一種船舶波浪發(fā)電減搖裝置及波浪發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶波浪發(fā)電減搖裝置及波浪發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自1880年美國哥倫比亞號(hào)船舶安裝第一盞電燈百余年來，伴隨著船舶噸位、速度、性能的提高，船舶電源容量也不斷擴(kuò)大。當(dāng)今船舶技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)之一體現(xiàn)在采用電力推進(jìn)，由專用船舶發(fā)電機(jī)為電動(dòng)機(jī)供電驅(qū)動(dòng)船舶推進(jìn)螺旋槳，以另外的船舶發(fā)電機(jī)為服務(wù)性電力負(fù)荷供電；未來船舶技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一將體現(xiàn)在以電氣設(shè)備取代許多船上還在使用的非電氣設(shè)備(如蒸汽驅(qū)動(dòng)的取暖器、洗衣機(jī)、廚房設(shè)備等，液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、下潛系統(tǒng)等，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的閥門、制動(dòng)器、海底潛水系統(tǒng)、船舶渦輪發(fā)電機(jī)啟動(dòng)等)，使之變成全電船(美國，Mukuund R.Patel:Shipboard Electrical Power Systems, 2012)。因此，對(duì)船舶電源容量的需求還在進(jìn)一步擴(kuò)大。周知，電能使用方便，卻不易大規(guī)模存儲(chǔ)。船舶發(fā)電機(jī)與公共發(fā)電廠相似，幾乎所有所發(fā)電能實(shí)時(shí)地使用。船舶電源容量的需求大，船舶發(fā)電機(jī)發(fā)電量亦大，能源消耗(船舶發(fā)電機(jī)目前主要消耗柴油)就大。當(dāng)船舶停泊港口時(shí)可以連接岸電電源，關(guān)閉可污染港口的柴油發(fā)電機(jī)組的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)船舶航行在海洋之中，大量能耗難以避免?？紤]到屆時(shí)船舶周圍天然的、用之不竭的波浪能，本發(fā)明擬探討一種利用波浪能量發(fā)電的裝置，為航行在海洋的船舶供電。
[0003]波浪是海水的運(yùn)動(dòng)形式之一，它的產(chǎn)生系外力(如風(fēng)、大氣壓力的變化、天體的引潮力等等)、重力與海水表面張力共同作用的結(jié)果。波浪形成時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)作震蕩和位移運(yùn)動(dòng)，水質(zhì)點(diǎn)的位置變化產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)能和勢能。波浪能即海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢能，與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面的寬度成正比，可以用海水起伏勢能的變化來進(jìn)行估算，即P = 0.5TH (P為單位波前寬度上的波浪功率，單位kw/m ；T為波浪周期，單位s ；Η為波高，單位m)。據(jù)估算，世界海洋中的波浪能達(dá)700億千瓦；在波浪能能流密度高的地方，每1米海岸線外波浪的能流就足以為20個(gè)家庭提供照明。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式。
[0004]早期波浪發(fā)電付諸實(shí)用的都是氣動(dòng)式波力裝置。對(duì)波浪發(fā)電大規(guī)模研發(fā)始于20世紀(jì)70年代，石油危機(jī)出現(xiàn)使人們更加關(guān)注波浪能的價(jià)值，以英國、日本、美國、挪威、法國、西班牙和中國等國在波浪發(fā)電研發(fā)領(lǐng)域成績顯著，其中比較成熟的波浪發(fā)電裝置基本上有三種類形。
[0005]1、振蕩水拄型:振蕩水拄型是利用用一個(gè)容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過波浪產(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。中國科學(xué)院廣州能源研究所在廣東訕尾建成的100KW波浪發(fā)電站(固定岸式)，日本“海明”號(hào)發(fā)電船(浮式)以及航標(biāo)燈式波力裝置都是屬于這種類型。例如日本“海明”號(hào)發(fā)電船，系1978?1979年日本海洋科學(xué)技術(shù)中心建成的一個(gè)長80米、寬12米的浮動(dòng)設(shè)備，有22個(gè)下方開口的空氣活塞室，其內(nèi)隨波浪的起伏運(yùn)動(dòng)而壓縮和擴(kuò)張的空氣，經(jīng)過噴嘴形成高速氣流，沖擊渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了向陸地小規(guī)模送電，日本已將其列為“離島電源”的首選方案。日本“海明”號(hào)發(fā)電船并非真正意義上的船舶，也并不為船舶供電，它本質(zhì)上是一種振蕩水拄型海上浮體波浪電站。
[0006]2、機(jī)械型:機(jī)械型是利用波浪的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)裝置的活動(dòng)部分——“點(diǎn)頭鴨”、筏體、浮子、滾子、“海蚌”、“海蛇”、“巨蟒”、“海底地毯”等，活動(dòng)部分壓縮(驅(qū)動(dòng))油、水等中間介質(zhì)，通過中間介質(zhì)推動(dòng)發(fā)電裝置發(fā)電。例如“點(diǎn)頭鴨”式裝置，英國人索爾特發(fā)明(1973年)。該裝置采用鴨子形的凸輪，當(dāng)波浪沖擊“鴨體”時(shí)，由于表層水給予“鴨體”的沖擊力大，深層水給予“鴨體”的沖擊力小，這樣就使“鴨體”抬頭。當(dāng)波峰過后，波浪沖擊力減弱，就使“鴨體”低頭。“點(diǎn)頭鴨”繞著中心軸作上下擺動(dòng)，帶動(dòng)工作泵，把波浪的動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。
[0007]3、水流型:水流型是利用收縮水道將波浪引入高位水庫形成水位差即水頭,利用水頭直接驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。例如1985年，挪威在卑爾根附近建造了兩座波浪發(fā)電站，其中一座收斂槽聚波發(fā)電站就是利用上述原理建成。它用來集波的裝置將10千米范圍內(nèi)的波浪聚集到一個(gè)寬500米左右的窄口，這時(shí)浪頭的高度已可達(dá)20米，由此進(jìn)入一個(gè)大型的漏斗槽，被壓到100米高的水庫中，利用這個(gè)水位差來發(fā)電。
[0008]而大洋中的波浪能難以提取、利用，至今波浪發(fā)電局限于靠近海岸線的地方，建造岸基水工建筑物，或海上浮體(牽系或錨泊固定于海床，并解決海底輸電問題)，收集海浪和安裝發(fā)電設(shè)備。人們還設(shè)想把發(fā)電與消波結(jié)合起來，改善近海環(huán)境，研制消波發(fā)電裝置，這樣既可發(fā)電，又使近海海面平靜，利于海水養(yǎng)殖業(yè)和港口船舶停泊。
[0009]顯然，在大洋中船舶需具備某種結(jié)構(gòu)作為受波體，才能吸收波浪能并將其轉(zhuǎn)化為有用的機(jī)械能，進(jìn)而設(shè)計(jì)適配的船舶波浪發(fā)電裝置，利用此機(jī)械能發(fā)電。在船舶結(jié)構(gòu)中減搖裝置與波浪力作用直接相關(guān)，如舭龍骨、減搖鰭、減搖舵…等。但這些傳統(tǒng)減搖裝置或者系固定在船體，相對(duì)靜止不動(dòng)；或者系消耗船載能量主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而在針對(duì)波浪力做功。這些減搖方式?jīng)Q定了它們均非適宜作為船體上能夠吸收波浪能產(chǎn)生可用于發(fā)電的機(jī)械能的受波體。
[0010]但本發(fā)明人近獲授權(quán)的一項(xiàng)專利“船舶減搖裝置”(專利號(hào):ZL2013 2 0278249.X)涉及一種設(shè)置在船體的兩側(cè)稱為側(cè)壁的結(jié)構(gòu)，它可在大洋中波浪力周期性作用下向內(nèi)、向外循環(huán)往復(fù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。簡言之，它上端固連著一個(gè)彈性部件為螺旋彈簧，內(nèi)側(cè)貼附著氣囊其中容納一定量相當(dāng)于密閉容器中的氣體遵守玻意耳-馬略特定律；它在波浪力作用下向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壓迫彈性部件和氣囊，波浪能所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為彈力勢能和氣體壓力勢能；當(dāng)波浪周期性作用力退卻，它在上述彈力和氣體壓力作用下又向外轉(zhuǎn)動(dòng)，其效果是減搖。
[0011]鑒于以上問題和不足，一種令船舶在大洋中利用波浪能發(fā)電且同時(shí)具有船舶減搖功能的船舶波浪發(fā)電減搖裝置提上日程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012](一)要解決的技術(shù)問題
[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種船舶波浪發(fā)電減搖裝置，使得航行在大海的船舶能夠利用波浪能進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)還具有船舶減搖功能。
[0014](二)技術(shù)方案
[0015]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種船舶波浪發(fā)電減搖裝置，該船舶波浪發(fā)電減搖裝置包括船舶波浪發(fā)電機(jī)構(gòu)和為所述船舶波浪發(fā)電機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的船側(cè)受波施力機(jī)構(gòu)，所述船舶波浪發(fā)電機(jī)構(gòu)包括運(yùn)動(dòng)磁棒發(fā)電裝置和/或風(fēng)箱風(fēng)道發(fā)電裝置，所述船側(cè)受波施力機(jī)構(gòu)包括與船舶舭部活動(dòng)連接、將波浪能傳遞給所述船舶波浪發(fā)電機(jī)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁，所述船舶波浪發(fā)電機(jī)構(gòu)在所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁受波浪力作用產(chǎn)生的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下產(chǎn)生電能，同時(shí)減小船舶橫搖。
[0016]其中，所述運(yùn)動(dòng)磁棒發(fā)電裝置包括磁棒、螺線管和施力臂；所述磁棒為條形電磁鐵或永磁體，其一端通過施力臂固定于所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁的頂部，另一端朝向所述螺線管，并在能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁帶動(dòng)下往復(fù)穿設(shè)于所述螺線管；所述螺線管由金屬導(dǎo)線繞組構(gòu)成；所述施力臂位于所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁頂部與所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁固定連接為一體。
[0017]其中，所述風(fēng)箱風(fēng)道發(fā)電裝置包括風(fēng)箱、風(fēng)道、葉輪和發(fā)電機(jī)；所述風(fēng)箱位于船體兩邊且介于所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁與所述船體之間，所述風(fēng)箱的頂部通過可折疊的上壁連接于所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁與船體之間，同時(shí)在所述上壁上設(shè)有用于通過氣流的可控閥門，在所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁與船體之間亦固定連接有所述彈性部件，所述風(fēng)道橫向貫穿于船體內(nèi)且其兩端分別連接于所述風(fēng)箱的所述風(fēng)門，所述葉輪安裝于所述風(fēng)道內(nèi)且與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，所述風(fēng)箱的外壁與所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁相貼附而可在所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁的帶動(dòng)下產(chǎn)生流經(jīng)所述風(fēng)道的氣流，氣流可作用于所述葉輪，使所述葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0018]其中，所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁位于船舶的兩側(cè)，且在所述能量轉(zhuǎn)換動(dòng)壁與船體之間固定連接