一种船体及自航式三体波浪能发电平台的制作方法

本发明涉及波浪能发电技术领域，具体涉及一种船体及自航式三体波浪能发电平台。

背景技术：

波浪能资源蕴藏量丰富，分布广泛，开发利用潜力巨大。虽然当前波浪能利用技术种类繁多，但是该领域举步艰难、代价昂贵，商业化进程缓慢。

波浪能利用技术种类繁多，漂浮式技术是发展的主流。绝大部分漂浮式技术可归为3大类:振荡水柱技术、越浪技术和振荡浮子技术。漂浮振荡浮子技术是利用波浪推动一个浮体相对另一个浮体(支撑平台)平动或转动转换能量，是当前波浪能技术发展的主流，基于该技术发展的装置必须是双(多)浮体并且潜入或半潜入海水中，这一特点意味着材料利用率低(双或多浮体)、浮体间相互作用问题不可避免、海生物附着影响大、投放时间长(浮态调节需要时间和设备)，易出机械故障，难以维修，其性价比受技术路线影响提高有限。漂浮越浪技术是利用波浪的爬升作用，把波浪能转换为海水的势能，基于该技术发展的装置特点是单浮体(承载平台)，装置要承担转换载体(海水)的重量，因此其结构规模庞大、强度要求高，在风、浪和流的共同作用下，系泊系统复杂、投资大，水轮机同海水接触，受海生物附着影响大，发展缓慢。漂浮振荡水柱技术是在结构物内设置腔体，腔体形式为直管、弯管或斜管等，管道一端与海水接触，另一端收缩后安装空气透平和发电机，空气透平和海水之间有一气室，波浪能是通过腔体水柱的往复运动转换为气室内的气动能量，然后通过空气透平和发电机把气动能量转换为电能，其特点是结构简单，不存在结构物相撞问题，生存能力强，空气透平和发电机位于水面上不受海水和海生物影响，维修方便。漂浮振荡水柱技术有多种形式，其中有一种后弯管形式在专利申请团队的努力下，小型发电样机由第三方(国家海洋技术中心)水池测试表明：规则波电池负载下波浪到电的转换效率最高达到50.73％，随机波电池负载下波浪到电最高平均效率达到24.5％，达到国际领先水平。

目前造成波浪能利用技术发展缓慢的原因是多方面的，主要表现在如下几个方面：1、海洋环境恶劣，支撑结构受波浪作用力大容易被破坏，安全不可控，整个系统寿命短；2、转换效率低，发电量少；3、目前主流技术采用多浮体方案，造价昂贵；4、目前技术方案投放回收需要采用大型海洋工程设备(拖船、吊船等)进行作业，成本昂贵；5、分系统运转异常时由于海洋环境不能自然接近系统不能得到及时维修而会导致整个系统崩溃，持有成本高。

为了突破建造和海洋工程成本高、转换效率和安全性低、维修困难和应用场景有限等诸多困境，人们已发明用单浮体、双浮体及多浮体方式实现波浪能发电系统自航，但当前这些发明存在以下不足：

1、带有自航的单浮体波浪能发电系统，采用振荡水柱技术实现波浪能量发电，为了实现高效转换浮体具有特殊的形状，推进机构一般采用双推进器方式，由于实现高效波浪能量转换浮体特殊形状限制，其推进器的安装只能贴近浮体安装在浮体的两侧或底部，在进港停泊时有可能同海底或其它船体或码头发生碰撞，容易发生安全事故，而且推进器的推进效率受浮体外形影响效率不高；单体结构的自航发电系统甲板面积和舱容小，生产活动受限多；单体结构的自航发电系统稳定性差；

2、带有自航的双浮体波浪能发电系统，也是采用振荡水柱技术实现波浪能量发电，同样为了实现波浪能量高效转换，其外形也有特殊要求，推进机构一般也采用双推进器方式。双体的自航波浪能发电系统克服了单体技术形式中甲板面积和舱容小、船的稳定性差等缺点特点，但推进器的安装也只能贴近浮体安装在浮体的两侧或底部或浮体尾部的中下部，推进器的推进效率受浮体影响大；

3、带有自航的多浮体波浪能发电系统，其技术形式是一个船体两边设置对称的多组浮体，这些浮子用于吸收波浪能，也就是采用振荡浮子技术实现波浪能量发电。当船航行时，浮体被收离水面，不对航行形成阻力，当停泊吸收波浪能时，浮体放入水体，浮体吸收波浪能量。这种技术形式需要多套升降机构，成本贵，浮子受船体和浮子之间影响大，波浪能量转换效率低。这种技术形式甲板面积和舱容小，生产活动受限多，船的稳定性也差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术所存在的至少一技术问题，提供一种一种船体及自航式三体波浪能发电平台。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种船体，用于自航式三体波浪能发电平台，所述船体包括：

主片体，用于作为浮力腔；

辅助片体，用于作为辅助浮力腔，底部安装有一推进器；所述辅助片体设置有两个，相向平行安装在在主片体后部两侧；

甲板，用于连接所述主片体和两辅助片体，以使得四者之间形成船体。

进一步地，在所述甲板上设置有上层建筑。

进一步地，所述的船体还包括锚泊，分别安装在辅助片体的尾部和主片体的前部。

第二方面，本发明实施例提供了一种自航式三体波浪能发电平台，包括船体以及安装在船体上的气动式波浪能发电装置；

所述船体包括：

主片体，用于作为浮力腔；

辅助片体，用于作为辅助浮力腔，底部安装有一推进器；所述辅助片体设置有两个，相向平行安装在在主片体后部两侧；

甲板，用于连接所述主片体和两辅助片体，以使得四者之间形成船体。

进一步地，所述气动式波浪能发电装置包括水平管、垂直腔体、空气透平和发电机；

所述垂直腔体包含振荡水柱、气室及进出气孔；

所述气室位于垂直腔体内振荡水柱的上部，进出气孔位于气室的顶部，由垂直腔体上部收缩而成，进出气孔上安装空气透平和发电机。

进一步地，所述水平管8的截面为一个“凹”喇叭型口，由一个等截面五边形管道贴上一个与管道等长三棱锥而形成，五边形侧面互相平行，其底部两面内夹角为120°±30°，三棱锥一面同同五边形顶部面相贴，另两面夹角为120°±30°，最终水平管道垂直截面的形状由六边形，逐渐变为八边形，最后端口是五边形，管道端口五边形的面积大于端口六边形的面积。

进一步地，所述垂直腔体的水平截面为四边形，水平管的六边形截面和垂直腔体的水平截面面积相等或不等。

进一步地，所述的自航式三体波浪能发电平台还包括锚泊，分别安装在辅助片体的尾部和主片体的前部。

进一步地，所述的自航式三体波浪能发电平台还包括闸门；当需要采集波浪能量时，3个锚泊呈辐射状布放，发电平台尾部面对入射波浪方向，闸门关闭，水平管和垂直腔体相连形成后弯管，波浪作用引起水柱在气室内运动，驱动气室内空气运动，运动的空气会驱动空气透平和发电机输出电能，波浪能转换为电能；当要降低转换效率时，闸门打开，部分波浪能通过水平管透射过装置；需要移动时，3个锚泊收起，闸门打开，发电平台在推进器的作用下航行。

进一步地，在所述甲板上设置有上层建筑。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本实施例提供的船体由于采用两个辅助片体安装推进器，可以最大效率发挥推进器的作用，同时两个片体可以补偿主片体结构不平衡的浮力，而且可以增加甲板面积，为生产活动扩展空间，中间片体体量远大于两侧片体的体量，主要承接波浪能量转换任务。三个片体共享一个主甲板及上层建筑，与单体波浪能发电船相比，有甲板空间大、平稳性能好的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的船体的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的气动式波浪能发电装置的结构示意图；

图3为图2中a-d的结构示意；

图4为本发明实施例提供的自航式三体波浪能发电平台的组成示意图；

图中：1-主片体；2-辅助片体；3-甲板；4-上层建筑；5-锚泊；6-推进器；7-设备；8-水平管；9-垂直腔体；10-振荡水柱；11-气室；12-进出气孔；13-空气透平；14-发电机；15-闸门；16-闸门升降杆；17-升降旋转盘。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

参阅图1所示，本实施例提供的船体主要包括一个主片体1、两个辅助片体2、甲板3、上层建筑4、三套锚泊系统5、两个推进器6。其中，上层建筑4内设客舱、驾驶舱、生活设施等，甲板3连接主片体1和辅助片体2，也就是说，三个片体共享一个主甲板及上层结构，与单体船相比，有甲板空间大、平稳性能好的优点。主片体1为浮力舱，主要要承接波浪能量转换任务，其体量远大于两侧片体的体量，内设动力系统和蓄能系统等设备7，两个辅助片体2为小型浮力舱，形状一致，底部各安装一部推进器6，相向平行排列在主片体后部两侧，两侧片体为三体波浪能发电系统提供良好的稳定性，可以提高发电船在高海况下的耐波性能，而且两侧片体的存在可以平衡为下述气动式波浪能发电装置的振荡水柱所设腔体失去的浮力，减少配重。

由此可见，本实施例提供的船体由于采用两个辅助片体安装推进器，可以最大效率发挥推进器的作用，同时两个片体可以补偿主片体结构不平衡的浮力，而且可以增加甲板面积，为生产活动扩展空间，中间片体体量远大于两侧片体的体量，主要承接波浪能量转换任务。三个片体共享一个主甲板及上层结构，与单体波浪能发电船相比，有甲板空间大、平稳性能好的优点。

此外，上述的船体还包括3套锚泊系统5，分别安装在辅助片体2的尾部和主片体1的前部。

实施例2：

参阅图2-4所示，本实施例提供的自航式三体波浪能发电平台(图4)主要是由实施例1所述的船体(图1)以及装配在船体上的气动式波浪能发电装置(图2)所组成。

如图2所示，该气动式波浪能发电装置包括水平管8、垂直腔体9、空气透平13和发电机14。

其中，该垂直腔体9包括含振荡水柱10、气室11及气孔12；该气室11位于垂直腔体9内振荡水柱10的上部，进出气孔12位于气室11的顶部，由垂直腔体上部收缩而成，进出气孔12上安装空气透平13和发电机14。

如图2和3所示，该水平管8的长度是从图2的六边形a所处的面到五边形c所处的面，水平管8垂直截面为一个“凹”喇叭型口，由一个等截面五边形c管道贴上一个与管道等长三棱锥而形成，五边形c侧面互相平行，五边形c底部两面内夹角为120°±30°，三棱锥一面同五边形顶部面相贴，另两面夹角为120°±30°，最终水平管道垂直截面的形状由六边形a，逐渐变为八边形b，最后端口是五边形c，管道端口五边形c的面积大于端口六边形a的面积；所述垂直腔体的水平截面为四边形d，水平管的六边形a面积大于或等于垂直腔体的水平截面四边形d的面积。这种水平管前部是“凹”的六边形，最后过度到五边，可使平台前部运动水的阻力小一些，导致前部运动幅度大一些，相反尾部运动水的阻力大一些，从而运动幅度小一些，会提高平台摇荡幅度，提高水柱在垂直管道内运动幅度，会增加气动能量，从而提高转换效率。水平管的喇叭型结构，按照流体学原理也会提高垂直管道内水柱液面的运动幅度和运动速度，从而提高气动能量，也就提高了波浪到气的能量转换效率。

此外，该自航式三体波浪能发电平台还包括闸门15，闸门15由闸门升降杆16以及升降旋转盘17来带动移动，当需要高效采集波浪能量时，3个锚泊5呈辐射状布放，使发电平台尾部面对入射波浪方向，闸门关闭，水平管8和垂直腔体9相连形成后弯管，波浪引起水柱在气室11内运动，驱动气室11内空气运动，运动的空气会驱动空气透平13和发电机14输出电能，波浪能转换为电能；当要降低转换效率时，闸门15打开，部分波浪能通过水平管8透射过发电装置；需要移动时，3个锚泊系统5收起，闸门15打开，发电平台在推进器6的作用下航行。

综上，本实施例所提供的自航式三体波浪能发电平台船体采用两个辅助片体安装推进器，可以最大效率发挥推进器的作用，同时两个片体可以补偿主片体结构不平衡的浮力，而且可以增加甲板面积，为生产活动扩展空间，中间片体体量远大于两侧片体的体量，主要承接波浪能量转换任务。三个片体共享一个主甲板及上层结构，与单体波浪能发电船相比，有甲板空间大、平稳性能好的优点。基于该技术发展的装置在波浪发电状态时，水平管和垂直腔体在闸门关闭时形成的后弯管波浪能发电装置转换效率高；在航行状态时，贯通的水平管使得发电平台在自航时阻力减少会减少航行的能量损耗，节能环保，为实现波浪能低成本、高效、广领域利用打下了基础。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。