本發涉及波浪能量采集儲能領域，特別涉及一種波頭峰值儲能器、儲能方法以及水能發電系統。
背景技術：
如今，石油、煤、天然氣等不可再生能源均面臨著儲量枯竭、價格上漲、甚至地球環境的嚴重污染等。核裂變發電危險性高，核廢料污染環境、處理困難，并且原料也越來越少；利用核聚變能發電還不可行。而太陽能和風能是可再生能源，對環境沒有污染。但現有的太陽能成本太高，而風力發電機大都處于待、停機狀態，風能利用效率極低。
海洋蘊藏大量能量，包括波浪能、潮汐能、海洋溫差能、鹽梯度能、洋流能等。潮汐能和洋流能能量密度高，但受到時間和地域限制太大，水工建筑成本高；海洋溫差能和鹽梯度能的品位太低。波浪水質點作起伏震蕩和位移運動，產生位能。波浪能是海洋能源中最豐富、最普遍、能量密度比較高的能源之一，占海洋能源的比重較最大。據估算，世界海洋中的波浪能達700億千瓦，占全部海洋能量的94%。
在挪威、日本、英國、美國、法國、西班牙和中國等已建成的比較成熟的波浪發電裝置，主要形式有振蕩水拄型、機械型、水流型。振蕩水拄型是利用一個容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過波浪產生的水面位置變化引起容器內的空氣容積發生變化，壓縮容器內的空氣（中間介質），用壓縮空氣驅動葉輪，帶動發電裝置發電。波浪浪頭到來時，對空氣進行壓縮過程中，浪頭由于受到壓縮空氣的壓力，不容易達到峰值，因此由波浪浪頭轉化壓縮空氣的效率低。
機械型是利用波浪的運動推動裝置的活動部分壓縮油、水等中間介質，通過中間介質推動發電裝置發電。水流型是利用收縮水道將波浪引入高位水庫形成水位差（水頭），驅動水輪發電機組發電。
發明專利（201410657050.7）公開的垂直軸自動轉漿型波能采集器以及采集方法，其不足之處在于主軸旋轉速度極低，需要特殊設計的發電機，成本高。
以上波浪能采集裝置波浪能轉換成電能的中間環節多，峰值不容易保持，使得換能效率低。把不穩定的波浪能吸收起來，經濟、高效地轉化為有用的電能，是當今波浪能開發的難題和方向。因此，有必要開發設計出更簡捷高效的波浪發動機。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：提供一種結構簡單、能量轉換率高、峰值易保持、能夠將不穩定的波能吸收起來，經濟高效地轉換為有用的電能的波頭峰值儲能器、儲能方法以及水能發電系統。
為解決上述技術問題，本發明所采用的一個技術方案是：提供一種波頭峰值儲能器，包括豎直位于水中并靠近水面位置處的固定壓力管、與該固定壓力管間隙配合并且能夠在該固定壓力管內沿其軸向移動的活動壓力管；所述固定壓力管包括底壁以及由所述底壁邊緣向上延伸形成的第一管壁，在底壁設有能夠將波頭峰值儲能器內的水輸出的水輸出部件，在底壁的中心向上延伸形成有一中心軸桿；所述活動壓力管內設置有能夠套設于中心軸桿上且與中心軸桿配合的導向配合部件，在所述活動壓力管內靠近頂端端頭的位置處還設置有浮力部件，在無波浪時，該浮力部件能夠使活動壓力管的上端高出水平面；當波浪波峰來時，波頭處水面上升，水流入活動壓力管內，該活動壓力管在浮力部件的帶動之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當波頭過去后，浮力部件的浮力使活動壓力管及其內側水位保持；當固定壓力管底壁的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲能器內的高壓水輸出后，由于外部用水導致波頭峰值儲能器內水面下降，浮力部件浮力減小，從而使得活動壓力管也跟隨下降。
進一步的，所述固定壓力管的底壁為尖端朝下的錐形底壁，所述中心軸桿由所述錐形底壁的頭端位置向上延伸形成。
進一步的，所述中心軸桿的上端面高于所述第一管壁的上端面，并且高于水平面。
進一步的，所述導向配合部件為多個，多個導向配合部件沿活動壓力管的軸向間隔分布，每一導向配合部件均包括一橫梁以及一直線軸承，所述橫梁的兩端固定于活動壓力管的內壁上，在所述橫梁相應于中心軸桿的位置處開設有用于安裝直線軸承的環套，所述直線軸承安裝于所述環套內以用于與中心軸桿直線運動配合。
進一步的，多個導向配合部件中的其中一個導向配合部件設于所述活動壓力管的頂端端頭位置處，所述浮力部件設于該位于頂端端頭位置處的導向配合部件上。
進一步的，所述活動壓力管采用輕質材料制作而成。
進一步的，所述水輸出部件包括一出水管、設于出水管上的用于防止波頭峰值儲能器外的水向波頭峰值儲能器內流動的單向閥以及一用于控制水輸出部件開啟與否的閥體。
進一步的，在所述中心軸桿的頂端設置有用于防止活動壓力管從中心軸桿上脫落的限位部件。
為解決上述技術問題，本發明所采用的另一個技術方案是：提供一種利用波頭峰值儲能器儲存高壓水的方法，包括以下步驟：
波頭峰值儲能器安裝：將波頭峰值儲能器的固定壓力管豎直的固定于水面下，使固定壓力管的上端面靠近水面，穿設于固定壓力管的中心軸桿上的活動壓力管因設置于頂端的浮力部件使得活動壓力管的上端外露于水平面；
波浪儲水：當波浪波峰來時，波頭處水面上升，外界水流入活動壓力管內，該活動壓力管在浮力部件的帶動之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當波頭過去后，浮力部件的浮力使活動壓力管及其內側水位保持，進而起到儲水功能；當固定壓力管底壁的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲能器內的高壓水輸出后，由于外部用水導致波頭峰值儲能器內水面下降，浮力部件浮力減小，從而使得活動壓力管也跟隨下降。
為解決上述技術問題，本發明所采用的又一個技術方案是：提供一種水能發電系統，其特征在于：包括多個并聯設置的波頭峰值儲能器以及用于將所述多個并聯設置的波頭峰值儲能器的輸出水的水能轉換為電能的發電機，其中，所述波頭峰值儲能器為上述的波頭峰值儲能器。
本發明波頭峰值儲能器實現了波浪的峰值保持，使波浪能的高效采集，能為海洋探測傳感器提供小規模的少量能源；當多波頭峰值儲能器通過單向閥進行并聯連接，能實現大規模波浪能量采集。本發明的儲能方法僅利用水波浪得到高壓水，然后可以作用于水能發電機等領域，不浪費其他能源，有效利用波浪能，能量大小可以根據波頭峰值儲能器的并聯數量而決定，該儲能方法的效率高，成本低。本發明的水能發電系統，可以根據需求量大小來設置并聯的波頭峰值儲能器的數量，從而滿足不同場合、不同電量要求、不同規模的需求。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明波頭峰值儲能器一實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
請參見圖1，圖1是本發明波頭峰值儲能器一實施例的結構示意圖。本實施例的波頭峰值儲能器，包括豎直位于水中并靠近水面位置處的固定壓力管1（該水面是指無波浪時的水平面，固定壓力管的上端面靠近波浪的平均波谷）、與該固定壓力管1間隙配合并且能夠在該固定壓力管1內沿其軸向移動的活動壓力管2；所述固定壓力管1包括底壁10以及由所述底壁10邊緣向上延伸形成的第一管壁12，在底壁10設有能夠將波頭峰值儲能器內的水輸出的水輸出部件，在底壁10的中心向上延伸形成有一中心軸桿14；所述活動壓力管2內設置有能夠套設于中心軸桿14上且與中心軸桿14配合的導向配合部件，在所述活動壓力管2內靠近頂端端頭的位置處還設置有浮力部件，在無波浪時，該浮力部件能夠使活動壓力管2的上端高出水平面。本方案的波頭峰值儲能器是利用波浪進行儲能，其儲能的原理如下：當波浪波峰來時，波頭處水面上升，水流入活動壓力管2內，該活動壓力管2在浮力部件的帶動之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當波頭過去后，浮力部件的浮力使活動壓力管2及其內側水位保持；當固定壓力管1底壁10的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲能器內的高壓水輸出后，由于外部用水導致波頭峰值儲能器內水面下降，浮力部件浮力減小，從而使得活動壓力管2也跟隨下降。
本方案的浮力部件主要作用是使活動壓力管2具有一定浮力，不會因自身重力而向水下掉，從而使活動壓力管2上端面能夠在波浪來時隨波浪上升，波浪所帶來的外界水5（波頭峰值儲能器外的水）從活動壓力管2的上端灌入活動壓力管2中，以使得此時的波頭峰值儲能器內的水位高于外界水5平面的水位，與波頭高度相匹配，活動壓力管2在浮力部件的浮力下上升，將波頭峰值儲能器內的高壓水放出后，活動壓力管2隨著波頭峰值儲能器內的水位降低而降低。在放出水后的下一個波浪來時，再次以上述方式進行儲能。本方案的波頭峰值儲能器結構簡單、構思巧妙，制作成本較低，波頭峰值儲能器的高壓水可作用于水輪發電機等等。
所述固定壓力管1為上端開口、底端封閉的管狀，在安裝時，固定壓力管1豎直固定在海床或者河床上，或者固定在大船上，上端面低于平均海/水平面安裝。所述固定壓力管1的底壁10為尖端朝下的錐形底壁10，其好處是使其符合水力學特征,對波峰的阻力很小。所述中心軸桿14由所述錐形底壁10的頭端位置向上延伸形成，采用硬質材料制成。所述中心軸桿14的上端面高于所述第一管壁12的上端面，并且高于水平面。其高度滿足輕質活動壓力管2上升而不脫離固定壓力管1的中心軸桿14（例如將中心軸桿14的高度設計為：設于最大波峰的波頭的高度）。
在一些實施例中，可以在所述中心軸桿14的頂端設置有用于防止活動壓力管2從中心軸桿14上脫落的限位部件，該限位部件可以是在中心軸桿14的頂端向外凸設的限位環，其外徑大于第一個導向配合部件的直線軸承的內徑，或者大于環套的內徑。
所述活動壓力管2呈兩端均開口的管狀，采用輕質材質制作而成，輕質活動壓力管2兩端面無蓋、薄壁、極輕，使其自重與漂浮需要的浮力均極小。例如可以采用玻璃鋼等材料制作形成。輕質活動壓力管2與固定壓力管1采用松配合，即輕質活動壓力管2的外徑略小于固定壓力管1的內徑，以便于輕質活動壓力管2能夠隨浮力上升下降的同時又避免外界水5過多的從它們的配合縫隙中流入波頭峰值儲能器內。
在一些實施例中，當該波頭峰值儲能器放置于雜物比較多的場合使用情況下，可以在輕質活動壓力管2上端面設置一錐形過濾網，其錐頂豎直向上，錐壁可由多根耐腐蝕高強度棒材沿錐體母線設置。
所述導向配合部件為多個，多個導向配合部件沿活動壓力管2的軸向間隔分布，每一導向配合部件均包括一橫梁210以及一直線軸承212，所述橫梁210的兩端固定于活動壓力管2的內壁上，在所述橫梁210相應于中心軸桿14的位置處設有用于安裝直線軸承212的環套214，所述直線軸承212安裝于所述環套214內以用于與中心軸桿14直線運動配合。多個導向配合部件中的其中一個導向配合部件設于所述活動壓力管2的頂端端頭位置處，所述浮力部件設于該位于頂端端頭位置處的導向配合部件上。導向配合部件的作用是使輕質活動壓力管2與固定壓力管1保持同軸安裝并能相對于固定壓力管1軸向滑動。
本實施例中，所述導向配合部件為兩個，第一個導向配合部件設于輕質活動壓力管2的中下段，橫梁210軸向與輕質活動壓力管2的軸向垂直。第二個導向配合部件設于輕質活動壓力管2的頂端，這樣設置的作用是，使浮力部件（本實施例為浮力環23）直接設于第二個導向配合部件的環套214上，不必再另外增加用于固定浮力部件的固定結構，使結構更簡單、降低活動壓力管2的重量。
本實施例中，所述水輸出部件包括一出水管16、設于出水管16上的用于防止波頭峰值儲能器外的水向波頭峰值儲能器內流動的單向閥以及一用于控制水輸出部件開啟與否的閥體。
本發明波頭峰值儲能器能跟隨浪頭，實現了波浪的峰值保持，使波浪能的高效采集，能為海洋探測傳感器提供小規模的少量能源；當多波頭峰值儲能器通過單向閥進行并聯連接，能實現大規模波浪能量采集。
本發明還公開了一種利用波頭峰值儲能器儲存高壓水的方法，所述波頭峰值儲能器為上述實施例描述的波頭峰值儲能器，包括以下步驟：
波頭峰值儲能器安裝：將波頭峰值儲能器的固定壓力管1豎直的固定于水面下，使固定壓力管1的上端面靠近水面，穿設于固定壓力管1的中心軸桿14上的活動壓力管2因設置于頂端的浮力部件使得活動壓力管2的上端外露于水平面（也即，活動壓力管2的上端面稍高于無波浪時的外部水平面，低于波浪波頭的高度）；
波浪儲水：當波浪波峰來時，波頭處水面上升，外界水5流入活動壓力管2內，該活動壓力管2在浮力環23的帶動之下，上升到與波頭高度相匹配的位置處；當波頭過去后，浮力環23的浮力使活動壓力管2及其內側水位保持，進而起到儲水功能；當固定壓力管1底壁10的水輸出部件被打開，將波頭峰值儲能器內的高壓水輸出后，由于外部用水導致波頭峰值儲能器內水面下降，浮力環23浮力減小，從而使得活動壓力管2也跟隨下降。
該儲能方法僅利用水波浪得到高壓水，然后可以作用于水能發電機等領域，不浪費其他能源，有效利用波浪能，能量大小可以根據波頭峰值儲能器的并聯數量而決定，該儲能方法的效率高，成本低。
本發明還公開了一種水能發電系統，包括多個并聯設置的波頭峰值儲能器以及用于將所述多個并聯設置的波頭峰值儲能器的輸出水的水能轉換為電能的發電機，其中，所述波頭峰值儲能器為上述實施例的波頭峰值儲能器。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。