一种同时利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能发电装置技术领域
本发明属于海洋能发电技术领域，具体来说是一种同时利用波浪能和潮流能的漂
浮式海洋能发电装置。
背景技术
随着石油、煤炭等资源的日益枯竭以及环境污染的逐步加重，寻找清洁、可再生能
源越来越被人们所重视。国家“一带一路”战略的实施，对海洋开发利用的重视程度已经上
升到国家战略层面，海洋中蕴藏着丰富的能量，波浪能和潮流能在大海里储量巨大，并且它
取之不尽用之不竭、对环境无污染。因此，如何高效开发利用波浪能和潮流能是当今各国争
相研究的重要课题。
在此之前，作者设计了一种海洋能收集测试船，达到了很好的海洋能采集和测试
效果；但是经过实海况实验测试，发现仍旧可以对其作进一步的改进，以达到更好的效果。
例如：由于先前设计的漂浮式波浪能发电平台的浮子臂是等长的，这样不同位置的采能浮
子之间会产生“遮蔽效应”，位于前方的浮筒会阻碍后方浮筒对波浪能的吸收，导致装置对
波浪能吸收效率降低的问题。另外，阵列式振荡浮子波浪能采集机构主要依靠振荡浮子在
波浪中的上下运动来收集波浪能，即采集上下运动的质点的能量，而对处于相对较深处质
点的水平运动能量（潮流能）则未能给予采集利用。
研究表明，对于浮子采能机构如果能够根据海浪的情况采用不同质量的浮子，所
采集到的能量是不同的：对于较大的海浪，采用质量较大的浮子可以采集到更多的能量；对
于较小的海浪，则希望浮子质量较轻，这样才能实现在小波浪的作用下驱动浮子上下运动，
采集波浪能量。但海洋中的海浪情况时刻都在发生这变化，若能够设计一种根据海浪状况
而自动调节浮子质量的波浪能采集机构（浮子），则将会大大提高波浪能的采集效率。还有，
大自然的进化理论已经显示，如能利用仿生学原理设计浮子采能机构，则波能采集系统将
会有更高的能量采集效率和更长的使用寿命。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可方便地对任何海域进行海洋能收集测试的同
时利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能发电装置。
本发明通过下列技术方案来实现上述目标：
一种同时利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能发电装置，包含有：楔形漂浮平台、波浪
能采集机构、潮流能采集机构、传动系统、发电机、控制系统和单点系泊装置；
波浪能采集机构设置在楔形漂浮平台的两侧，潮流能采集机构设置在楔形漂浮平台尾
部的两侧，传动系统将波浪能采集机构和潮流能采集机构所产生的机械能传递给发电机，
控制系统控制发电装置的工作，楔形漂浮平台单点系泊于系泊装置上。
进一步的，所述波浪能采集机构包含有浮子、浮子臂、液压缸、单向阀组、油箱、卸
荷溢流阀、节流阀、蓄能器和液压马达；
浮子设置在浮子臂的一端，浮子臂的另一端与楔形漂浮平台相铰接，液压缸的活塞杆
铰接在浮子臂的中段，液压缸的缸体与楔形漂浮平台相铰接，液压缸通过包含有单向阀组、
油箱、卸荷溢流阀、节流阀和蓄能器的液压回路带动液压马达旋转，液压马达通过传动系统
带动发电机旋转。
进一步的，该漂浮式海洋能发电装置还包括有波高仪、伺服电机和水泵等设备，波
高仪实时测量波高并反馈给控制系统，控制系统控制伺服电机驱动水泵实现对浮子内部的
抽水和放水，进而实现浮子的变质量控制。
进一步的，所述波浪能采集机构有多个，并列设置在楔形漂浮平台的两侧，多个并
列设置的波浪能采集机构的浮子臂不等长。
进一步的，所述潮流能采集机构为水轮机。
本发明的有益效果：
1、波浪能采集机构采用仿生学设计，可以使波浪能采集效率更高更稳定，在提高总发
电功率的同时也有利于平台在海浪中保持自身平稳；
2、可以根据海浪情况实时调节采能浮子重量，进而达到对海浪能的最优化采集；
3、浮子臂不等长设计可以减少采能浮子之间的相互遮蔽干扰，提高浮子的采能效率；
4、可同时采集海上波浪能和潮流能，实现波浪能和潮流能的叠加利用。
附图说明
图1是本发明俯视结构图；
图2是本发明侧视结构图；
图3是仿生学波浪能采集机构设计原理示意图；
图4是在原波浪能采集机构结构图；
图5是利用原先波浪能采集机构进行模拟仿真测试所得发电功率时间图；
图6是利用仿生学改进后波浪能采集机构进行模拟仿真测试所得发电功率时间图；
图7是水轮机立体结构图；
图8是对摆板采集机构进行模拟仿真测试所得发电功率时间图；
图9是对改进后设置成潮流能采集机构进行模拟仿真所得发电功率时间图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例：一种同时利用波浪能和潮流能的漂浮式海洋能发电装置，如图1和图2所
示，包含有：楔形漂浮平台1、波浪能采集机构2、潮流能采集机构3、传动系统、发电机、控制
系统和单点系泊装置4。波浪能采集机构2设置在楔形漂浮平台1的两侧，潮流能采集机构3
设置在楔形漂浮平台1的尾部两侧，传动系统将波浪能采集机构2和潮流能采集机构3（采集
波浪能和潮流能）所产生的机械能传递给发电机，控制系统控制发电装置的工作，楔形漂浮
平台1单点系泊于系泊装置4上。
当海浪迎面打来时将海浪分开并沿楔形漂浮平台1两侧面（斜坡面）传播，这种情
况下，楔形漂浮平台1的两侧斜面处所聚集的海浪能最大，将波浪能采集机构2并排布置在
楔形漂浮平台1的两侧可最大程度地采集海浪能。另外，楔形漂浮平台1与悬链线单点浮筒
系泊系统5相结合可以实现本发明的自动对流对浪校姿功能，从而使楔形漂浮平台1头部始
终迎面指向来海浪打来的方向，使楔形漂浮平台1两侧受力平衡，能明显降低平台在海中的
颠簸，并成功将海浪分开沿楔形漂浮平台1两侧斜面传播，进而海浪能被沿楔形漂浮平台两
侧斜面布置的海浪能采集机构2所采集。
在本实施方案中，波浪能采集机构2按照仿生学设计，在提高总发电功率的同时使
平台在海浪中保持自身平稳。为此，将波浪能采集机构2设计成包含有浮子21、浮子臂22、液
压缸23、单向阀组24、油箱25、卸荷溢流阀26、节流阀27、蓄能器28和液压马达29的仿生学结
构，如图3所示。浮子21设置在浮子臂22的一端，浮子臂22的另一端与楔形漂浮平台1相铰
接，浮子臂22呈向上拱起的弯形。液压缸23的活塞杆铰接在浮子臂22的中段，液压缸23的缸
体与楔形漂浮平台1相铰接，液压缸23通过包含有单向阀组24、油箱25、卸荷溢流阀26、节流
阀27和蓄能器28的液压回路带动液压马达29旋转，液压马达29通过传动系统带动发电机
210旋转。
通过对原先设计的波浪能采集机构（如图4所示）进行水槽物理模型实验（模型与
实物的比例为1:30），获得的发电功率时间图，如图5所示；通过对仿生学改进后波浪能采集
机构的波浪能采集机构进行水槽物理模型实验（模型与实物的比例为1:30），获得的发电功
率时间图，如图6所示。从图中可以看出，当采能机构采用改进前结构时，浮子采能的功率大
概分布在0.8w-1.8w之间，功率上下波动的幅度比较大；当采能机构使用改进后的仿生学浮
子和浮子臂时，浮子采能功率大概分布在1.0w-2.0w之间，功率数值范围稳定，波动较小，具
有更好的稳定性。
研究表明，对于浮子采能机构，如果能够根据海浪的情况采用不同质量的浮子，所
采集到的能量是不同的，对于较大的海浪，采用质量较大的浮子可以采集到更多的能量；对
于较小的海浪，则希望浮子重量轻，惯性较小，这样小波浪就可以驱动浮子上下运动。但海
洋中的海浪情况时刻都在发生这变化，为了使浮子质量能够随着海浪的大小而改变，进而
达到浮子最优采能的目的，该漂浮式海洋能发电装置还装备了波高仪、伺服电机和水泵等
仪器，波高仪实时测量波高并反馈给控制系统，控制系统自动控制伺服电机驱动水泵，实现
对浮子内部的抽水和放水，进而实现浮子的变质量控制。
另外，改进波浪能采集机构的浮子臂伸出长度，使多个并列设置在楔形漂浮平台
的两侧的波浪能采集机构的浮子臂伸出的长度不等，从而解决了原先设计的漂浮式波浪能
发电平台等长浮子臂所造成的前后浮子对波浪能吸收的互相干扰，波浪能吸收效率较低等
问题。为解决这一问题，将多个并列设置的波浪能采集机构的浮子臂伸出的长度设计为不
相等。
在本技术方案中，潮流能采集机构为水轮机（如图7所示），水轮机在楔形漂浮平台
的后端两侧各设置一个。通过对原先设计的摆板采集机构进行水槽物理模型实验（模型与
实物的比例为1:30），获得发电功率时间图如图8所示。通过对改进后设置成潮流能采集机
构进行水槽物理模型实验（模型与实物的比例为1:30），获得发电功率时间图如图9所示。从
图中可以看出，当使用摆板时，浮子采能的功率大概集中于0-1.0w之间；当使用水轮机时，
浮子采能的功率大概集中于0.6w-1.8w之间，说明水轮机采能效率高于摆板采能效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施
例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例
所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神
和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。