一种新型点吸收式海洋波浪能发电装置

本技术涉及波浪能发电装置领域，尤其涉及基于摩擦纳米发电技术的自适应变阻尼波浪能发电装置。

背景技术：

1、随着世界能源的需求增加，波浪能成为了可再生能源的重要组成部分。波浪能具有巨大的发电潜力，也面临着严峻的挑战。因此加快开发海洋波浪能资源的随着国家和社会的需要应运而生的。

2、波能发电装置的发电功率与入射波浪频率和系统阻尼大小直接相关。系统的最佳匹配阻尼随着入射波频率的改变而变化。海洋中波浪的波高、波长以及频率具有随机性，导致波浪的能量是不稳定和不连续的。现有波浪能发电装置一旦制造完成，发电装置的阻尼系数已确定，阻尼系数与入射波频率无法始终保持最佳匹配状态，从而影响了发电装置发电功率的进一步提高。

3、目前近海环境中存在大量的低频波浪运动，但是目前波浪能发电装置大多基于电磁发电机。该种类型发电机的工作状态固定，难于捕捉较多的低频波浪运动，所以导致大量海洋波浪能量的浪费。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有波浪能发电装置存在的系统阻尼与入射波频率无法始终保持最佳匹配状态，低频波浪运动捕获难度高，工作状态单一等问题，提供了一种新型点吸收式海洋波浪能发电装置，采用摩擦纳米发电机和液压传动装置，能实现在保证点吸收式波浪能发电装置可靠性的基础上，增强波浪能发电装置的低频捕获性和不同波浪状态下的自适应多功率发电状态。在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。

2、本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

3、一种新型点吸收式海洋波浪能发电装置，包括波浪吸收装置、液压传动装置、摩擦纳米发电机和固定装置；

4、所述波浪吸收装置包括振荡浮子、漂浮圈，减震限位装置，漂浮圈位于水面，并固定在振荡浮子的外侧，振荡浮子下部设有开口相连的空腔，空腔内固定了用于传递运动的液压缸，液压缸下方设有用于减少冲击力的减震限位装置；

5、所述液压传动装置包括安装在振荡浮子内的液压缸、蓄能器、油箱、液压马达、阀件组和液压管路；所述的阀件组内包括位于各个液压元件之间的单向阀和溢流阀；

6、所述液压缸为单向液压缸，位于波浪吸收装置和固定装置的连接处，液压缸的液压杆与固定装置的上端相连接，使波浪能吸收装置与固定装置的相对运动能够被液压缸转化，所述的蓄能器和油箱均位于漂浮装置内，液压马达的进出口被液压管路所连接，液压马达的转轴连接摩擦纳米发电机的主轴，且产生的动力作为摩擦纳米发电机的动力来源；

7、所述摩擦纳米发电机包括多个发电单元、主轴、电磁离合器和防水外壳，所述摩擦纳米发电机包括多个发电单元、主轴、电磁离合器和防水外壳，所述发电单元为圆盘状，由两个相邻接触的摩擦纳米发电材料圆盘组成，主轴位于发电单元的圆心处，主轴将多个发电单元连接，两个发电单元之间有一个电磁离合器，防水外壳位于外侧，保护发电单元、主轴和电磁离合器；

8、所述固定装置包括锚泊圆盘、连杆和锚链，连杆位于锚泊圆盘的上端与液压传动装置相连，锚链一端位于锚泊圆盘的下端，另一端锚泊于海底。

9、液压传动装置包括液压缸、油箱、蓄能器、液压马达；其中，

10、所述液压缸为单向液压缸，位于波浪吸收装置下腔与固定装置的连接处，用于将往复运动的机械能转化为液压能；

11、所述油箱固定于振荡浮子内部下侧，用于储存液压油；

12、所述蓄能器位于振荡浮子内部下侧，用于暂时储存液压油，维护系统的平稳性；

13、液压马达位于振荡浮子内部，液压马达的输出轴连接摩擦纳米发电机的主轴，将液压能转化为机械能。

14、按上述方案，所述的减震限位装置包括固定圆盘、减震弹簧和滑动圆盘组成，其中固定圆盘安装在所述振荡浮子的空腔内部，减震弹簧上端与固定圆盘连接，滑动圆盘安装在减震弹簧下端。

15、按上述方案，所述发电单元包括上摩擦介质、下摩擦介质、主轴、发电单元外壳，上摩擦介质和下摩擦介质为同轴心装配，上摩擦介质与主轴连接，可随着主轴的转动进行转动，下摩擦介质固定在发电单元外壳内，无法进行转动；

16、所述的电磁离合器用于连接两个相邻的发电单元，通过控制自身吸合或分离状态，从而控制发电单元是否连接主轴进行转动，实现控制发电单元的工作数量；

17、根据不同波浪的情况，将主要工作区间分为短波区间、中波区间和长波区间，当入射波的波长发生变化时，所述发电机的发电单元工作数量随之发生改变，始终保持系统阻尼与入射波频率间的最佳匹配。

18、按上述方案，所述的液压传动装置还包括阀件组，阀件组包括单向阀和溢流阀，单向阀安装在液压管路上，单向阀用于控制流向和止回的作用，溢流阀安装在液压管路和油箱之间，溢流阀用于管路稳压和卸荷保护的作用。

19、按上述方案，还包括，阻尼自适应调节装置，所述阻尼自适装置包括多种传感器、决策模块装置和控制模块装置，多种传感器主要位于装置各个部分，决策模块装置和控制模块装置安装在浮子内部；

20、所述的多种传感器包括油液流量传感器、管道压力传感器、电流传感器、电压传感器、转速传感器和波浪传感器，用于获取液压系统、发电机和波浪的状态数据；其中，

21、所述的油液流量传感器用于采集液压缸和液压马达进出口水流的流量数据；

22、所述的管道压力传感器用于采集液压缸和液压马达的压力数据；

23、所述的电流传感器用于采集发电机组中各发电单元的产生电流数据；

24、所述的电压传感器用于采集发电机组中各发电单元的产生电压数据；

25、所述的转速传感器用于采集发电机组中主轴的转速数据；

26、所述的波浪传感器用于采集入射波浪的波长数据；

27、所述的决策模块装置和控制模块装置；其中，

28、决策模块装置用于根据对所获得的传感器数据进行分析，判断出目前的波浪状态和装置发电量，并进行发电工作状态的调整规划；

29、控制模块装置用于根据所述的调整规划，通过控制电磁离合器的开关从而控制摩擦纳米发电机的发电单元的工作数量，实现发电机功率的自适应调节。

30、按上述方案，多种传感器包括安装在各个液压元件进口端和出口端的油液流量传感器，用于采集油液流量数据。

31、按上述方案，多种传感器包括安装在各个液压元件进口端和出口端的管道压力传感器，用于采集管道和液压元件的压力数据。

32、按上述方案，多种传感器包括安装在各个发电单元的电流传感器和电压传感器，用于采集电流和电压数据。

33、按上述方案，多种传感器包括安装在主轴的转速传感器，用于采集主轴的转速数据。

34、按上述方案，多种传感器还包括安装在波浪吸收装置外侧的波浪传感器，用于采集入射波浪的波长数据。

35、按上述方案，所述的决策模块装置用于根据对所获得的传感器数据进行分析，判断出目前的波浪状态和发电机发电功率，并根据波浪状态进行发电机工作状态的调整规划；

36、按上述方案，所述的控制模块装置用于根据所述的调整规划，通过控制电磁离合器的开关从而控制摩擦纳米发电机的发电单元的工作数量。

37、按上述方案，所述的电磁离合器安装在两个发电单元之间的主轴上，用于控制发电单元是否工作。

38、本实用新型还提出一种新型点吸收式海洋波浪能发电装置工作方法，包括以下步骤：

39、s1、第一级能量转换：能量由波浪能转换为机械能，由波浪吸收装置将波浪的随机运动变为波浪吸收装置和固定装置的相对往复运动，将海面的波浪能转换为装置的机械能。

40、s2、第二级能量转换：能量由机械能转换为液压能，液压缸将液压杆的往复运动变为液压管路中的液压运动，将液压缸的机械能转换为液压管路中的液压能。

41、s3、第三级能量转换：能量由液压能转换为电能，液压马达的转轴直接连接摩擦纳米发电机的主轴，将液压传动装置中的液压运动带动摩擦纳米发电机的旋转运动，将液压传动装置液压能转换为摩擦纳米发电机的电能。

42、s4、决策模块装置收集到波浪传感器等传感器的数据后，将数据信息和预定工作指标信息实时对比，通过控制模块装置控制摩擦纳米发电机的电磁离合器开关，从而控制发电单元工作数量，实现发电机多种发电功率的调节。

43、s5、决策模块装置收集到传感器数据后，当数据信息与设定的极端天气预警信息相符合时，通过控制模块装置控制摩擦纳米发电机和液压马达之间的电磁离合器实现电机切出，防止损坏摩擦纳米发电机。

44、s6、决策模块装置收集到传感器数据后，当数据信息和故障信息相符合时，控制模块装置控制断开受损的发电单元前的电器离合器，等待人工维修。

45、s7、人工维修摩擦纳米发电机时，将单个已损坏的摩擦纳米发电单元从摩擦纳米发电机中拆卸出来，即刻可安装的良好状态的摩擦纳米发电单元，将受损的摩擦纳米发电单元带回进行后期维修。

46、本实用新型有益效果在于：

47、1、自适应变阻尼：摩擦发电机组由多个摩擦纳米发电机的发电单元组合而成。根据不同频率(波长)情况下的波浪能状况，装置阻尼可自适应变化，始终保持系统阻尼与入射波频率(波长)间的最佳匹配，达到在多种波浪状态下波浪能发电装置发电功率可达到最高。

48、2、增强发电装置的低频捕获性：装置采用液压传动技术和摩擦纳米发电技术，液压传动具有传递平稳、调速灵活等特点，摩擦纳米发电技术对于低频波浪能的捕获效率更高。通过将二者结合设计，在保证装置可靠性的基础上，增强了对于低频波浪能的捕获效率。

49、3、提高可靠性和容易维护：由于海洋的复杂环境，海洋发电装置需要定期检修和维护，本装置的易损部件(摩擦纳米发电单元、液压马达等)仅有液压缸位于水下，摩擦发电部件均位于水面以上，结合点吸收式装置的设计方案增强了密封性能。由于摩擦纳米发电机的发电单元具有可替换行，维护检修人员可更便捷地进行检修维护或者更换部件，确保装置在设计寿命期间可靠运行。