一种利用海洋中海浪进行发电的装置的制作方法

本技术涉及海浪发电，具体是指一种利用海洋中海浪进行发电的装置。

背景技术：

1、在近年世界各国普遍注重发展新能源的大背景下，波浪能储量巨大、能流密度高、绿色清洁，是应对未来化石能源的短缺及全球气候变暖问题的重要选择之一。据统计，2017年全世界正在研发的波浪能发电装置达200余种，且技术成熟度发展不一，波浪能发电装置的技术类型未达到收敛，各型式装置均具备一定的发展前景。

2、然而波浪能装置的进一步商业化应用仍然面临着3个主要的问题：(1)从能量转换率来看，波浪能转换的技术发展还处在不成熟的阶段；(2)波浪俘获海域的环境条件带来的能源开发不确定性；(3)波浪能开发在目前阶段存在经济性问题。

3、现今，波浪能利用正处于一个关键的转折期，各国科研机构、新能源企业的研发突破重点从机理技术研究转变为如何降低波浪能开发的能源成本，以获取与其他各类新能源进行市场竞争的机会。

4、为解决高成本问题，首先，需要继续深入研究各类主流波浪能发电装置的机理，优化控制策略，提升捕能效率；其次，多元化和综合利用是波浪能发展的新方向，可将波浪能发电装置与其他海上结构耦合开发，综合利用。

5、以下是现有主流波浪能发电装置的机理：

6、1：“aquabuoy”系统(点吸式波能变换器)

7、点吸式波能变换器主要浮标和加速管两部分组成；浮标中有涡轮机，涡轮机由水泵驱动。该系统利用波浪来压缩海水，海水推动涡轮机内的叶片使其旋转而带动发电机进行发电。

8、该系统能在一个有着大浪的海洋环境中有效工作。但是在小的海浪的情况下，泵和涡轮机的负载会产生很大的能量损失巨大而不能产生有效的能量。

9、2：“pelamis”系统，(海蛇波浪发电)

10、“海蛇”波浪发电装置由浮筒、连接单元和液压活塞三部分组成。为了收集不稳定的波浪能，需要波浪能发电装置通过两极能量转换将波浪能中的机械能转化为电能。“海蛇”系统是近年来新兴的一种大功率波浪发电装置，发电功率可达750kw，安装在距离海岸2～10km，水深大于50m的海域。海蛇式波浪发电装置对不同波长波浪的能量吸收、转换效果是不同的，即海蛇的节距与波浪波长有一个最优匹配问题，当波浪波长与海蛇节距匹配时能量收获最大；当波浪波长为海蛇节距一倍时，能量收获仅为最大时的1/3；当波浪波长小于海蛇节距时，能量收获为0。由于海蛇节距是固定的，当海况变化后，无法始终保证能捕获最大能量，这便是海蛇式波浪发电装置的局限性。

11、3：“manchesterbobber”系统

12、该系统尺寸与海上钻井平台相当。一个相当大的浮子与系统相连，并用坚固的钢缆固定在支撑结构上。通过传送带，其一端与固定连接，另外一端与浮子连接。再与轴相结合的齿轮啮合。通过浮子的浮动，使传送带交替滑动，从而引起轴的转动。这个系统通过飞轮允许其只在一个方向上移动。然而该系统可能产生50％的能量损失，波浪上升的时候用于重新加载系统，加速发电机，否则发电机速度会降下来。多个浮子能够对它们之间无效阶段进行补偿，但单个发电机连接到单个浮子，单个浮子的上升阶段通过浮子对其无效阶段充电，使系统能够保持足够的轮换。随着波浪的下降运动，浮子的重量恢复了发电机的旋转。该系统需要跟海洋的固定机构相连接，安装上有很大的局限性。

13、4：“osu”系统

14、该系统使用了一种高效钕永磁体，稀土等材料的系统。然而在这个系统中，适度的运动限制了系统的能力，事实上，由波而产生的非常低的线速度，产生了非常低的能量转换。

15、5：“opt”系统

16、该系统设计为在垂直方向运动工作。在这种情况下，活塞的冲程会成为限制其性能的一个重要因素。当海浪波长大于活塞杆的长度时，就不能充分利用波浪能。此外，利用液压推动以及机械摩擦而产生的延迟性也对效率产生重大损失。

17、海浪发电在国内的发展也很快，以下列出几个在国内的实际应用技术：

18、1：鸭式浮标波浪发电系统

19、广州能源所在2007年开始开发鸭式浮标波浪发电系统。发电装置安装在广州万山岛，2009年以后，对于这个10kw的波浪能装置进行了多次海上试验。这种发电装置有一个空气管,管内的水面(相当于一个活塞)是相对静止的,而水面可以上下运动。因为海浪的起伏波动而使浮标作上下运动,这样管里的空气就被水面这个“活塞”所压缩和扩张,使空气从空气活塞室里冲出来,从而推动气轮发电机组发电。”该系统在活塞被压缩和释放过程中效率大大降低。

20、国家海洋技术中心主要研究开发了摆式波浪能发电系统。2012年在国家科技计划支持下研制了100kw底铰摆装置，并且在山东青岛即墨大管岛海域进行了海试。

21、装置的能量吸收部分的主要功能是捕获波浪能，属于波浪直接作用的部分，要求可靠高效，牢固稳定。结合整体结构设计的要求，选择摆锤作为装置的波浪能吸收部件。箱体封装整个装置，起到隔绝海水的作用。摆锤用来吸收波浪能，将其变为自身的机械能，是装置的主要工作部分。

22、摆锤是吸能部分的主要部件，对发电功率产生影响的因素是摆锤的质量和旋转半径。这里主要探讨摆锤的质量对发电功率的影响。在实际工作过程中，摆锤质量太轻会无法扭动发条，波浪平缓时无法转动，导致发电功率过低，质量太重则会加大制作、运输和布置的负担，海况等级低时惯性过大无法转动，甚至导致装置整体质量过大而沉入海底。

23、海况等级是影响装置发电性能的决定性条件，也是开发波浪能最需要考虑的因素。只有足够大的海浪才能带来丰富的波浪能，海浪过小，摆锤不能充分摆动，自然得不到满意的发电功率，经济效益无从谈起；海浪过大，虽然发电功率也会随之增大，但是装置受海浪的冲击也大，有被掀翻甚至摧毁的危险。

24、2：振荡浮子式波浪能发电系统

25、2012年，山东大学研制的120kw双定子，双电压结构的振荡浮子式波浪能发电装置“大山一号”安转在山东海里岛并进行了海试。

26、2014年，中国海洋大学研制了10kw组合型振荡浮子波能发电装置“海灵号”，在斋堂岛海域投放成功，该装置运用组合式陀螺体型振荡浮子与双路液压系统将波浪能转换成电能，使用潜浮体和张力锚进行海上安装定位。

27、设计的波能转换装置主要采用波浪能--机械能--电能的转换方式。总体构想为:首先，直接与海水接触的浮体随着波浪做起伏运动，将波浪能转换为浮体所持有的机械能；其次，浮体的运动带动中间的机械传动装置运动，机械传动装置除了起到增速以及传递能量的作用外还有更为重要的一个作用，就是将浮体的往复运动转换为单向的旋转运动；最后，通过发电机将机械传动装置传递过来的机械能转换为电能。

28、该系统所采用的传动方式为闭式齿轮传动，它由齿轮齿条传动以及一级圆柱直齿轮增速器构成。该传动装置一方面可以应对波浪能发电装置恶劣的工作环境，另一方面可以满足零件的润滑要求。增速器一方面可以用于减小转矩、增加转速，满足发电机对于转速的要求，另一方面它还有一些其他重要的功能，比如改变运动的形式、改变运动的方向、进行动力和运动的传递以及分配等。

29、浮体支撑一定程度上限制了该系统的优越性。同时该系统抵抗大风浪的能力很低。

30、4：漂浮式波浪能发电系统-海龙

31、2012年，在海洋能专项资金的支持下，中国船舶重工710研究院开展了大万山海岛波浪能自主发电系统示范工程的研究与建设。300kw的漂浮式波浪能发电装置“海龙，该装置由4个浮体连接组成，总长86m，质量400t。”

32、海龙和上面提到的海蛇是一样的工作原理；

33、海蛇式波浪发电装置对不同波长波浪的能量吸收、转换效果是不同的，即海蛇的节距与波浪波长有一个最优匹配问题，波浪波长与海蛇节距匹配与否能量收获不同，当波浪波长与海蛇节距匹配时能量收获最大；当波浪波长为海蛇节距一倍时，能量收获仅为最大时的1/3；当波浪波长小于海蛇节距时，能量收获为0。由于海蛇节距是固定的，当海况变化后，无法始终保证能捕获最大能量，这便是海蛇式波浪发电装置的局限性。

34、5：集美大学于2011年研制的10kw漂浮摆式波浪能发电装置

35、福建厦门海域的集大1号装置以船型载体为平台，集成了波浪能与风能发电装置，包括10个振荡浮子2个浮摆和一个垂直轴风机。2014年在福建厦门海域进行海试，实际发电功率达到3.6kw，波浪能和风能的转换效率达15％。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是克服以上技术困难，提供一种利用海洋中海浪进行发电的装置，其提供一个使海浪的往复运动转换成电能或机械能的装置，该装置能够避免已知的技术缺陷，采用半潜式或沉浸式的方式方便安装在水里；其另外一个目的是创造条件，充分利用波浪在上升和下降时的所有能量，更加有效的转换成电能或者机械能，效率将大大提高，可以适用于所有的海域中。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

3、一种利用海洋中海浪进行发电的装置，包括曳引索、驱动单元a、驱动单元b、齿轮箱、行星变速器和发电机；驱动单元a和驱动单元b两者的两端分别通过齿轮箱驱动连接有行星变速器，且行星变速器的另一端驱动连接有发电机，同侧的齿轮箱、行星变速器和发电机安装固定在一起，驱动单元a和驱动单元b两者的同侧端连接同一齿轮箱，曳引索同时绕过驱动单元a和驱动单元b；驱动单元a和驱动单元b对齿轮箱的交变旋转输入经齿轮箱转变成对行星变速器的固向旋转输出。

4、作为改进，所述驱动单元a包括主轴、支撑轴承a、支撑轴承b、单向轴承a和单向轴承b；

5、所述齿轮箱包括箱壳体、传动齿轮a、传动齿轮b、回转轴承a和回转轴承b；

6、所述主轴两端延伸至两箱壳体内后；靠近左端部与左侧箱壳体之间通过支撑轴承a转动连接，且左端部与传动齿轮a之间通过单向轴承a形成转动套接，传动齿轮a与左侧箱壳体之间通过回转轴承a转动连接，传动齿轮a与左侧的行星变速器相连接；靠近右端部与右侧箱壳体之间通过支撑轴承b转动连接，且右端部与传动齿轮b之间通过单向轴承b形成转动套接，传动齿轮b与右侧箱壳体之间通过回转轴承b转动连接，传动齿轮b与右侧的行星变速器相连接；

7、所述支撑轴承a和单向轴承a之间、支撑轴承b和单向轴承b之间分别设有套接在主轴上的分隔挡圈。

8、作为改进，所述驱动单元b与两齿轮箱的连接构造、驱动单元a与两齿轮箱的连接构造左右对称。

9、本实用新型与现有技术相比的优点在于：

10、1、本新型的能量转化率更高，且能够适用于多种海域，实用性更强。

11、2、本新型具有可延展性和多用途，可以从海洋中的自然波浪运动或者非自然的波浪运动中产生可再生的能源，以高效率低投入和有限的维护获得能源。