CN103669303A - 波浪能整体发电装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波浪能整体发电装置，包括至少一个主安装支架和和多个副安装支架，主安装支架和副安装支架底部均设有用于与海底固定的吸力式基础，副安装支架上设有收集安装平台，主安装支架上设有收集安装平台以及发电安装平台，发电安装平台设在收集安装平台上方，发电安装平台上设有至少一组发电组件，收集安装平台上设有多个波浪能转化装置，所有波浪能转化装置和所述发电组件之间连接有压力输送管线，所述发电组件通过输电电缆与电能储备装置连接。本发明施工方便快捷，成本低，连接能量收集的压力输送管线短，损失小，而且吸力式基础具有重复使用功能，废弃后可以起桩回收，恢复海洋环境；长距离海缆输送电能效率高，海缆直径尺寸小，铺设施工方便。

Description

波浪能整体发电装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及波浪能发电，尤其涉及一种波浪能整体发电装置及其安装方法。

背景技术

随着世界经济的发展、人口的激增和社会的进步，人类对能源的需求日益增长。而占地球表面积70％的海洋，集中了97％的水量，蕴藏着大量的能源，包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等。其中，波浪能由于开发过程中对环境影响小且以机械能形式存在，是品位最高的海洋能。利用波浪能发电可为边远海岛和海上设施等提供清洁能源，还可利用波浪能提供的动力进行海水淡化，从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。随着相关技术的发展以及世界各国科技工作者的努力，近年来，海洋波浪能发电技术取得了长足的进步，陆续有试验电站投入商业运行。可以预见，不远的将来，随着海洋波浪能发电技术日益成熟，将会有越来越多的海洋波浪能发电系统接入电网运行。

波浪能是一种密度低、不稳定、无污染、可再生、储量大、分布广、利用难的能源。波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，波浪能的转换一般有三级。第一级为波浪能的收集，通常采用聚波和共振的方法把分散的波浪能聚集起来。第二级为中间转换，即能量的传递过程，包括机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动，使波浪能转换为有用的机械能。第三级转换又称最终转换，即由机械能通过发电机转换为电能。

波浪发电要求输入的能量稳定，必须有一系列稳速、稳压和蓄能等技术来确保，它同常规发电相比有着特殊的要求。利用波浪发电，必须在海上建造浮体，并解决海底输电问题；在海岸处需要建造特殊的水工建筑物，以利收集海浪和安装发电设备。波浪电站与海水相关，各种装置均应考虑海水腐蚀、海生物附着和抗御海上风暴等工程问题，以适应海洋环境，常规的波浪能发电结构如下图，海上安装导管架需要用到打桩起重船等大型船只，施工时间长，费用高，而且从导管架平台上收集的波浪能经过长的海水（或空气）输送管线到岸上的压力储存装置，能耗损失大，效率低，海水（或空气）输送管线相对来说尺寸和重量都比较大，铺设施工难度大，时间长。波浪能发电装置总的来说成本高，时间长，效率低。

波浪能技术目前还处于发散状态，存在各种技术的不同发展方向，但发展趋势是不断地向高效率、高可靠性、低造价方向发展，以形成低成本的成熟技术，最后通过规模化生产和应用，可大幅降低发电成本。波浪能能流密度高、储量巨大且分布广泛，是未来海洋能利用发展的主要方向，在海洋开发和海防方面将起到关键作用。通过开展波浪能转换过程的研究，进一步提高波浪能装置的转换效率以及可靠性，是波浪能利用技术发展的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对现有技术存在的施工成本高等上述不足，提供一种波浪能整体发电装置及其安装方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种波浪能整体发电装置，包括至少一个主安装支架和多个副安装支架，所述主安装支架和副安装支架底部均设有用于与海底固定的吸力式基础，所述副安装支架上设有收集安装平台，所述主安装支架上设有收集安装平台以及发电安装平台，所述发电安装平台设在所述收集安装平台上方，所述发电安装平台上设有至少一组发电组件，所述收集安装平台上设有多个波浪能转化装置，所有波浪能转化装置和所述发电组件之间连接有压力输送管线，所述发电组件通过输电电缆与电能储备装置连接。

优选地，所有波浪能转化装置的方位角一致。

优选地，所述发电组件包括相互连接的压力储存装置和发电设备，所述波浪能转化装置通过压力输送管线连接压力储存装置，所述发电设备通过输电电缆连接所述电能储备装置。

本发明还提供一种波浪能整体发电装置的安装方法，包括以下步骤：

1）在陆地码头上组装安装支架，所述主安装支架上装设所述发电组件和波浪能转化装置，副安装支架上仅装设波浪能转化装置，所述主安装支架和和副安装支架底部均装设有吸力式基础和可解脱浮筒；

2）将组装好的安装支架吊装至海水中，依靠所述可解脱浮筒的浮力浮在水面上，利用拖船拖航至安装地点，到达所述安装地点后，通过三只定位船调整所述安装支架的位置坐标；

3）调整好位置后，控制所述吸力式基础充气，安装支架可以依靠所述吸力式基础的浮力浮在水面后，解除所述可解脱浮筒；

4）控制所述吸力式基础（9）放气，所述安装支架下沉，利用三只定位船（18）上的牵拉绳控制安装支架的下沉过程；所述安装支架接触海底至满足初始入泥条件后，启动所述负压安装装置（22）调整到排水状态，进行负压贯入安装，直至满足安装支架的预设方位角、水平度和安装高度；

5）安装支架固定好后，回收所述负压安装装置（22）用于下一个安装支架的安装；

6）重复上述步骤，拖航、定位、安装每个安装支架，所有安装支架的方位角，水平度和安装高度一致。

优选地，步骤1）中，所述安装支架与所述可解脱浮筒间还连接设置有加强支撑梁；步骤3）中，先控制吸力式基础充气，使整个支架漂浮，然后再切除加强支撑梁。

优选地，所述可解脱浮筒通过液压锁紧机构与吸力式基础连接。

优选地，步骤1）中，连接主安装支架上的波浪能转化装置与发电组件之间的压力输送管线；步骤6）中，安装支架均安装完毕后，连接所述副安装支架上的波浪能转化装置和主安装支架的发电组件之间的压力输送管线。

优选地，所有安装支架安装完成后，将发电组件通过输电电缆与电能储备装置连接。

优选地，所述输电电缆为埋设在海底的海缆，所述海缆在安装支架和海底过渡的地方装设有弯头钢管并抛埋有砂袋固定，所述海缆从所述弯头钢管中穿过；所述海缆在海底向岸边过渡的登陆端采用混凝土和金属框架固定。

通过以上技术方案，本发明相较于现有技术具有以下技术效果：

本发明将各部件在岸边组装完成后，然后加装浮筒由拖船整体拖航至指定地点安装，节省浮吊等大型船只，施工方便快捷，费用低，整体安装时间短，成本低，连接能量收集的压力输送管线短，损失小，而且吸力式基础具有重复使用功能，废弃后可以起桩回收，恢复海洋环境；长距离海缆输送电能效率高，海缆直径尺寸小，铺设施工方便，整体安装使发电安装平台露出海面相对于常规的收集装置在水下，发电设备在岸边来说，具有警示作用，安全性提高，该发电装置主要在导航灯浮标、灯桩、灯塔等能源供应上应用，在边远海岛作为岛上动力及生活照明等能源供应，不会影响到正常的航行等海事活动，更加适合日益发展的海洋工程事业。

附图说明

图1为本发明中波浪能整体发电装置结构主视图；

图2为本发明中波浪能整体发电装置结构侧视图；

图3为本发明中波浪能整体发电装置主安装支架安装可解脱浮筒示意图；

图4为本发明中波浪能整体发电装置副安装支架安装可解脱浮筒示意图；

图5为本发明中波浪能整体发电装置海上浮拖示意图；

图6为本发明中波浪能整体发电装置三船定位示意图；

图7为本发明中海缆垂直与水平过渡部分示意图；

图8为本发明中海缆登陆端固定管沟示意图。

元件标号说明：

1       发电设备

2       压力储存装置

3       压力输送管线

4       波浪能收集装置

5       输电电缆

6       海缆

7       发电安装平台

8       收集安装平台

9       吸力式基础

10      固定海缆装置

11      电能储备装置

12      主安装支架

13      副安装支架

14      加强支撑梁

15      可解脱浮筒

16      液压锁紧机构

17      拖船

18      定位船

19      弯头钢管

20      砂袋

21      金属框架

22      负压安装装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1及图2所示，本发明提供一种波浪能整体发电装置，包括至少一个主安装支架12和多个副安装支架13，主安装支架12和副安装支架13底部均通过吸力式基础9与海底固定。副安装支架13上设有收集安装平台8，收集安装平台8一般位于水面以下，在收集安装平台8上波浪最大的位置安装设有波浪能转化装置4。主安装支架12也设有收集安装平台8，但与副安装平台13不同的是，在收集安装平台8上方还设有发电安装平台7，使发电安装平台7位于水面以上，在发电安装平台7上设置发电组件，发电组件包括相互连接的压力储存装置2和发电设备1，所有波浪能转化装置4均通过压力输送管线3连接至压力储存装置2，波浪能转化装置4将海水的波浪能量转化为水或者空气的压能，经过压力输送管线3传送到水面之上的压力储存装置2，压力储存装置2带动发电设备1转化为电能，发电设备1通过输电电缆5连接岸边或者岛屿上的电能储备装置11。

一般地情况下，由多个波浪能转化装置4收集海水的波浪能传送给压力储存装置2带动一组发电设备1工作，因此需要安装多个副安装支架8安装波浪能转化装置4，每个副安装支架8安装一个或多个波浪能转化装置4，并且所有波浪能转化装置的方位角一致，波浪能转化装置转化海水波浪的能量效率最高。

以下结合本发明波浪能整体发电装置的安装方法做进一步详述，包括以下步骤：

1）在陆地码头上组装安装支架，主安装支架7上装设发电组件和波浪能转化装置3，副安装支架8上仅装设波浪能转化装置3，并且将主安装支架7上发电组件和波浪能转化装置3之间的压力输送管线3连接好。在主安装支架7和和副安装支架8底部装设吸力式基础9和可解脱浮筒15，在吸力式基础9上安装负压安装装置22。

安装支架的运输采用海上浮拖，尽管吸力式基础本身也可依靠压缩空气的浮力实现漂浮，但是平稳性不高，而且需要随时注气调节，不能发生倾斜或大幅度的晃动，防止漏气，所以为了保证浮拖的稳定性，安装支架的底部连接可解脱浮筒15（图3及图4所示），可解脱浮筒15用可以控制连接和解脱的液压锁紧机构16与吸力式基础9连接；由于安装支架比较高，比较重，为了保证在浮拖过程中的稳性和强度，将安装支架和可解脱浮筒15的支撑用钢管或型钢等构成的加强支撑梁14焊接连接。

2）用吊机将组装好的安装支架吊装至海水中，依靠可解脱浮筒16的浮力浮在水面上，无需使用大型浮吊船，利用拖船17即可将安装支架拖航至安装地点（图5所示），到达所述安装地点后，通过三只定位船18三点定位调整所述安装支架的位置坐标（图6所示）。

3）调整好位置后，控制吸力式基础9充气，安装支架漂浮起来后，将加强支撑梁14切除，解除可解脱浮筒15。

4）控制吸力式基础9放气，安装支架下沉，利用三只定位船上的牵拉绳控制安装支架的下沉过程，直到接触到海底泥面，松开牵拉绳；安装支架依靠自重下沉至满足初始入泥条件后，启动负压安装装置22调整到排水状态，负压安装装置22具有两种状态切换，排水状态是进行负压贯入安装，注水状态是正压顶升拔桩，调整到排水状态，进行负压贯入施工安装。

同时，吸力式基础9的固定应满足安装支架的预设方位角、水平度和安装高度，上述指标关系到波浪的方向和能量转化的效率。

5）该安装支架固定好后，回收负压安装装置22用于下一个安装支架的安装。

6）所有主、副安装支架浮拖安装过程相同，重复上述步骤，拖航、定位、安装每个安装支架，所有主、副安装支架的方位和水平度要一致。安装好支架后，连接副安装支架13上的波浪能转化装置和主安装支架12的压力储存装置之间的压力输送管线。

然后连接输电电缆5将发电安装平台7上的发电设备1的电能传输到岸边或海岛上的电能储备装置11，输电电缆5采用埋设在海底的海缆6，海缆6需要挖沟埋设在海底，海缆6在安装支架和海底过渡的地方装设有弯头钢管19加强保护并抛埋砂袋20固定（图7所示），海缆从弯头钢管19中穿过起到保护海缆的作用；海缆6在海底向岸边过渡的登陆端采用混凝土和金属框架21固定（图8所示）。

综上所述，本发明主要是将能源收集，能源转化及发电组件几个部分提前在岸边组装完成后，然后加装浮筒再由拖船整体拖航至指定地点安装，节省浮吊等大型船只，施工方便快捷，费用低，整体安装时间短，成本低，连接能量收集的压力输送管线短，损失小，而且吸力式基础具有重复使用功能，废弃后可以起桩回收，恢复海洋环境；长距离海缆输送电能效率高，海缆直径尺寸小，铺设施工方便，整体安装使发电安装平台露出海面相对于常规的收集装置在水下，发电设备在岸边来说，具有警示作用，安全性提高，主要在导航灯浮标、灯桩、灯塔等能源供应上应用，在边远海岛作为岛上动力及生活照明等能源供应，不会影响到正常的航行等海事活动，更加适合日益发展的海洋工程事业。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

Claims (9)

1.一种波浪能整体发电装置，其特征在于，包括至少一个主安装支架（12）和和多个副安装支架（13），所述主安装支架（12）和副安装支架（13）底部均设有用于与海底固定的吸力式基础（9），所述副安装支架（13）上设有收集安装平台（8），所述主安装支架（12）上设有收集安装平台（8）以及发电安装平台（7），所述发电安装平台（7）设在所述收集安装平台（8）上方，所述发电安装平台（7）上设有至少一组发电组件，所述收集安装平台（8）上设有多个波浪能转化装置（4），所有波浪能转化装置（4）和所述发电组件之间连接有压力输送管线（3），所述发电组件通过输电电缆（5）与电能储备装置（11）连接。

2.根据权利要求1所述的波浪能整体发电装置，其特征在于，所有波浪能转化装置（4）的方位角，水平度和安装高度一致。

3.根据权利要求1所述的波浪能整体发电装置，其特征在于，所述发电组件包括相互连接的压力储存装置（2）和发电设备（1），所述波浪能转化装置（4）通过压力输送管线（3）连接压力储存装置（2），所述发电设备（1）通过输电电缆（5）连接所述电能储备装置（11）。

4.一种权利要求1所述的波浪能整体发电装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在陆地码头上组装安装支架，所述主安装支架（12）上装设所述发电组件和波浪能转化装置（4），所述副安装支架（13）上仅装设波浪能转化装置（4），所述主安装支架（12）和所述副安装支架（13）底部均装设有吸力式基础（9）和可解脱浮筒（15），所述吸力式基础（9）上装设有负压安装装置（22）；

2）将组装好的安装支架吊装至海水中，依靠所述可解脱浮筒（15）的浮力浮在水面上，利用拖船（17）拖航至安装地点，到达所述安装地点后，通过三只定位船（18）调整所述安装支架的位置坐标；

3）调整好位置后，控制所述吸力式基础（9）充气，安装支架可以依靠所述吸力式基础的（9）浮力浮在水面后，解除所述可解脱浮筒（15）；

4）控制所述吸力式基础（9）放气，所述安装支架下沉，利用三只定位船（18）上的牵拉绳控制安装支架的下沉过程；所述安装支架接触海底至满足初始入泥条件后，启动所述负压安装装置（22）调整到排水状态，进行负压贯入安装，直至满足安装支架的预设方位角、水平度和安装高度；

5）安装支架固定好后，回收所述负压安装装置（22）用于下一个安装支架的安装；

6）重复上述步骤，拖航、定位、安装每个安装支架，所有安装支架的方位角，水平度和安装高度一致。

5.根据权利要求4所述的波浪能整体发电装置的安装方法，其特征在于，步骤1）中，所述安装支架与所述可解脱浮筒（15）间还连接设置有加强支撑梁（14）；步骤3）中，先控制吸力式基础（9）充气，使整个支架漂浮，然后再切除加强支撑梁（14）。

6.根据权利要求4所述的波浪能整体发电装置的安装方法，其特征在于，所述可解脱浮筒（15）通过液压锁紧机构（16）与所述吸力式基础（9）连接。

7.根据权利要求4所述的波浪能整体发电装置的安装方法，其特征在于，步骤1）中，连接所述主安装支架（12）上的波浪能转化装置与发电组件之间的压力输送管线；步骤6）中，安装支架均安装完毕后，连接所述副安装支架（13）上的波浪能转化装置和所述主安装支架（12）的发电组件之间的压力输送管线。

8.根据权利要求4所述的波浪能整体发电装置的安装方法，其特征在于，所有安装支架安装完成后，将发电组件通过输电电缆（5）与电能储备装置（11）连接。

9.根据权利要求8所述的波浪能整体发电装置的安装方法，其特征在于，所述输电电缆（5）为埋设在海底的海缆（6），所述海缆（6）在安装支架和海底过渡的地方装设有弯头钢管（19）并抛埋有砂袋（20）固定，所述海缆（6）从所述弯头钢管（19）中穿过；所述海缆（6）在海底向岸边过渡的登陆端采用混凝土和金属框架（21）固定。

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