定装置、波能传送装置、波能液压能转化装置、能量整定装置、级配装置和液力发电装置;

所述的撬装集成装置布置于海岸上或海上;所述的波浪整定装置、波能传送装置、波能液压能转化装置、能量整定装置、级配装置和液力发电装置均固定在撬装集成装置上;

波浪整定装置的导流室入口置于海平面以下0~1m的区间;波能传送装置的浮子置于波浪整定装置内,波能液压能转化装置与波能传送装置的动力轮采用同轴连接;波能液压能转化装置的汇液室通过管道与能量整定装置的进液组件连接;能量整定装置的出液组件通过管道与级配装置的混液器入口连接;级配装置的出口与液力发电装置的液轮机入口相连,液力发电装置的液轮机出口与波能液压能转化装置的集液室顶端入口相连。

优选的,所述的波浪整定装置包括导流室、整定室、升降室、冗余室、冗余控制器、缓冲弹性体;所述的导流室采用外大内小流线型设计;整定室内置流线型导流内件,外形为封闭式筒状,导流室出口与整定室进口连接;升降室布置于整定室上方,升降室的下口与整定室的上口连接;冗余室内置若干弧形导流件,与升降室上部采用同心布置;冗余室内壁设置冗余控制器与升降室连通;缓冲弹性体采用圆环状设计,布置于升降室顶部。

振荡波、前进波、驻波等各类运动波浪均被整定为上下运动波浪能驱动波能传送装置上下传送能量;当浪高超过设定值(可根据实际需要调整),波能冗余控制器动作,波能将自行进入波能整定装置的冗余室,冗余室将超过设定值的波浪能转化为波能传送装置的下行能量,以提高发电装置可靠性和波能利用效率。

进一步的,所述的波能传送装置包括浮子、传动钢缆、若干个动力轮组和若干绕组轮;所述的若干个动力轮组和若干绕组轮布置在同一竖直面上的两个不同高度层上;浮子上下两端分别与传动钢缆的首尾两端连接,使得传动钢缆构成闭环;传动钢缆紧绕在所述动力轮组和绕组轮上;浮子位于两个不同高度层之间,所述浮子置于波浪整定装置内部,在波浪整定装置的整定室、升降室上下运动。

波能传送装置的浮子随波浪上下往复运动时,带动波能液压能转化装置,将波浪能转化为60kg/cm2以下(可调)的中、低压液压能;浮子圆周设置弹性球体(棒体),可有效降低浮子晃动可能发生的卡塞现象。

优选的,所述的波能液压能转化装置由集液室、动力轮、传动轴、若干汇液室和若干液压动力单元组成;所述的液压动力单元包括液压缸、活塞、活塞杆;所述集液室的进液管连接至所述液力发电装置;集液室的出口连接所述的液压缸的进液管,所述的液压缸内设置有活塞,活塞与活塞杆的一端相连,活塞杆的另一端连接至所述的传动轴;传动轴与动力轮固定连接,所述的动力轮为所述波能传送装置的动力轮组,或者与所述波能传送装置的动力轮组同轴连接;所述的液压缸的出液管连接至所述的汇液室。

波能传送装置驱动液压动力单元的动力轮做旋转运动,动力轮旋转带动活塞将液压腔内的压力液输送到能量整定装置

所述的能量整定装置由若干储能级配单元组成;所述的储能级配单元包括进液组件、工作室、自补偿蓄能器、溢压器、补偿仓、补能器、整定仓和出液组件;

进液组件连接工作室,工作室采用容器型设计,工作室内设置自补偿蓄能器,工作室与自补偿蓄能器采用同轴布置,自补偿蓄能器两端对称布置整定室,整定室一端连接自补偿蓄能器,另一端穿出工作室,工作室底部布置补偿仓并通过溢压器、补能器连接,出液组件一端连接工作室,另一端连接级配装置。

优选的,所述的级配装置包括混液器、调速器、液力调节器、泄压阀、逆止阀和调节阀;能量整定装置出口、调节阀、混液器、调速器、液力调节器顺次相连组成级配动力管路,液力调节器出口连接三通,三通的一路出口连接至所述的液力发电装置,三通的另一路出口顺次连接泄压阀、逆止阀组成级配泄压旁路,逆止阀出口连接至所述波能液压能转化装置的汇液室。

混液器采用封闭容器结构;调速器内置节流式内件,节流式内件动作以液轮机转速为动作条件,随液轮机转速自动调节调速器内置节流式内件开度,调节液轮机转速。液力调节阀以液压为动作条件,随液压变化自动调节内置节流式内件开度调节液轮机入口液压。泄压阀采用恒力弹簧式启闭结构,当液力发电装置出现异常或用电负荷出现异常时,卸出瞬间高压保护人身及装置安全;来自能量整定装置的压力液进入混液器及恒压器后,转化为60kg/cm2以下(可设定)的压力液,根据发电装置的需要,由调速器在线调整压力液进入发电装置。

优选的,所述的液力发电装置包括液轮机、联轴器和发电机;液轮机通过联轴器连接发电机;液轮机与级配装置出口相连。来自能量整定装置级配装置的压力液流入液轮机带动液轮机叶轮工作,液轮机叶轮带动发电机转子旋转切割磁力线发出50HZ 380V电流。

本发明还公开了一种中压交流波浪能发电机组的发电方法,包括如下步骤:

各类运动波浪由波浪整定装置的导流室入口进入中压交流波浪能发电机组,波浪自导流室进入整定室,经整定室内置的流线型导流内件后变成沿升降室上下直线运动的流体;波能传送装置的浮子位于整定室;浮子随流体上下运动;浮子通过传动钢缆带动波能传送装置的动力轮旋转,动力轮带动波能液压能转化装置的动力轮组做顺时针或逆时针旋转,波能液压能转化装置的动力轮组连接传动带动活塞做进退往复运动;活塞做退行程时,会在活塞与缸体之间形成负压通过进液管自集液室吸入液体,活塞做进行程时,活塞将活塞与缸体之间的液体通过出液管、汇液室、进液组件压入能量整定装置的工作室;波能液压能转化装置将机械能转化为6MPa以下中压低压液压能;

波能液压能转化装置汇液室通过管道与能量整定装置进液组件连接;工作室随着进入液体的增加能量整定装置的工作室内的液压在自补偿蓄能器的作用下不断上升;突然增加的高液压液体将自动通过溢压器进入补偿仓;当能量整定装置的液体压力达到设定值,按设定程序在仪表及控制装置控制下将压力液送往级配装置;

能量整定装置的出液组件通过管道与级配装置的混液器入口连接,压力液进入级配装置的混液室,经调速器、液力调节器调节后,按设定程序将压力液送往液力发电装置的液轮机入口;

级配装置的液力调节器通过管道与液力发电装置的液轮机入口连接,液轮机出液管与集液室进液管连接;压力液自液力调节器流入液轮机入口后冲转液轮机叶轮,叶轮带动同轴发电机转子切割磁力线,发电机输出感应电势,经闭合电路形成电力。

当波浪较大,达到或超过设计波高时,上行冗余控制器自行控制上行波浪进入冗余室,经过内置若干弧形导流件转化为下行流体,上行冗余控制器自行打开将下行流体引入浮子上表面转化为浮子下行能量。

与现有技术相比,本发明具有的有益效果有:

本发明将自然界产生的各类零散的、不规律的、差异极大的波浪形式转化为可被利用波浪能的波浪整定装置,为提供高波浪能利用效率奠立了基础;

本发明发电技术线路采用了中、低压液压能发电技术线路,有利于降低投资、减少运营成本、提高运行可靠性;

本发明采用多单元自补偿蓄能器交替循环及级配的设计,有利于更大程度的兼容自然界中差异性极大地波浪能,为全海况保持液力发电机的可持续、稳定的发电,创造了条件。

本发明兼容发电装置工况和液压能能量整定装置工况的级配装置,提高了装置运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为中压交流波浪能发电技术装置流程框图;

图2为中压交流波浪能发电技术装置波浪整定装置结构原理图;

图3为中压交流波浪能发电技术装置波浪传送装置结构原理图;

图4为中压交流波浪能发电技术装置波能液压能转化装置结构原理图;

图5为中压交流波浪能发电技术装置能量整定装置结构原理图;

图6为中压交流波浪能发电技术装置级配装置结构原理图;

图7为中压交流波浪能发电技术装置液力发电装置结构原理图;

图8为中压交流波浪能发电技术装置组装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1和8所示,本发明的中压交流波浪能发电机组包括:撬装集成装置G、波浪整定装置A、波能传送装置B、波能液压能转化装置C、能量整定装置D、级配装置E和液力发电装置F;

所述的撬装集成装置G布置于海岸上或海上;所述的波浪整定装置A、波能传送装置B、波能液压能转化装置C、能量整定装置D、级配装置E和液力发电装置F均固定在撬装集成装置G上;

波浪整定装置的导流室入口置于海平面以下0~1m的区间;波能传送装置的浮子置于波浪整定装置内,波能液压能转化装置与波能传送装置的动力轮采用同轴连接;波能液压能转化装置的汇液室通过管道与能量整定装置的进液组件连接;能量整定装置的出液组件通过管道与级配装置的混液器入口连接;级配装置的出口与液力发电装置的液轮机入口相连,液力发电装置的液轮机出口与波能液压能转化装置的集液室顶端入口相连。

波浪进入波浪整定装置后,改变流向,无论前进波、振荡波、驻波等,统统转化为规整的直线运动波推动波能传送装置运动;在极端海况出现时,波浪整定装置的冗余结构设计也可将狂暴的波浪能转化为波能传送装置的动力。波能传送装置随波浪起伏将波浪能转化为动力轮部件的旋转运动,动力轮带动波能液压能转化装置做往复运动循环,持续将液体压入不同的能量整定装置。进入能量整定装置的液体液压将随着液体压入而逐渐升高或转化为其他形式能量(见下文能量整定装置部分);当液压达到设定值(根据工艺设定),不同的能量整定装置在控制系统的控制下,将压力液体送往中低压液轮机冲转液轮;液轮带动发电机转子旋转切割磁力线,源源不断的生产电力。

如图2所示,在本发明的一个具体实施方案中,所述的波浪整定装置包括导流室01、整定室02、升降室03、冗余室05、冗余控制器06、缓冲弹性体07;所述的导流室采用外大内小流线型设计;整定室内置流线型导流内件,外形为封闭式筒状,导流室出口与整定室进口连接;升降室布置于整定室上方,升降室的下口与整定室的上口连接;冗余室内置若干弧形导流件,与升降室上部采用同心布置;冗余室内壁设置冗余控制器与升降室连通;缓冲弹性体采用圆环状设计,布置于升降室顶部。

振荡波、前进波、驻波等各类运动波浪均被整定为上下运动波浪能驱动波能传送装置上下传送能量;当浪高超过设定值(可根据实际需要调整),波能冗余控制器动作,波能将自行进入波能整定装置的冗余室,冗余室将超过设定值的波浪能转化为波能传送装置的下行能量,以提高发电装置可靠性和波能利用效率。

当波浪较大,达到或超过设计波高时,上行冗余控制器自行控制上行波浪进入冗余室,经过内置若干弧形导流件转化为下行流体,上行冗余控制器自行打开将下行流体引入浮子上表面转化为浮子下行能量。

如图3所示,在本发明的一个具体实施方案中,所述的波能传送装置包括浮子04、传动钢缆13、1个动力轮组12和3个绕组轮11;所述的动力轮组和3绕组轮布置在同一竖直面上的两个不同高度层上,组成长方形的四个顶点;浮子上下两端通过封帽16分别与传动钢缆的首尾两端连接,使得传动钢缆构成闭环;传动钢缆紧绕在所述动力轮组和绕组轮上;浮子位于两个不同高度层之间,所述浮子置于波浪整定装置内部,在波浪整定装置的整定室、升降室上下运动。

波能传送装置的浮子随波浪上下往复运动时,带动波能液压能转化装置,将波浪能转化为1-20kg/cm2(可调)的中、低压液压能;浮子圆周设置弹性球体15(棒体),可有效降低浮子晃动可能发生的卡塞现象。

如图4所示,在本发明的一个具体实施方案中,所述的波能液压能转化装置由集液室21、动力轮23、传动轴22、2个汇液室28/29和4个液压动力单元组成;所述的液压动力单元包括液压缸25、活塞26、活塞杆24;所述集液室的进液管连接至所述液力发电装置;集液室的出口连接所述的液压缸的进液管,所述的液压缸内设置有活塞,活塞与活塞杆的一端相连,活塞杆的另一端连接至所述的传动轴;传动轴与动力轮固定连接,所述的动力轮为所述波能传送装置的动力轮组,或者与所述波能传送装置的动力轮组同轴连接;所述的每两个液压缸的出液管连接至所述的一个汇液室。

波能传送装置驱动液压动力单元的动力轮做旋转运动,动力轮旋转带动活塞将液压腔内的压力液输送到能量整定装置。

如图5所示,在本发明的一个具体实施方案中,所述的能量整定装置由若干储能级配单元并联组成;所述的储能级配单元包括进液组件31、工作室32、自补偿蓄能器33、溢压器34、补偿仓35、补能器36、整定仓37和出液组件38;

进液组件31一端连接波能液压能转化装置的汇液室29出口,另一端连接工作室32,工作室32采用容器型设计,工作室内设置自补偿蓄能器33,工作室与自补偿蓄能器采用同轴布置,自补偿蓄能器两端对称布置整定室37,整定室一端连接自补偿蓄能器,另一端穿出工作室,工作室底部布置补偿仓35并通过溢压器34、补能器36连接,出液组件38一端连接工作室,另一端连接级配装置。

如图6所示,在本发明的一个具体实施方案中,所述的级配装置包括混液器41、调速器42、液力调节器43、泄压阀44、逆止阀45和调节阀46;能量整定装置出口、调节阀、混液器、调速器、液力调节器顺次相连组成级配动力管路,液力调节器出口连接三通,三通的一路出口连接至所述的液力发电装置,三通的另一路出口顺次连接泄压阀、逆止阀组成级配泄压旁路,逆止阀出口连接至所述波能液压能转化装置的汇液室。

混液器采用封闭容器结构;调速器内置节流式内件,节流式内件动作以液轮机转速为动作条件,随液轮机转速自动调节调速器内置节流式内件开度,调节液轮机转速。液力调节阀以液压为动作条件,随液压变化自动调节内置节流式内件开度调节液轮机入口液压。泄压阀采用恒力弹簧式启闭结构,当液力发电装置出现异常或用电负荷出现异常时,卸出瞬间高压保护人身及装置安全;来自能量整定装置的压力液进入混液器及恒压器后,转化为1-20kg/cm2(可设定)的压力液,根据发电装置的需要,由调速器在线调整压力液进入发电装置。

如图7所示,在本发明的一个具体实施方案中,所述的液力发电装置包括液轮机51、联轴器55和发电机52;液轮机51通过联轴器55连接发电机52;所述的液力发电装置通过底座56进行固定,整流负载电路53对电流进行整流,风扇54进行散热。液轮机入口与级配装置出口相连,液轮机出口与波能液压能转化装置的集液室21的进液管相连。来自能量整定装置级配装置的压力液流入液轮机带动液轮机叶轮工作,液轮机叶轮带动发电机转子旋转切割磁力线发出50HZ 380V电流。

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