气动式波浪能发电防洪系统

本申请涉及发电，具体而言，涉及一种气动式波浪能发电防洪系统。

背景技术：

1、波浪能作为一种清洁且可再生的能源，蕴藏在世界各地的海洋中，具有巨大的开发潜力。据估计，全球波浪能的理论储量高达数十万太瓦时(twh)，充分开发利用这部分能量可以显著缓解全球能源危机和减少温室气体排放。目前，波浪能发电技术主要包括机械式、气动式、液压传动式和电磁式等多种类型，每种类型都有其独特的工作原理和应用场景。

2、气动式波浪能发电装置利用波浪上下运动驱动空气流动，通过空气流动带动涡轮机旋转，从而发电。该类装置主要包括振荡水柱型发电装置，该装置通过一个开放底部的结构捕获波浪，使得内部水柱随波浪上下振荡，引起气室内压强周期性变化，进而推动空气透平机转动。然而，由于波浪能的密度和能量分布不均匀，单个气动式波浪能装置的发电效率较低，难以有效捕获并转化波浪能；并且，为了提高捕获效率和适应复杂的海洋环境，传统的气动式波浪能发电装置往往需要复杂的结构设计和高昂的建设成本；但在极端海洋环境下，单一的波浪能发电装置容易受到破坏，维护成本高且难度大。

3、另外，防波堤作为一种重要的海洋工程设施，广泛用于保护海岸线和港口免受波浪侵袭。传统防波堤主要通过物理阻挡和消散波浪能量来减少波浪的冲击，保护背后的设施和环境。然而，在大量波浪能被防波堤阻挡和消散的过程中，未能将其转化为有用的能量，一方面造成能源资源的浪费，另一方面由于阻挡和消散波浪能的过程中，产生剧烈紊动使防波堤前基础冲刷而易掏刷破坏；并且，防波堤单独建设和维护的成本相对较高，经济性相对较差。

4、基于以上，为了实现共享海洋空间、降低建设和运维成本，提高经济效益，同时增加能量俘获和电能产出，可以考虑将阵列化波浪能发电装置与防波堤融合形成发电防波堤，有助于深度融合波浪能发电产业与海洋工程与装备产业，推动相关产业的交叉融合与创新发展，形成波浪能发电与海洋工程/装备产业交叉融合的新产业格局。

技术实现思路

1、本申请提供一种气动式波浪能发电防洪系统，能够实现阵列化发电装置与防洪堤的耦合集成，既满足波浪能的高效俘获利用，同时还兼具防波消浪的功能。

2、一种气动式波浪能发电防洪系统，包括：

3、防洪堤，靠海侧设有多个收容空间和多个导浪墙单元，任一所述收容空间的两侧设有所述导浪墙单元；

4、多个发电装置，一一对应地收容并固定于所述多个收容空间内，每个所述导浪墙单元面向靠海侧的最前缘凸出于该导浪墙单元两侧的所述发电装置的最前缘，每个所述发电装置包括筒体和可地转动设置于所述筒体的涡轮，所述筒体的底部在靠海侧设有开口，当波浪经由所述开口涌入所述筒体时，所述筒体的顶部还形成有位于水气交界面之上的气室和连通所述气室与外界大气的空气流道，所述空气流道内的压差可驱动所述涡轮转动。

5、可选地，所述导浪墙单元设置为椭圆形柱体结构，所述椭圆形柱体结构的轴向与所述发电装置的高度方向一致，所述导浪墙单元面向靠海侧的一侧表面为椭圆弧面。

6、可选地，所述导浪墙单元的靠海侧的最前缘为所述椭圆形柱体结构的长轴端或短轴端，所述导浪墙单元的靠海侧的最前缘凸出于所述发电装置的靠海侧的最前缘的距离至少是所述椭圆形柱体结构的一个长轴半径或一个短轴半径。

7、可选地，所述系统还包括设于所述开口下方的底坡结构，所述底坡结构从所述发电装置面向靠海侧的最前缘处向后延伸，并逐渐向上倾斜。

8、可选地，所述底坡结构的倾斜角度为45±5度。

9、可选地，所述筒体为圆柱形筒体，所述收容空间为半圆柱形空间，所述筒体的后半圆位于所述半圆柱形空间内，所述筒体的前半圆面向靠海侧，相邻两个所述收容空间的中心距设置为所述筒体内径的2～10倍。

10、可选地，所述筒体包括筒本体和连接于所述筒本体顶部中心处的空气流道筒体，所述筒本体的底部形成所述开口，所述筒本体的顶部形成所述气室，

11、所述空气流道筒体呈中空状，内部的空腔形成所述空气流道，所述涡轮的多个叶片设于所述空气流道内，所述涡轮的轴部位于所述空气流道筒体的中空处。

12、可选地，所述空气流道包括与所述气室连通的下流道、与外界大气连通的上流道以及连通所述下流道与所述上流道的中间流道，所述涡轮的叶片设于所述中间流道内，从所述下流道至所述中间流道，流通面积逐渐减小。

13、可选地，从所述上流道至所述中间流道，流通面积逐渐减小。

14、可选地，所述空气流道筒体包括内筒体和套设于所述内筒体的外侧的外筒体，

15、所述内筒体包括与所述涡轮同轴的圆柱形的内筒节、连接于所述内筒节的下端且沿径向逐渐向外围延展的内筒下筒节、连接于所述内筒节的上端且逐渐向外围延展的内筒上筒节，

16、所述外筒体包括与所述涡轮同轴的圆柱形的外筒节、连接于所述外筒节的下端且沿径向逐渐向外围延展的外筒下筒节、连接于所述内筒节的上端且逐渐向外围延展的外筒上筒节，

17、所述内筒下筒节与所述外筒下筒节之间的间隙形成所述下流道，所述内筒上筒节与所述外筒上筒节之间的间隙形成所述上流道，所述内筒节与所述外筒节之间的间隙形成所述中间流道。

18、可选地，所述下流道内设有多个弧形的下导流片，所述多个下导流片围绕所述涡轮的轴线以均匀间隔分布；和/或

19、所述上流道内设有多个弧形的上导流片，所述多个上导流片围绕所述涡轮的轴线以均匀间隔分布。

20、本申请提供了一种气动式波浪能发电防洪系统，其中，多个发电装置与防洪堤耦合集成，实现了发电装置与防洪堤的功能结合。同时，导浪墙单元降低波浪能进出发电装置时向其他方向传播的散射和辐射损失，满足波浪能的高效俘获利用的同时还兼具防波消浪的功能。

技术特征：

1.一种气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述导浪墙单元设置为椭圆形柱体结构，所述椭圆形柱体结构的轴向与所述发电装置的高度方向一致，所述导浪墙单元面向靠海侧的一侧表面为椭圆弧面。

3.根据权利要求2所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述导浪墙单元的靠海侧的最前缘为所述椭圆形柱体结构的长轴端或短轴端，所述导浪墙单元的靠海侧的最前缘凸出于所述发电装置的靠海侧的最前缘的距离至少是所述椭圆形柱体结构的一个长轴半径或一个短轴半径。

4.根据权利要求1所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述系统还包括设于所述开口下方的底坡结构，所述底坡结构从所述发电装置面向靠海侧的最前缘处向后延伸，并逐渐向上倾斜。

5.根据权利要求4所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述底坡结构的倾斜角度为45±5度。

6.根据权利要求1所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述筒体为圆柱形筒体，所述收容空间为半圆柱形空间，所述筒体的后半圆位于所述半圆柱形空间内，所述筒体的前半圆面向靠海侧，相邻两个所述收容空间的中心距设置为所述筒体内径的2～10倍。

7.根据权利要求1至6任一项所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述筒体包括筒本体和连接于所述筒本体顶部中心处的空气流道筒体，所述筒本体的底部形成所述开口，所述筒本体的顶部形成所述气室，

8.根据权利要求7所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述空气流道包括与所述气室连通的下流道、与外界大气连通的上流道以及连通所述下流道与所述上流道的中间流道，所述涡轮的叶片设于所述中间流道内，从所述下流道至所述中间流道，流通面积逐渐减小。

9.根据权利要求8所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，从所述上流道至所述中间流道，流通面积逐渐减小。

10.根据权利要求9所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述空气流道筒体包括内筒体和套设于所述内筒体的外侧的外筒体，

11.根据权利要求10所述的气动式波浪能发电防洪系统，其特征在于，所述下流道内设有多个弧形的下导流片，所述多个下导流片围绕所述涡轮的轴线以均匀间隔分布；和/或

技术总结本申请涉及气动式波浪能发电防洪系统。该系统包括防洪堤和多个发电装置。防洪堤的靠海侧设有多个收容空间和多个导浪墙单元，任一所述收容空间的两侧设有所述导浪墙单元。多个发电装置一一对应地收容并固定于各所述多个收容空间内，每个所述导浪墙单元面向靠海侧的最前缘凸出于该导浪墙单元两侧的所述发电装置的最前缘，所述发电装置包括筒体和可地转动设置于所述筒体的涡轮，筒体的底部在靠海侧设有开口，当波浪经由所述开口涌入所述筒体时，所述筒体的顶部还形成有位于水气交界面之上的气室和连通所述气室与外界大气的空气流道，所述空气流道内的压差可驱动所述涡轮转动。该方案可以实现波浪能的高效俘获利用，同时兼具防波消浪的功能。技术研发人员：张永良,王辰,冯基芳受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18