一种漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统的制作方法

本发明属于海洋能源利用与可再生能源发电技术领域，用于将波高较小的低品位波浪的波浪能转利用，具体涉及一种漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统。

背景技术：

波浪能是一种极具前途的清洁可再生能源，具有能量品质好、储藏量大、分布广泛的优点，它的开发利用对于推进可持续发展、海洋资源开发等具有重要意义，在中国，对波浪能的开发利用已经列入了国家能源发展战略，具有广阔的发展前景。

现有的离岸式波浪能利用技术可以分为点吸收式和线吸收式两类，点吸收式波浪能转换装置主要是通过浮体在波浪中的垂荡运动产生的位移或相对位移变化，通过pto(powertake-off，能量提取)阻尼将浮体运动的机械能转换为液压能或电磁能，再经过蓄能器等能量储存、传输单元，最终驱动发电机进行发电，或者通过其他设备制造淡水或冰等。该类装置主要包括振荡浮子式、振荡水柱式等具体类型。线吸收式波浪能转换装置则能够吸收沿着波浪传播线一定距离的波浪能，如著名的英国“pelamis”式装置即属于该类型。该装置由多组铰接筏体组成，筏体在波浪的激励下运动，相邻筏体之间的(角)位移变化，筏体运动的机械能通过安装于相邻筏体之间的pto阻尼机构进行提取。除此之外，合理利用沿岸地形，将波浪的动能转换为势能，进而利用海水头压差发电的越浪式装置也是一个重要类型。

上述的波浪能转换装置具有很好的能量转化效果，但都需要在波高较大时，才能获得较好的波浪能转换效果；但是很多海域中的波高小的低品位的海浪也具备巨大的能量，这些现有技术中的波能转换装置就起不到很好的效果，导致波浪能的巨大浪费。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于针对上述问题，提供一种漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统，该系统整体结构简单、可提升对波浪能的利用效率，用以解决现有波浪能转换技术无法充分利用小波高、低品位波浪能资源的问题，具体技术方案如下：

一种漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统，用于海面波高较小的低品位波浪能量的转换利用，系统包括按波浪传播方向依次连接在一起的收缩波道、斜底上升水道和波浪反射聚集护岸；所述收缩波道用于汇聚波浪并增加波浪的波高，所述斜底上升水道用于增大所述收缩波道聚集波浪的波高，所述波浪反射聚集护岸为具有波浪反射和波浪聚集功能的构筑物，用于改变经由所述斜底上升水道增大波高波浪的传播方向，并聚集在所述波浪反射聚集护岸的焦点位置；其中：

所述收缩波道包括的第一侧壁、第二侧壁和一波道底面，所述第一侧壁和第二侧壁对称设置于所述波道地面的两侧，且所述第一侧壁、第二侧壁和波道底面一体化设计；所述斜底上升水道包括与波浪传播方向平行的左侧平行壁、右侧平行壁以及设置在左侧平行壁和右侧平行壁之间并与所述左侧平行壁和右侧平行壁底一体化设计的水道底面；所述波浪反射聚集护岸的水平截面成抛物线形状，且所述波浪反射聚集护岸与所述斜底上升水道连接端一端的宽度与所述斜底上升水道的宽度一致。

进一步的，所述波浪反射聚集护岸的所述焦点位置还装设有一用于波浪能转换利用的波浪能转换装置。

进一步的，所述波浪能转换装置为点吸式转换系统。

进一步的，所述收缩波道连接所述斜底上升水道一端为波浪出口，另一端为波浪入口，且所述波浪入口宽度大于波浪出口宽度；且所述波浪出口与所述斜底上升水道的宽度大小一致。

进一步的，所述第一侧壁与所述第二侧壁与所述斜底上升水道之间的角度大小均设置在30°～60°之间。

进一步的，所述水道地面为一按波浪传播方向逐渐上升的斜平面，且所述水道底面的最大深度不大于所述波浪波长的1/2。

进一步的，所述系统还包括一锚系，所述锚系一端固定在海底，另一端与所述收缩波道连接，用于固定整个所述系统在指定海面位置上。

本发明的漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统，首先经由收缩波道对波浪进行采集并增加采集到波浪的波高，实现对波浪的一级聚波处理；然后将一级聚波处理后的波浪通过收缩波道流入斜底上升水道中，由于斜底上升水道中的水道地面为一按波浪传播方向逐渐上升的斜面，所以可以对一级聚波处理后的波浪进行再次波高的增大，实现对波浪波高的二级聚波；最后将二级聚波处理的波浪流入具有反射和聚集功能的波浪反射聚集护岸，通过波浪反射聚集护岸改变二级聚波处理后波浪的传播方向，使其聚集在波浪反射聚集护岸的焦点位置，同时，在焦点位置处装设一波浪能转换装置，即可实现对波高小的低品位波浪的高效利用；与现有技术相比，本发明可对波高小的低品位波浪进行高效的聚集，同时对波浪进行多级聚波处理后，可提升原有波浪波浪能的大小，增强波浪能转换装置对各种波况的适应性；且本发明整体结构简单，易于搭建，制造成本低，更容易推广应用在，提升了波浪能转换的经济性和高效性。

附图说明

图1为本发明实施例中所述漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统的结构组成示意图；

图2为采用本发明实施例中漂浮式聚波反射多级波浪聚集系统结构的侧视图示意。

标识说明：101：收缩波道、101-1：第一侧壁、101-2：第二侧壁、101-3：波道底面、102：斜底上升水道、102-1：左侧平行壁、102-2：右侧平行壁、102-3：水道底面、103：波浪反射聚集护岸、103-1：前壁面、103-2：后后壁面、103-3：护岸表面、104：焦点、105：锚系、106：波浪能转换装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

结合图1和图2，在本发明实施例中，提供了一种漂浮式聚波折射多级波浪聚集系统，系统用于波高较小的低品位波浪的能量转换，系统整体漂浮于海平面设置，系统包括按波浪传播方向依次设置的收缩波道101、斜底上升水道102和波浪反射聚集护岸103，且斜底上升水道102一端连接收缩波道101，另一端连接波浪反射聚集护岸103；在系统的具体工作过程中，入射波浪进入收缩波道101，可将波浪聚集在收缩波道101内，一方面起到波浪收集的作用，另一方面提升波浪的波高，起一级聚波作用；而斜底上升水道102用作二级聚波，可在收缩波道101的基础上进一步增加波浪的波高，使得波浪具有更佳的能量利用价值；最后通过波浪反射聚集护岸103改变经过一级聚波和二级聚波的波浪的传播方向，将所有波浪往波浪反射聚集护岸103的焦点104位置处聚集；此时在焦点104处的波浪因为波高的多次提升，波浪能密度极大提升；在此情况下，本发明在焦点104处设置波浪能转换装置106，实现使用波高较小的低品位波浪能实现大能量转换的效果。

请再次参阅图1，从中可知，本发明中的收缩波道101包括两个对称设置的第一侧壁101-1、第二侧壁101-2和一波道底面101-3，波道底面101-3与所述第一侧壁和第二侧壁的底部连为一体；且第一侧壁101-1和第二侧壁101-2均与波浪传播方向呈相同大小的角度，即收缩波道101的波浪入口位置的开口宽度大于波浪出口位置的开口宽度，便于充分聚集所有可利用波浪；优选的，本发明将左侧壁101-1与右侧壁101-2与斜底上升水道102之间的角度大小均设置在30°～60°之间，这样可以更好的实现对波浪能的聚集；同时，根据具体实际情况，本发明将第一侧壁101-1与第二侧壁102-2的上部高度设置的高于系统所在海面环境的最大波高，实现对波浪所有可利用波高的充分利用；在第一侧壁101-1和第二侧壁101-2的反射和集聚作用下，所述收缩波道101可在波浪波长、周期等不变的情况下增大波高和单位波峰线上的波浪能，实现波浪密度的不断增大。

将本发明系统在不同条件下进行具体的聚波效果检测发现，当本发明中的第一侧壁101-1和第二侧壁101-2与波浪传播方向的夹角设置成60°时，波浪因收缩波道101引起的波浪反射所造成的波能损失最少，收缩波道101的波浪集聚效果最好；具体的，假设此时波浪的波高为h，并假设收缩波道101的波浪出口宽度为b，入口宽度为5.0b，经过收缩波道101的波浪聚集后，可在收缩波道101出口处得到波高大约增加至2.1h的波浪，且此时波浪能密度提升到原来的4.4倍；同时根据多次的实际检测效果得到收缩波道101波浪入口的宽度越大，收缩波道101对波浪能聚集效果越明显。

具体的，斜底上升水道102包括与波浪传播方向平行的左侧平行壁102-1、右侧平行壁102-2以及与左侧平行壁102-1和右侧平行壁102-2底部连接为一体的水道底面102-3，本发明为使收缩波道101中聚集的所有波浪进入斜底上升水道，将斜底上升水道102的水道宽度设置成与收缩波道101波浪出口宽度一致；而为了可以在收缩波道101的基础上进行二级聚波，使得波浪的波高再次提升，本发明将水道底面102-3设置成沿波浪传播方向逐渐上升的斜底面，且保证水道底面102-3的最大深度不大于波浪波长的1/2，具体调节可根据整个系统的自重以及锚系105来调整，以保证整个系统具备最佳的波浪转换效果。

具体的，在本发明实施例中，波浪反射聚集护岸103为一呈抛物线形状且漂浮于海水中的构筑物，包括与斜底上升水道102宽度一致的前壁面103-1，远离斜底上升水道102的后壁面103-2以及波浪反射聚集护岸的护岸表面103-3，经过斜底上升水道102增加波浪密度的波浪在波浪反射聚集护岸103中传播时，由于后壁面103-3具有较强的反射功能，根据波浪反射理论，当入射波浪波阵面冲击后壁面103-2时，入射波被反射，因为后壁面103-2截面呈抛物线形状，不同位置反射的波浪最终在焦点104处聚集，在该处波浪波高大幅增大，波浪能密度得到最大程度的提升，此时，即可通过设置在焦点104处的波浪能转换装置106进行波浪能的最大转换。

优选的，在本实施例中，波浪反射聚集护岸103的后壁面103-2为抛物线形状，以简化装置的制造、波浪反射的计算和装置参数的调试；波浪能转换装置106采用点吸收式系统，如振荡浮子式或振荡水柱式等，以简化波浪能转换技术，降低波浪能转换成本，提升波浪能转换效率；当然，对此发明并未进行限制和固定，可根据具体情况进行选择。

请再次参阅图2，在本发明实施例中，锚系105的锚索两端分别与海底和收缩波道101的前端中点处连接，锚索的长度以及质量根据水域深度进行调整，以使整个装置系统漂浮于海面；结合图1，本发明提供的整个系统在风、浪、锚系105的联合作用下，可以对整个系统进行良好的固定，同时对装置的纵向与波浪传播方向一致，使系统可以更好的聚集波浪能。

在具体实施例中，本发明采用的收缩波道101、斜底上升水道102、波浪反射聚集护岸103以及锚系105等的尺寸、质量、材料等均可以根据使用海域的波浪状况进行调整，由于整个装置是漂浮式结构，因此对海上风、流等其他的海况因素有较好的适应性，即本发明可以广泛用于各种海况条件下，例如波浪能分散、能流密度较低的沿海和近海区域。

本发明的漂浮式聚波折射多级波浪聚集系统，通过按照波浪传播方向依次设置的收缩波道、斜底上升水道和波浪反射聚集护岸，以及装设在波浪反射聚集护岸焦点位置处的波浪能转换装置，首先由收缩波道对波浪能进行聚集，使得波浪的波高增高，波浪能密度提升，随后进一步通过斜底上升水道再次增高波浪的波高，最后由波浪反射聚集护岸折射波浪，改变波浪的传播方向使其聚集在焦点位置，通过波浪能转换装置实现波浪能的转换和利用；与现有技术相比，本发明可以将分散的、低能流密度的波浪聚集起来，增强波浪能转换装置对各种波况的适应性，提升波浪能转换的经济性和高效性，实现资源利用价值较低的低品位可再生能源的充分、经济、高效利用。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。