CN102251928A - 风力洋流双效发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种风力洋流双效发电装置，包括：基础，固定在海床上；风力发电机，连接在海平面上方的基础上，所述风力发电机具有塔筒、机舱、轮毂和叶片，所述塔筒的下端与基础连接，塔筒的顶端安装机舱，机舱外安装有轮毂，轮毂上安装有叶片；以及洋流发电机，连接在海平面下方的基础上，其具有至少一组洋流叶片；其中，所述的风力发电机和洋流发电机均通过安装在塔筒内部的变压器升压后经海底电缆输送至升压站后并入国家电网。由于在风力发电和洋流发电中均需要海底电缆施工和基础施工，而两者结合的发电系统能充分整合这两部分施工，因此海上风力发电和洋流发电的结合可降低每千瓦上网电量的成本。

Description

风力洋流双效发电装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电和洋流发电并存的发电设备。
背景技术
近年来，随着风电技术的发展和机组性能逐步改进和提高，风电机组越来越经济和高效，单机容量也不断增大，在相同的装机容量下逐步减少了机组数量和占地面积，大大节省了基础设施的投资。然而随着风电产业的进一步发展，陆地风场的开发已日趋饱和。而且随着风电机组单机容量逐渐增大，机组各部件的长度和重量也不断增大，这大大增加了机组运输和安装难度和成本。相比而言，海上风场(离岸型风场)具有风速高、湍流度低、风切变小等优点，同等额定功率下离岸型风机的叶片直径更大、额定风速低、轮毂高度低(塔筒高度低)和叶尖速比高的特点，这能大大提高机组发电量并延长机组的使用寿命。目前世界各国海上风电正在蓬勃发展，我国也已规划了千万千瓦级海上风场。
然而与陆上风电相比，由于海缆、基础以及风机吊装的施工难度大，海上机组的单位造价也比较高，海上风场建设的经济性和效益有待考验。为充分利用所铺设的海底电缆、海上基础，降低海上风机单位千瓦的造价，提高海上风场的经济性并降低海上风场的投资风险，可通过以下途径改善：1)继续提高海上风机的单机容量然而受风力发电机配套件(如叶片、齿轮箱等部件)的技术发展的限制，目前世界各大可行的海上机组只能达到6～7MW，且仍处于设计开发、样机试制、样机实验阶段，不具备大规模开发的条件。2)通过其它可再生能源形式补充，例如比较成熟的海洋潮汐洋流发电形式作为风力发电的补充。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种风力洋流双效发电装置，由于在风力发电和洋流发电中均需要海底电缆施工和基础施工，而两者结合的发电系统能充分整合这两部分施工，因此海上风力发电和洋流发电的结合可降低每千瓦上网电量的成本。
本发明的次要目的在于提供一种风力洋流双效发电装置，在不增加海上风电机组单机容量和整体施工量的前提下，可提供一种风力发电和洋流风电相结合的新能源方案；
本发明的再次要目的在于提供一种风力洋流双效发电装置，通过风力发电机的“变桨”、“偏航”动作，可实现比现有技术条件下海上风力发电场更佳的发电效益。
为达上述目的，本发明一种风力洋流双效发电装置，其包括：
基础，固定在海床上；
风力发电机，连接在海平面上方的基础上，所述风力发电机具有塔筒、机舱、轮毂和叶片，所述塔筒的下端与基础连接，塔筒的顶端安装机舱，机舱外安装有轮毂，轮毂上安装有叶片；以及
洋流发电机，连接在海平面下方的基础上，其具有至少一组洋流叶片；
其中，所述的风力发电机和洋流发电机均通过安装在塔筒内部的变压器升压后经海底电缆输送至升压站后并入国家电网。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，在基础上还安装有卷扬系统，该卷扬系统用于提升洋流发电机。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，所述风力发电机为大功率并网型风力发电机。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，风力发电机的每片叶片的攻角能够改变。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，洋流发电机的每片洋流叶片的攻角能够改变。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，风力发电机的机舱与塔筒的连接部位设有相对滑动装置。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，风力发电机的机舱内部设置有PLC和偏航驱动装置，机舱外部设置有测风设备。
所述的风力洋流双效发电装置，其中，所述的基础是单桩式、多桩式或沉箱式结构。
本发明的有益技术效果在于：
1)由于在风力发电和洋流发电中均需要海底电缆施工和基础施工，而两者结合的发电系统能充分整合这两部分施工，因此海上风力发电和洋流发电的结合降低了每千瓦上网电量的成本。
2)实现了在不增加海上风电机组单机容量和整体施工量的前提下，提供了一种风力发电和洋流风电相结合的新能源方案；
3)通过风力发电机的“变桨”、“偏航”动作，实现了比现有技术条件下海上风力发电场更佳的发电效益。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图；
图2为本发明中将洋流发电机提出水面的示意图；
图3为本发明中海底电缆的示意图；
图4为本发明另一个实施例的结构示意图。
附图标记说明：1-风力发电机；2-洋流发电机；10-海床；11-基础；12-塔筒；13-机舱；14-轮毂；15-叶片；20-海平面；21-洋流叶片；3-变压器；4-海底电缆；5-卷扬系统。
具体实施方式
有关本发明为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合图式所示，详述如下：
如图1所示，为本发明的一个实施例，其中本发明风力洋流双效发电装置包括风力发电机1和洋流发电机2。所述双效发电装置的基础11固定在海床10上，所述的基础11可以是单桩式、多桩式或沉箱式的结构。采用单/多桩式基础11时，桩插入海床10后在桩内部灌注混凝土实现整个发电系统的固定；采用沉箱式基础11时，沉箱插入海床10后可抽出沉箱内的水、淤泥和空气，利用负压将基础11固定于海床10上。
基础11在海平面20的上方连接有所述风力发电机1，所述风力发电机1包括有塔筒12、机舱13、轮毂14和叶片15。所述塔筒12的下端与基础11连接，塔筒12的顶端安装机舱13。
机舱13与塔筒12的连接部位设有相对滑动装置，比如在机舱13和塔筒12的连接处可设置轴承(图中未示)，轴承内圈和轴承外圈分别与机舱13和塔筒12连接实现二者的相对滑动。机舱13内部设置有PLC(Programmable logicController，可编程逻辑控制器)和偏航驱动装置，所述驱动电机用于驱动齿轮旋转后带动轴承的齿圈转动从而实现机舱13相对塔筒12的转动，而机舱13外部则设置有测风设备。所述的测风设备测得的风向数据由机舱13内部的PLC接收，该PLC根据测风信号计算偏航角度后由偏航驱动装置驱动机舱13偏航，使得机舱13能够根据风向的变化而相对于塔筒12转动，实现自动回转对风功能。
机舱13外安装有轮毂14，轮毂14上分布有嵌槽供叶片15安装，每片叶片15相对于轮毂14的角度可以改变，通过改变叶片15的攻角从而改变叶片转化能量的效率。在本发明中，叶片15的攻角可变这一特点可简称为“变桨”；而所述的机舱13能根据风向的变化自动回转对风，这一特点可简称为“偏航”。
本发明所采用的风力发电机1为大功率并网型风力发电机。
基础11在海平面的下方连接有洋流发电机2，所述洋流发电机2主要包括两组洋流叶片21，所述的洋流叶片21也可以调整其洋流叶片21的攻角使其改变转化能量的效率。洋流叶片21的基座在洋流发电机在发电时固定在基础11上，即在发电时不可绕基础11旋转，这是由于现有的洋流发电机2在发电时能够绕基础旋转，但该功能在海水环境下实现成本较高，而且回转系统比较容易被腐蚀，不大实用。
此外，如图2所示，在基础11上还安装有卷扬系统5，所述卷扬系统5可以提升洋流发电机2，主要目的是实现洋流发电机2运行维护时可提出水面方便及更换配件。
再如图3所示，本发明的风力洋流双效发电装置需要并网的风电系统，风力发电机1和洋流发电机2均通过安装在塔筒12内部的变压器3升压后经海底电缆4输送至升压站6后并入国家电网7。
如图4所示，为本发明另一个实施例，其与本发明前述实施例的区别仅在于，所述的洋流发电机2，仅包括有一组洋流叶片21，这适用于用电需求较小的情况。
由上述可知，海上风力发电和洋流发电的结合降低了每千瓦上网电量的成本，主要就是海底电缆施工和基础施工在风力发电和洋流发电中均需要，而两者结合的发电系统能充分整合这两部分施工；实现了在基本不增加海上风电机组单机容量和整体施工量的前提下，提供了一种风力发电和洋流风电相结合的新能源方案；通过风力发电机的“变桨”、“偏航”动作，实现了比现有技术条件下海上风力发电场更佳的发电效益。
唯上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故举凡数值的变更或等效组件的置换，或依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范畴。

Claims (8)

1.一种风力洋流双效发电装置，其特征在于，包括：
基础，固定在海床上；
风力发电机，连接在海平面上方的基础上，所述风力发电机具有塔筒、机舱、轮毂和叶片，所述塔筒的下端与基础连接，塔筒的顶端安装机舱，机舱外安装有轮毂，轮毂上安装有叶片；以及
洋流发电机，连接在海平面下方的基础上，其具有至少一组洋流叶片；
其中，所述的风力发电机和洋流发电机均通过安装在塔筒内部的变压器升压后经海底电缆输送至升压站后并入国家电网。
2.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，在基础上还安装有卷扬系统，该卷扬系统用于提升洋流发电机。
3.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，所述风力发电机为大功率并网型风力发电机。
4.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，风力发电机的每片叶片的攻角能够改变。
5.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，洋流发电机的每片洋流叶片的攻角能够改变。
6.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，风力发电机的机舱与塔筒的连接部位设有相对滑动装置。
7.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，风力发电机的机舱内部设置有PLC和偏航驱动装置，机舱外部设置有测风设备。
8.根据权利要求1所述的风力洋流双效发电装置，其特征在于，所述的基础是单桩式、多桩式或沉箱式结构。
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