水流方向自适应发电装置及方法

1.本发明涉及一种水流方向自适应发电装置及方法，属于发电设备技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着环境污染的加剧以及传统的能源逐步消耗殆尽，新能源取代传统能源已经成为一个发展的大趋势。由于地球是一个蓝色的星球，海洋是生命的开始一个重要的地方，新能源中海洋提供的能源更为是重要的一部分，这当中就由因为月球引力引发的海洋潮汐能所承载的能源有着可持续、环境友好等趋势。因此从人类长远的发展和替代能源等角度来看，潮汐能的开发和利用应该得到了高度的认可和重视。
3.海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转化为势能；在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。潮汐发电与水力发电的原理相似，它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能的过程。
4.由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐发电出现了不同的型式，如单库单向型、单库双向型等，其中，单库单向型只能在落潮时发电；单库双向型在涨、落潮时都能发电。传统的发电的装置虽然知道由于水流转动方向的不同从而导致潮汐能发电不能够及时的做出方向的改变而进行发电，但是单库单向型和双库双向型，均由于方向的相对单一，使得对潮水涨、落产生的水位差所具有势能来转换为机械能的利用率有待提高，忽略了水平向的多方向的水流流动利用。
5.例如，中国发明专利申请号为cn202011338065.9，公开的一种新型潮汐能发电装置，能够利用较小的落差完成发电。但该专利同样未利用水平向的多方向的水流流动，发电效率有待进一步提高。
6.上述问题是在水流方向自适应发电过程中应当予以考虑并解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种水流方向自适应发电装置及方法解决现有技术中存在的发电过程中对水平向的多方向的水流流动利用率低，有待提高的问题。
8.本发明的技术解决方案是：
9.一种水流方向自适应发电装置，包括发电平台，发电平台设有多流向发电设备，发电平台包括若干水平杆和若干管桩，相邻的管桩间通过水平杆连接，多流向发电设备包括海水流向传感器、定位组件、控制器、水轮机和储电箱，水轮机采用自适应水轮机，水轮机通过定位组件连接管桩的中部，海水流向传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接水轮机，控制器和水轮机分别由储电箱供电。
10.进一步地，定位组件包括圆环和连接杆，管桩穿过圆环，圆环通过连接杆连接水轮机。
11.进一步地，圆环采用可滑动圆环。
12.进一步地，连接杆采用l形或一字形连接杆。
13.进一步地，管桩包括桩身和桩头，桩身采用空心柱形桩身，桩身和桩尖外均设有螺旋箍筋，桩身的底端可拆卸连接桩头，桩头采用实心锥形。
14.进一步地，发电平台设有风力发电设备和太阳能发电设备，风力发电设备和太阳能发电设备分别连接储电箱。
15.进一步地，发电平台还设有若干加固斜撑杆，加固斜撑杆的一端连接水平杆，加固斜撑杆的另一端连接管桩。
16.进一步地，发电平台包括三个管桩，三个管桩分别通过定位组件连接第一水轮机、第二水轮机和第三水轮机。
17.一种水流方向自适应发电方法，采用上述任一项所述的水流方向自适应发电装置，该水流方向自适应发电装置的使用过程为，定义水流流向的范围为360度，在海水流向传感器检测的流向在0～120度范围时，控制第一水轮机、第二水轮机和第三水轮机分别向转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
°
和240
°
～360
°
运行；在海水流向传感器检测的流向在120～240度范围时，控制第二水轮机、第三水轮机和第一水轮机转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
°
和240
°
～360
°
运行；在海水流向传感器检测的流向在240～360度范围时，控制第三水轮机、第一水轮机和第二水轮机转动到控制第一水轮机、第二水轮机和第三水轮机转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
°
和240
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～360
°
运行。
18.一种包括上述任一项所述的水流方向自适应发电装置的平台设备，包括发电平台和发电装置，发电装置设于发电平台上，发电装置采用上述任一项所述的水流方向自适应发电装置。
19.本发明的有益效果是：该种水流方向自适应发电装置及方法，能够有效提高对水平向多方向水流流动的利用，提高发电效率，解决传统的潮汐能发电中方向较单一、利用相对不足的问题。通过使用清洁能源发电，不污染海洋环境，能够实现环保目的。并可以通过增加风力发电设备和太阳能发电设备，能够为海洋牧场平台的电力资源提供充足的发电准备，有效避免海洋平台用电紧张问题。
附图说明
20.图1是本发明实施例水流方向自适应发电装置的结构示意图；
21.图2是实施例中管桩、定位组件和水轮机的结构示意图；
22.图3是图2的a向的结构示意图；
23.图4是实施例中管桩的结构示意图；
24.图5是本发明实施例水流方向自适应发电的流程示意图；
25.其中：1-发电平台，2-海水流向传感器，3-定位组件，4-控制器，5-水轮机，6-储电箱，7-风力发电设备，8-太阳能发电设备；
26.11-水平杆，12-管桩，13-加固斜撑杆；
27.121-桩身，122-桩头，123-螺旋箍筋；
28.31-圆环，32-连接杆；
29.51-第一水轮机，52-第二水轮机，53-第三水轮机。
具体实施方式
30.下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
31.实施例
32.一种水流方向自适应发电装置，如图1，包括发电平台1，发电平台1设有多流向发电设备，发电平台1包括若干水平杆11和若干管桩12，相邻的管桩12间通过水平杆11连接，多流向发电设备包括海水流向传感器2、定位组件3、控制器4、水轮机5和储电箱6，水轮机5采用自适应水轮机，水轮机5通过定位组件3连接管桩12的中部，海水流向传感器2连接控制器4的输入端，控制器4的输出端连接水轮机5，控制器4和水轮机5分别由储电箱6供电。
33.该种水流方向自适应发电装置，能够有效提高对水平向多方向水流流动的利用，提高发电效率，解决传统的潮汐能发电中方向较单一、利用相对不足的问题。通过使用清洁能源发电，不污染海洋环境，能够实现环保目的。并可以通过增加风力发电设备7和太阳能发电设备8，能够为海洋牧场平台的电力资源提供充足的发电准备，有效避免海洋平台用电紧张问题。
34.如图2和图3，定位组件3包括圆环31和连接杆32，管桩12穿过圆环31，圆环31通过连接杆32连接水轮机5。连接杆32采用l形或一字形连接杆32。圆环31采用可滑动圆环31。在每个桩腿的中间位置都分别装着一个可滑动圆环31，并且可滑动圆环31的连接处的左右分别连接着一个折形连接杆32前面分别是连接着一个自适应水轮机，由此可以达到自由转动水轮机5的效果。
35.如图4，管桩12包括桩身121和桩头122，桩身121采用空心柱形桩身121，桩身121设有螺旋箍筋123，桩身121的底端可拆卸连接桩头122，桩头122采用实心锥形。通过在桩身121表面增加螺旋箍筋123，可以地提高管桩12的抗击能力，提高管桩12强度。桩身121采用螺旋形式，能够增加结构刚度、承载力以及稳定性同时，便于稳定沉桩于海床，有效防止平台发生倾覆。桩头122采用实心锥形结构，便于稳定有效的插入至海床底下。桩身121采用空心柱形桩身121，可以减少桩身121本身的配筋率和实际的重量，同时将桩头122和桩身121设为通过螺旋配合方式可拆卸连接，能够实现分离，便于运输。
36.如图1，发电平台1设有风力发电设备7和太阳能发电设备8，风力发电设备7和太阳能发电设备8分别连接储电箱6。通过设置风力发电设备7和太阳能发电设备8，能够提供更充足的电力。风力发电设备7和太阳能发电设备8、储电箱6可设于不同管桩12上。海水流向传感器2可装在储电箱6的上方。
37.如图1和图2，发电平台1还设有若干加固斜撑杆13，加固斜撑杆13的一端连接水平杆11，加固斜撑杆13的另一端连接管桩12。分别通过水平杆11和斜撑杆，使得连接更加稳定。发电平台1包括三个管桩12，三个管桩12分别通过定位组件3连接第一水轮机51、第二水轮机52和第三水轮机53。发电平台1的整体形状为一个稳定的三角体系，在每个桩腿上面可装有两个自适应水轮机，根据海水流动的方向不同来进行变换方向，实现发电目的。
38.如图1，该种水流方向自适应发电装置，由海水流向传感器2进行海水流向采集的功能，而控制器4接受海水流向传感器2传递的采集信号后，控制自适应水轮机带动圆环31和连接杆32的转动，实现每个自适应水轮机沿管桩12进行360
°
转动，自适应水轮机上的扇叶会因转动和海水流动的高低差所带来的的势能而转动，从而产生电能。
39.如图5，实施例还提供一种水流方向自适应发电方法，采用上述任一项所述的水流
方向自适应发电装置，该水流方向自适应发电装置的使用过程为，定义水流流向的范围为360度，在海水流向传感器2检测的流向在0～120度范围时，记为l1，控制第一水轮机51、第二水轮机52和第三水轮机53分别向转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
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和240
°
～360
°
运行；在海水流向传感器2检测的流向在120～240度范围时，记为l2，控制第二水轮机52、第三水轮机53和第一水轮机51转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
°
和240
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～360
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运行；在海水流向传感器2检测的流向在240～360度范围时，记为l3，控制第三水轮机53、第一水轮机51和第二水轮机52转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
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和240
°
～360
°
运行。
40.该种水流方向自适应发电装置及方法，通过设置海水水流动传感器，由海水水流动传感器用来检测海水流动的方向，并对自适应水轮机进行控制来变换方向，自适应水轮机转动到相应的位置，利用海水周期性涨落运动中能量，达到发电的目的，从而能够对水平向多方向的水流实现更充分的利用。
41.该种水流方向自适应发电装置及方法，能够实现全方位的转动，通过设置可滑动圆环31的方式，与两个水轮机5进行连接转动，从而改善了由于原先方向没有得到一致的改变而导致的水轮机5无法接收所有方向的势能，弥补了对自然界能量利用较低遗憾。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种水流方向自适应发电装置，包括发电平台，其特征在于：发电平台设有多流向发电设备，发电平台包括若干水平杆和若干管桩，相邻的管桩间通过水平杆连接，多流向发电设备包括海水流向传感器、定位组件、控制器、水轮机和储电箱，水轮机采用自适应水轮机，水轮机通过定位组件连接管桩的中部，海水流向传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接水轮机，控制器和水轮机分别由储电箱供电。2.如权利要求1所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：定位组件包括圆环和连接杆，管桩穿过圆环，圆环通过连接杆连接水轮机。3.如权利要求2所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：圆环采用可滑动圆环。4.如权利要求3所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：连接杆采用l形或一字形连接杆。5.如权利要求1-4任一项所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：管桩包括桩身和桩头，桩身采用空心柱形桩身，桩身和桩尖外均设有螺旋箍筋，桩身的底端可拆卸连接桩头，桩头采用实心锥形。6.如权利要求1-4任一项所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：发电平台设有风力发电设备和太阳能发电设备，风力发电设备和太阳能发电设备分别连接储电箱。7.如权利要求1-4任一项所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：发电平台还设有若干加固斜撑杆，加固斜撑杆的一端连接水平杆，加固斜撑杆的另一端连接管桩。8.如权利要求1-4任一项所述的水流方向自适应发电装置，其特征在于：发电平台包括三个管桩，三个管桩分别通过定位组件连接第一水轮机、第二水轮机和第三水轮机。9.一种水流方向自适应发电方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的水流方向自适应发电装置，该水流方向自适应发电装置的使用过程为，定义水流流向的范围为360度，在海水流向传感器检测的流向在0～120度范围时，控制第一水轮机、第二水轮机和第三水轮机分别向转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
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～240
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和240
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～360
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运行；在海水流向传感器检测的流向在120～240度范围时，控制第二水轮机、第三水轮机和第一水轮机转动到相应的位置分别为0～120
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、120
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～240
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和240
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～360
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运行；在海水流向传感器检测的流向在240～360度范围时，控制第三水轮机、第一水轮机和第二水轮机转动到控制第一水轮机、第二水轮机和第三水轮机转动到相应的位置分别为0～120
°
、120
°
～240
°
和240
°
～360
°
运行。

技术总结
本发明提供一种水流方向自适应发电装置及方法，包括发电平台，发电平台设有多流向发电设备，发电平台包括若干水平杆和若干管桩，相邻的管桩间通过水平杆连接，多流向发电设备包括海水流向传感器、定位组件、控制器、水轮机和储电箱，水轮机采用自适应水轮机，水轮机通过定位组件连接管桩的中部，海水流向传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接水轮机，控制器和水轮机分别由储电箱供电；本发明能够有效提高对水平向多方向水流流动的利用，提高发电效率，解决传统的潮汐能发电中方向较单一、利用相对不足的问题。利用相对不足的问题。利用相对不足的问题。


技术研发人员：陈悦 芮鑫 谢仪 崇健斌 赵新飞 朱姣姣 王明星 时圣照 潘思雨 王荣青
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/6/7