本發(fā)涉及波浪能量采集儲(chǔ)能領(lǐng)域，特別涉及一種波頭峰值儲(chǔ)能器、儲(chǔ)能方法以及水能發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

如今，石油、煤、天然氣等不可再生能源均面臨著儲(chǔ)量枯竭、價(jià)格上漲、甚至地球環(huán)境的嚴(yán)重污染等。核裂變發(fā)電危險(xiǎn)性高，核廢料污染環(huán)境、處理困難，并且原料也越來越少；利用核聚變能發(fā)電還不可行。而太陽能和風(fēng)能是可再生能源，對(duì)環(huán)境沒有污染。但現(xiàn)有的太陽能成本太高，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)大都處于待、停機(jī)狀態(tài)，風(fēng)能利用效率極低。

海洋蘊(yùn)藏大量能量，包括波浪能、潮汐能、海洋溫差能、鹽梯度能、洋流能等。潮汐能和洋流能能量密度高，但受到時(shí)間和地域限制太大，水工建筑成本高；海洋溫差能和鹽梯度能的品位太低。波浪水質(zhì)點(diǎn)作起伏震蕩和位移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位能。波浪能是海洋能源中最豐富、最普遍、能量密度比較高的能源之一，占海洋能源的比重較最大。據(jù)估算，世界海洋中的波浪能達(dá)700億千瓦，占全部海洋能量的94%。

在挪威、日本、英國、美國、法國、西班牙和中國等已建成的比較成熟的波浪發(fā)電裝置，主要形式有振蕩水拄型、機(jī)械型、水流型。振蕩水拄型是利用一個(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。波浪浪頭到來時(shí)，對(duì)空氣進(jìn)行壓縮過程中，浪頭由于受到壓縮空氣的壓力，不容易達(dá)到峰值，因此由波浪浪頭轉(zhuǎn)化壓縮空氣的效率低。

機(jī)械型是利用波浪的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)裝置的活動(dòng)部分壓縮油、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。水流型是利用收縮水道將波浪引入高位水庫形成水位差（水頭），驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

發(fā)明專利（201410657050.7）公開的垂直軸自動(dòng)轉(zhuǎn)漿型波能采集器以及采集方法，其不足之處在于主軸旋轉(zhuǎn)速度極低，需要特殊設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)，成本高。

以上波浪能采集裝置波浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多，峰值不容易保持，使得換能效率低。把不穩(wěn)定的波浪能吸收起來，經(jīng)濟(jì)、高效地轉(zhuǎn)化為有用的電能，是當(dāng)今波浪能開發(fā)的難題和方向。因此，有必要開發(fā)設(shè)計(jì)出更簡捷高效的波浪發(fā)動(dòng)機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)換率高、峰值易保持、能夠?qū)⒉环€(wěn)定的波能吸收起來，經(jīng)濟(jì)高效地轉(zhuǎn)換為有用的電能的波頭峰值儲(chǔ)能器、儲(chǔ)能方法以及水能發(fā)電系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種波頭峰值儲(chǔ)能器，包括豎直位于水中并靠近水面位置處的固定壓力管、與該固定壓力管間隙配合并且能夠在該固定壓力管內(nèi)沿其軸向移動(dòng)的活動(dòng)壓力管；所述固定壓力管包括底壁以及由所述底壁邊緣向上延伸形成的第一管壁，在底壁設(shè)有能夠?qū)⒉^峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的水輸出的水輸出部件，在底壁的中心向上延伸形成有一中心軸桿；所述活動(dòng)壓力管內(nèi)設(shè)置有能夠套設(shè)于中心軸桿上且與中心軸桿配合的導(dǎo)向配合部件，在所述活動(dòng)壓力管內(nèi)靠近頂端端頭的位置處還設(shè)置有浮力部件，在無波浪時(shí)，該浮力部件能夠使活動(dòng)壓力管的上端高出水平面；當(dāng)波浪波峰來時(shí)，波頭處水面上升，水流入活動(dòng)壓力管內(nèi)，該活動(dòng)壓力管在浮力部件的帶動(dòng)之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當(dāng)波頭過去后，浮力部件的浮力使活動(dòng)壓力管及其內(nèi)側(cè)水位保持；當(dāng)固定壓力管底壁的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的高壓水輸出后，由于外部用水導(dǎo)致波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)水面下降，浮力部件浮力減小，從而使得活動(dòng)壓力管也跟隨下降。

進(jìn)一步的，所述固定壓力管的底壁為尖端朝下的錐形底壁，所述中心軸桿由所述錐形底壁的頭端位置向上延伸形成。

進(jìn)一步的，所述中心軸桿的上端面高于所述第一管壁的上端面，并且高于水平面。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向配合部件為多個(gè)，多個(gè)導(dǎo)向配合部件沿活動(dòng)壓力管的軸向間隔分布，每一導(dǎo)向配合部件均包括一橫梁以及一直線軸承，所述橫梁的兩端固定于活動(dòng)壓力管的內(nèi)壁上，在所述橫梁相應(yīng)于中心軸桿的位置處開設(shè)有用于安裝直線軸承的環(huán)套，所述直線軸承安裝于所述環(huán)套內(nèi)以用于與中心軸桿直線運(yùn)動(dòng)配合。

進(jìn)一步的，多個(gè)導(dǎo)向配合部件中的其中一個(gè)導(dǎo)向配合部件設(shè)于所述活動(dòng)壓力管的頂端端頭位置處，所述浮力部件設(shè)于該位于頂端端頭位置處的導(dǎo)向配合部件上。

進(jìn)一步的，所述活動(dòng)壓力管采用輕質(zhì)材料制作而成。

進(jìn)一步的，所述水輸出部件包括一出水管、設(shè)于出水管上的用于防止波頭峰值儲(chǔ)能器外的水向波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)流動(dòng)的單向閥以及一用于控制水輸出部件開啟與否的閥體。

進(jìn)一步的，在所述中心軸桿的頂端設(shè)置有用于防止活動(dòng)壓力管從中心軸桿上脫落的限位部件。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種利用波頭峰值儲(chǔ)能器儲(chǔ)存高壓水的方法，包括以下步驟：

波頭峰值儲(chǔ)能器安裝：將波頭峰值儲(chǔ)能器的固定壓力管豎直的固定于水面下，使固定壓力管的上端面靠近水面，穿設(shè)于固定壓力管的中心軸桿上的活動(dòng)壓力管因設(shè)置于頂端的浮力部件使得活動(dòng)壓力管的上端外露于水平面；

波浪儲(chǔ)水：當(dāng)波浪波峰來時(shí)，波頭處水面上升，外界水流入活動(dòng)壓力管內(nèi)，該活動(dòng)壓力管在浮力部件的帶動(dòng)之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當(dāng)波頭過去后，浮力部件的浮力使活動(dòng)壓力管及其內(nèi)側(cè)水位保持，進(jìn)而起到儲(chǔ)水功能；當(dāng)固定壓力管底壁的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的高壓水輸出后，由于外部用水導(dǎo)致波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)水面下降，浮力部件浮力減小，從而使得活動(dòng)壓力管也跟隨下降。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的又一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種水能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的波頭峰值儲(chǔ)能器以及用于將所述多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的波頭峰值儲(chǔ)能器的輸出水的水能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)，其中，所述波頭峰值儲(chǔ)能器為上述的波頭峰值儲(chǔ)能器。

本發(fā)明波頭峰值儲(chǔ)能器實(shí)現(xiàn)了波浪的峰值保持，使波浪能的高效采集，能為海洋探測(cè)傳感器提供小規(guī)模的少量能源；當(dāng)多波頭峰值儲(chǔ)能器通過單向閥進(jìn)行并聯(lián)連接，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模波浪能量采集。本發(fā)明的儲(chǔ)能方法僅利用水波浪得到高壓水，然后可以作用于水能發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域，不浪費(fèi)其他能源，有效利用波浪能，能量大小可以根據(jù)波頭峰值儲(chǔ)能器的并聯(lián)數(shù)量而決定，該儲(chǔ)能方法的效率高，成本低。本發(fā)明的水能發(fā)電系統(tǒng)，可以根據(jù)需求量大小來設(shè)置并聯(lián)的波頭峰值儲(chǔ)能器的數(shù)量，從而滿足不同場(chǎng)合、不同電量要求、不同規(guī)模的需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明波頭峰值儲(chǔ)能器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參見圖1，圖1是本發(fā)明波頭峰值儲(chǔ)能器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的波頭峰值儲(chǔ)能器，包括豎直位于水中并靠近水面位置處的固定壓力管1（該水面是指無波浪時(shí)的水平面，固定壓力管的上端面靠近波浪的平均波谷）、與該固定壓力管1間隙配合并且能夠在該固定壓力管1內(nèi)沿其軸向移動(dòng)的活動(dòng)壓力管2；所述固定壓力管1包括底壁10以及由所述底壁10邊緣向上延伸形成的第一管壁12，在底壁10設(shè)有能夠?qū)⒉^峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的水輸出的水輸出部件，在底壁10的中心向上延伸形成有一中心軸桿14；所述活動(dòng)壓力管2內(nèi)設(shè)置有能夠套設(shè)于中心軸桿14上且與中心軸桿14配合的導(dǎo)向配合部件，在所述活動(dòng)壓力管2內(nèi)靠近頂端端頭的位置處還設(shè)置有浮力部件，在無波浪時(shí)，該浮力部件能夠使活動(dòng)壓力管2的上端高出水平面。本方案的波頭峰值儲(chǔ)能器是利用波浪進(jìn)行儲(chǔ)能，其儲(chǔ)能的原理如下：當(dāng)波浪波峰來時(shí)，波頭處水面上升，水流入活動(dòng)壓力管2內(nèi)，該活動(dòng)壓力管2在浮力部件的帶動(dòng)之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當(dāng)波頭過去后，浮力部件的浮力使活動(dòng)壓力管2及其內(nèi)側(cè)水位保持；當(dāng)固定壓力管1底壁10的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的高壓水輸出后，由于外部用水導(dǎo)致波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)水面下降，浮力部件浮力減小，從而使得活動(dòng)壓力管2也跟隨下降。

本方案的浮力部件主要作用是使活動(dòng)壓力管2具有一定浮力，不會(huì)因自身重力而向水下掉，從而使活動(dòng)壓力管2上端面能夠在波浪來時(shí)隨波浪上升，波浪所帶來的外界水5（波頭峰值儲(chǔ)能器外的水）從活動(dòng)壓力管2的上端灌入活動(dòng)壓力管2中，以使得此時(shí)的波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的水位高于外界水5平面的水位，與波頭高度相匹配，活動(dòng)壓力管2在浮力部件的浮力下上升，將波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的高壓水放出后，活動(dòng)壓力管2隨著波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的水位降低而降低。在放出水后的下一個(gè)波浪來時(shí)，再次以上述方式進(jìn)行儲(chǔ)能。本方案的波頭峰值儲(chǔ)能器結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)思巧妙，制作成本較低，波頭峰值儲(chǔ)能器的高壓水可作用于水輪發(fā)電機(jī)等等。

所述固定壓力管1為上端開口、底端封閉的管狀，在安裝時(shí)，固定壓力管1豎直固定在海床或者河床上，或者固定在大船上，上端面低于平均海/水平面安裝。所述固定壓力管1的底壁10為尖端朝下的錐形底壁10，其好處是使其符合水力學(xué)特征,對(duì)波峰的阻力很小。所述中心軸桿14由所述錐形底壁10的頭端位置向上延伸形成，采用硬質(zhì)材料制成。所述中心軸桿14的上端面高于所述第一管壁12的上端面，并且高于水平面。其高度滿足輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2上升而不脫離固定壓力管1的中心軸桿14（例如將中心軸桿14的高度設(shè)計(jì)為：設(shè)于最大波峰的波頭的高度）。

在一些實(shí)施例中，可以在所述中心軸桿14的頂端設(shè)置有用于防止活動(dòng)壓力管2從中心軸桿14上脫落的限位部件，該限位部件可以是在中心軸桿14的頂端向外凸設(shè)的限位環(huán)，其外徑大于第一個(gè)導(dǎo)向配合部件的直線軸承的內(nèi)徑，或者大于環(huán)套的內(nèi)徑。

所述活動(dòng)壓力管2呈兩端均開口的管狀，采用輕質(zhì)材質(zhì)制作而成，輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2兩端面無蓋、薄壁、極輕，使其自重與漂浮需要的浮力均極小。例如可以采用玻璃鋼等材料制作形成。輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2與固定壓力管1采用松配合，即輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2的外徑略小于固定壓力管1的內(nèi)徑，以便于輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2能夠隨浮力上升下降的同時(shí)又避免外界水5過多的從它們的配合縫隙中流入波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)該波頭峰值儲(chǔ)能器放置于雜物比較多的場(chǎng)合使用情況下，可以在輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2上端面設(shè)置一錐形過濾網(wǎng)，其錐頂豎直向上，錐壁可由多根耐腐蝕高強(qiáng)度棒材沿錐體母線設(shè)置。

所述導(dǎo)向配合部件為多個(gè)，多個(gè)導(dǎo)向配合部件沿活動(dòng)壓力管2的軸向間隔分布，每一導(dǎo)向配合部件均包括一橫梁210以及一直線軸承212，所述橫梁210的兩端固定于活動(dòng)壓力管2的內(nèi)壁上，在所述橫梁210相應(yīng)于中心軸桿14的位置處設(shè)有用于安裝直線軸承212的環(huán)套214，所述直線軸承212安裝于所述環(huán)套214內(nèi)以用于與中心軸桿14直線運(yùn)動(dòng)配合。多個(gè)導(dǎo)向配合部件中的其中一個(gè)導(dǎo)向配合部件設(shè)于所述活動(dòng)壓力管2的頂端端頭位置處，所述浮力部件設(shè)于該位于頂端端頭位置處的導(dǎo)向配合部件上。導(dǎo)向配合部件的作用是使輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2與固定壓力管1保持同軸安裝并能相對(duì)于固定壓力管1軸向滑動(dòng)。

本實(shí)施例中，所述導(dǎo)向配合部件為兩個(gè)，第一個(gè)導(dǎo)向配合部件設(shè)于輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2的中下段，橫梁210軸向與輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2的軸向垂直。第二個(gè)導(dǎo)向配合部件設(shè)于輕質(zhì)活動(dòng)壓力管2的頂端，這樣設(shè)置的作用是，使浮力部件（本實(shí)施例為浮力環(huán)23）直接設(shè)于第二個(gè)導(dǎo)向配合部件的環(huán)套214上，不必再另外增加用于固定浮力部件的固定結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更簡單、降低活動(dòng)壓力管2的重量。

本實(shí)施例中，所述水輸出部件包括一出水管16、設(shè)于出水管16上的用于防止波頭峰值儲(chǔ)能器外的水向波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)流動(dòng)的單向閥以及一用于控制水輸出部件開啟與否的閥體。

本發(fā)明波頭峰值儲(chǔ)能器能跟隨浪頭，實(shí)現(xiàn)了波浪的峰值保持，使波浪能的高效采集，能為海洋探測(cè)傳感器提供小規(guī)模的少量能源；當(dāng)多波頭峰值儲(chǔ)能器通過單向閥進(jìn)行并聯(lián)連接，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模波浪能量采集。

本發(fā)明還公開了一種利用波頭峰值儲(chǔ)能器儲(chǔ)存高壓水的方法，所述波頭峰值儲(chǔ)能器為上述實(shí)施例描述的波頭峰值儲(chǔ)能器，包括以下步驟：

波頭峰值儲(chǔ)能器安裝：將波頭峰值儲(chǔ)能器的固定壓力管1豎直的固定于水面下，使固定壓力管1的上端面靠近水面，穿設(shè)于固定壓力管1的中心軸桿14上的活動(dòng)壓力管2因設(shè)置于頂端的浮力部件使得活動(dòng)壓力管2的上端外露于水平面（也即，活動(dòng)壓力管2的上端面稍高于無波浪時(shí)的外部水平面，低于波浪波頭的高度）；

波浪儲(chǔ)水：當(dāng)波浪波峰來時(shí)，波頭處水面上升，外界水5流入活動(dòng)壓力管2內(nèi)，該活動(dòng)壓力管2在浮力環(huán)23的帶動(dòng)之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當(dāng)波頭過去后，浮力環(huán)23的浮力使活動(dòng)壓力管2及其內(nèi)側(cè)水位保持，進(jìn)而起到儲(chǔ)水功能；當(dāng)固定壓力管1底壁10的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)的高壓水輸出后，由于外部用水導(dǎo)致波頭峰值儲(chǔ)能器內(nèi)水面下降，浮力環(huán)23浮力減小，從而使得活動(dòng)壓力管2也跟隨下降。

該儲(chǔ)能方法僅利用水波浪得到高壓水，然后可以作用于水能發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域，不浪費(fèi)其他能源，有效利用波浪能，能量大小可以根據(jù)波頭峰值儲(chǔ)能器的并聯(lián)數(shù)量而決定，該儲(chǔ)能方法的效率高，成本低。

本發(fā)明還公開了一種水能發(fā)電系統(tǒng)，包括多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的波頭峰值儲(chǔ)能器以及用于將所述多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的波頭峰值儲(chǔ)能器的輸出水的水能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)，其中，所述波頭峰值儲(chǔ)能器為上述實(shí)施例的波頭峰值儲(chǔ)能器。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。