專利名稱：波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)、方法和發(fā)電方法、系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時(shí)利用波浪與潮汐能的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
波浪和潮汐能是一種清潔、不污染環(huán)境、不影響生態(tài)平衡的可再生能源。波浪起伏，分分秒秒永不平靜，潮水每日漲落，周而復(fù)始，無(wú)窮無(wú)盡，所產(chǎn)生的能量取之不盡，用之不竭。波浪能是海洋能源中最豐富、最普遍、較難利用的資源之一，也是最清潔的可再生資源。據(jù)估算，世界海洋中的波浪能達(dá)700億千瓦，占全部海洋能量的94%，是各種海洋能中的“首戶”。椐有關(guān)資料估算。全世界沿海岸線可利用的波浪能潛力為106MW。我國(guó)陸地海岸線長(zhǎng)達(dá)一萬(wàn)八千多公里、大小島嶼6960多個(gè)。根據(jù)海洋觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，沿海海域年平均波高在2. OM左右，波浪周期平均6s左右，波浪能的密度可達(dá)5 8kW/m。波浪能資源十分豐富，總量約有5億千瓦，可開(kāi)發(fā)利用的約1億千瓦，具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。波浪能是指海水起伏形成的水的動(dòng)能，潮汐能是指海水潮漲和潮落形成的水的勢(shì)能。它們是一種相對(duì)穩(wěn)定的可靠能源，很少受氣候、水文等自然因素的影響，全年總發(fā)電量穩(wěn)定，不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響，不需淹沒(méi)大量農(nóng)田構(gòu)成水庫(kù)，不存在人口遷移、 淹沒(méi)農(nóng)田等復(fù)雜問(wèn)題。目前已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)比較成熟的波浪發(fā)電裝置基本上有三種類形(1)振蕩水拄型用一個(gè)容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過(guò)波浪產(chǎn)生的水面位置變化引起容器內(nèi)的空氣容積發(fā)生變化，壓縮容器內(nèi)的空氣(中間介質(zhì))，用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)葉輪，帶動(dòng)發(fā)電裝置發(fā)電；(2)機(jī)械型利用波浪的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)裝置的活動(dòng)部分——鴨體、筏體、浮子等，活動(dòng)部分壓縮(驅(qū)動(dòng))油、水等中間介質(zhì)，通過(guò)中間介質(zhì)推動(dòng)轉(zhuǎn)換發(fā)電裝置發(fā)電。(3)水流型利用收縮水道將波浪引入高位水庫(kù)形成水位差(水頭)，利用水頭直接驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這三種類型各有優(yōu)缺點(diǎn)，但有一個(gè)共同的問(wèn)題是波浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多，效率低，電力輸出波動(dòng)性大，這也是影響波浪發(fā)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的主要原因之一。把分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能吸收起來(lái)，集中、經(jīng)濟(jì)、高效地轉(zhuǎn)化為有用的電能，裝置及其構(gòu)筑物能承受災(zāi)害性海洋氣候的破壞，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，是當(dāng)今波浪能開(kāi)發(fā)的難題和方向。潮汐發(fā)電是利用海水漲潮的勢(shì)能和動(dòng)能，通過(guò)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。目前，最常見(jiàn)的、已有成功應(yīng)用的是在海灣筑壩蓄水發(fā)電，但由于潮汐電站通常需建在港灣?？?，水深壩長(zhǎng)，施工、地基處理及防淤等問(wèn)題較困難。土建和機(jī)電投資大，造價(jià)較高。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)全日連續(xù)發(fā)電，必須采用雙水庫(kù)的潮汐電站，造成工程量和投資的成倍增長(zhǎng)，影響了潮汐發(fā)電站的發(fā)展，影響了潮汐能的利用。同時(shí)，并非所有的海面均適合筑壩圍海發(fā)電，因此，潮汐資源的利用受到很大的限制。潮汐能量利用的另一種方式是利用“密閉空浮體”的浮力和“充水浮體”的重力， 在漲潮和退潮過(guò)程中，浮體產(chǎn)生相當(dāng)于潮差高度的垂直運(yùn)動(dòng)，將浮體的垂直運(yùn)動(dòng)傳遞出來(lái)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)潮汐浮力發(fā)電。綜觀采用該原理的各種發(fā)明和設(shè)計(jì)，基本有三種方式(1)浮體直接驅(qū)動(dòng)氣缸活塞把空氣壓入壓力罐，從而將潮汐能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s空氣儲(chǔ)存起來(lái)發(fā)電。由于大行程、大直徑氣缸受現(xiàn)有制造技術(shù)和制造成本的限制，該設(shè)計(jì)尚未見(jiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用(潮汐差為2 15米不等，通常為4 5米，而氣缸行程大于2米、缸徑大于 0.4米的制造就非常困難，且價(jià)格高昂，不能適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用)；(2)浮體直接驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞把海水壓至高位水庫(kù)，從而將潮汐能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦呶凰膭?shì)能儲(chǔ)存起來(lái)發(fā)電。由于大行程、大直徑液壓缸受現(xiàn)有制造技術(shù)和制造成本的限制，且須進(jìn)行高位水庫(kù)施工，該設(shè)計(jì)也未見(jiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。(3)浮體驅(qū)動(dòng)齒條、齒輪等機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將潮汐能量實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)主軸的扭力，驅(qū)動(dòng)增速箱發(fā)電。由于大行程齒輪齒條機(jī)械結(jié)構(gòu)受現(xiàn)有制造技術(shù)和制造成本的限制，且該方案未設(shè)計(jì)能量?jī)?chǔ)存機(jī)制，故該設(shè)計(jì)也未見(jiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在海洋中，潮汐與波浪是同時(shí)存在的，同樣蘊(yùn)藏了大量的能量，但由于潮汐能量和波浪能量的產(chǎn)生機(jī)制不相同，故潮汐能量采集與波浪能量采集的方法和裝置往往各不相同，迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)能夠同時(shí)采集潮汐能量和波浪能量的方法與裝置的報(bào)道。造成了海洋能源利用投資大、經(jīng)濟(jì)效益差、投資回收期長(zhǎng)，束縛了海洋能的大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)利用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新的、能夠同時(shí)完成波浪能和潮汐能的采集、發(fā)電的方法和裝置，使波浪能和潮汐能的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化利用成為可能。本發(fā)明的基本構(gòu)思為利用浮體的浮力提升儲(chǔ)能組件(重物)，將波浪起伏的動(dòng)能和潮汐升降的勢(shì)能，以重力勢(shì)能的形式貯存于儲(chǔ)能組件之中；通過(guò)控制重物的有序下降，達(dá)到不間斷、連續(xù)釋放能量發(fā)電的目的，以簡(jiǎn)潔的裝置和高的效率實(shí)現(xiàn)波浪和潮汐能量利用。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包括海面平臺(tái)、在海面平臺(tái)上可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的主軸以及安裝在主軸上的系統(tǒng)單元，該系統(tǒng)單元包括安裝在主軸上的棘輪、繞在棘輪上的撓性件、連接從棘輪第一側(cè)延伸出來(lái)的撓性件并懸置的浮體儲(chǔ)能組件以及連接從棘輪第二側(cè)延伸出來(lái)的撓性件并懸置的平衡組件，該第一側(cè)和該第二側(cè)為相對(duì)側(cè)，棘輪包括內(nèi)棘齒圈和外棘齒圈，外棘齒圈固定地套在主軸上，內(nèi)棘齒圈套在外棘齒圈上與外棘齒圈嚙合，撓性件繞在內(nèi)棘齒圈上。所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，系統(tǒng)單元還包括導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向桿和導(dǎo)向座，導(dǎo)向座安裝在海面平臺(tái)上，導(dǎo)向桿穿過(guò)導(dǎo)向座、海面平臺(tái)并可在導(dǎo)向座、海面平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)向桿的下端活動(dòng)連接浮體儲(chǔ)能組件，導(dǎo)向座上安裝有可固定住導(dǎo)向桿的電磁離合器。所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，平衡組件為平衡桿，平衡桿可穿過(guò)海面平臺(tái)，海面平臺(tái)上安裝有可固定住平衡桿的電磁離合器。所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，浮體儲(chǔ)能組件由分離的浮體和儲(chǔ)能塊構(gòu)成，浮體為內(nèi)置于儲(chǔ)能塊中的浮體。所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，浮體儲(chǔ)能組件由一體的浮體和儲(chǔ)能塊構(gòu)成。所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，多個(gè)系統(tǒng)單元安裝在同一主軸上，各電磁離合器相互關(guān)聯(lián)以使該多個(gè)系統(tǒng)單元的浮體儲(chǔ)能組件分時(shí)下落。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電裝置，其特點(diǎn)是，發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子與具有前述任一特點(diǎn)的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)的主軸耦接從而能同步轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能方法，其特點(diǎn)是，包括波浪能量采集步驟以及潮汐能量采集步驟，其中，波浪能量采集步驟包括波浪上升階段利用浮力的作用將浮體儲(chǔ)能組件向上提升；波峰階段波浪達(dá)到波頂時(shí)，停止浮體儲(chǔ)能組件上升，此時(shí)提升高度約等于波浪高度；波浪落下階段波浪落下時(shí)，利用撓性件將浮體儲(chǔ)能組件懸掛在棘輪上，脫離海水，浮力消失，借助于棘輪對(duì)浮體儲(chǔ)能組件的重力的傳遞對(duì)連接棘輪的主軸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用， 如果主軸尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，則將浮體儲(chǔ)能組件一直懸掛在棘輪外圈，對(duì)主軸產(chǎn)生持續(xù)的驅(qū)動(dòng)作用， 直至下一個(gè)波浪出現(xiàn)將浮體儲(chǔ)能組件淹沒(méi)，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則浮體儲(chǔ)能組件在持續(xù)對(duì)主軸施加驅(qū)動(dòng)作用的同時(shí)逐漸落下，直至達(dá)到波谷水面，淹沒(méi)在海水之中；潮汐能量采集步驟包括漲潮階段利用浮力作用將浮體儲(chǔ)能組件向上提升，將潮汐勢(shì)能轉(zhuǎn)換為浮體儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能，由于漲潮階段仍有波浪起伏，利用浮體儲(chǔ)能組件同時(shí)進(jìn)行前述波浪能量采集步驟；平潮階段停止浮體儲(chǔ)能組件上升，完成潮汐能量的采集和貯存，同時(shí)進(jìn)行前述波浪能量采集步驟；退潮階段利用撓性件將浮體儲(chǔ)能組件懸掛在棘輪上，脫離海水，浮力消失，浮體儲(chǔ)能組件受重力作用下降，通過(guò)棘輪驅(qū)動(dòng)主軸；低潮階段，浮體儲(chǔ)能組件僅進(jìn)行前述波浪能量采集步驟。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能發(fā)電方法的特點(diǎn)是，利用所述波浪與潮汐能儲(chǔ)能方法的主軸來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步地，波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)將密閉浮體與相當(dāng)其排水量的固態(tài)重物組成一個(gè)在海面浮體儲(chǔ)能組件，該儲(chǔ)能組件通過(guò)撓性件 (如鏈條等)懸掛在主軸上的棘輪上(主軸安裝在海面平臺(tái)上)，利用密閉浮體的浮力采集波浪和潮汐的能量，通過(guò)儲(chǔ)能組件的提升貯存能量，儲(chǔ)能組件在重力作用下落下時(shí)，通過(guò)棘輪驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)釋放能量，將波浪和潮汐能量轉(zhuǎn)化為電能或其他能量，該波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體作用原理如下(1)波浪能量的采集 波浪上升階段由于浮力與重力的平衡，儲(chǔ)能組件為海水淹沒(méi)并浮在海面上。當(dāng)波浪上涌時(shí)，儲(chǔ)能組件因浮力的作用而隨海水同步向上提升。
到達(dá)波峰階段波浪達(dá)到波頂時(shí)，儲(chǔ)能組件停止上升，此時(shí)提升高度約等于波浪尚度。 波浪落下階段波浪落下時(shí)，儲(chǔ)能組件由于鏈條的作用而被懸掛在鏈輪外圈，脫離海水，浮力消失，重力對(duì)主軸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用。 如果主軸尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，則儲(chǔ)能組件一直懸掛在棘輪外圈，對(duì)主軸產(chǎn)生持續(xù)的驅(qū)動(dòng)作用，直至下一個(gè)波浪出現(xiàn)將儲(chǔ)能組件淹沒(méi)(浮力抵消重力)。 如果主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，則儲(chǔ)能組件在持續(xù)對(duì)主軸施加驅(qū)動(dòng)作用的同時(shí)逐漸落下，直至達(dá)到波谷水面，淹沒(méi)在海水之中(浮力抵消重力)。 海面波浪分分秒秒均在動(dòng)蕩起伏，永無(wú)平息的時(shí)間。從上述描述可見(jiàn)無(wú)論波浪高度如何(哪怕只有0.1米的波浪起伏)，其能量均能被儲(chǔ)能裝置有效吸收、轉(zhuǎn)化、釋放。，(2)潮汐能量的采集 一個(gè)潮汐周期包括低潮階段、漲潮階段、平潮階段以及退潮階段。在低潮階段， 無(wú)潮汐能量，浮體儲(chǔ)能組件僅采集波浪能量。 漲潮階段儲(chǔ)能組件受浮力作用上升，將潮汐勢(shì)能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能， 由于漲潮階段仍有波浪起伏，儲(chǔ)能組件同時(shí)進(jìn)行波浪能量采集； 平潮階段儲(chǔ)能組件完成潮汐能量的采集和貯存，同時(shí)進(jìn)行波浪能量采集 退潮階段儲(chǔ)能組件受重力作用下降，通過(guò)棘輪驅(qū)動(dòng)主軸，將潮汐能量轉(zhuǎn)化為電能。 低潮階段，儲(chǔ)能組件僅采集波浪能量。 潮汐一日兩次，重復(fù)上述步驟。(3)從上述描述可見(jiàn)，本浮體儲(chǔ)能組件裝置同時(shí)進(jìn)行了波浪能和潮汐能的采集、貯存和轉(zhuǎn)化，大幅度提高了效率。(4)上述儲(chǔ)能組件可組合工作，從而可脫離潮汐周期的限制，實(shí)現(xiàn)日夜連續(xù)發(fā)電， 無(wú)需筑壩施工。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步地，所述浮體是一個(gè)浸沒(méi)在海水中的密閉容器，容器內(nèi)部是空氣，容器的外殼是構(gòu)成儲(chǔ)能組件的一部分，因此無(wú)減輕重量的要求，可以由塑料、鋼鐵或鋼筋混凝土制成，其形狀可設(shè)計(jì)為球形、圓柱形、倒錐形、方形、長(zhǎng)方形、橢圓形等，浮體的排水量即等于浮體所產(chǎn)生的浮力。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能組件為固態(tài)儲(chǔ)能組件。固態(tài)儲(chǔ)能組件的作用在于儲(chǔ)存波浪潮汐能量，其總重量(包括浮體的重量)與浮體的排水量相當(dāng)。其構(gòu)成材料取決與整體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)能組件體積的要求，當(dāng)總體結(jié)構(gòu)要求儲(chǔ)能組件體積較小時(shí)，可用金屬、甚至重金屬材料(鋼鐵、鉛塊、水銀等)。當(dāng)總體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)能組件體積無(wú)要求時(shí)，可采用混凝土、甚至是箱裝的卵石、砂石、泥土或水等，以降低造價(jià)和投資。儲(chǔ)能組件與浮體的連接，根據(jù)需要可以是固定的，也可以是活動(dòng)的，可以與浮體一起浸沒(méi)在海水中，也可以安裝在海面之上(不浸沒(méi)在海水中)。當(dāng)儲(chǔ)能塊浸沒(méi)在水中時(shí)，其排水量也產(chǎn)生浮力，因此一般情況下，設(shè)計(jì)為浮體與儲(chǔ)能塊連成一體，構(gòu)成浮動(dòng)的儲(chǔ)能塊組件。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步地，該系統(tǒng)單元還包括保持儲(chǔ)能組件的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由安裝在儲(chǔ)能組件上的導(dǎo)軌和固定在平臺(tái)上的導(dǎo)向滑塊(或滾輪)構(gòu)成，保證儲(chǔ)能塊組件作垂直方向的運(yùn)動(dòng)。由于儲(chǔ)能組件是通過(guò)撓性件驅(qū)動(dòng)棘輪，故允許導(dǎo)軌在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的有較大的間隙和晃動(dòng)，而不必如齒輪齒條結(jié)構(gòu)或氣缸、油缸結(jié)構(gòu)的小間隙精密配合，適合在海洋環(huán)境中的運(yùn)行。根據(jù)前述構(gòu)思的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步地，該系統(tǒng)單元還包括保持儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能的保持裝置，該保持裝置為定位離合器，該定位離合器固定于該系統(tǒng)單元的基礎(chǔ)上，該定位離合器與儲(chǔ)能組件相關(guān)聯(lián)，可將定位離合器保持在預(yù)定的高度，并且脫離潮汐周期的限制。利用定位離合器將儲(chǔ)能組件保持在預(yù)定的高度，并且脫離潮汐周期的限制，分時(shí)釋放儲(chǔ)能組件，藉此調(diào)節(jié)連續(xù)發(fā)電的穩(wěn)定性。本發(fā)明的波浪潮汐能發(fā)電系統(tǒng)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了波浪能和潮汐能的同步貯存， 本發(fā)明的波浪潮汐能發(fā)電系統(tǒng)可在無(wú)法筑壩圍海的平直海灘、淺海灘及海島沿岸實(shí)現(xiàn)波浪潮汐發(fā)電，大大擴(kuò)大了潮汐資源的利用范圍。本發(fā)明的前述目的、特征以及技術(shù)效果將在后面結(jié)合


和具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1顯示了本發(fā)明的第一實(shí)施例分體式浮體儲(chǔ)能組件結(jié)構(gòu)原理，其中(a)是(b) 的右視圖，(b)是沿通過(guò)(a)中的撓性件垂直面剖開(kāi)的剖面圖。圖2顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例整體式浮體儲(chǔ)能組件結(jié)構(gòu)原理，其中(a)是(b) 的右視圖，(b)是沿通過(guò)(a)中的撓性件垂直面剖開(kāi)的剖面圖。圖3顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例的波能儲(chǔ)存-釋放原理，其中(a)是波浪產(chǎn)生開(kāi)始的狀態(tài)圖，(b)是波浪上升階段的狀態(tài)圖，(c)是達(dá)到波峰時(shí)的狀態(tài)圖，(d)是波浪下降階段浮體儲(chǔ)能組件脫離海水限制的狀態(tài)圖，(e)是浮體儲(chǔ)能組件脫離海水限制并開(kāi)始下降的狀態(tài)圖，(f)是浮體儲(chǔ)能組件脫離海水限制并進(jìn)一步下降的狀態(tài)圖，(g)是浮體儲(chǔ)能組件再次沒(méi)入海水的狀態(tài)圖。圖4顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例的潮汐、波浪綜合能量?jī)?chǔ)存釋放原理，其中(a)到 (c)是一個(gè)波浪周期的原理圖，(c)到(e)是另一個(gè)波浪周期的原理圖，(e)到(j)是一個(gè)潮汐周期的原理圖，并且(e)到(g)是潮汐周期中一個(gè)波浪周期的原理圖，(g)到(j)是潮汐周期中另一個(gè)波浪周期的原理圖。圖5顯示了本發(fā)明的第三實(shí)施例多個(gè)系統(tǒng)單元組合儲(chǔ)能的工作原理。圖6顯示了本發(fā)明的第四實(shí)施例波浪潮汐、風(fēng)力、太陽(yáng)三維能源綜合利用能場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)系統(tǒng)單元由以下部分構(gòu)成1、浮體儲(chǔ)能組件部分如圖1、圖2所示，浮體儲(chǔ)能組件由浮體3、固態(tài)儲(chǔ)能塊4構(gòu)成。浮體3的排水量即等于浮體3所產(chǎn)生的浮力。由于浮體3的容器的外殼是構(gòu)成儲(chǔ)能組件的一部分，因此無(wú)減輕重量的要求，可以由塑料、鋼鐵或鋼筋混凝土制成，其形狀可設(shè)計(jì)為球形、圓柱形、倒錐形、方形、長(zhǎng)方形、橢圓形等。附圖3可以具有空腔2。
儲(chǔ)能塊4與浮體3的連接，根據(jù)需要可以是固定的，也可以是活動(dòng)的；可以與浮體 3 一起浸沒(méi)在海水14中(增加排水量)，也可以安裝在海面之上，不浸沒(méi)在海水中。當(dāng)儲(chǔ)能塊4浸沒(méi)在水中時(shí)，其排水量也產(chǎn)生浮力，因此一般情況下，設(shè)計(jì)為浮體與儲(chǔ)能塊連成一體。當(dāng)浮體3與儲(chǔ)能塊4活動(dòng)連接時(shí)，由浮體3下?lián)跞?與固態(tài)儲(chǔ)能塊4連接構(gòu)成籠架，浮體3可在籠架內(nèi)浮動(dòng)。浮體3與儲(chǔ)能塊4固定連接時(shí)，浮體3與儲(chǔ)能塊4可緊固連接，也可制成如圖2所示的空心儲(chǔ)能塊4，可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低造價(jià)。導(dǎo)向桿6通過(guò)連接銷軸18與儲(chǔ)能塊4活動(dòng)連接，保持浮體儲(chǔ)能組件作垂直上下運(yùn)動(dòng)，其重量也構(gòu)成固態(tài)儲(chǔ)能組件的一部分。導(dǎo)向桿6也是構(gòu)成儲(chǔ)能組件的一部分，因此也無(wú)減輕重量的要求，其形狀可以是圓柱形、方形或其他形狀，可以是空心的，也可以是實(shí)心的。浮體儲(chǔ)能組件的作用在于儲(chǔ)存波浪潮汐能量，其總重量與浮體的排水量相當(dāng)。其構(gòu)成材料取決與整體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)能組件體積的要求，當(dāng)總體結(jié)構(gòu)要求儲(chǔ)能組件體積較小時(shí)， 可用金屬、甚至重金屬材料(鋼鐵、鉛塊、水銀等)。當(dāng)總體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)能組件體積無(wú)要求時(shí)， 可采用混凝土、甚至是箱裝的卵石、砂石、水等，以降低造價(jià)和投資。2、浮體儲(chǔ)能組件的運(yùn)動(dòng)與能量傳遞部分浮體儲(chǔ)能組件的運(yùn)動(dòng)與能量傳遞部分由撓性件(如鏈條等)7、棘輪8、9和平衡桿 11構(gòu)成。浮體儲(chǔ)能組件通過(guò)浮力采集波浪和潮汐的能量，通過(guò)浮體儲(chǔ)能組件的浮力提升貯存能量，通過(guò)撓性件7和棘輪8的懸掛作用轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存能量(將波浪潮汐能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能)，儲(chǔ)能組件落下時(shí)，通過(guò)撓性件7和棘輪8、9驅(qū)動(dòng)主軸16旋轉(zhuǎn)釋放能量，將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。棘輪包括棘輪外圈8 (內(nèi)棘齒圈)和棘輪內(nèi)圈9 (外棘齒圈)，外圈8和內(nèi)圈9通過(guò)棘齒嚙合，形成單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其單向傳動(dòng)方向順著浮體儲(chǔ)能組件的下降方向 (即浮體儲(chǔ)能組件下降時(shí)，棘輪進(jìn)行傳動(dòng))。3、浮體儲(chǔ)能組件的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)浮體儲(chǔ)能組件的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由安裝在儲(chǔ)能組件上的導(dǎo)向桿6和固定在平臺(tái)13上的導(dǎo)軌座5構(gòu)成，保證浮體儲(chǔ)能組件作垂直方向的運(yùn)動(dòng)。由于浮體儲(chǔ)能組件是通過(guò)撓性件7 驅(qū)動(dòng)棘輪8、9，故允許導(dǎo)向桿6在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的有較大的間隙和晃動(dòng)，而不必如齒輪齒條結(jié)構(gòu)或氣缸、油缸結(jié)構(gòu)的小間隙精密配合，適合在惡劣的海洋環(huán)境中運(yùn)行和維護(hù)。如前所述， 導(dǎo)向桿6其實(shí)也為浮體儲(chǔ)能組件的一部分，通過(guò)上升起到儲(chǔ)能的作用。4、主軸部分主軸棘輪部分由主軸16、主軸軸承17構(gòu)成，安裝在海面平臺(tái)上。波浪上涌和漲潮時(shí)浮體儲(chǔ)能組件受浮力作用上升，通過(guò)撓性件7、平衡桿11驅(qū)動(dòng)棘輪外圈8逆轉(zhuǎn)，主軸不受力；退潮或波浪下降時(shí)，浮體儲(chǔ)能組件受重力作用落下，通過(guò)撓性件7驅(qū)動(dòng)棘輪外圈8正轉(zhuǎn)， 對(duì)主軸16產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，可發(fā)電或者進(jìn)行海水淡化等其他作業(yè)。5、浮體儲(chǔ)能組件的定位部分浮體儲(chǔ)能組件的定位部分由安裝在平臺(tái)上的電磁離合器10和導(dǎo)向桿6構(gòu)成，當(dāng)需要儲(chǔ)能塊需要保持在一定高度時(shí)，可閉合電磁離合器10，則離合器鎖定導(dǎo)向桿，儲(chǔ)能組件即停留在空中，如圖5所示，對(duì)于多個(gè)系統(tǒng)單元的組合，則按時(shí)序開(kāi)啟離合器，儲(chǔ)能組件即可按時(shí)序下落釋放能量。
6、海面平臺(tái)部分海面平臺(tái)部分由海面工作平臺(tái)13和立柱15構(gòu)成。海面平臺(tái)的作用是支承整個(gè)系統(tǒng)，但整個(gè)系統(tǒng)對(duì)該平臺(tái)表面的面積使用較少，故平臺(tái)的表面因此可設(shè)置成“太陽(yáng)能采集場(chǎng)”(即安裝太陽(yáng)能發(fā)電裝置、或太陽(yáng)能加熱裝置等)，平臺(tái)的上空可設(shè)置成“風(fēng)力采集場(chǎng)”(即安裝了風(fēng)力發(fā)電裝置等)，平臺(tái)下方則用作“潮汐能量采集場(chǎng)”，從而形成了“三維能源綜合利用立體空間”。不僅降低了潮汐發(fā)電系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，并解決了風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電占用土地資源和運(yùn)營(yíng)成本高的問(wèn)題。7、發(fā)電裝置主軸16獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩通過(guò)傳動(dòng)輪傳遞給變速箱、飛輪和發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)波浪潮汐能發(fā)電。具體運(yùn)行原理同時(shí)結(jié)合圖1到圖5，波浪潮汐儲(chǔ)能或發(fā)電方法包括多個(gè)步驟，該步驟將以波浪、 潮汐周期為周期重復(fù)進(jìn)行。1、波浪、潮汐參數(shù)波浪周期一個(gè)波浪周期包括波浪上升階段，波峰階段、波浪下降階段、波谷階段。構(gòu)成波浪能量的要素有波浪高度(波峰-波谷的高度之差)波浪頻率(每小時(shí)出現(xiàn)波浪的次數(shù))潮汐周期一個(gè)潮汐周期包括初始階段、漲潮階段、平潮階段以及退潮階段。構(gòu)成潮汐能量的要素主要是潮差(低潮與平潮高度之差)根據(jù)海洋觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，沿海海域年平均波高在2. OM左右，波浪周期平均6s左右，潮汐每天兩次，平均潮差5米，在本發(fā)明的實(shí)施例的能量估算時(shí)，按以下參數(shù)計(jì)算波高 1米，波浪周期30秒，潮差5米。2、運(yùn)行步驟和能量采集轉(zhuǎn)化原理(1)浮體儲(chǔ)能組件的運(yùn)行步驟和儲(chǔ)能原理浮體儲(chǔ)能組件的重量與其排水量相當(dāng)，浮力與重力平衡，因此在初始狀態(tài)下，儲(chǔ)能組件浮于海面沒(méi)于水中，并通過(guò)撓性件(如鏈條等)懸掛在主軸上的棘輪上。波浪上涌和漲潮時(shí)儲(chǔ)能組件由于浮力作用上升，通過(guò)儲(chǔ)能組件的提升以重力勢(shì)能方式貯存能量，實(shí)現(xiàn)波能和潮汐能量的采集和儲(chǔ)存。波浪下降和落潮時(shí)，儲(chǔ)能組件落下，通過(guò)撓性件和棘輪驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，重力勢(shì)能釋放，并轉(zhuǎn)化為主軸動(dòng)能能量，從而實(shí)現(xiàn)了波浪和潮汐能量向電能的轉(zhuǎn)化。具體步驟和原理如下1)波浪能量的采集①初始階段在初始狀態(tài)時(shí)，由于浮力與重力的平衡，儲(chǔ)能組件為海水淹沒(méi)并浮在海面上，如圖3(a)所示。②波浪上升階段當(dāng)波浪上涌時(shí)，儲(chǔ)能組件因浮力的作用而隨海水同步向上提，如圖3(b)所示升。③到達(dá)波峰階段波浪達(dá)到波頂時(shí)，儲(chǔ)能組件停止上升，此時(shí)提升高度約等于波浪高度，如圖3(c)所示。④波浪落下階段波浪落下時(shí)，儲(chǔ)能組件由于鏈條的作用而被懸掛在鏈輪外圈，脫離海水，浮力消失，重力對(duì)主軸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用，如圖3(d)所示。⑤如果主軸尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，則儲(chǔ)能組件一直懸掛在棘輪外圈，對(duì)主軸產(chǎn)生持續(xù)的驅(qū)動(dòng)作用，直至下一個(gè)波浪出現(xiàn)將儲(chǔ)能組件淹沒(méi)(浮力抵消重力)，如圖3(d)至圖3(f)所示。⑥如果主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，則儲(chǔ)能組件在持續(xù)對(duì)主軸施加驅(qū)動(dòng)作用的同時(shí)逐漸落下，直至達(dá)到波谷水面，淹沒(méi)在海水之中(浮力抵消重力)，如圖3(d)至圖3(f)所示。⑦海面波浪分分秒秒均在動(dòng)蕩起伏，永無(wú)平息的時(shí)間。從上述描述可見(jiàn)無(wú)論波浪高度如何(哪怕只有0.1米的波浪起伏)，其能量均能被儲(chǔ)能裝置有效吸收、轉(zhuǎn)化、釋放。2)波浪潮汐能量的綜合采集①一個(gè)潮汐周期包括低潮階段、漲潮階段、平潮階段以及退潮階段。在低潮階段， 無(wú)潮汐能量，浮體儲(chǔ)能組件僅采集波浪能量，如圖4(a)至圖4(c)所示。②漲潮階段浮體儲(chǔ)能組件受浮力作用上升，將潮汐勢(shì)能轉(zhuǎn)換為浮體儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能，由于漲潮階段仍有波浪起伏，浮體儲(chǔ)能組件同時(shí)進(jìn)行波浪能量采集，如圖4(c) 至圖4(f)所示③滿潮階段海面上升到滿潮高度，浮體儲(chǔ)能組件完成潮汐能量的采集和貯存。由于滿潮階段仍有波浪起伏，浮體儲(chǔ)能組件同時(shí)進(jìn)行波浪能量采集，如圖4(f)至圖4(h)所
7J\ ο④退潮階段海水下降，儲(chǔ)能組件懸掛在棘輪上，受重力作用下降，下降距離約等于潮差高度，并通過(guò)棘輪驅(qū)動(dòng)主軸，將潮汐能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，并可進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為其他能量， 如圖4(h)至圖4(j)所示。⑤低潮階段，恢復(fù)到初始狀態(tài)，儲(chǔ)能組件僅采集波浪能量，如圖6(j)所示。⑥潮汐一日兩次，重復(fù)上述步驟，圖6(a)至圖6(j)所示。3)從上述描述可見(jiàn)，如圖1或圖2所示的實(shí)施例同時(shí)進(jìn)行了波浪能和潮汐能的采集、貯存和轉(zhuǎn)化，大幅度提高了海洋能量采集轉(zhuǎn)化的效率。4)如圖5所示，上述系統(tǒng)可組合群集運(yùn)行，多個(gè)系統(tǒng)單元產(chǎn)生的能量集中驅(qū)動(dòng)同一根主軸，故圖5所示的系統(tǒng)可脫離潮汐周期的限制，實(shí)現(xiàn)日夜連續(xù)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需筑壩施工的海洋能量利用。5)儲(chǔ)能組件群集運(yùn)行時(shí)，在退潮階段大量?jī)?chǔ)能組件同時(shí)下落，將造成能量的集中釋放，不利均衡平穩(wěn)運(yùn)行，可通過(guò)電磁離合器控制儲(chǔ)能組件的下落時(shí)序，使能量有控制的釋放，實(shí)現(xiàn)均衡發(fā)電。6)傳動(dòng)主軸可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，也可直接驅(qū)動(dòng)真空泵或壓縮機(jī)，對(duì)海水蒸發(fā)罐和蒸汽壓力罐工作，進(jìn)行海水蒸發(fā)淡化處理，制取高壓蒸汽，在驅(qū)動(dòng)蒸汽透平機(jī)發(fā)電的同時(shí)獲得淡水和海鹽，實(shí)現(xiàn)能源綜合利用。波浪潮汐發(fā)電的能量計(jì)算實(shí)例1、基本參數(shù)(1)本發(fā)明的一實(shí)施例主要利用波浪對(duì)浮體儲(chǔ)能組件的垂直向上浮力，并應(yīng)避免波浪在水平方向?qū)Ω◇w儲(chǔ)能組件的沖擊，故浮體可設(shè)計(jì)為球形(也可設(shè)計(jì)為圓柱形、倒錐形、方形、長(zhǎng)方形、橢圓形等)，并按浮力(即排水量)最小的球形計(jì)算波浪能量。
(2)根據(jù)海洋觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，沿海海域年平均波高在2米左右，考慮在波峰狀態(tài)下浮體也應(yīng)被完全淹沒(méi)，則取浮體直徑為0. 8米。(3)在該條件下，每單個(gè)浮體的占地面積設(shè)計(jì)為4平方米0米X2米)。則該浮體在波浪作用下所產(chǎn)生的浮力(即排水量)為F(浮力)=4/3 π R3Xl 噸 /米 3 = 4/3JI (0. 8) 3Xl 噸 / 米 3 = 2. 14 噸(4)每個(gè)基本單元由100個(gè)浮體構(gòu)成，排水量為214噸，占海面面積400平方米(5)儲(chǔ)能塊的重量的設(shè)計(jì)每個(gè)浮體對(duì)應(yīng)一套儲(chǔ)能塊裝置，將儲(chǔ)能塊的重量設(shè)計(jì)為約等于排水量、但略小于排水量，以使儲(chǔ)能塊的重量與浮體的浮力平衡，保證儲(chǔ)能塊能隨波浪作同步運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)波浪高度為1米時(shí)，儲(chǔ)能塊也能在浮力的作用下上升1米左右?？紤]淹沒(méi)效應(yīng)，儲(chǔ)能塊的有效上升高度取0.8米。本計(jì)算中，浮體排水量為2. 14噸，故儲(chǔ)能塊重量設(shè)計(jì)為2噸，則每個(gè)基本單元的儲(chǔ)能塊重量為200噸。(6)波浪參數(shù)的設(shè)定海面波浪分分秒秒均在動(dòng)蕩起伏，永無(wú)平息的時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)論波浪高度如何(哪怕只有0.1米的波浪起伏)，其能量均能被儲(chǔ)能裝置有效吸收、轉(zhuǎn)化、釋放。根據(jù)海洋觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，沿海海域年平均波高在2米左右，波浪周期平均6s左右， 考慮本發(fā)明主要應(yīng)用于近海，波高和周期有所損耗，故按平均波高為1米、平均波浪周期為 30秒的參數(shù)計(jì)算，即每小時(shí)有120個(gè)高度為1米的波浪，儲(chǔ)能塊每小時(shí)有120次高度為0.8 米的提升(浮體隨波浪上升時(shí)有“淹沒(méi)”現(xiàn)象，不能達(dá)到波頂，按上升高度損耗20%計(jì)算，儲(chǔ)能塊的上升高度為0.8米)(7)潮汐參數(shù)的設(shè)定設(shè)潮差為5米，24小時(shí)有兩次“漲潮-退潮”周期2、儲(chǔ)能塊所儲(chǔ)存的波浪能量計(jì)算在本發(fā)明中，儲(chǔ)能塊的重量設(shè)計(jì)為約等于浮體儲(chǔ)能組件的排水量(1)每小時(shí)單浮體儲(chǔ)存波浪能量計(jì)算2 噸 X0，8米/次 X120 次=192 噸米，即每小時(shí)儲(chǔ)能塊可儲(chǔ)存波浪能量192噸米(2) 24小時(shí)單浮體儲(chǔ)存波浪能量計(jì)算每天04小時(shí))單浮體總能量=192噸米XM = 4608噸米(3) 一個(gè)基本單元存儲(chǔ)能量計(jì)算每個(gè)基本單元由100個(gè)單獨(dú)浮體構(gòu)成，其儲(chǔ)存能量為4608 噸米 X 100 = 460800 噸米3、浮體基本單元所存儲(chǔ)的潮汐能量計(jì)算整個(gè)基本浮體單元在受到波浪作用的同時(shí)還受到潮汐作用，漲潮時(shí)，在空浮體作用下儲(chǔ)能塊提升5米，退潮時(shí)落下釋放能量二4小時(shí)內(nèi)有兩次潮汐過(guò)程，釋放能量為200 噸 X5 米 X2 = 2000 噸米波浪能量與潮汐能量之比為460800噸米/2000噸米=230. 44、每個(gè)基本單元在M小時(shí)內(nèi)輸出的波浪、潮汐總能量為
460800 噸米 +2000 噸米=462800 噸米5、波浪、潮汐發(fā)電功率計(jì)算如上述計(jì)算結(jié)果，每個(gè)基本單元所占海面面積為400平方米，在M小時(shí)內(nèi)可輸出的波浪、潮汐能量總和為462800 噸米 Xg = 462800000 公斤米 X9, 8 = 4. 535X IO9 焦耳，折合功率為4.535 X IO9 焦耳 /24/3600 = 52. 5 千瓦，6、波浪、潮汐能場(chǎng)功率計(jì)算按一個(gè)能場(chǎng)所占海面面積為1平方公里計(jì)算(即1000 X 1000 = 1000000平方米)， 可容納的基本單元數(shù)量為1000000平方米/400平方米=2500個(gè)基本單元。按以上計(jì)算，該《浮力重力波浪發(fā)電系統(tǒng)》每平方公里海面的發(fā)電功率為52. 5千瓦X2500 = 131250千瓦，即約13萬(wàn)千瓦，也即130兆瓦。每年發(fā)電總量為13萬(wàn)千瓦X 365 X M = 1. 14 X IO9千瓦小時(shí)(度)按風(fēng)電并網(wǎng)中間價(jià)格每度電費(fèi)0. 8元計(jì)算，每年電費(fèi)收入1. 14X109度X0. 8 = 9. 12X108元，即9. 12億元海洋、風(fēng)力、太陽(yáng)能三維能源綜合應(yīng)用實(shí)例圖6顯示了本發(fā)明的綜合利用實(shí)施例，其形成了波浪潮汐、風(fēng)力、太陽(yáng)三維能源綜合利用能場(chǎng)。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入規(guī)模建設(shè)時(shí)有以下弊端，導(dǎo)致電廠投資規(guī)模大、發(fā)電成本高，影響了太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展速度1.風(fēng)力采集場(chǎng)和太陽(yáng)能采集場(chǎng)均必須占用很大的地面面積，不僅提高了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，從資源利用的角度而言，在利用風(fēng)力資源和太陽(yáng)資源的同時(shí)又產(chǎn)生了土地資源的
浪費(fèi)；2.風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電均須采用龐大的電池組和逆變器裝置，以保證連續(xù)供電和發(fā)電質(zhì)量，不僅提高了發(fā)電成本，而且電池組的長(zhǎng)期使用、維護(hù)還會(huì)產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，帶來(lái)新的二次環(huán)境污染。3、光伏太陽(yáng)能的硅板是一種大量耗能和產(chǎn)生嚴(yán)重污染的物質(zhì)，消耗大量能源制取硅板，再用硅板以極低的效率(低于12% )來(lái)采集太陽(yáng)能的方法已為科學(xué)界所質(zhì)疑。相對(duì)于已有技術(shù)，圖6所示的實(shí)施例在海面上搭建“海面平臺(tái)”作支承波浪潮汐發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備之用，但波浪潮汐發(fā)電裝置對(duì)該平臺(tái)表面的面積使用較少，因此，平臺(tái)的表面因此可設(shè)置成“太陽(yáng)能采集場(chǎng)”(即安裝太陽(yáng)能發(fā)電裝置、或太陽(yáng)能加熱裝置等)，平臺(tái)的上空可設(shè)置成“風(fēng)力采集場(chǎng)”(即安裝了風(fēng)力發(fā)電裝置等)，平臺(tái)下方則用作“海洋能量采集場(chǎng)”，從而形成了“三維能源綜合利用立體空間”。不僅降低了海洋能發(fā)電系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，并解決了風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電占用土地資源和運(yùn)營(yíng)成本高的問(wèn)題。由于風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電與波浪潮汐發(fā)電的聯(lián)合運(yùn)行，可使風(fēng)能和太陽(yáng)能的能量輸出方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，即不必采用風(fēng)力電和太陽(yáng)電獨(dú)立輸出的方式，改變?yōu)轱L(fēng)力發(fā)出的電能無(wú)需通過(guò)逆變裝置而直接用于加熱進(jìn)入“海水蒸發(fā)塔”的海水、太陽(yáng)能則無(wú)需轉(zhuǎn)換為電力，直接通過(guò)加熱器(如盤管加熱器)將海水加熱后輸入“海水蒸發(fā)塔”，通過(guò)提高海水的蒸發(fā)速度產(chǎn)生高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)工作，與波浪潮汐發(fā)電系統(tǒng)共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，提高發(fā)電總量。三維能量的綜合利用，將大幅度降低系統(tǒng)投資和運(yùn)營(yíng)成本，使真正清凈的可再生自然能源資源綜合利用產(chǎn)業(yè)化成為可能。如圖6所示，示意了一個(gè)單元的波浪、潮汐、風(fēng)力、太陽(yáng)三維能源綜合利用能場(chǎng)。波浪潮汐浮力重力儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)100，波浪潮汐浮力重力海水淡化處理系統(tǒng)200均固定在海面平臺(tái)上，太陽(yáng)能加熱器91和風(fēng)力發(fā)電機(jī)90也安裝在海面平臺(tái)之上。這些太陽(yáng)能加熱器 91構(gòu)成了太陽(yáng)能加熱器群，這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)90構(gòu)成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)群。儲(chǔ)能組件群92按照前述各個(gè)實(shí)施例的方式存儲(chǔ)潮汐能，驅(qū)動(dòng)同一根傳動(dòng)主軸93。傳動(dòng)主軸93由軸承座93a支承。傳動(dòng)主軸93的一端帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組97進(jìn)行發(fā)電。另一端同時(shí)驅(qū)動(dòng)真空壓力泵95，真空泵95對(duì)海水蒸發(fā)塔82抽真空，使得海水蒸發(fā)塔82內(nèi)形成負(fù)壓，被太陽(yáng)能熱水器91加熱的海水由管道輸送到海水蒸發(fā)塔82中，熱的海水在負(fù)壓作用下迅速蒸發(fā)，形成低壓蒸汽，低壓蒸汽被真空泵95吸走，低壓蒸汽在真空泵95內(nèi)增壓后，形成高壓蒸汽被輸出，真空泵95 的高壓蒸汽輸出端與蒸汽壓力罐98通過(guò)管道相接，高壓蒸汽因此被輸送到蒸汽壓力罐98 中，蒸發(fā)塔82和蒸汽壓力罐98中均配置有電加熱器81，電加熱器81的電力來(lái)自風(fēng)力發(fā)電機(jī)90，電加熱器81進(jìn)一步對(duì)蒸汽壓力罐98內(nèi)的高壓蒸汽加熱，蒸汽壓力罐98的蒸汽輸出端與汽輪機(jī)99通過(guò)管道相接，蒸汽壓力罐98內(nèi)的高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)99轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)97發(fā)電。水蒸氣驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)后失去能量、降低溫度，水蒸氣即凝結(jié)為淡水，剩余的尾氣可進(jìn)入冷凝器，進(jìn)一步回收淡水，如圖所示，汽輪機(jī)99內(nèi)高壓蒸汽以淡水的形態(tài)被回收到淡水接收處83。海水蒸發(fā)塔82內(nèi)的高濃度的鹽水則進(jìn)入到鹽水接收處84。從圖6中可以看出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)90是安裝在海面平臺(tái)的立柱上的，從而可有效減少風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)占用土地資源的弊病。在圖6所示的實(shí)施例中，可以在海水蒸發(fā)塔82中安裝電加熱器，風(fēng)力發(fā)電機(jī)90發(fā)出的電力直接對(duì)電加熱器供電，加熱蒸發(fā)塔中的海水，可有效提高海水的蒸發(fā)速度，提高水蒸氣的出率。在蒸汽壓力罐98 (也可稱為儲(chǔ)氣罐)中也可安裝電加熱器81，風(fēng)力發(fā)電90發(fā)出的電力直接對(duì)電熱器供電，可提高儲(chǔ)氣罐中的蒸汽壓力，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)99運(yùn)動(dòng)，由于電加熱器對(duì)供電質(zhì)量和供電連續(xù)性無(wú)要求，故無(wú)需通過(guò)蓄電池組和逆變器配電，可大大降低風(fēng)力發(fā)電的成本，并提高電能的利用效率。在圖6所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)單元的“海面平臺(tái)”上有大量面積可安裝“太陽(yáng)能熱水器”，因此可有效減少太陽(yáng)能采集板占用土地資源的弊?。辉趫D中所示的實(shí)施例可采用廉價(jià)高效的“盤管式太陽(yáng)能熱水器”進(jìn)行太陽(yáng)能利用，海水直接由“太陽(yáng)能熱水器”加熱，在海水蒸發(fā)塔的負(fù)壓作用下加熱的海水被吸入海水蒸發(fā)塔，高溫海水可有效提高蒸發(fā)速度，提高水蒸氣的出率。三維能源綜合運(yùn)行從根本上解決了風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電必須采用龐大的電池組和逆變器的問(wèn)題，并且，在發(fā)電的同時(shí)還產(chǎn)出了淡水和海鹽。
權(quán)利要求
1.波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，包括海面平臺(tái)、在海面平臺(tái)上可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的主軸以及安裝在主軸上的系統(tǒng)單元，該系統(tǒng)單元包括安裝在主軸上的棘輪、繞在棘輪上的撓性件、連接從棘輪第一側(cè)延伸出來(lái)的撓性件并懸置的浮體儲(chǔ)能組件以及連接從棘輪第二側(cè)延伸出來(lái)的撓性件并懸置的平衡組件，該第一側(cè)和該第二側(cè)為相對(duì)側(cè)，棘輪包括內(nèi)棘齒圈和外棘齒圈，外棘齒圈固定地套在主軸上，內(nèi)棘齒圈套在外棘齒圈上與外棘齒圈嚙合，撓性件繞在內(nèi)棘齒圈上。
2.如權(quán)利要求1所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)單元還包括導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向桿和導(dǎo)向座，導(dǎo)向座安裝在海面平臺(tái)上，導(dǎo)向桿穿過(guò)導(dǎo)向座、海面平臺(tái)并可在導(dǎo)向座、海面平臺(tái)內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)向桿的下端活動(dòng)連接浮體儲(chǔ)能組件，導(dǎo)向座上安裝有可固定住導(dǎo)向桿的電磁離合器。
3.如權(quán)利要求1所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，平衡組件為平衡桿，平衡桿可穿過(guò)海面平臺(tái)，海面平臺(tái)上安裝有可固定住平衡桿的電磁離合器。
4.如權(quán)利要求1所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，浮體儲(chǔ)能組件由分離的浮體和儲(chǔ)能塊構(gòu)成，浮體為內(nèi)置于儲(chǔ)能塊中的浮體。
5.如權(quán)利要求1所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，浮體儲(chǔ)能組件由一體的浮體和儲(chǔ)能塊構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求2所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)系統(tǒng)單元安裝在同一主軸上，各電磁離合器相互關(guān)聯(lián)以使該多個(gè)系統(tǒng)單元的浮體儲(chǔ)能組件分時(shí)下落。
7.波浪與潮汐能發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電裝置，其特征在于，發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子與權(quán)利要求1 至6中任一項(xiàng)所述的波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)的主軸耦接從而能同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.波浪與潮汐能儲(chǔ)能方法，其特征在于，包括波浪能量采集步驟以及潮汐能量采集步驟，其中，波浪能量采集步驟包括波浪上升階段利用浮力的作用將浮體儲(chǔ)能組件向上提升；波峰階段波浪達(dá)到波頂時(shí)，停止浮體儲(chǔ)能組件上升，此時(shí)提升高度約等于波浪高度；波浪落下階段波浪落下時(shí)，利用撓性件將浮體儲(chǔ)能組件懸掛在棘輪上，脫離海水，浮力消失，借助于棘輪對(duì)浮體儲(chǔ)能組件的重力的傳遞對(duì)連接棘輪的主軸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用，如果主軸尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，則將浮體儲(chǔ)能組件一直懸掛在棘輪外圈，對(duì)主軸產(chǎn)生持續(xù)的驅(qū)動(dòng)作用，直至下一個(gè)波浪出現(xiàn)將浮體儲(chǔ)能組件淹沒(méi)，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則浮體儲(chǔ)能組件在持續(xù)對(duì)主軸施加驅(qū)動(dòng)作用的同時(shí)逐漸落下，直至達(dá)到波谷水面，淹沒(méi)在海水之中；潮汐能量采集步驟包括漲潮階段利用浮力作用將浮體儲(chǔ)能組件向上提升，將潮汐勢(shì)能轉(zhuǎn)換為浮體儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能，由于漲潮階段仍有波浪起伏，利用浮體儲(chǔ)能組件同時(shí)進(jìn)行前述波浪能量采集步驟；平潮階段停止浮體儲(chǔ)能組件上升，完成潮汐能量的采集和貯存，同時(shí)進(jìn)行前述波浪能量采集步驟；退潮階段利用撓性件將浮體儲(chǔ)能組件懸掛在棘輪上，脫離海水，浮力消失，浮體儲(chǔ)能組件受重力作用下降，通過(guò)棘輪驅(qū)動(dòng)主軸；低潮階段，浮體儲(chǔ)能組件僅進(jìn)行前述波浪能量采集步驟。
9.波浪與潮汐能發(fā)電方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求8所述的主軸來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波浪與潮汐能儲(chǔ)能系統(tǒng)、方法和發(fā)電方法、系統(tǒng)，本發(fā)明在波浪上升和漲潮周期中，將浮體受浮力上升的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能；在波浪落下和退潮階段時(shí)，使儲(chǔ)能組件受重力下降的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)能組件的重力勢(shì)能，該系統(tǒng)依據(jù)該方法執(zhí)行，進(jìn)行儲(chǔ)能、發(fā)電，可提高波浪能和高潮汐能的利用率，以利于波浪能和潮汐能的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)F03B13/26GK102192077SQ20111006482
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者陳大千 申請(qǐng)人:上海梅朋正覺(jué)清潔能源科技有限公司