【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种港口用基于梯度结构的能量捕获装置及其工作方法，属于新能源波浪能利用。
技术介绍
1、当今世界正面临着严重的能源危机，低碳、绿色、节能环保和开发利用可再生能源已成为世界能源发展的主题。海洋占地球表面积的70％，蕴藏着巨大的能源，可以为整个人类社会供给足够多的清洁能源而缓解生态压力，所以，开发和利用海洋资源对于人类解决能源危机具有重大意义。
2、波浪能以其储量巨大，分布广泛，获取方式多样等优势出现在人类眼前，成为最有发展前景的海洋能源之一。当前，世界各国相关研究机构已经研制出多款波浪能发电装置，但普遍存在能量俘获效率较低、发电输出功率不足等问题，而能量俘获功率和能量转换效率决定了波浪能发电装置的性能，严重制约了波浪能发电产业的商业化发展。所以研发更高效的波浪能发电装置是当前波浪能发电领域需要解决的主要问题。
3、电磁超材料技术在最近十年中发展迅猛，正在以前所未有的方式操纵电磁波或光波流动。受到已被证明的梯度折射率超材料结构在控制光流中应用的有效性的启发，根据波的动力学特性相似，所以将梯度结构应用到水波领域，通过控制不同位置的梯度水深增大局部波浪能能流密度，提升振荡浮子俘获波浪能的功率，进而设计一种全新的基于梯度结构的能量高效捕获装置，这将对波浪能发电装置的产业化发展产生重要意义。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种港口用基于梯度结构的能量捕获装置，采用模块化、集成化的设计方案，结构和方法设计合理，以梯度结构集成到波导系统中
2、本专利技术还提供上述港口用基于梯度结构的能量捕获装置的工作方法。
3、本专利技术的技术方案如下：
4、一种港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，包括波导系统和波浪能发电装置，波导系统包括平行墙体和梯度结构，波浪能发电装置包括浮子、液压转换器和发电系统，港口两侧的平行墙体下部分别设置有梯度结构，梯度结构上侧固定设置有液压转换器，液压转换器下侧连接有浮子，上侧连接有发电系统。实际工程中，为提高发电功率，可根据实际效果设计梯度结构数量。
5、根据本专利技术优选的，梯度结构材质为铁，并在表面涂漆以防止腐蚀、氧化，梯度结构中部为矩形块，矩形块两侧对此设置有弧形块。梯度结构可以模拟电磁场中的完美导电体壁。
6、根据本专利技术优选的，梯度结构中部矩形块折射率满足如下关系式：
7、
8、其中， n1为梯度结构中部矩形块折射率， h为波导系统内水深， d为梯度结构高度。
9、根据本专利技术优选的，梯度结构的弧形块弯曲部分高度满足如下关系：
10、
11、其中， d(x)为 x位置处梯度结构的弧形块弯曲部分高度， l为梯度结构长度， l2为梯度结构平面形状部分长度。
12、根据本专利技术优选的，梯度结构的弧形块弯曲形状部分折射率满足如下关系式：
13、
14、其中， n(x)为梯度结构的弧形块弯曲形状部分折射率， h为波导系统内水深。
15、根据本专利技术优选的，浮子外形为1/4球形，外侧为圆弧状，通过圆弧状设计使浮子为类流线型浮子，利用类流线型结构降低浮子运动时所受海水阻力的影响，提高波浪能采集效率，球状弧形结构避免纯粹的类流线型结构竖直插入水中时，影响浮子上浮的浮力，采用类似圆弧状结构，可以有效地将减阻与保持浮力相平衡。浮子是与波浪直接接触的部分，通过随波浪做垂荡运动捕获能量，浮子内部设置有纳米发泡塑料，纳米发泡塑料密度小，浮力大，受温度影响小，对于波浪起伏的随动反应灵敏度高，有利于提高波浪能采集效率，浮子外部包裹有人造海豚皮。
16、根据本专利技术优选的，发电系统包括液压马达、发电机和蓄电池，液压转换器通过液压马达连接有发电机，发电机连接有蓄电池。发电机所产生的电能可以存储于蓄电池中，也可以直接给负载供电。
17、上述港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置的工作方法，步骤如下：
18、（1）将装置安置于港口的两侧的平行墙体上；
19、（2）梯度结构对波浪的水波场产生干涉作用，利用水波共振提高波浪能发电装置周边波浪的振幅，同时，2个梯度中间位置波浪振幅小，供船舶停靠；
20、（3）浮子随波浪做上下垂荡运动，捕获波浪能，浮子垂荡运动时带动液压转换器运动，将波浪能转换为液压能；
21、（4）液压能驱动液压马达转动，液压马达将液压能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能；
22、（5）波浪能发电装置产生的电能存储于蓄电池或直接供给负载使用。
23、本专利技术的有益效果在于：
24、1、本专利技术采用梯度结构对波浪进行增强，采用多浮子加强波浪能捕能装置捕获波浪功率，提高发电效率。
25、2、本专利技术在特定频率范围0.6hz~0.9hz内，梯度结构区域的波高可放大至输入波波高的1.5倍以上，从而在振荡浮子尺寸不变的前提下显著提高发电效率。
26、3、本专利技术装置采用模块化、集成化的设计方案，装置分为两个大主体，分别是波导系统和波浪能发电装置，高度集成化，可有效地降低制造、维修及发电成本，有利于波浪能发电装置的产业化。
27、4、本专利技术的浮子采用类流线型结构的设计，可以有效降低浮子垂荡运动时的阻力，提高对波浪能的采集效率，此外类流线型结构可以让浮子对于波浪的上下运动的反应更加灵敏，随动幅度更大，动作更多，垂荡运动过程更加均匀，进一步提高了波浪能的采集效率。
28、5、本专利技术装置可应用于波浪能发电装置领域，增强波浪能发电装置的效率，又可以利用斗篷区域来平息水波，应用于港口码头，方便轮船平稳停靠。
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1.一种港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，包括波导系统和波浪能发电装置，波导系统包括平行墙体和梯度结构，波浪能发电装置包括浮子、液压转换器和发电系统，港口两侧的平行墙体下部分别设置有梯度结构，梯度结构上侧固定设置有液压转换器，液压转换器下侧连接有浮子，上侧连接有发电系统。
2.如权利要求1所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，梯度结构材质为铁，梯度结构中部为矩形块，矩形块两侧对此设置有弧形块。
3.如权利要求2所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，梯度结构中部矩形块折射率满足如下关系式：
4.如权利要求3所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，梯度结构的弧形块弯曲部分高度满足如下关系：
5.如权利要求4所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，梯度结构的弧形块弯曲形状部分折射率满足如下关系式：
6.如权利要求1所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，浮子外形为1/4球形，外侧为圆弧状，浮子内部设置有纳米发泡塑料，浮子外部包裹
7.如权利要求5所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，发电系统包括液压马达、发电机和蓄电池，液压转换器通过液压马达连接有发电机，发电机连接有蓄电池。
8.如权利要求7所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置的工作方法，其特征在于，步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，包括波导系统和波浪能发电装置，波导系统包括平行墙体和梯度结构，波浪能发电装置包括浮子、液压转换器和发电系统，港口两侧的平行墙体下部分别设置有梯度结构，梯度结构上侧固定设置有液压转换器，液压转换器下侧连接有浮子，上侧连接有发电系统。
2.如权利要求1所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，梯度结构材质为铁，梯度结构中部为矩形块，矩形块两侧对此设置有弧形块。
3.如权利要求2所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征在于，梯度结构中部矩形块折射率满足如下关系式：
4.如权利要求3所述的港口用基于梯度结构的能量高效捕获装置，其特征...
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