可发电的潮汐波浪监测浮标及发电方法技术

本发明专利技术提供一种可发电的潮汐波浪监测浮标及方法，所述浮标包括有第一潮汐发电单元、第二潮汐发电单元、发电机、蓄电池；所述第一潮汐发电单元包括螺旋流通槽和与之连通的叶轮；所述第二潮汐发电单元包括风轮、活塞和浮块；蓄电池为用电负载供电。本发明专利技术通过设置第一潮汐发电单元和第二潮汐发电单元，通过水流的流动推动第一潮汐发电单元进行发电，通过气流的流动推动第二潮汐发电单元进行发电，通过两种发电方式同时进行发电，提高了发电效果，实现快速发电的目的；并能够有效管理浮标内蓄电池的充电或为用电负载放电状态；通过在浮块内设置温度传感器等有效为远程计算机提供水环境的温盐及潮汐参数数据，可以作为一种远程无线波浪监测浮标。波浪监测浮标。波浪监测浮标。

【技术实现步骤摘要】
可发电的潮汐波浪监测浮标及发电方法


[0001]本专利技术属于利用海洋潮汐发电
，具体涉及一种可发电的潮汐波浪监测浮标及发电方法。

技术介绍

[0002]中国海域面积分布广，海洋资源丰富，对海洋进行实时、全方位监测能够让人类在保护海洋环境的同时合理地开发和利用海洋资源，具有重要意义。
[0003]此外，现有的发电装置大多采用火力发电，此种发电装置需要消耗大量的石油或者煤炭等燃料，而火力发电具有资源紧缺、成本提高以及燃烧后的残留物对环境污染严重等缺点。随着地球化石能源的逐渐消耗减少，以及能源问题带来的环境问题发展到令人难以忽视的地步，新型清洁能源开始得到迅猛发展，进入能源产业的视野。而在诸多类型清洁新能源之中，海洋能源又是格外令人瞩目的一类，有着储量大、可再生等优点，而潮汐发电作为三大主要清洁能源的发电方式，广受人们重视。
[0004]但是，现有的利用海洋波浪能发电方式较为简单，如中国专利201710567847.1公开的一种利用海浪能量的发电装置，该装置包括位于两侧的支架，两支架之间水平设置有至少一排在海浪作用下可相对支架长度方向作往复滑动的百叶板组件，所述支架上设有用以百叶板组件滑动导向的横向滑道，通过利用海浪推动百叶板组件进行相对于支架长度方向往复滑动进行发电。
[0005]现有技术中已经研发并公开了一些既具有利用包括波浪可再生能源发电又具有海洋水文数据监控的浮标，在海洋环境的浮标方面，如中国专利CN108248764A公开的一种利用海洋波浪能和太阳能的发电功能浮标，通过浮子、载重装置和中心轴杆构成了二自由度谐振系统，在海洋波浪的激励下产生相对运动，通过压电发电装置的周期性振动将波浪能转化为电能输出，从而给各个监测设备供电，再如中国专利CN110080948A公开的一种基于波浪能及太阳能和风能发电的可控制灯浮标，由浮子上下升沉运动，将波能转化为电能直接提供螺旋桨转动控制浮体运动；太阳能板与风力发电为照明系统的运行提供电能；使其达到太阳能发电、风力发电和波浪发电一体的装置。
[0006]可以看出，现有技术中的利用海洋波浪能配合其他可再生能源发电的浮标大多仅仅利用潮汐波浪的水流流动来产生机械能，再转化为电能进行发电的技术，即采用单一的发电方式达到发电的目的，发电效率较低，因此，收益较低，不能满足用电需求；同时，现有技术的浮标也缺少对产生电能如何利用及管理的方法，无法预知潮汐发电产生的电能是否被合理的利用。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述缺陷，提供一种可发电的潮汐波浪监测浮标及发电方法。本专利技术通过设置第一潮汐发电单元和第二潮汐发电单元，通过水流的流动推动第一潮汐发电单元进行发电，通过气流的流动推动第二潮汐发电单元进行发电，通过两种发电方式同时进行
发电，提高了发电效果，实现快速发电的目的；并通过实时监测叶轮参数数据、风轮参数数据和蓄电池参数，有效管理浮标内蓄电池的充电或为信号灯等用电负载放电状态；通过在浮块内设置温度传感器等有效为远程计算机提供水环境的温盐及潮汐参数数据，可以作为一种远程无线波浪监测浮标。本专利技术提供的可发电的潮汐波浪监测浮标既可以同时利用水流的流动以及水位的升降进行不同角度的发电，充分利用海洋潮汐能，提高发电效率的同时，可以有效地管理发电产生的电能，将产生的电能为海洋水环境参数的实时监测的各个传感器提供电能的同时，为信号灯提供电能，既能够实时监测海洋水环境参数还能够为行船提供照明，并实时监测蓄电池内潮汐发电的叶轮和风轮产生的电量是否足以满足用电负载所需电量，而处于充电或放电模式，有效管理蓄电池的充放电。可以实现一浮标多用的技术效果，一举多得。
[0008]本专利技术提供如下技术方案：可发电的潮汐波浪监测浮标，包括外壳，所述外壳上开设有第一通孔，所述第一通孔内安装有第一转盘，所述第一转盘上安装有第一连接杆；所述外壳的内部分别设置有第一潮汐发电单元和第二潮汐发电单元，所述第一潮汐发电单元用于利用水流的流动进行发电，所述第二潮汐发电单元用于利用水位的升降进行发电；
[0009]所述第一潮汐发电单元包括螺旋流通槽和与之连通的叶轮；所述第二潮汐发电单元包括风轮、活塞和浮块，所述浮块内设置有温度传感器、盐度传感器和潮汐传感器；所述浮标内还设置有发电机、蓄电池、蓄电池参数采集模块、叶轮参数采集模块和风轮参数采集模块，所述叶轮和所述风轮均与所述发电机的转轴固定连接，所述发电机与所述蓄电池之间电性连接；所述第一潮汐发电单元和所述第二潮汐发电单元产生的电能存储于所述蓄电池内，所述蓄电池为用电负载供电，所述用电负载包括所述信号灯、所述无线信号发射模块、所述蓄电池参数采集模块、所述叶轮参数采集模块、所述风轮参数采集模块、所述温度传感器、所述盐度传感器和所述潮汐传感器；
[0010]所述第一连接杆的顶端安装有信号灯和无线数据传输模块，所述无线数据发射模块与远程控制中央计算机无线通信连接，向所述远程控制中央计算机无线传输实时监测到的波浪潮汐周期时间数据、波浪波形数据、水位高度数据、水流速度数据、所在水环境的温度数据和盐度数据和蓄电池实时参数。
[0011]进一步地，所述螺旋流通槽设置于所述外壳上的多个进水口和多个出水口之间；所述叶轮设置于所述外壳的内部对应所述第一转盘的底端，所述外壳的内部对应所述叶轮的底端固定连接有第二转盘，所述第二转盘和所述第一转盘上均开设有多个第二通孔，且所述叶轮转动连接于所述第一转盘和所述第二转盘之间的位置处；所述风轮设置于所述第一通孔的内部，所述活塞设置于所述第一通孔的内部对应所述风轮的下方且所述活塞的底端固定连接有第二连接杆，所述浮块固定连接在所述第二连接杆的另一端。
[0012]本专利技术还提供一种可发电的潮汐波浪监测浮标的发电方法，包括以下步骤：
[0013]S1：实时监测并采集第一潮汐发电单元中叶轮的转速、叶轮转子叶片的叶尖转速比、第二潮汐发电单元中风轮的转速、风轮转子叶片的叶尖转速比、蓄电池实时每小时自放电率、蓄电池实时直流
‑
交流转换效率、蓄电池实时充电效率和蓄电池实时放电效率，以及用电负载工作所需要的电能；
[0014]S2：根据所述S1步骤实时监测并采集得到的叶轮的转速和叶轮转子叶片的叶尖转速比，构建第一潮汐发电单元实时功率系数计算模型，并计算第一潮汐发电单元的实时发
电额定功率；
[0015]S3：根据所述S1步骤实时监测得到的风轮的转速和风轮转子叶片的叶尖转速比，构建第二潮汐发电单元实时功率系数计算模型，并计算第二潮汐发电单元的实时发电额定功率；
[0016]S4：比较实时监测得到的叶轮的转速与其额定转速和切入转速的大小，进而确定所述第一潮汐发电单元实时产生的电能；比较实时监测得到的风轮的转速与其切入转速、额定转速和切出转速，进而确定所述第二潮汐发电单元实时产生的电能；加和计算实时产生并存储于蓄电池的总电能；
[0017]S5：判断所述S4步骤计算得到的实时产生并存储于蓄电池的总电能是否达到直交变转换后用电负载实时所需电能的电量阈值，若达到阈值，则所述远本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可发电的潮汐波浪监测浮标，包括外壳，所述外壳上开设有第一通孔，所述第一通孔内安装有第一转盘(10)，所述第一转盘(10)上安装有第一连接杆(4)；其特征在于，所述外壳的内部分别设置有第一潮汐发电单元和第二潮汐发电单元，所述第一潮汐发电单元用于利用水流的流动进行发电，所述第二潮汐发电单元用于利用水位的升降进行发电；所述第一潮汐发电单元包括螺旋流通槽和与之连通的叶轮(13)；所述第二潮汐发电单元包括风轮(16)、活塞(17)和浮块(19)，所述浮块(19)内设置有温度传感器、盐度传感器和潮汐传感器；所述浮标内还设置有发电机(14)、蓄电池(15)、蓄电池参数采集模块、叶轮参数采集模块和风轮参数采集模块，所述叶轮(13)和所述风轮(16)均与所述发电机(14)的转轴固定连接，所述发电机(14)与所述蓄电池(15)之间电性连接；所述第一潮汐发电单元和所述第二潮汐发电单元产生的电能存储于所述蓄电池(15)内，所述蓄电池(15)为用电负载供电，所述用电负载包括所述信号灯、所述无线信号发射模块、所述蓄电池参数采集模块、所述叶轮参数采集模块、所述风轮参数采集模块、所述温度传感器、所述盐度传感器和所述潮汐传感器；所述第一连接杆(4)的顶端安装有信号灯和无线数据传输模块，所述无线数据发射模块与远程控制中央计算机无线通信连接，向所述远程控制中央计算机无线传输实时监测到的波浪潮汐周期时间数据、波浪波形数据、水位高度数据、水流速度数据、所在水环境的温度数据和盐度数据和蓄电池实时参数。2.根据权利要求1所述的可发电的潮汐波浪监测浮标，其特征在于，所述螺旋流通槽设置于所述外壳上的多个进水口(8)和多个出水口(9)之间；所述叶轮(13)设置于所述外壳的内部对应所述第一转盘(10)的底端，所述外壳的内部对应所述叶轮(13)的底端固定连接有第二转盘(11)，所述第二转盘(11)和所述第一转盘(10)上均开设有多个第二通孔(12)，且所述叶轮(13)转动连接于所述第一转盘(10)和所述第二转盘(11)之间的位置处；所述风轮(16)设置于所述第一通孔的内部，所述活塞(17)设置于所述第一通孔的内部对应所述风轮(16)的下方且所述活塞(17)的底端固定连接有第二连接杆(18)，所述浮块(19)固定连接在所述第二连接杆(18)的另一端。3.可发电的潮汐波浪监测浮标的发电方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：实时监测并采集第一潮汐发电单元中叶轮(13)的转速、叶轮转子叶片的叶尖转速比、第二潮汐发电单元中风轮(16)的转速、风轮转子叶片的叶尖转速比、蓄电池(15)实时每小时自放电率、蓄电池实时直流
‑
交流转换效率、蓄电池实时充电效率和蓄电池实时放电效率，以及用电负载工作所需要的电能；S2：根据所述S1步骤实时监测并采集得到的叶轮(13)的转速和叶轮转子叶片的叶尖转速比，构建第一潮汐发电单元实时功率系数计算模型，并计算第一潮汐发电单元的实时发电额定功率；S3：根据所述S1步骤实时监测得到的风轮(16)的转速和风轮转子叶片的叶尖转速比，构建第二潮汐发电单元实时功率系数计算模型，并计算第二潮汐发电单元的实时发电额定功率；S4：比较实时监测得到的叶轮(13)的转速与其额定转速和切入转速的大小，进而确定所述第一潮汐发电单元实时产生的电能；比较实时监测得到的风轮(16)的转速与其切入转速、额定转速和切出转速，进而确定所述第二潮汐发电单元实时产生的电能；加和计算实时
产生并存储于蓄电池(15)的总电能；S5：判断所述S4步骤计算得到的实时产生并存储于蓄电池(15)的总电能是否达到直交变转换后用电负载实时所需电能的电量阈值，若达到阈值，则所述远程控制计算机控制所述蓄电池(15)处于放电状态模式，否则所述远程控制计算机控制所述蓄电池(15)处于充电状态模式。4.根据权利要求3所述的可发电的潮汐波浪监测浮标的发电方法，其特征在于，所述S2步骤中构建的第一潮汐发电单元实时功率系数计算模型如下：其中，M
A
(t)为第一潮汐发电单元实时功率系数，λ(t)为实时监测到的叶轮转子叶片的叶尖转速比，θ为第一潮汐发电单元中叶轮(13)的叶片外端部与第一通孔中心轴点连...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢传建，李晶，
申请(专利权)人：杭州传一科技有限公司，
类型：发明
国别省市：