摘要：压缩空气动力式海浪能、风能、太阳能联合利用发电站［1］是将海浪能、风能提供的能量通过机械转换，转变为压缩空气，经太阳能进一步加热升温膨胀，推动涡轮机旋转带动电动机发出电力。其中储气室（蓄能器）是整个系统一个重要的组成部分，通过将传统的整体式储气室分成若干个独立的分立式储气室结构，解决了海浪能、风能压缩空气压力匹配及较低能量利用问题，实现了海浪能、风能能量大小变化不定时，仍能保证储气室输出压力稳定及压缩空气流量变化随电力系统负载大小而变化等问题。
关键词：联合分立式储气室、海浪能压缩空气输入管、压缩空气输出管、储气室压力梯级分布、各个分立储气室轮换运行
1、压缩空气动力式海浪能、风能、太阳能联合电站概况
近年来随着全球环境保护及化石燃料储量减少、价格上涨等原因，新能源利用得到了突飞猛进的发展，利用自然能源发电技术的研究也取得很大进步，其中利用风能、太阳能发电技术最为突出。但由于风能、太阳能的断续性及输出功率较小的限制，也带来诸多不利条件，给风能、太阳能的利用带来一定困难。海浪能、风能、太阳能联合利用发电站，拓宽了能量来源渠道，并且海洋的波涛恒古永恒，能量巨大且稳定，海浪能、风能、太阳能联合利用发电原理是利用海浪的上下波动，推动浮筒（浮漂）上升，带动连杆推动气筒（气缸）活塞向上运动，将具有一定压力的压缩空气压入储气室，待海浪下降时气筒吸入空气，往复循环；利用风力吹动垂直轴风机转动，带动变速器及空压机旋转，将压缩空气压入储气室；从储气室输出的压缩空气经槽式太阳能集热系统提供的热量，加热换热器中的传热介质（例如导热油）后，加热流过换热器的压缩空气，能量进一步增加，推动涡轮机及发电机发出电力。
2、电站结构布局
电站建设在海边，考虑到电站尽量减少占地面积，并且电站的储气室体积巨大，储气室采用钢筋混凝土结构建筑，在强度足够的前提下，可考虑将垂直轴风机、槽式太阳能集热系统、换热器、涡轮机及发电机等设备布置在储气室上面，电站布置如图1所示。
主要特点：空气动力式海浪能、风能、太阳能联合利用发电站，其海浪能部分设置在海中，与海水接触的部分只有框架［2］、浮筒（浮漂）及浮筒定位部分，与海水接触部件较少，降低了海水腐蚀及海浪的损害；其他部分包括风能、太阳能部分、换热器、储气室等均设置在岸上；储气室是电站最为关键的部分之一，其保障了电力输出的稳定、连续性，需要巨大的储存气体的封闭空间，电站储气室采用钢筋混凝土结构，储气室结构设置为联合分立式储气室，即各个储气室是相互独立并构成一个整体；风能、太阳能、换热器等部分布置在储气室上面，这样既减少了电站占地面积，又提高了风机受风高度，也便于工程施工及降低工程造价。
3、储气室压力梯级分布结构
3.1联合分立式储气室总图
电站设置储气室，由海浪能、风能产生的压缩空气由输入管道输送到储气室中，同时储气室的压缩空气由输出管道输往换热器。如果按常规的储气室只有1个空间的话，储气室压力值只有1个，为系统的设定值，压力较高，维持储气室的压力需要输出压缩空气与输入压缩空气平衡；而实际情况中，风速或海浪高度经常出现波动，产生的压缩空气压力较小时，压力值低于储气室压力值，风能或海浪能所产生的压缩空气不能进入储气室，风能、海浪能的能量无法利用。如何解决这个问题那，可以采用联合分立式储气室（如图2所示）。
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3.2工作原理
联合分立式储气室主要由储气室本体、海浪能压缩空气输入管、风能压缩空气输入管、压缩空气输出管构成，联合分立式储气室可设计为长方体结构，内部设置隔墙，将整体储气室分为若干个独立的互相封闭的独立空间（如图3、图4、图5剖视图所示），每个独立空间均有海浪能压缩空气输入管、风能压缩空气输入管、阀、压缩空气输出管与其相通。
工作原理以图中所示分为4个独立空间为例，暂设定储气室最小压力为0.5Mpa；最高压力，由于输入的压缩空气压力大小由当时的海浪高度、风速决定,对电站来说，压力越高，压缩空气占用空间越小，储气室所存储的压缩空气量也越大，储气室使用效率越高，最高压力没有定值，但考虑到安全及电站整体设备运行等因素，系统中设置溢流阀，以保证在极端天气条件下电站的安全。电站运行发电时，压缩空气输出管的阀门受系统控制（类似于汽轮发电机，在并网前依靠DEH（数字式电液调节系统）来控制进气量，并网后靠自动励磁调节器根据负载大小自动调节进气量。）。例如，开始状态1#储气室处于向涡轮机供气状态，2#、3#处于保压待送状态，4#处于压缩空气输入状态。1#储气室的阀门打开压缩空气进入涡轮机做功，这时1#储气室产生压降（受控制系统控制，如果这时系统负载增大，其他储气室（2#或3#）阀门将打开补气；如果系统负载减小，1#储气室阀门开度将减小），当1#储气室压力降低到0.5Mpa时，1#储气室阀门关闭；2#储气室阀门打开向涡轮机供气，这时4#储气室储气完成阀门关闭（如果达不到当时系统最大压力还可延长时间），1#储气室开始输入压缩空气。4个储气室循环，从而实现连续不断的输气-保压-供气-输气运行过程；在这个过程中，各个储气室的压力形成梯级排列，由于海浪高度、风速随时变化，形成了海浪能压缩空气输入管和风能压缩空气输入管中不同的压力，控制系统根据海浪能、风能压缩空气输入管中压缩空气压力大小，打开与之相匹配的储气室阀门，向压力相匹配的储气室供气，直到储气室储气完成。电站实际应用中，设分立式储气室总数量为N总个，在电站系统运行过程中，总是有n1个储气室在输出压缩空气状态、n2个压力不变处于保压待送状态，n3个在补充压缩空气状态，则有：
N总= n1+ n2+ n3,
各个储气室轮换运行，保证了涡轮机输入气压和流量的稳定、连续。
由于储气室也具有一定的基础压力，反应到海浪高度和风速上，类似于风力发电的切出、切入风速概念一样，海浪高度和风速也具有切出、切入的概念。
4、结束语
电站发出电力依赖于稳定的气源供应，而气源的持续供应来源于海浪能、风能，但自然界的所有自然能源都具有间歇性，尽管海浪能的能量较其他能量稳定，但海浪大小也随时变化。将间歇性能源转换为稳定能源，必须通过储气室（蓄能器）来实现。通过联合分立式储气室，间歇性自然能源产生的压缩空气通过被各个储气室储存、释放过程，在整体上实现了压缩空气流量、压力的稳定输出，从而实现了电站涡轮机供气的连续、稳定。
注：（《一种海浪能、风能、太阳能联合利用发电站》专利已由国家知识产权局专利局授予实用新型专利，专利号：201621195933.1）
参考文献
［1］邢志光（唐山钢铁集团有限责任公司） 压缩空气动力式海浪能、风能、太阳能联合利用发电站的探讨 （北极星风力发电网05-19）
［2］邢志光（唐山钢铁集团有限责任公司） 气筒风光式海浪电站的结构及前景 《海洋开发与管理》2016年第11期
作者简介：
邢志光（1967-男），大专学历，工作单位：唐山钢铁集团有限责任公司，通讯地址：河北省唐山市路北区新华北里07楼-1单元-503，邮政编码：063000，电话：13513330183，E-mail: annecbjxingzg@126.com
研究方向为一种海浪能、风能、太阳能联合利用发电站。
