CN103523181A - 海上浪、风、光综合发电船 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了海洋可再生能源开发利用技术领域中的一种海上浪、风、光综合发电船。在船体的两侧分别安装浮子，浮子在波浪的作用下上下振荡，将波浪能先转化为机械能，再通过液压转换系统转化成液压油的高压能；船体的甲板上安装垂直轴风力机，风轮在来风的作用下旋转，将风能先转化为机械能，再通过液压转换系统转化成液压油的高压能；携带高压能的液压油通过冲击液压马达做功，并带动直驱发电机发电；在船体的甲板上安装光伏电池方阵，吸收太阳能并将其转化成电能。本发明解决了海洋能源发电单位成本高和稳定性差等问题，且由于系统的高灵活性，极大提高了海洋可再生能源开发利用的竞争力。

Description

海上浪、风、光综合发电船
技术领域
本发明属于海洋可再生能源的开发利用技术领域，尤其涉及一种海上浪、风、光综合发电船。
背景技术
能源是社会发展和经济增长的动力源，是人类赖以生存的基础，我国能源结构主要以煤和石油等化石能源为主，随着我国经济的不断发展，常规化石能源的供应难以满足社会经济发展对能源日益增长的需求。发展新能源和可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。新能源与可再生能源不仅有利于解决和补充我国化石能源供应不足的问题，而且有利于我国改善能源结构，保障能源安全，保护环境，走可持续发展之路。
海洋能源取之不尽用之不竭，是一类不可多得的清洁可再生能源，且由于我国是一个海洋大国，海洋能源十分丰富，充分开发利用海洋能源将会开启建设海洋强国的新篇章。海洋能源包括海上风能、波浪能、太阳能、潮流能、盐差能等多种形式的能源，不同形式的海洋能源的开发方式有所不同，但它们的利用方式主要都集中于发电。
海洋能源发电不占用陆地资源，零排放，且可构成分布式独立能源系统，解决沿海偏远地区或近海孤岛的供电问题，为远洋货轮或军舰补充能源供应等，意义非凡。然而，海洋能源发电也存在不少缺陷，包括单位发电成本高、系统稳定性差、整体规模小、并网难等问题；另外，由于海洋环境恶劣，发电系统存在的安全隐患远比陆地上大，故对发电设备的结构、材料和生存能力都有很高的要求，这也是导致发电成本高居不下的主要原因。
风力发电、波浪能发电和太阳能发电是国内外研究相对较早且开发利用技术相对成熟的发电形式，除此之外，它们的捕获和转换效率也比其他形式的海洋能源高很多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性高、独立性强且经济实用的海上浪、风、光综合发电船，它综合利用了海面特定区域的波浪能、风能和太阳能，提高了发电效率，并降低了系统的单元发电成本，且该发电船灵活性高，可根据需要改变作业地点。
本发明采用的技术方案为：
在船体的两侧分别安装多个浮子，浮子在波浪的作用下上下振荡，将波浪能先转化为机械能，再通过液压转换系统转化成液压油的高压能；
在船体的甲板上安装垂直轴风力机，垂直轴风力机依靠风轮在来风的作用下旋转，并先后通过垂直、水平传动轴传递能量，将风能先转化为机械能，再通过液压转换系统转化成液压油的高压能；
所述携带高压能的液压油通过冲击液压马达做功，并带动直驱发电机发电；
在船体的甲板上安装由若干块太阳能电池板组成的光伏电池方阵，吸收太阳能并将其转化成电能；
所述蓄电池组用以储存系统发出的电能，并由控制器来切换和调节其工作状态。
所述船体是无动力源的封闭式趸船，用以安装发电系统。
所述船体上设置监控系统；该监控系统实时监测波高、风力大小、日照强度、负载等的变化，控制发电系统的运行模式，并记录不同工况下的运行参数，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。
所述液压转换系统是作为能量转换的中间过度环节，包括液压缸、液压泵、单向阀、溢流截止阀和蓄能器，用于将浮子列捕获的波浪能和风力机捕获的风能转换为液压油的高压能，以便冲击液压马达做功。
所述浮子为垂直振荡式，对称安装在船体的两个长向侧面，并与活塞式的液压缸相连，将波浪能转化成液压油的高压能。
所述垂直轴风力机安装在船体的上甲板且由四根斜拉锁加固，垂直轴风力机底座与船体底板相连。
所述液压缸和液压泵排出的高压油在总高压油管汇集并经蓄能器的缓冲，进入液压马达。
所述船体的甲板上开有天窗，供工作人员进出，甲板两端还设有缆桩，便于拖行和停靠，船体底部设有锚链，用以定位。
所述综合发电船包括风浪联合发电和太阳能发电两个发电模块。风浪联合发电模块是将捕获的风能和波浪能在发电机前侧以一定的形式进行能量的合成，再利用合成后的能量进行发电。太阳能发电模块是利用太阳能电池板的光伏效应，将吸收的太阳能直接转化成电能。发电船拥有三种发电模式，包括风浪联合发电模块发电、太阳能发电模块发电以及风浪联合和太阳能两种发电模块同时发电，三种发电模式根据天气和海况等参考因素自动切换。
本发明提出的海上浪风光综合发电船，具有如下有益效果：
（1）本发明中发电船的发电机、蓄能器、控制器、蓄电池组等重要设备设施都置于封闭船舱内，避免了海洋环境的直接侵蚀，延长了发电系统的寿命，提高了发电机组的安全稳定性；
（2）本发明的发电船充分实现了海面指定区域空间的优化配置，综合利用了同一空间的多维能源，不仅增加了发电系统的稳定性，也大幅降低了单元发电的成本。
（3）本发明中的发电船可作为一个移动分布式能源供应系统，本身虽不设动力装置，但依然可以借助拖船运行至指定地点作业，灵活性高，操作性强。
（4）本发明中的发电船整体结构简洁，机组扩容对整体结构的设计影响不大，且绝大部分组件为常规产品，容易生产和采购，便于推广。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是船舱内部规划示意图；
图3是浪、风、光发电原理流程图；
图4是风浪联合发电模块发电原理图；
图中标号：
1-浮子，2-垂直轴风力机，3-光伏电池方阵，4-船体，5-防护栏，6-斜拉锁，7-缆桩，8-天窗，9-锚链，10-海底，11-设备舱，12-风力机安装基座，13-控制工作舱，14-休息生活舱，15-储能舱，16-备用舱，17-压载舱，20-液压马达，21-直驱发电机，22-液压缸，23-液压泵，24-联轴器，25-总高压油管，26-压力计，27-溢流截止阀，28-蓄能器，29-单向阀，30-总回油管，31-减压阀，32-蓄电池组，33-船体负载。
具体实施方式
本发明提供了一种海上浪、风、光综合发电船，下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1和4，本发明中发电船主要包括：垂直振荡式浮子1、垂直轴风力机2、光伏电池方阵3、船体4和布置在船舱内部的相关设备设施。多个浮子1成列对称安装在船体4的两个长向侧面，输出端与活塞式的液压缸22相连，先将波浪能转化为浮子1的机械能并进而转化成液压油的压能；垂直轴风力机2有5个叶片，固定在船体4上甲板且由四根斜拉锁6加固，垂直轴风力机2底座与船体4底板相连，输出端与液压泵23相连，先将风能转化成叶轮的机械能并进而转化成液压油的压能；活塞式的液压缸22和液压泵23输出的高压油在总高压油管汇集并经蓄能器28缓冲冲击液压马达20做功，带动直驱发电机21发电；光伏电池方阵3有效布置在船体4的甲板上，吸收太阳能并将其转化成电能；蓄电池组32用以储存系统发出的电能，并由控制器来切换和调节其工作状态；船体4是无动力源的封闭式趸船，船体甲板上开有天窗8，供工作人员进出，甲板两端还设有缆桩7，便于拖行和停靠，船舱内部布置发电相关的其余设备设施，船体底部设有锚链9，其末端固定于海底10，用以定位。
如图2，本发明中发电船船舱内部主要划分为设备舱11、储能舱15、备用舱16、压载舱17、控制工作舱13和生活休息舱14。设备舱11对应垂直轴风力机2布置区域，在对应位置需设置风力机安装基座12，固定风力机，剩下空间根据其它发电设备设施（包括蓄能器、发电机等）的尺寸和功能进行合理的规划安排；储能舱15用来布置存储电能的蓄电池组和储存一些工作人员生活工作必需品；压载舱17根据船体平稳性和不同浸水深度要求布置若干水泥压载块；控制工作舱13是发电船的中央控制枢纽，工作人员在里面工作，对发电船运行的状态和模式进行监控。
如图3所示，本发明的发电船包括风浪联合发电和太阳能发电两个发电模块，图中用虚线围成的是风浪联合发电模块。风浪联合发电分别通过垂直轴风力机2和浮子1捕捉风能和波浪，转换成不同形式的机械能，并借助液压转换系统这一中间环节，将两者所获机械能以液压能的形式进行合成，最终再将稳定的液压能转换成电能；太阳能发电模块则直接通过太阳能电池板3的光伏效应，将太阳能转换成电能；发电船两个发电模块所发出的电能对蓄电池组32进行充电；控制器根据不同情况切换和调节蓄电池组32的工作状态，一方面把调整后的电能直接供给船上直流负载，另一方面把多余的电能送往蓄电池组32存储（也可根据需要利用海底电缆输送至岸上进行并网），并且当发电量不能满足负载需求时，为确保系统工作的稳定性和连续性，控制器将把蓄电池组存储的电能供给负载。
如图4所示，发电船的风浪联合发电模块主要包括：垂直轴风力机2、浮子1、液压缸22、液压泵23、液压马达20和直驱发电机21。垂直轴风力机2的叶轮在来风的作用下旋转，并经垂直和水平传动轴带动液压泵23旋转，排出高压油；垂直振荡式浮子1在波浪的作用下上下运动，推动液压缸22，排出高压油；两种装置排出的高压油汇集于总高压油管25，并经蓄能器28进行缓冲，最终冲击液压马达20做功，带动直驱发电机21发电，发出的电能储存到蓄电池组32中，也可根据需要利用海底电缆输送至岸上进行并网；做完功的低压油经总回油管30重新回到液压缸22和液压泵23，进行下一个循环。
如图1所示，所述发电船上甲板周围设有防护栏5，底部设有垂悬式锚链9系泊系统；垂悬的锚链9与海底10接触，由悬链的几何作用和重力产生回复力实现船体4的定位，悬链线与船体4存在水平夹角，且该夹角在一定范围内可变化，因此使得船体4自适应一定范围内的潮差变化，确保浮子1尽可能的在其最佳浸水深度下工作，提高波浪能的捕获效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，
在船体（4）的两侧分别安装多个浮子（1），浮子（1）在波浪的作用下上下振荡，将波浪能先转化为机械能，再通过液压转换系统转化成液压油的高压能；
在船体（4）的甲板上安装垂直轴风力机（2），垂直轴风力机（2）依靠风轮在来风的作用下旋转，并先后通过垂直、水平传动轴传递能量，将风能先转化为机械能，再通过液压转换系统转化成液压油的高压能；
所述携带高压能的液压油通过冲击液压马达（20）做功，并带动直驱发电机（21）发电；
在船体（4）的甲板上安装由若干块太阳能电池板组成的光伏电池方阵（3），吸收太阳能并将其转化成电能；
所述蓄电池组（32）用以储存系统发出的电能，并由控制器来切换和调节其工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述船体（4）是无动力源的封闭式趸船，用以安装发电系统。
3.根据权利要求1所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述船体（4）上设置监控系统；该监控系统实时监测波高、风力大小、日照强度、负载等的变化，控制发电系统的运行模式，并记录不同工况下的运行参数，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。
4.根据权利要求1所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述液压转换系统是作为能量转换的中间过度环节，包括液压缸、液压泵、单向阀、溢流截止阀和蓄能器，用于将浮子列捕获的波浪能和风力机捕获的风能转换为液压油的高压能，以便冲击液压马达做功。
5.根据权利要求1所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述浮子（1）为垂直振荡式，对称安装在船体（4）的两个长向侧面，且其输出端与液压缸相连，将波浪能转化成液压油的高压能。
6.根据权利要求1所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述垂直轴风力机（2）固定在船体上甲板并由四根斜拉锁加固，垂直轴风力机（2）底座与船体（4）底板相连，输出端连接液压泵，将风能转换成液压油的高压能。
7.根据权利要求4所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述液压缸和液压泵排出的高压油在总高压油管汇集并经蓄能器的缓冲，进入液压马达。
8.根据权利要求1所述的一种海上浪、风、光综合发电船，其特征在于，所述船体（4）的甲板上开有天窗（8），甲板两端还设有缆桩（7），船体底部设有锚链（9）。
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