CN102797617A - 一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置 - Google Patents

一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置 Download PDF

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杨剑
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Abstract

一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机和海上风电平台支撑体组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体通过可装卸支架和两个以上的点浮式波浪能发电装置连接，点浮式波浪能发电装置和海上发电风机发出的电经变压器调节后通过海底电缆接入陆上电网，本发明充分利用海上资源，提高海上风电场的整体经济性，降低波浪能发电的成本。

Description

一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置
技术领域
本发明涉及海上风电和海洋波浪能发电技术领域，具体涉及一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置。
背景技术
目前，海上风电技术已经日益成熟，我国已开始建造海上风电场。海上风电场选址要求一定的风速和较强的风力，由于波浪能的产生本身来自于风力，所以海上风电场同时也是波浪能资源富集的场所。把海上风电的开发同波浪能资源的利用结合在一起，可以有效地扩充海上电厂的发电能力，提高海上电厂的整体经济性。
波浪能发电的技术形式多种多样，但是每种技术都有自己的特点和适用范围。例如筏式发电装置单机功率较大但是需要布置在深海（40米以上）；牡蛎式发电装置的发电设备在陆上，通过液压管道传递能量，所以要求距离海岸近（1km内）。而传统的点浮式发电装置使用直线发电机，成本昂贵。
目前还没有将海上风电和波浪能发电相结合的相关报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，充分利用海上资源，提高海上风电场的整体经济性，降低波浪能发电的成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机1和海上风电平台支撑体2组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体2通过可装卸支架3和两个以上的点浮式波浪能发电装置4连接，点浮式波浪能发电装置4和海上发电风机1发出的电经变压器5调节后通过海底电缆6接入陆上电网。
所述的点浮式波浪能发电装置4包括浮子4-1、筒体4-2、波浪换能装置4-3和液压马达4-4，浮子4-1和筒体4-2内的波浪换能装置4-3连接，波浪换能装置4-3和液压马达4-4连接。
波浪换能装置4-3内有活塞杆7，活塞杆7的一端和浮子4-1连接，活塞杆7的另一端安装在有2个腔体的液压缸8内，液压缸8的油路接口通过集成阀块9控制，集成阀块9的一路和高压蓄能器10联通，集成阀块9的另一路通过油滤12和低压储油缸11联通，液压马达4-4和低压储油缸11、高压蓄能器10联通。
海上风电与海洋波浪能联合发电装置的控制系统包括岸上控制单元13、工控机14、快速路由器15、风机控制卡16、环境控制卡17、变压器控制卡18及两组以上的关节控制卡19，关节控制卡19和快速路由器15的第一输入/输出连接，快速路由器15的第二输入/输出和风机控制卡16连接，快速路由器15的第三输入/输出通过环境控制卡17和变压器控制卡18连接，快速路由器15的第四输入/输出和工控机14连接，工控机14和岸上控制单元13连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、将海上风电同海洋波浪发电装置相结合，共用海上平台、变压、输电等设备，不但提高了装置的整体发电功率，增加了发电量和有效工作小时数，而且降低了投资成本。
2、点浮式波浪能发电装置高效波液换能转化系统比传统的点浮式直线发电机装置相比，在保证高能量转换效率的同时，降低了设备的生产成本。
3、点浮式波浪能发电装置与传统点浮式发电装置相比，筒体在海面以上，对密封和防腐的要求降低，同时方便了维护；
4、点浮式波浪能发电装置实时控制系统，可以根据每次来波的高度、周期改变波液换能装置的参数、输入和输出，通过对各种阀门开度和联通的控制有效地提高发电的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为点浮式海洋波浪能装置发电系统原理简图。
图3为海上风能与海洋能联合发电装置控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的说明。
参照图1，一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，包括由海上发电风机1和海上风电平台支撑体2组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体2通过可装卸支架3和两个以上的点浮式波浪能发电装置4连接，点浮式波浪能发电装置4和海上发电风机1发出的电经变压器5调节后通过海底电缆6接入陆上电网。
所述的点浮式波浪能发电装置4包括浮子4-1、筒体4-2、波浪换能装置4-3和液压马达4-4，浮子4-1和筒体4-2内的波浪换能装置4-3连接，波浪换能装置4-3和液压马达4-4连接，参照图2。
波浪换能装置4-3内有活塞杆7，活塞杆7的一端和浮子4-1连接，活塞杆7的另一端安装在有2个腔体的液压缸8内，液压缸8的油路接口通过集成阀块9控制，集成阀块9的一路和高压蓄能器10联通，集成阀块9的另一路通过油滤12和低压储油缸11联通，液压马达4-4和低压储油缸11、高压蓄能器10联通。
参照图3，海上风电与海洋波浪能联合发电装置的控制系统包括岸上控制单元13、工控机14、快速路由器15、风机控制卡16、环境控制卡17、变压器控制卡18及两组以上的关节控制卡19，关节控制卡19和快速路由器15的第一输入/输出连接，快速路由器15的第二输入/输出和风机控制卡16连接，快速路由器15的第三输入/输出通过环境控制卡17和变压器控制卡18连接，快速路由器15的第四输入/输出和工控机14连接，工控机14和岸上控制单元13连接。
本发明的工作原理为：
一方面，发电风机1在风力的推动下做旋转运动，将风力装换为机械能，再经齿轮变速箱调节变为稳定的输出，驱动发电机发电。另一方面，点浮式波浪能发电装置4的浮子4-1在波浪起伏的外力作用下做往复运动，把波浪能转换为浮子4-1上下运动的机械能，而浮子4-1会带动换能缸8的活塞杆7上下运动。当活塞杆7向上运动时，换能缸8上部的液压油被压缩变为高压油，关节控制卡19控制集成阀块9联通上部高压油和高压蓄能器10，把高压油送到蓄能器中存储能量，此处机械能转换为液压能；同时关节控制卡19控制集成阀块9联通低压储油缸11和换能缸8的下部，把低压油送到换能缸8。当活塞杆7向下运动时，换能缸8下部的液压油被压缩变为高压油，关节控制卡19控制集成阀块9联通下部和蓄能器10，把高压油送到蓄能器中存储能量；同时关节控制卡19控制集成阀块9联通低压储油缸12和换能缸8的上部，把低压油送到换能缸8。蓄能器从换能缸中接受的为不连续且大小变化的不稳定液压能，输出时通过阀门开度控制进行平滑变为稳定的液压能。蓄能器10输出的高压油通过柱塞式变量液压马达4-4将液压能转化为旋转运动的机械能，马达驱动发电机将机械能转化为电能。
点浮式波浪能发电装置的控制策略如下：点浮式波浪能发电装置关节控制板卡19实时控制波浪换能装置的动作对不同的波浪做出反应，关节控制板卡19与快速路由器15通过网路协议沟通，快速路由器15同时与海上环境探测及控制卡17和变压系统控制卡18相连。风机控制卡16及多组点浮式波浪能发电装置关节控制卡19均为FPGA实时控制板卡，控制周期短，在4-10ms内完成信号输入，计算和输出的控制过程，环境控制卡17和多个传感器相连接受周边环境的信息并作出反应，当环境极为恶劣时控制变压器开关控制卡18实现整个系统的停机和启动以保护装置。快速路由器15通过网络协议和各控制板卡连接，工控机14接收板快速路由器15从各板卡传递来的信号和岸上控制台13发来的信号根据实际情况作出各种控制命令，下达给各关节控制卡19。

Claims (4)

1.一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：包括由海上发电风机（1）和海上风电平台支撑体（2）组成的海上风电装置，海上风电平台支撑体（2）通过可装卸支架（3）和两个以上的点浮式波浪能发电装置（4）连接，点浮式波浪能发电装置（4）和海上发电风机（1）发出的电经变压器（5）调节后通过海底电缆（6）接入陆上电网。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：所述的点浮式波浪能发电装置（4）包括浮子（4-1）、筒体（4-2）、波浪换能装置（4-3）和液压马达（4-4），浮子（4-1）和筒体（4-2）内的波浪换能装置（4-3）连接，波浪换能装置（4-3）和液压马达（4-4）连接。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：波浪换能装置（4-3）内有活塞杆（7），活塞杆（7）的一端和浮子（4-1）连接，活塞杆（7）的另一端安装在有2个腔体的液压缸（8）内，液压缸（8）的油路接口通过集成阀块（9）控制，集成阀块（9）的一路和高压蓄能器（10）联通，集成阀块（9）的另一路通过油滤（12）和低压储油缸（11）联通，液压马达（4-4）和低压储油缸（11）、高压蓄能器（10）联通。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，其特征在于：海上风电与海洋波浪能联合发电装置的控制系统包括岸上控制单元（13）、工控机（14）、快速路由器（15）、风机控制卡（16）、环境控制卡（17）、变压器控制卡（18）及两组以上的关节控制卡（19），关节控制卡（19）和快速路由器（15）的第一输入/输出连接，快速路由器（15）的第二输入/输出和风机控制卡（16）连接，快速路由器（15）的第三输入/输出通过环境控制卡（17）和变压器控制卡（18）连接，快速路由器（15）的第四输入/输出和工控机（14）连接，工控机（14）和岸上控制单元（13）连接。
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