CN102278265B - 一种利用水波浪能和风能互补发电的发电方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用水波浪能和风能互补发电的发电方法和装置，该方法包括设置一利用海水水波浪发电的发电机组，发电机组的动能输入叶轮下部浸没在海水中，动能输入叶轮上部露出海水平面，动能输入叶轮利用海水浮力随海水平面的升降而升降；在动能输入叶轮上方设一具有内凹曲面的挡风墙，挡风墙的下端设一导风板，导风板将挡风墙接收到的风引向动能输入叶轮上部的叶片工作面，以推动动能输入叶轮朝水波浪推动而转动的方向转动。优选该方法还包括设置与上述发电机组并网发电的风力发电机。该装置包括前述发电方法中的发电机组和风力发电机。本发明的有益效果是，海洋自然资源利用充分、发电量大、发电成本低，且结构简单、故障率低。
Description
技术领域
本发明涉及水力发电和风力发电技术领域，特别涉及一种利用水波浪能和风能互补发电的发电方法和利用水波浪能和风能互补发电的发电装置。
背景技术
众所周知，水力发电或者风力发电是将水力或者风力的动能通过水力发电机或风力发电机的动能输入端转换成电力能源的环保发电技术，二者均属于人类对自然环保能源合理的利用，其既不会如火力发电而消耗不可再生能源燃料、释放大量对大气环境造成污染的有害气体和热量，也不会像核能发电一样存在核污染隐患。因此，这类发电技术安全、环保，符合可持续发展的理念，必将得到进一步的发展。
海洋能发电是水力发电技术中的一种，其将海洋水中的能量转换成机械能，再通过发电机转换成电能。如直接将水波浪能转换为机械能、利用海洋潮汐现象进行蓄水发电、利用海浪能压缩空气或液体推动发电机发电等。然而，浩瀚的海洋平面不但具有波浪能资源，而且还具有巨大的风能资源，利用海洋风能发电通常是在海洋中修建风能发电站发电。但目前不论是海浪发电站还是海洋风能发电站都仅仅是利用其中的一种资源，而另一种资源却未得到充分利用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种同时利用波浪能和风能发电的水波浪能与风能互补发电的发电方法。本发明的第二目的是提供一种同时利用波浪能和风能发电的水波浪能和风能互补发电的发电装置。
为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。
一种利用水波浪能和风能互补发电的发电方法，包括：
a设置一利用海水水波浪发电的发电机组，发电机组的动能输入叶轮还可由风力推动转动，动能输入叶轮下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮上半部分露出海水平面，动能输入叶轮利用海水浮力随海水平面的升降而升降；
b在所述的动能输入叶轮上方设置一具有内凹曲面的挡风墙，在挡风墙的曲面下端设置一导风板，导风板将挡风墙接收到的风引向动能输入叶轮上半部分的叶片工作面，以推动动能输入叶轮朝水波浪推动而转动的方向转动。
采用上述方案后，发电机组在充分利用海洋海水的水波浪能发电的同时，又对海平面上方的风能进行了有效的利用，从而达到充分利用自然资源的目的。不仅对发电机的发电能力形成互补，确保发电量大，而且利于降低发电成本、无环境污染隐患、符合可持续发展理念。
优选的技术方案，所述方法还包括设置数个均能与利用水波浪发电的发电机组并机发电的风力发电机。进一步扩大利用海洋风力资源、增大发电量。
为实现第二目的，本发明提供了一种发电装置。
一种利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，包括用于前述发电方法的发电机组，所述发电机组包括动能输入叶轮、传动装置、发电机，动能输入叶轮的输出端与传动装置的输入端连接，传动装置的输出端连接有变速装置，变速装置与发电机通过离合器连接，所述动能输入叶轮利用海水浮力支撑，动能输入叶轮下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮上半部分露出海水平面，动能输入叶轮叶片的工作面呈内凹状曲面，动能输入叶轮叶片的背面呈外凸状曲面，动能输入叶轮的上方设有具有内凹曲面的挡风墙，挡风墙的内凹曲面下端设有导风板，导风板将挡风墙内凹曲面的风引向动能输入叶轮上半部分，以推动动能输入叶轮朝水波浪推动而转动的方向转动。
采用上述方案后，发电机组包括动能输入叶轮在海水浮力作用下，动能输入叶轮下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮上半部分露出海水平面，由于动能输入叶轮叶片的工作面呈内凹状曲面，动能输入叶轮叶片的背面呈外凸状曲面，动能输入叶轮在浸没在海水中的叶片在海水波浪的动能和势能综合作用下使动能输入叶轮向设定方向旋转；露出海平面的叶片在风力作用下推动动能输入叶轮朝水波浪推动而转动的方向转动，动能输入叶轮在二者共同作用下带动发电机发电，以实现综合利用海洋的波浪能和风能互补发电的目的。同时，也确保了前述发电方法中独立权利要求对应的技术方案的实施。
优选的技术方案，所述传动装置由锥齿轮传动结构和动力输出结构组成，锥齿轮传动结构的输入端由输入锥齿轮构成，锥齿轮传动结构的输出端构成传动装置的输入端；动力输出结构的输出端由输出锥齿轮构成，输出锥齿轮与输入锥齿轮啮合，动力输出结构的输入端固定连接在动能输入叶轮一端。锥齿轮的传递结构具有结构简单、紧凑、机械效率高的特点，以提高海洋波浪能的利用率、减少发电机运行故障率，从而降低发电成本。
进一步优选的技术方案，所述动力输出结构还包括设在动能输入叶轮一端的叶轮锥齿轮和传动轴，叶轮锥齿轮固定在动能输入叶轮轴端；所述动能输入叶轮转动支撑在两端的呈密封箱体状的支撑座上，支撑座由海水浮力支撑，支撑座通过与海底固定的基框限制其水平方向运动；所述发电机安装在机房内，机房通过其基础件与海底固定；所述挡风墙构成机房墙身的一部分；所述传动轴通过轴承竖向转动支撑在支撑座上，传动轴位于支撑座箱体内的部分固定连接有与叶轮锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮，传动轴上端伸出机房的楼地板，传动轴上部设有花键；所述输出锥齿轮设有与传动轴花键结构滑动配合的内花键，输出锥齿轮通过轴承座转动支撑在机房外部，锥齿轮传动结构的输入锥齿轮在机房外部与输出锥齿轮啮合。进一步确保结构简单、发电运行成本低。
更进一步优选的方案，所述机房的房顶上设有数个均能与所述发电机组形成并机发电的风力发电机。进一步提高海洋风能的利用率，降低发电站的面积，降低发电成本。同时，可确保前述发电方法中优选的技术方案的实施。
进一步优选的技术方案，所述动力输出结构还包括固定在动能输入叶轮一端的主动链轮或者皮带轮、转动支撑在浮动平台上的从动链轮或者皮带轮，主动链轮或者皮带轮与从动链轮或者皮带轮通过链条或者皮带传动；所述发电机安装在浮动平台上，浮动平台利用海水浮力支撑在海水平面上方，浮动平台通过与海底固定的平台框架限制其水平方向运动；所述挡风墙固定在浮动平台前端；所述动能输入叶轮转动支撑在浮动平台下方；所述输出锥齿轮固定连接在从动链轮或者皮带轮的安装轴上。结构简单，投资小，适用于较小型的发电站。
更进一步优选的方案，所述浮动平台上还设有数个均能与所述发电机组形成并机发电的风力发电机，数个风力发电机的桨叶高出所述挡风墙的顶面。进一步提高海洋风能的利用率，降低发电站的面积，降低发电成本。同时，可确保前述发电方法中优选的技术方案的实施。
优选的技术方案，所述变速装置包括四级增速结构。四级增速的增速比高，确保在海浪和风力较小时也可发电，适应能力强。当然若配置多个变速挡，效果更佳。
优选的技术方案，所述发电机包括主发电机和至少一个副发电机，主发电机和副发电机能并机发电；所述离合器包括主离合器和至少一个副离合器；主发电机通过主离合器与变速装置的输出端连接；所述变速装置的输出轴上还设有数个锥齿轮传动副，副发电机通过副离合器及锥齿轮传动副与变速装置的输出轴连接。在海浪和风力较小时，可只利用主发电机发电；当海浪和风力足够大时，增加利用副发电机中的一个或者多个参与并机发电，以进一步充分利用海洋海浪和风力资源，提高发电量、降低发电成本。
上述方案中的动能输入叶轮的轴可设计成内外套装的结构形式，内轴由金属材料制成，外轴由环氧树脂合成材料制成，叶片也可由环氧树脂合成材料制成，每一叶片也可由多块组成，多块依次相互铆接的同时与外轴铆合。从而确保金属内轴不被腐蚀，以延长动能输入叶轮使用寿命，继而延长发电装置的使用寿命、降低发电成本高。
本发明与现有技术相比的有益效果是，利用海水波浪能和风能进行互补发电，资源利用充分、发电量大、发电成本低，且结构简单、故障率低。
附图说明
图1是本发明实施例2的结构示意图。
图2是本发明图1的右视图。
图3是本发明实施例3的结构示意图。
图4 是本发明图3的右视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1 参见图1、图2、图3、图4，一种利用水波浪能和风能互补发电的发电方法，包括：
a 设置一利用海水水波浪发电的发电机组，发电机组的动能输入叶轮1还可由风力推动转动，动能输入叶轮1下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮1上半部分露出海水平面，动能输入叶轮1利用海水浮力随海水平面的升降而升降；
b 在所述的动能输入叶轮1上方设置一具有内凹曲面的挡风墙6，在挡风墙6的曲面下端设置一导风板7，导风板7将挡风墙6接收到的风引向动能输入叶轮1上半部分的叶片1a工作面，以推动动能输入叶轮1朝水波浪推动而转动的方向转动。
所述方法还包括设置数个均能与利用水波浪发电的发电机组并机发电的风力发电机8。
实施例2 参见图1、图2，一种利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，包括用于实施例1所述发电方法的发电机组，所述发电机组包括动能输入叶轮1、传动装置2、发电机3，动能输入叶轮1的输出端与传动装置2的输入端连接，传动装置2的输出端连接有变速装置4，变速装置4与发电机3通过离合器5连接，其特征在于：所述动能输入叶轮1利用海水浮力支撑，动能输入叶轮1下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮1上半部分露出海水平面，动能输入叶轮1叶片1a的工作面呈内凹状曲面，动能输入叶轮1叶片1a的背面呈外凸状曲面，动能输入叶轮1的上方设有具有内凹曲面的挡风墙6，挡风墙6的内凹曲面下端设有导风板7，导风板7将挡风墙6内凹曲面的风引向动能输入叶轮1上半部分，以推动动能输入叶轮1朝水波浪推动而转动的方向转动。
所述传动装置2由锥齿轮传动结构21和动力输出结构22组成，锥齿轮传动结构21的输入端由输入锥齿轮211构成，锥齿轮传动结构21的输出端构成传动装置2的输入端；动力输出结构22的输出端由输出锥齿轮221构成，输出锥齿轮221与输入锥齿轮211啮合，动力输出结构22的输入端固定连接在动能输入叶轮1一端。
所述动力输出结构22还包括设在动能输入叶轮1一端的叶轮锥齿轮222和传动轴223，叶轮锥齿轮222固定在动能输入叶轮1轴端；所述动能输入叶轮1转动支撑在两端的呈密封箱体状的支撑座11上，支撑座11由海水浮力支撑，支撑座11通过与海底固定的基框12限制其水平方向运动；所述发电机3安装在机房9内，机房9通过其基础件与海底固定；所述挡风墙6构成机房9墙身的一部分；所述传动轴223通过轴承竖向转动支撑在支撑座11上，传动轴223位于支撑座11箱体内的部分固定连接有与叶轮锥齿轮222啮合的第一从动锥齿轮224，传动轴223上端伸出机房9的楼地板91，传动轴223上部设有花键；所述输出锥齿轮221设有与传动轴223花键结构滑动配合的内花键，输出锥齿轮221通过轴承座92转动支撑在机房9外部，锥齿轮传动结构21的输入锥齿轮211在机房9外部与输出锥齿轮221啮合。
所述机房9的房顶上设有数个均能与所述发电机组形成并机发电的风力发电机8。
所述变速装置4设有四级增速。
所述电机主体3包括主发电机31和两个副发电机32；所述离合器5包括主离合器51和至两个副离合器52；主发电机31通过主离合器51与变速装置4的输出端连接；所述变速装置4的输出轴上还设有数个锥齿轮传动副41，副发电机32通过副离合器52及锥齿轮传动副41与变速装置4的输出轴连接。
实施例3 参见图3、图4，一种利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，包括用于实施例1所述发电方法的发电机组，所述发电机组包括动能输入叶轮1、传动装置2、发电机3，动能输入叶轮1的输出端与传动装置2的输入端连接，传动装置2的输出端连接有变速装置4，变速装置4与发电机3通过离合器5连接，所述动能输入叶轮1利用海水浮力支撑，动能输入叶轮1下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮1上半部分露出海水平面，动能输入叶轮1叶片1a的工作面呈内凹状曲面，动能输入叶轮1叶片1a的背面呈外凸状曲面，动能输入叶轮1的上方设有具有内凹曲面的挡风墙6，挡风墙6的内凹曲面下端设有导风板7，导风板7将挡风墙6内凹曲面的风引向动能输入叶轮1上半部分，以推动动能输入叶轮1朝水波浪推动而转动的方向转动。
所述传动装置2由锥齿轮传动结构21和动力输出结构22组成，锥齿轮传动结构21的输入端由输入锥齿轮211构成，锥齿轮传动结构21的输出端构成传动装置2的输入端；动力输出结构22的输出端由输出锥齿轮221构成，输出锥齿轮221与输入锥齿轮211啮合，动力输出结构22的输入端固定连接在动能输入叶轮1一端。
所述动力输出结构22还包括固定在动能输入叶轮1一端的主动链轮226、转动支撑在浮动平台10上的从动链轮227，主动链轮226与从动链轮227通过链条传动；所述发电机3安装在浮动平台10上，浮动平台10利用海水浮力支撑在海水平面上方，浮动平台10通过与海底固定的平台框架10a限制其水平方向运动；所述挡风墙6固定在浮动平台10前端；所述动能输入叶轮1转动支撑在浮动平台10下方；所述输出锥齿轮221固定连接在从动链轮227的安装轴上。
所述浮动平台10上还设有数个均能与所述发电机组形成并机发电的风力发电机8，数个风力发电机8的桨叶81高出所述挡风墙6的顶面。
本实施例的其余结构与实施例2相同，在此不再赘述。
以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。
Claims (10)
1.一种利用水波浪能和风能互补发电的发电方法，其特征在于：包括：
a 设置一利用海水水波浪发电的发电机组，发电机组的动能输入叶轮（1）还可由风力推动转动，动能输入叶轮（1）下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮（1）上半部分露出海水平面，动能输入叶轮（1）利用海水浮力随海水平面的升降而升降；
b 在所述的动能输入叶轮（1）上方设置一具有内凹曲面的挡风墙（6），在挡风墙（6）的曲面下端设置一导风板（7），导风板（7）将挡风墙（6）接收到的风引向动能输入叶轮（1）上半部分的叶片（1a）工作面，以推动动能输入叶轮（1）朝水波浪推动而转动的方向转动。
2.根据权利要求1所述的水波浪能和风能互补发电的发电方法，其特征在于：所述方法还包括设置数个均能与利用水波浪发电的发电机组并网发电的风力发电机（8）。
3.一种利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，包括用于权利要求1所述发电方法的发电机组，所述发电机组包括动能输入叶轮（1）、传动装置（2）、发电机（3），动能输入叶轮（1）的输出端与传动装置（2）的输入端连接，传动装置（2）的输出端连接有变速装置（4），变速装置（4）与发电机（3）通过离合器（5）连接，其特征在于：所述动能输入叶轮（1）利用海水浮力支撑，动能输入叶轮（1）下半部分浸没在海水中，动能输入叶轮（1）上半部分露出海水平面，动能输入叶轮（1）叶片（1a）的工作面呈内凹状曲面，动能输入叶轮（1）叶片（1a）的背面呈外凸状曲面，动能输入叶轮（1）的上方设有具有内凹曲面的挡风墙（6），挡风墙（6）的内凹曲面下端设有导风板（7），导风板（7）将挡风墙（6）内凹曲面的风引向动能输入叶轮（1）上半部分，以推动动能输入叶轮（1）朝水波浪推动而转动的方向转动。
4.根据权利要求3所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述传动装置（2）由锥齿轮传动结构（21）和动力输出结构（22）组成，锥齿轮传动结构（21）的输入端由输入锥齿轮（211）构成，锥齿轮传动结构（21）的输出端构成传动装置（2）的输入端；动力输出结构（22）的输出端由输出锥齿轮（221）构成，输出锥齿轮（221）与输入锥齿轮（211）啮合，动力输出结构（22）的输入端固定连接在动能输入叶轮（1）一端。
5.根据权利要求4所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述动力输出结构（22）还包括设在动能输入叶轮（1）一端的叶轮锥齿轮（222）和传动轴（223），叶轮锥齿轮（222）固定在动能输入叶轮（1）轴端；所述动能输入叶轮（1）转动支撑在两端的呈密封箱体状的支撑座（11）上，支撑座（11）由海水浮力支撑，支撑座（11）通过与海底固定的基框（12）限制其水平方向运动；所述发电机（3）安装在机房（9）内，机房（9）通过其基础件与海底固定；所述挡风墙（6）构成机房（9）墙身的一部分；所述传动轴（223）通过轴承竖向转动支撑在支撑座（11）上，传动轴（223）位于支撑座（11）箱体内的部分固定连接有与叶轮锥齿轮（222）啮合的第一从动锥齿轮（224），传动轴（223）上端伸出机房（9）的楼地板（91），传动轴（223）上部设有花键；所述输出锥齿轮（221）设有与传动轴（223）花键结构滑动配合的内花键，输出锥齿轮（221）通过轴承座（92）转动支撑在机房（9）外部，锥齿轮传动结构（21）的输入锥齿轮（211）在机房（9）外部与输出锥齿轮（221）啮合。
6.根据权利要求5所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述机房（9）的房顶上设有数个风力发电机（8），数个风力发电机（8）均能与所述发电机组形成并网发电。
7.根据权利要求4所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述动力输出结构（22）还包括固定在动能输入叶轮（1）一端的主动链轮或者皮带轮（226）、转动支撑在浮动平台（10）上的从动链轮或者皮带轮（227），主动链轮或者皮带轮（226）与从动链轮或者皮带轮（227）通过链条或者皮带传动；所述发电机（3）安装在浮动平台（10）上，浮动平台（10）利用海水浮力支撑在海水平面上方，浮动平台（10）通过与海底固定的平台框架（10a）限制其水平方向运动；所述挡风墙（6）固定在浮动平台（10）前端；所述动能输入叶轮（1）转动支撑在浮动平台（10）下方；所述输出锥齿轮（221）固定连接在从动链轮或者皮带轮（227）的安装轴上。
8.根据权利要求7所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述浮动平台（10）上还设有数个均能与所述发电机组形成并网发电的风力发电机（8），数个风力发电机（8）的桨叶（81）高出所述挡风墙（6）的顶面。
9.根据权利要求3所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述变速装置（4）设有四级增速。
10.根据权利要求3所述的利用水波浪能和风能互补发电的发电装置，其特征在于：所述发电机（3）包括主发电机（31）和至少一个副发电机（32），主发电机（31）和副发电机（32）能并机发电；所述离合器（5）包括主离合器（51）和至少一个副离合器（52）；主发电机（31）通过主离合器（51）与变速装置（4）的输出端连接；所述变速装置（4）的输出轴上还设有数个锥齿轮传动副（41），副发电机（32）通过副离合器（52）及锥齿轮传动副（41）与变速装置（4）的输出轴连接。
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