CN101705913A - 浮岛式水上风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，特别涉及一种浮岛式水上风力发电装置。主要解决现有帆船式水上风力发电机存在多帆船旋转阻力大、无法大规模发电的技术问题。本发明的技术方案为：一种浮岛式水上风力发电装置，包括浮岛平台、旋转帆、帆轴、中心浮仓和发电装置，旋转帆的帆片安装在帆轴上，帆轴固定在其下方的中心浮仓上，所述的中心浮仓位于浮岛平台中央的浮仓室内，帆轴连接发电装置，发电装置输出经变压后接入电网。本发明进行模块化拼接后可得到一个大型浮岛风力发电平台。

Description

浮岛式水上风力发电装置

技术领域：

本发明涉及一种风力发电装置，特别涉及一种浮岛式水上风力发电装置。

背景技术：

现有的技术所使用的风力发电设备对风速要求较高，在低风速和高风速的状态下均不能正常发电，特别是在高风速的情况下，不但不能发电，还会对发电设备的安全造成影响。所以通常的风电设备年发电量在2000小时左右。现在已经成型的水平轴以及垂直轴风力发电机系统，单机造价居高不下，进口产品每千瓦时的造价都在8000-10000人民币，国产的也要5000人民币以上。这些产品稳定性不够，维护成本高，综合发电成本都高于煤电的成本。作为一种清洁能源，要部分取代煤电，那么它不但要碳排放上面需要有优势，在综合发电成本上必须与煤电持平，或低于煤电。不能做到这一点，将影响风力发电行业大规模的市场化运作。当前，社会急需一种将风力风电设备领域造价高、大型化、启动风速区间窄、稳定性差、维护成本高等技术难题一并解决的低成本风力发电技术，此技术能一并满足上述条件，能将海上风能这一自然资源充分利用。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200610021220.8公开了一种“帆船与水下风车相结合的水上风能利用方法”，该技术把用于水流发电的水轮机安装在帆船上，用风力驱动帆船，产生相对于帆船的水流驱动水轮机做功，然而该技术并未对具体实施有任何记载，从而无法应用于实际的产业中。

中国专利申请CN1587685A公开了一种“风力发电装置”，该技术由机房、风力驱动机构、变速箱和发电机组组成，其中：风力驱动机构由转轴固定在转轴上三对帆杆和安装在帆杆上的帆及转动齿轮组成；每对帆中，左右两侧的帆安装方向相反，一侧正好为迎风反面，转轴随着力大的方向旋转，旋转的转轴通过转动齿轮。但该技术只能专用于陆地固定地点的风力发电，无法在水上实施；另外由于该技术的浮帆及帆杆的质量均靠转轴支撑，使得转动磨擦力产生额外损耗并导致转轴老化，最终上述技术的结构特征限制了其实际应用时规格的设计上限，使得风机在低风速环境下无法启动。

为解决上述问题，中国专利申请CN101363416A公开了一种帆船式水上风力发电机，该发明通过分体式活动浮帆结构，将浮帆与动力臂重量移至船体，适合除强台风外的高中低风速的水上发电，但该技术在实施过程中存在以下问题：由于是多个活动浮帆绕中心转盘转动，在转动过程中，由于浮帆船体的重量和水流阻力较大，影响了正常发电。同时风力发电机结构中，要通过连接杆连接多个浮帆，使得结构庞大，无法进行规模化拼装，不能满足大规模发电的要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种可模块拼接化的浮岛式水上风力发电装置，主要解决现有帆船式水上风力发电机存在多帆船旋转阻力大、无法大规模发电的技术问题。

本发明的技术方案为：一种浮岛式水上风力发电装置，包括浮岛平台、旋转帆、帆轴、中心浮仓和发电装置，旋转帆的帆片安装在帆轴上，帆轴固定在其下方的中心浮仓上，所述的中心浮仓位于浮岛平台中央的浮仓室内，帆轴连接发电装置，发电装置输出经变压后接入电网.

所述旋转帆有3-10个帆片，帆片绕帆轴均匀布置。所述帆片固定在上、下帆固定横梁上，帆片的纵向端面均串有一排帆环，帆索穿过帆环，其两端与上、下帆固定横梁连接，帆片上有呈阵列式布置的帆网小窗，每个帆网小窗上端均连接有帆叶，帆叶与帆网小窗过盈配合，所述的过盈配合是指帆叶的面积略大于帆网小窗的面积，各个帆片上帆叶和帆网小窗都是按顺时针或逆时针方向转动方向同向布置。

在浮岛平台上设有发电机仓，发电装置设置在发电机仓内，所述发电装置包括变速机构和发电机，所述的变速机构为齿轮变速机构、蜗轮蜗杆变速机构、皮带传动变速机构或其他变速机构。帆轴与变速机构输入轴连接，变速机构的输出轴连接发电机的输入轴，发电机输出电缆连接调压站后接入电网。

所述浮岛平台可以为多种悬浮结构，可以是密闭箱体结构，也可以是空心水泥体悬浮结构，也可以是内置浮筒的框架结构，并具有适合拼装规则外形。

在浮岛平台上对角交叉设有帆轴固定架，固定架交叉点安置有上固定轴承与帆轴上端相连，在帆轴与发电机仓的交接处设有下固定轴承，在帆轴和浮岛平台交接处设有浮仓固定轴承。浮岛平台设有多个定位锚。帆轴和上、下固定轴承在水平固定的前提下，根据浮仓的浮力可作上下有限的移动。

在帆轴或帆固定横梁上设置升降机构，可根据风力大小对旋转帆的受风面积进行升降调节。

中心浮仓为可转动空心体，优选结构为空心圆柱体或空心圆椎台体，在中心浮仓上设有进排水口，进排水口连接进排水控制泵。

发电机还接有输入补偿电缆。

中心浮仓下表面连接有水轮帆轴，水轮帆轴与浮仓中心轴连接，水轮帆轴上安装有水轮帆，所述水轮帆有3-10个水轮帆片，水轮帆片绕水轮帆轴均匀布置。在浮岛平台下对角交叉设有水轮帆轴固定架，水轮帆轴固定架交叉点安置有水下下固定轴承与水轮帆轴下端相连，在水轮帆轴与浮仓室的交接处设有水下上固定轴承。所述水轮帆片固定水轮固定梁上，水轮帆片上有呈阵列式布置的水轮帆网小窗，每个水轮帆网小窗下端均连接有活叶，活叶上端固定有浮杆，活叶与水轮帆网小窗过盈配合，所述过盈配合是指活叶的面积略大于水轮帆网小窗的面积。

在固定架上安装有避雷针。

以上述风力发电装置作为一个模块，通过浮岛平台之间焊接或可拆卸连接，即可进行拼装，然后将发电机输出串联，可使得浮岛平台无限大，满足大规模发电的要求。

本发明的有益效果是：本发明工作时，浮岛固定漂浮在水面，由于将旋转帆设置在浮岛平台中轴，风力带动旋转帆旋转，旋转帆带动同轴的帆轴旋转后驱动发电装置，通过调整中心浮仓的浮力，可以使旋转帆连同帆轴的重力和中心浮仓的浮力相等，其转动的阻力几乎可以忽略不计，大大提高了风力发电的效果.另外，由于浮岛平台外形是规则的，可进行大规模拼装，只要将各发电装置输出串联，即可形成大规模的风力发电系统，发电成本大大低于煤电，并在水利发电成本以下.通过在中心浮仓下方设置水轮帆，可以通过水流带动中心浮仓转动，从而带动发电装置发电，使得本发明既可以通过风力发电，又可以通过水流发电.此外，在帆轴或帆固定横梁上设置升降机构，可以方便升降旋转帆，调整旋转帆的受风面积.中心浮仓进排水泵的设置，可以通过控制中心浮仓内的海水量调整中心浮仓的浮力.本发明实施时，在风速3米/秒时就能启动，当设置水轮帆后，甚至风速低于3米/秒时也能启动.遭遇台风时，只要风速低于40米/秒也能正常工作，可大大降低风力发电的成本，本发明结构简单科学，造价低，可适应除强台风外的高、中、低风速的水上发电.

附图说明：

图1为本发明只设旋转帆的立体结构示意图

图2为本发明旋转帆和水轮帆同时设置立体结构示意图

图3为本发明结构示意图

图4为本发明帆片结构示意图

图5为本发明阵列式布置结构示意图

图中：1-避雷针，2-上固定轴承，3-固定架，4-上帆固定横梁，5-帆索，6-帆环，7-帆叶，8-帆网小窗，9-下固定轴承，10-发电机仓，11-变速机构，12-输出电缆，13-输入补偿电缆，14-浮仓固定轴承，15-浮岛平台，16-水轮固定梁，17-水轮帆网小窗，18-水轮帆片，19-水轮帆轴固定架，20-水轮帆，21-水下下固定轴承，22-升降滑轮，23-帆轴，24-下帆固定横梁，25-发电机，26-浮仓室，27-定位锚，28-中心浮仓，29-水下上固定轴承，30-旋转帆，31-浮仓中心轴，32-进排水口，33-进排水控制泵，34-浮筒，35-水轮帆轴，36-活叶，37-帆片。

具体实施方式：参照图1、2、3、4、5

实施例1，一种浮岛式水上风力发电装置，包括浮岛平台15、旋转帆30、帆轴23、中心浮仓28和发电装置，旋转帆的帆片37安装在帆轴23上，所述旋转帆有4个帆片37，也可根据需要选取3-10个帆片37，帆片37绕帆轴23均匀布置，所述帆片37固定在上、下帆固定横梁4、24上，帆片37的纵向端面均串有一排帆环6，帆索5穿过帆环6，其两端与上、下帆固定横梁4、24连接，帆片37上有呈阵列式布置的帆网小窗8，每个帆网小窗上端均连接有帆叶7，帆叶7与帆网小窗8过盈配合，各个帆片上帆叶7和帆网小窗8都是按顺时针或逆时针方向转动方向同向布置。帆轴23固定在其下方的中心浮仓28上，在浮岛平台15上对角交叉设有帆轴固定架3，固定架交叉点安置有上固定轴承2与帆轴23上端相连，在帆轴23与发电机仓10的交接处设有下固定轴承9，在帆轴23和浮岛平台15交接处设有浮仓固定轴承14。帆轴和上、下固定轴承在水平固定的前提下，根据浮仓的浮力可作上下有限的移动。所述的中心浮仓28位于浮岛平台15中央的浮仓室26内，中心浮仓26为空心圆柱体或空心圆椎台体，在中心浮仓上设有进排水口32，进排水口连接进排水控制泵33。帆轴23连接发电装置，在帆轴或帆固定横梁上设置升降机构，如通过升降滑轮22带动上帆固定横梁4上下移动，可根据风力大小对旋转帆的受风面积进行升降调节。在浮岛平台15上设有发电机仓10，发电装置设置在发电机仓10内，所述发电装置包括变速机构11和发电机25，所述的变速机构11为齿轮变速箱，所述的发电机25为异步电动机，帆轴23与齿轮变速箱输入轴连接，齿轮变速箱的输出轴连接异步电动机的输入轴，异步电动机的输出电缆12连接调压站后接入电网，异步电动机还接有输入补偿电缆13。

所述浮岛平台15呈四方体框架结构，框架内四周安置相互靠接的浮筒34，浮岛平台15也可以是具有规则拼装结构的密闭箱体或空心水泥悬浮体，浮岛平台设有多个定位锚27，或在水底打桩再通过固定链连接浮岛平台15，在固定架上安装有避雷针1。

实施例2，以实施例1风力发电装置作为一个模块，通过浮岛平台15之间焊接或可拆卸连接，进行拼装，例如进行10×10的拼接，然后将发电机输出串联，满足大规模发电的要求。

实施例3，在实施例1的基础上，中心浮仓28下表面连接有水轮帆轴35，水轮帆轴35与浮仓中心轴31连接，水轮帆轴35上安装有水轮帆20，所述水轮帆有3-10个水轮帆片18，所述水轮帆片18固定水轮固定梁16上，水轮帆片18上有呈阵列式布置的水轮帆网小窗17，每个水轮帆网小窗下端均连接有活叶36，活叶上端固定有浮杆，活叶36与水轮帆网小窗17过盈配合。水轮帆片18绕水轮帆轴35均匀布置，各个水轮帆片上活叶36和水轮帆网小窗17都是按顺时针或逆时针方向转动方向同向布置。在浮岛平台下对角交叉设有水轮帆轴固定架19，水轮帆轴固定架交叉点安置有水下下固定轴承21与水轮帆轴35下端相连，在水轮帆轴与浮仓室的交接处设有水下上固定轴承29。此时中心浮仓28的浮力要与旋转帆30连同帆轴23的重力以及水轮帆20和水轮帆轴35重力的总和相当，当水流速度大于等于风速，水轮帆一侧活叶36关闭，驱动水轮帆20，此时，另一侧活叶36打开，使得水轮帆20做旋转运动，驱动水轮帆轴35转动，进而带动发电装置发电，即将水流能量转变成机械能驱动发电机发电，这种风力和水流发电的协同设计使得发电的效果更佳。

Claims (14)

1.一种浮岛式水上风力发电装置，其特征是包括浮岛平台、旋转帆、帆轴、中心浮仓和发电装置，旋转帆的帆片安装在帆轴上，帆轴固定在其下方的中心浮仓上，所述的中心浮仓位于浮岛平台中央的浮仓室内，帆轴连接发电装置，发电装置输出经变压后接入电网。

2.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是所述旋转帆有3-10个帆片，帆片绕帆轴均匀布置。

3.根据权利要求2所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是所述帆片固定在上下帆固定横梁上，帆片的纵向端面均串有一排帆环，帆索穿过帆环，其两端与上下帆固定横梁连接，帆片上有呈阵列式布置的帆网小窗，每个帆网小窗上端均连接有帆叶，帆叶与帆网小窗过盈配合，各个帆片上帆叶和帆网小窗都是按顺时针或逆时针方向转动方向同向布置。

4.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是在浮岛平台上设有发电机仓，发电装置设置在发电机仓内，所述发电装置包括变速机构和发电机，帆轴与变速机构输入轴连接，变速机构的输出轴连接发电机的输入轴，发电机的输出电缆连接调压站后接入电网。

5.根据权利要求5所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是发电机还接有输入补偿电缆。

6.根据权利要求1或4所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是在浮岛平台上对角交叉设有帆轴固定架，固定架交叉点安置有上固定轴承与帆轴上端相连，在帆轴与发电机仓的交接处设有下固定轴承，在帆轴和浮岛平台交接处设有浮仓固定轴承浮岛平台设有多个定位锚。

7.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是在帆轴或旋转帆的帆固定横梁上设置升降机构。

8.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是中心浮仓为空心圆柱体或空心圆椎台体。

9.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是在中心浮仓上设有进排水口，进排水口连接进排水控制泵。

10.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是中心浮仓下表面连接有水轮帆轴，水轮帆轴与浮仓中心轴连接，水轮帆轴上安装有水轮帆，所述水轮帆有3-10个水轮帆片，水轮帆片绕水轮帆轴均匀布置。

11.根据权利要求10所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是在浮岛平台下对角交叉设有水轮帆轴固定架，水轮帆轴固定架交叉点安置有水下下固定轴承与水轮帆轴下端相连，在水轮帆轴与浮仓室的交接处设有水下上固定轴承。

12.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是所述水轮帆片固定水轮固定梁上，水轮帆片上有呈阵列式布置的水轮帆网小窗，每个水轮帆网小窗下端均连接有活叶，活叶上端固定有浮杆，活叶与水轮帆网小窗过盈配合，各个水轮帆片上活叶和水轮帆网小窗都是按顺时针或逆时针方向转动方向同向布置。

13.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是在固定架上安装有避雷针。

14.根据权利要求1所述的浮岛式水上风力发电装置，其特征是以该浮岛式水上风力发电装置作为一个模块，通过浮岛平台之间焊接或可拆卸连接，进行拼装，然后将发电机输出串联，得到一个大型浮岛风力发电平台.

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