CN104265550A - 一种漂浮式波浪能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漂浮式波浪能发电系统，包括漂浮平台和依附于漂浮平台的波浪能采集发电机构和风能采集与发电机构；所述的漂浮平台为一锲形船体，锲形船体的外壳两侧布置有多个浮子式波浪能采集装置；在锲形船体的船尾两侧布置有两个摆板式波浪能采集机构；在楔形船体甲板上布置有风能采集装置。采用上述技术方案后，本发明既可安装于近海也可安装与深海，不受水深限制；采用悬链线单点浮筒系泊，发电装置可绕锚定装置自由旋转，实现自对浪功能，最大限度地采集波浪能量。本发明可同时高效地采集波浪的动能、势能以及海上风能并转化为电能输出，可实现各种海洋能数据的实时采集、监测与传递。

Description

一种漂浮式波浪能发电系统

技术领域

本发明属于海洋可再生能源利用技术领域，具体来说是以波浪能采集利用为主的多种海洋可再生能源发电平台。

背景技术

    随着社会的发展人们对能源的需求越来越大，石油、煤炭等传统能源的大量使用已经对空气环境造成了严重的污染，而近期发生的福岛核电站爆炸等又使人们对核能发电充满恐惧。海洋能作为一种新型能源具有无污染、能量蕴含量大、可再生的特点，开始被各国广泛重视，人们开始积极研究将海洋能转化为日常生活所广泛应用的电能，并设计出了很多海洋能发电的技术方案，例如：申请号为200620085904.X的中国专利公开了名为“海洋综合能发电设备”的实用新型专利，申请号201120362513.9的中国专利公开了名为“一种利用海洋潮汐能和江河水能的发电船”的实用新型专利，申请号为201120438149.X的中国专利公开了名为“风力或潮汐能源收集转换系统”的实用新型专利。然而，对于海洋能收集发电尚处于粗放型设计阶段，带有浓厚的设想性，尚不能对海洋能的特点作出科学的分析和把握其变化规律；因而，对海洋可再生能源利用进行研究试验已成为构筑海洋能发电理论及技术大厦的基础。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种漂浮式波浪能发电系统。

本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的：

一种漂浮式波浪能发电系统，由漂浮平台、波浪能采集机构、风能采集机构、机械传递装置、发电装置、机电控制装置、锚定装置和海底电缆等几部分构成；所述漂浮平台为锲形船体，波浪能采集机构设置在锲形船体的两侧；机械传递装置主要由转换齿轮组、水平旋转轴、销齿式联轴器和增速齿轮箱等设备组成，机械传递装置、发电装置和机电控制装置一起布置于锲形船体的甲板或船舱内部；锚定装置采用悬链线单点浮筒系泊系统；锲形的船体设计不仅是为了在拖拽航行时减少流体的阻力，更重要的是当波浪从前方打过来的时候，锲形的顶角将其劈开，海浪被分为两部分从锲形船体的两侧面分流而去，进而被布置在锲形船体两侧的采能机构所采集，从而可最大限度地采集波浪能；最重要的是，锚链机构设置在锲形船体的顶角也即船头，在抛锚泊定或通过船头系缆于锚定装置上进行采能作业时，船体可以围绕锚定点进行360°的旋转，锲形船体会选择小的流体阻力自行调整其方位，使船头始终指向来浪（流）的方向，进而使布置在锲形船体两侧的波浪能采集机构最大程度地采集到波浪能。

所述波浪能采集机构包括浮子式波浪能采集机构和摆板式波浪能采集机构，浮子式波浪能采集机构布置于锲形船体的两侧，摆板式波浪能采集机构布置于锲形船体的尾部，摆板式波浪能采集机构的浮摆横向设置于水中，而波浪经前方排列的浮子对其垂直方向的机械能（动能）集中采集之后振幅已经变得很小，但波浪的水平方向的机械能（动能）犹存，横向设置的浮摆插入水中将波浪所剩余的水平方向机械能采集，从而实现最大程度地采集波浪能。

所述波浪能采集机构的浮子包括多个浮子，各浮子布置于锲形船体的两侧，每侧的浮子共同驱动一根水平旋转轴；以这种方式可以实现减少机械传动机构、进而减少传动过程能量耗散的目的。

所述水平旋转轴的一端连接增速齿轮箱的输入轴，增速齿轮箱的输出轴上可设有飞轮并连接发电机；通过增速齿轮箱将由波浪能转化而得的较低转速的机械能转换成高转速机械能，以便于连接发电机转换为电能；增速齿轮箱的输出轴上设置的飞轮可以使供给发电机的机械能相对稳定，进而实现发电机输出电能的相对稳定。

所述的转化齿轮组可将浮子和摆板式波浪能采集机构的浮摆收集的波浪能转化为水平旋转轴的旋转机械能，实现波浪能的双行程全周期做功。

所述发电装置的发电机为变速恒频发电机；发电机由水平旋转轴带动；水平旋转轴与增速齿轮箱传动连接，经增速齿轮箱增速后带动发电机发电；通过增速齿轮箱将由波浪能转化而得的较低转速的机械能转换成高转速机械能，以便于连接发电机转换为电能。

   所述楔形船体上可以布置有风力发电装置，风力发电装置安装在锲形船体的甲板上，对海洋风能进行采集并转换成电能。

    所述锲形船体上设有控制室，控制室对漂浮式波浪能发电系统的设备进行控制，并将采集到的海洋可再生能源以电能方式经海底电缆传递到岸上。

采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：（1）发电装置可根据发电功率的大小需求进行模块化、单元化设计；（2）发电装置既可安装于近海也可安装与深海，不受水深限制；（3）采用悬链线单点浮筒系泊，发电装置可根据波浪方向，绕锚定装置自由旋转，实现自对浪功能，最大限度地采集波浪能量；（4）可同时高效采集波浪的动能和势能以及海上风能，并转化为电能输出；（5）可同时收集海面上多个位置的波浪势能，并实现多点波浪能叠加；（6）在台风巨浪情况下浮子能够收起；（7）可根据实时波况变化情况，通过机电控制系统实现电气负载的分级控制；（8）可实现各种数据（波、浪、风、电、功率等）的实时采集、监测与传递。

附图说明

图1是本发明俯视图；

图2是本发明侧视图；

图3是多个浮子式波浪能采集机构并列布置结构图；

图4是浮摆式波浪能采集机构采能结构图；

图5是本发明的电路走向图；

图6是本发明系缆于浮筒系泊系统的状态示意图；

主要构件符号说明:

1、锲形船体                    21、浮子式波浪能采集机构

211、水平旋转轴                212、增速齿轮箱

213、飞轮                      214、发电机

215、浮子                      216、转换齿轮组

22、浮摆式波浪能采集机构       221、浮摆                      222、增速齿轮箱                223、发电机                    

224、转换齿轮组                3、风力发电装置                 4、控制室                      5、海底电缆

6、锚定装置          

以上各构件中，部分相同的构件在附图中仅标一处作为代表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例：一种漂浮式波浪能发电系统，如图所示，由漂浮平台、波浪能采集机构、风能采集机构、机械传递装置、发电装置、机电控制装置、锚定装置6和海底电缆5等几部分构成；所述漂浮平台为锲形船体1，波浪能采集机构设置在锲形船体1的两侧；机械传递装置主要由转换齿轮组（216和224）、水平旋转轴211、销齿式联轴器和增速齿轮箱（212和222）等设备组成，机械传递装置、发电装置和机电控制装置一起布置于锲形船体1的甲板或船舱内部；锚定装置6采用悬链线单点浮筒系泊系统（详见另案申报的发明专利“一种用于漂浮式波浪发电平台的系泊系统”） 。锲形的船体设计不仅是为了在拖拽航行时减少流体的阻力，更重要的是当波浪从前方打过来的时候，锲形的顶角将其劈开，海浪被分为两部分从锲形船体1的两侧面分流而去，进而被布置在锲形船体两侧的采能机构所采集，从而最大限度地采集海洋能；最重要的是，锚链机构设置在锲形船体的顶角也即船头，在抛锚泊定或通过船头系缆于锚定装置6上进行采能作业时，船体可以围绕锚定点进行360°的旋转，锲形船体1在水中会选择阻力最小的来流（浪）方向自行调整其方位，使船头始终指向来浪的方向，进而使布置在锲形船体1的两侧的波浪能采集机构最大程度地采集到波浪能。

    波浪能采集机构包括浮子式波浪能采集机构21（浮子式波浪能采集机构21可以采用专利名称为“双向海洋能浮子采集机构”的发明专利中所公布的机构设置）和摆板式波浪能采集机构22，浮子式波浪能采集机构21布置于锲形船体1的两侧，摆板式波浪能采集机构22布置于锲形船体1的尾部，浮摆式波浪能采集机构22的浮摆221横向设置于水中，而波浪经前方排列的浮子215对其垂直方向的动能集中采集之后振幅已经变得很小，但波浪的水平方向的动能犹存，横向设置的浮摆221插入水中将波浪所剩余的水平动能采集，从而实现最大程度地采集波浪能。浮子式波浪能采集机构的浮子包括多个浮子215，各浮子布置于锲形船体1的两侧，每侧的浮子215共同驱动一根水平旋转轴211；这种方式可以减少传动机构，进而实现减少传动过程能量耗散的目的。水平旋转轴211的一端连接增速齿轮箱212的输入轴，增速齿轮箱212的输出轴上设有飞轮213并连接发电机214；通过增速齿轮箱212将由波浪能转化而得的较低转速的机械能转换成高转速机械能，以便于连接发电机214转换为电能；增速齿轮箱212的输出轴上设置的飞轮213可以使供给发电机214的机械能相对稳定，进而实现发电机214输出电能的相对稳定。转化齿轮组216可将浮子215收集的波浪能转化为水平旋转轴211的旋转机械能，实现对波浪能的双行程全周期做功。发电装置的发电机214为变速恒频发电机；发电机214由水平旋转轴211带动；水平旋转轴211与增速齿轮箱212传动连接，经增速齿轮箱212增速后带动发电机214发电；通过增速齿轮箱212将由波浪能转化而得的较低转速的机械能转换成高转速机械能，以便于连接发电机214转换为电能。

    楔形船体1上可以布置有风力发电装置3，风力发电装置3安装在锲形船体1的甲板上，对海洋风能进行采集并转换为电能。锲形船体1上设有控制室4，控制室4对漂浮式波浪能发电系统的设备进行控制，并将采集到的海洋能量以电能方式经海底电缆5传递到岸上。 

    以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：系统由漂浮平台、波浪能采集机构、风能采集机构、机械传递装置、发电装置、机电控制装置、锚定装置和海底电缆等几部分构成；所述漂浮平台为锲形船体，波浪能采集机构设置在锲形船体的两侧；机械传递装置主要由转换齿轮组、水平旋转轴、销齿式联轴器和增速齿轮箱等设备组成，机械传递装置、发电装置和机电控制装置一起布置于锲形船体的甲板或船舱内部；锚定装置采用悬链线单点浮筒系泊系统。

2.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：所述波浪能采集机构包括浮子式波浪能采集机构和摆板式波浪能采集机构，浮子式波浪能采集机构布置于锲形船体的两侧，摆板式波浪能采集机构布置于锲形船体的尾部。

3.根据权利要求2所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：所述浮子式波浪能采集机构的浮子包括多个浮子，各浮子布置于锲形船体的两侧，每侧的浮子共同驱动一根水平旋转轴。

4.根据权利要求3所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：所述水平旋转轴的一端连接增速齿轮箱的输入轴，增速齿轮箱的输出轴上可设有飞轮并连接发电机。

5.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：所述的转化齿轮组可将浮子式波浪能采集机构和摆板式波浪能采集机构所收集的波浪能转化为水平旋转轴的旋转机械能（动能），实现波浪能的双行程全周期做功。

6.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：所述发电装置的发电机为变速恒频发电机；发电机由水平旋转轴带动；水平旋转轴与增速齿轮箱传动连接，经增速齿轮箱增速后带动发电机发电。

7.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：楔形船体上可以布置有风力发电装置，风力发电装置安装在锲形船体的甲板上。

8.根据权利要求1~7任一项所述的漂浮式波浪能发电系统，其特征在于：所述锲形船体上设有控制室，控制室对漂浮式波浪能发电系统的设备进行控制，并将采集到的海洋能以电能方式经海底电缆传递到岸上。