CN105736221A - 模块化海洋能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化海洋能发电装置，包括外框架、至少一个内框架和至少一个水轮发电机模组。至少一个内框架可分离地设置于外框架内。至少一个水轮发电机模组设置于内框架内。本发明的模块化海洋能发电装置具有至少一个内置模块，通过调整内置模块的数量，水轮发电机模组可形成阵列化排布。通过设置可分离的内框架和外框架，从而实现模块化组装，大幅度降低维修和安装费用。

Description

模块化海洋能发电装置

本申请是申请日为2014年3月4日，申请号为201410076524.9，发明名称为“模块化海洋能发电装置”的分案申请。

技术领域

本发明属于海洋能发电领域，尤其涉及一种模块化海洋能发电装置。

背景技术

海洋能（包含潮流能、海浪能、洋流能）是指海水流动的能量，作为可再生能源，储量丰富，分布广泛，具有极好的开发前景和价值。海洋能的利用方式主要是发电，其工作原理与风力发电和常规水力发电类似，即通过能量转换装置，将海水的机械能转换成电能。具体而言，首先海水冲击水轮机，水轮机将水流的能量转换为旋转的机械能，然后水轮机经过机械传动系统带动发电机发电，最终转换成电能。

现今能源日益短缺，温室效应日益严重，能源需要低碳化，所以风能，海洋能（包含潮汐能、潮流能、海浪能、洋流能）等清洁能源是未来能源的发展方向。但现在这些清洁能源的发电设备，除了风能利用比较成熟外，海洋能的利用还都是在起步阶段，没有通用和成熟的设备，效率低下，设备不能大规模化。

由于海洋环境复杂，水中阻力大，传统的海洋能发电装置的安装都要在海里进行，困难度高，费用庞大。另外，由于发电装置长期接触海水，在海水的长期侵蚀和巨大冲击力下，海洋能发电装置使用一段时间后就要定期进行维修或更换。然而传统的海洋能发电装置的维修和更换也均在海里进行，困难度高，成本巨大。甚至，因为部分组件的损坏，导致整个海洋能发电装置的报废，这是海洋能发电装置高成本的重要原因之一，也是造成现有的海洋能发电装置无法大规模化、商业化运营的直接原因。

尤其是水平轴水轮发电机，由于其所有设备（包括叶轮和发电机）均在水下，因此水平轴水轮发电机的维修更加困难，成本更高。因此，即便水平轴水轮发电机的发电效率高于垂直轴水轮发电机，但水平轴水轮发电机仍然无法商业化。然而，目前海洋能发电领域的技术人员都忽略了对维修方式的改进。

另外，传统的海洋能发电装置为了提高发电功率，通常叶轮的直径需要制造得很大，这样会大大降低叶轮的转速，同时增大扭矩，导致中心轴和齿轮箱之间的摩擦加大，中心轴和齿轮箱的成本攀高。另外，整个发电装置的规模也会受到限制，发电装置的成本会居高不下，制约了海洋能发电装置的发展。

但是，目前海洋能发电领域的技术人员都存在着技术偏见，只着重于研发如何将水轮发电机的叶轮部分做大或者对叶轮叶片的结构进行改进以提高单个水轮发电机的发电功率。目前本领域没有任何人研究如何在不改变叶轮的前提下，提高发电功率且降低成本以适合商业运用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种模块化海洋能发电装置。

为实现本发明的目的，本发明提供一种模块化海洋能发电装置，包括外框架、至少一个内框架和至少一个水轮发电机模组。至少一个内框架可分离地设置于外框架内。至少一个水轮发电机模组设置于内框架内。

根据本发明的一实施例，水轮发电机模组包括水平轴水轮发电机，水平轴水轮发电机的轴线方向平行于水平面。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少一个导流罩，固定于内框架或外框架。

根据本发明的一实施例，导流罩为直径逐渐减小的圆筒状。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括呈轴对称设置的至少两个导流罩，固定于内框架或外框架，导流罩分别位于水平轴水轮发电机沿水流方向的上游和下游。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少一根安装轴，水平轴水轮发电机安装于安装轴，安装轴安装于内框架。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少一根安装轴，水平轴水轮发电机安装于安装轴，安装轴可转动地安装于内框架。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括驱动单元，驱动单元连接安装轴以驱动安装轴转动，驱动单元位于水面以上。

根据本发明的一实施例，水轮发电机模组包括垂直轴水轮发电机，垂直轴水轮发电机的轴线方向垂直于水平面。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少一个卷帘门式负荷调节模组，每个卷帘门式负荷调节模组包括导水单元、滚筒轴和驱动器。导水单元包括至少两个并排连接的导水板。滚筒轴固定连接导水单元的一端。驱动器连接滚筒轴，驱动器驱动滚筒轴转动以展开或收起导水单元。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少两个栅栏，设置于内框架或外框架，至少两个栅栏分别位于水轮发电机模组沿水流方向的上游和下游。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少一个限流板，设置于内框架或外框架。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少一个浮筒平台，设置于外框架且平行于水平面。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括至少两个浮筒单元，设置于外框架的两侧，每个浮筒单元平行于水流方向且垂直于水平面。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括拉环和拉索，拉环设于外框架上，拉索的一端设于拉环上。

根据本发明的一实施例，模块化海洋能发电装置还包括固定装置，固定装置包括基座、固定单元和多个锚桩。基座具有固定槽。外框架通过固定单元固定于基座的固定槽中。至少一个锚桩穿设基座且插入海底固定。

综上所述，本发明的模块化海洋能发电装置具有至少一个内置模块，通过增加内置模块的数量，水轮发电机模组可形成阵列化排布。相比传统的海洋能发电装置，本发明在提高发电功率的同时，解决了传统海洋能发电装置中单个水轮发电机需要大型化从而产生的高成本的问题。通过设置可分离的内框架和外框架，从而实现发电装置的模块化组装和替换，大幅度降低维修和安装费用，克服了传统海洋能发电装置无法商业化、大规模化的难题。

当水轮发电机模组是水平轴水轮发电机，通过设置可转动的安装轴，使得无论水流朝哪个方向流入，水平轴水轮发电机的叶轮始终朝向水流，从而确保最大的发电功率。尤其适用于利用潮汐能进行发电。于具体实施中，一根安装轴上可装有多个水平轴水轮发电机，从而大幅度提高发电功率。通过设置导流罩，将水流都集中导向水平轴水轮发电机，使得水平轴水轮发电机的叶轮受力更大、转速更快，从而提高发电效率。优选地，在水平轴水轮发电机的上游和下游都设置导流罩，这样即便潮流改变方向（譬如涨潮和落潮），导流罩均可以有效地对水流进行导向。

本发明实施例中的安装轴由驱动单元控制转动，且驱动单元位于水面以上。通过将驱动单元设置于水面上而非水面下，大大降低了维修难度和维修成本。

于具体实施中，卷帘门式负荷调节模组能调节水轮发电机模组承受的负荷，因此，模块化海洋能发电装置的发电可平稳输出以及直接使用，解决了传统的海洋能发电装置发电输出功率波动大，稳定性差的问题。

本发明实施例提供的模块化海洋能发电装置通过在上下游设置至少两个栅栏，保护设置其内的水轮发电机模组不受海里垃圾的损害，延长水轮发电机模组的使用寿命。

本发明实施例提供的限流板在保护水轮发电机模组不受海里垃圾损害的同时，也避免了其它方向水流对水轮发电机模组的干扰，从而提高发电模组的发电效率。

本发明实施例提供的模块化海洋能发电装置可以通过设置提供浮筒平台或浮筒单元进行漂浮式固定，也可以通过固定装置固定在海床。再者，通过设置拉环和拉索，使得模块化海洋能发电装置能在水中有效固定，便于维修检查。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为根据本发明第一实施例提供的模块化海洋能发电装置的俯视图。

图2为图1的局部放大示意图。

图3为图1的主视剖视图。

图4为图3的局部放大示意图。

图5所示为根据本发明第二实施例提供的模块化海洋能发电装置的俯视图。

图6为图5的局部放大示意图。

图7为图5的主视剖视图。

图8为图7的局部放大示意图。

图9所示为根据本发明第三实施例提供的模块化海洋能发电装置的俯视图。

图10为图9的主视剖视图。

图11所示为根据本发明第三实施例提供的模块化海洋能发电装置的栅栏的示意图。

图12所示为根据本发明第四实施例的模块化海洋能发电装置的俯视图。

图13所示为根据本发明第四实施例提供的模块化海洋能发电装置的卷帘门式负荷调节模组的主视图。

图14为图13的局部放大示意图。

图15为图13的侧视图。

图16为图15的局部放大示意图。

图17所示为根据本发明第五实施例的模块化海洋能发电装置的俯视图。

图18为图17的主视剖视图。

图19为图17的侧视剖视图。

图20所示为根据本发明第六实施例提供的模块化海洋能发电装置的侧视剖视图。

图21所示为根据本发明第七实施例提供的模块化海洋能发电装置的侧视剖视图。

具体实施方式

图1所示为根据本发明第一实施例提供的模块化海洋能发电装置的俯视图。图2为图1的局部放大示意图。图3为图1的主视剖视图。图4为图3的局部放大示意图。请一并参考图1至图4。模块化海洋能发电装置100包括外框架1、至少一个内框架3和至少一个水轮发电机模组4。

于本实施例中，外框架1由钢材料焊接而成，并有减小水流阻力的设计。因此外框架1重量轻，结构简单，易于加工制造，安装、调节，且拆换方便，适合工程应用。

至少一个内框架3可分离地设置于外框架1内。于本实施例中，内框架3上可设有卡勾，外框架1上可设有卡槽，内框架3通过卡勾和卡槽的相互卡合嵌入到外框架1内。然而，本发明对内框架3与外框架1之间的固定方式不作任何限定。

本发明通过内框架3的阵列设置使得水轮发电机模组4呈阵列式分布。通过提高水轮发电机模组4的数量，使得每个水轮发电机模组4的叶轮都无需做大。在提高整个发电装置的发电功率的前提下，大幅度降低了水轮发电机模组4的制造成本且延长水轮发电机模组4的使用寿命，克服了传统技术中只把研发重点放在做大单个水轮发电机规模的技术偏见。

一个内框架3和一个水轮发电机模组4共同形成内置模块。换言之，每个内置模块具有一个内框架3和至少一个水轮发电机模组4。于实际应用中，可先将水轮发电机模组4固定在内框架3内，然后将至少一个内框架3分别固定在外框架1内，从而实现水轮发电机模组4的模块化安装以及阵列式分布。具体而言，内置模块的安装可在岸上进行，然后将内置模块吊入置于海中的外框架1内和外框架1进行固定，如此大大简化安装程序，减少安装时间，降低海洋中安装难度。

于第一实施例中，水轮发电机模组4包括水平轴水轮发电机，水平轴水轮发电机的轴线方向A2平行于水平面P。水平轴水轮发电机包括叶轮41和发电机42，水平轴水轮发电机的轴线方向A2为水平轴水轮发电机的叶轮41的轴线方向。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，水轮发电机模组4可包括垂直轴水轮发电机，垂直轴水轮发电机的轴线方向垂直于水平面。

由于水平轴水轮发电机的叶轮41和发电机42全部在水下，因此，若水平轴水轮发电机发生故障，传统的海洋能发电装置将需要在海里进行维修。这样维修非常困难且费用庞大。然而，本发明的模块化海洋能发电装置100可直接将内置模块从海中取出进行维修或更换，实现海洋能发电装置的快速更换和维修，大大降低了维修成本，使得模块化海洋能发电装置100的商业化得以实现。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置100还包括至少一根安装轴2，至少一个水平轴水轮发电机安装于安装轴2上，至少一根安装轴2安装于每个内框架3。于本实施例中，安装轴2的轴线方向A1垂直于水平面P。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，安装轴2的轴线方向A1可平行于水平面P。一个内框架3与对应的安装轴2和水平轴水轮发电机共同形成内置模块。换言之，每个内置模块具有至少一根安装轴2和至少一个水平轴水轮发电机。于本实施例中，内框架3的数量等于安装轴2的数量，且水平轴水轮发电机的数量也等于安装轴2的数量。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，一个内置模块可具有多根安装轴2和多个水轮发电机模组4。

于本实施例中，安装轴2可转动地安装于内框架3。通过设置可转动的安装轴2，使得无论水流朝哪个方向流入，水平轴水轮发电机的叶轮41始终朝向水流，从而确保最大的发电功率。由于涨潮和落潮的水流方向相反，因此具有可转动安装轴2的模块化海洋能发电装置100尤其适用于利用潮汐能进行发电。于本实施例中，如图1所示，内框架3的俯视横截面为中间具有横梁31的矩形。安装轴2的两端可转动地设置于中间的横梁31上。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，安装轴2可不转动地固定安装于内框架3。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置100还包括驱动单元5，驱动单元5连接安装轴2以驱动安装轴2转动。于本实施例中，驱动单元5的数量对应于安装轴2的数量，为至少一个。每个驱动单元5包括电动机51和传动机构52，传动机构52连接安装轴2的一端（为图4中的上端），电动机51通过传动机构52驱动安装轴2转动。于本实施例中，传动机构52包括主动齿轮和与主动齿轮相啮合的从动齿轮。电动机51驱动主动齿轮转动，从而带动从动齿轮转动。从动齿轮的齿轮孔与安装轴2的上端紧密配合，从而带动安装轴2转动。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，驱动单元5可包括电动机和减速机。由于现有的电动机转速都较快，通过减速机后转速大大降低，因此能有效且精准地控制安装轴2的转速和转动幅度。本实施例中的驱动单元5位于水面以上。通过这种设置，大幅度降低维修难度好降低维修成本，使得安装和维修都更加方便。

于实际应用中，当水流沿图1中所示的水流方向D流向模块化海洋能发电装置100，驱动单元5不运作。此时，水平轴水轮发电机的叶轮41面向水流。当水流沿水流方向D相反的方向（从图1中看去为由上往下）流向模块化海洋能发电装置100，驱动单元5驱动安装轴2转动，从而带动水平轴水轮发电机旋转180度，使得叶轮41从朝下改为朝上，以保证水平轴水轮发电机的叶轮41始终朝向水流。此种情况尤其适用于利用潮汐能发电，确保了最大的发电功率。

于本实施例中，水平轴水轮发电机为二片叶轮发电机、三片叶轮发电机或四片叶轮发电机中的任一种或其任意组合。然而，本发明对水平轴水轮发电机的叶轮41的叶片数量不作任何限定。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置100还包括至少一个限流板10，至少一个限流板10设置于内框架3或外框架1。优选地，模块化海洋能发电装置100包括至少两个限流板10，两个限流板10相对设置于内框架3或外框架1的两侧。具体而言，两个限流板10可位于图1中外框架1的左侧和右侧。通过在两侧设置限流板10，可以将水流尽可能地集中在外框架1内，防止水流从两侧边跑出，从而保证全部水流直接冲向叶轮41，带动叶轮41转动从而提高发电功率。然而，本发明对限流板10的数量和设置位置不作任何限定。于其它实施例中，外框架1的底部也可设置有限流板10。

另外，由于海洋环境较为复杂，水流的主要方向虽为水流方向D及其相反方向，但偶尔会有其他方向的水流进行干扰。通过设置两个限流板10，还避免了其它方向水流对叶轮41的干扰，保障了每个叶轮41稳定地朝一个方向进行转动，从而提高水轮发电机模组4的发电效率。并且，通过设置限流板10可以适当增加外框架1的封闭性，还避免了海中垃圾进入外框架1内对水轮发电机模组4造成损害。

图5所示为根据本发明第二实施例提供的模块化海洋能发电装置的俯视图。图6为图5的局部放大示意图。图7为图5的主视剖视图。图8为图7的局部放大示意图。请一并参考图5至图8。

于第二实施例中，外框架1、安装轴2、内框架3、水轮发电机模组4和驱动单元5的结构和功能，皆如第一实施例所述，相同元件都以相同标号进行表示，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置200还包括至少一个导流罩6，固定于内框架3或外框架1。优选地，模块化海洋能发电装置200还包括呈轴对称设置的至少两个导流罩6，固定于内框架3或外框架1，导流罩6分别位于水平轴水轮发电机沿水流方向D的上游和下游。

于本实施例中，导流罩6为直径逐渐减小的圆筒状。具体而言，每两个导流罩6沿内框架3中间的横梁31呈轴对称。如图6所示，位于上方的导流罩6，其直径由上而下递减，位于下方的导流罩6，其直径由下而上递减。通过设置导流罩6，将水流都集中导向水轮发电机模组4，使得发电机的叶轮受力更大、转速更快，从而提高发电效率。然而，本发明对导流罩6的数量和形状不作任何限定。于其它实施例中，导流罩6可先为方形然后直径减小过渡为圆筒状。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置200还包括浮筒平台11，设置于外框架1且平行于水平面。浮筒平台11可由固体浮力材料制得，主要作用是给整个模块化海洋能发电装置200提供浮力。于实际应用中，浮筒平台11设置于整个外框架1的中上部，位于海平面以下8米左右。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置200还包括拉环81和拉索82，拉环81设于外框架1上，拉索82的一端设于拉环81上。具体而言，多个拉环81设于外框架1上，多根拉索82的一端穿设于拉环81上，另一端固定在岸边的桩上。优选地，拉环81的数量为四个以上，其中四个分别设于外框架1的四个顶角。通过拉环81和拉索82的设置，使得模块化海洋能发电装置200能在水中固定，也便于维修检查。

图9所示为根据本发明第三实施例提供的海洋能发电装置的俯视图。图10为图9的主视剖视图。图11所示为根据本发明第三实施例提供的模块化海洋能发电装置的栅栏的示意图。请一并参考图9至图11。

于第三实施例中，外框架1、安装轴2、内框架3、水轮发电机模组4、导流罩6、拉环81和拉索82的结构和功能，皆如第二实施例所述，相同元件都以相同标号进行表示，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置300还包括至少两个浮筒单元12，设置于外框架1的两侧，每个浮筒单元12平行于水流方向D且垂直于水平面P。于本实施例中，每个浮筒单元12包括固定浮筒121和调节浮筒122。固定浮筒121提供的浮力是固定的。调节浮筒122可通过控制内部的空气量或水量从而控制调节浮筒122的浮力，从而影响整个模块化海洋能发电装置300在水中位置的深度。

于本实施例中，调节浮筒122平行于固定浮筒121，当模块化海洋能发电装置300使用时，调节浮筒122相较于固定浮筒121位于外框架1远离水平面P的一端。具体而言，如图10所示，调节浮筒122设置于固定浮筒121的下方，且调节浮筒122和固定浮筒121沿同一条直线上分布。由于调节浮筒122的浮力是可调节的，通过将调节浮筒122设置在下方而非上方，可有效且迅速的对整个模块化海洋能发电装置300在水中位置的深度进行调节，使得整个模块化海洋能发电装置300的安装和维修更加方便。

于本实施例中，内框架3的数量为六个，浮筒单元12的数量为四个，其中两个浮筒单元12设置于外框架1的左右两侧，另外两个浮筒单元12设置于每两个内框架3之间。这样的设置使得外框架1不光两侧具有浮筒单元12，外框架1中间也具有浮筒单元12。因此，整个模块化海洋能发电装置300受到的浮力分配将更加均匀，从而使得模块化海洋能发电装置300在水中的位置更加稳定。然而，本发明对内框架3和浮筒单元12的数量不作任何限定。

于本实施例中，每两个水平轴水轮发电机安装于一根安装轴2上。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置300还包括至少两个栅栏111，两个栅栏111设置于内框架3或外框架1（图9中未绘出），至少两个栅栏111分别位于水轮发电机模组4沿水流方向D的上游和下游。栅栏111垂直于水流方向D且垂直于水平面P。于本实施例中，两个栅栏111固定于内框架3和外框架1之间。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，栅栏111可设置于外框架1之外且位于外框架1的上下游。通过设置栅栏111，可有效地避免海底垃圾卷入水轮发电机模组4，从而实现对水轮发电机模组4的保护，延长水轮发电机模组4的使用寿命。如图11所示，栅栏111具有格子型纹路。然而，本发明对此不作任何限定。

图12所示为根据本发明第四实施例的模块化海洋能发电装置的俯视图。图13所示为根据本发明第四实施例提供的模块化海洋能发电装置的卷帘门式负荷调节模组的主视图。图14为图13的局部放大示意图。图15为图13的侧视图。图16为图15的局部放大示意图。请一并参考图12至图16。

于第四实施例中，外框架1、内框架3、栅栏111、浮筒单元12、拉环81和拉索82的结构和功能，皆如第三实施例所述，相同元件都以相同标号进行表示，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。

于本实施例中，水轮发电机模组4’为垂直轴水轮发电机，垂直轴水轮发电机的轴线方向垂直于水平面。一个内框架3内设有四个水轮发电机模组4’。然而，本发明对内框架内水轮发电机模组4’的具体数量和类型不作任何限定。

模块化海洋能发电装置400还包括至少一个卷帘门式负荷调节模组6’，每个卷帘门式负荷调节模组包括导水单元61、滚筒轴62和驱动器63。导水单元61包括至少两个并排连接的导水板611。于本实施例中，导水板611的数量为多个。然而，本发明对此不作任何限定。导水板611的数量设置为至少两个，有效地减小每个导水板611沿垂直于水平面的方向的长度，增加导水板611对水流冲击的抵御力。若导水板611沿垂直方向的长度太长，由于水流冲击力巨大，导水板611容易变形甚至从中断裂。

滚筒轴62固定连接导水单元61的一端E。驱动器63连接滚筒轴62，驱动器63驱动滚筒轴62转动以展开或收起导水单元61。于本实施例中，导水板611的截面形状为弧形，即导水板611为弧形板。因此，当滚筒轴62收起导水单元61时，导水板611更加贴合滚筒轴62以减小所占空间。然而，本发明对此不作任何限定。

于本实施例中，滚筒轴62的轴线方向平行于水平面。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，滚筒轴62可垂直于水平面设置于框架1。本发明对滚筒轴62的设置位置亦不作任何限定。

于本实施例中，导水模块6’还包括至少两条导轨64，两条导轨64位于滚筒轴62的同一侧且平行设置，当滚筒轴62展开导水单元61，导水单元61的另一端F的两侧分别进入两条导轨64中。于本实施例中，一个导水单元61对应三条导轨64，其中两条设置于导水单元61的两侧，另一条导轨64设置于导水单元61的中间。然而，本发明对导轨64的数量不作任何限定。导水单元61的一端E通过连接滚筒轴62得以固定，导水单元61的另一端F通过导轨64进行限位。通过将导水单元61的两端分别进行限位，使得展开后的导水单元61能充分展开形成“屏障”以阻挡或引导水流。

于本实施例中，导水模块6’还包括至少一根连接轴65和至少两个滚轮66，至少两个导水板611通过连接轴65连接，滚轮66套设于连接轴65的两端，当滚筒轴62展开导水单元61，导水单元61的另一端F的两侧分别进入两条导轨64，两个滚轮66分别在两条导轨64内滑动。于本实施例中，连接轴65的数量比导水板611的数量少一个，每个连接轴65对应三个滚轮66，滚轮66的数量对应于导轨64的数量。然而，本发明对此不作任何限定。

于本实施例中，每个导水板611的两边缘分别具有穿孔且为“凹凸”状，相邻的两个导水板611的边缘可相互配合。连接轴65穿过穿孔以连接导水板611。通过连接轴65连接导水板611，使得每个导水板611可以旋转改变方向。因此，当导水单元61在收起时，导水板611能绕着滚筒轴62叠在一起，而当导水单元61展开时，多个导水板611可从整体上来说几乎位于一条直线上，从而形成“屏障”以有效阻挡或引导迎面来的水流。随着滚筒轴62不断展开导水单元61，滚轮66沿导轨64从图1中的上方不断往下滚动，从而实现导水单元61的展开。滚轮66能有效引导导水单元61的另一端F的两侧进入两条导轨64，从而实现另一端F的有效固定。

于本实施例中，导水板611与水流方向D之间的夹角大于0度且小于90度。通过这种设置，本发明的导水模块6’不仅可以起到阻挡水流的作用，还可以起到引导水流的作用。

具体而言，当水流较小时，驱动器63驱动滚筒轴62将下游的导水板611全部收起，而上游的导水板611全部展开形成屏障，从而有效阻挡水流流向水轮发电机模组4’的叶轮的阻力侧，将上游的水流全部引导入叶轮的动力侧，即将水流导向垂直于水轮发电机模组4’的叶片的内凹处，增大水流对水轮发电机模组4’的冲击力，加大了水轮发电机模组4’的转动，提高了发电机的发电功率。当水流速度过大会导致发电功率出现大幅度波动时，驱动器63将驱动滚筒轴62将上游导水板611收起和下游导水板611部分展开，水流得以流入水轮发电机模组4’的阻力侧，从而有效减缓水轮发电机模组4’的叶轮的过快转动，从而稳定发电功率。

因此，本实施例的模块化海洋能发电装置400通过设置卷帘门式导水模块6’，不仅可以在水流较大时收起上游导水板611，并展开下游部分导水板611阻挡水流来调低水轮发电机模组4’的输出荷载，还可以在水流较小时展开上游全部导水板611以有效地引导水流流向垂直于水轮发电机模组4’的叶片的内凹处的方向，增大水流对水轮发电机模组4’的冲击力，加大了水轮发电机模组4’的转动，提高了发电功率。因此，模块化海洋能发电装置300的发电可平稳输出以及直接使用，解决了传统的海洋能发电装置发电输出功率波动大，稳定性差的问题。

目前世界上采用水平轴水轮发电模组或者垂直轴水轮发电模组的海洋能发电装置最大的发电功率只有1.2兆瓦，然而，采用本实施例提供的模块化海洋能发电装置（共16个水轮发电模组），发电功率高达5兆瓦。彻底克服了现有海洋能发电装置发电功率不高、无法商业化的问题，也解决了传统技术中只着重扩大单个水轮发电机规模的技术偏见。

于其它实施例中，若水轮发电机模组4’为水平轴水轮发电机，卷帘门式导水模块6’中的导水板611与水流方向D之间的夹角可设为90度。由于水平轴水轮发电机的所有叶轮均受力，当水流速度过大时，驱动器63可驱动滚筒轴62收起下游的导水板611和展开上游的导水板611，从而形成屏障以有效阻挡水流流向水平轴水轮发电机，避免发电功率的急剧增大，导致发电功率不稳定，不能直接输出使用的问题。当水流速度较小时，则滚筒轴62可收起导水板611从而使得所有水流均可流向水平轴水轮发电机。

图17所示为根据本发明第五实施例的模块化海洋能发电装置的俯视图。图18为图17的主视剖视图。图19为图17的侧视剖视图。请一并参考图17至图19。于本实施例中，外框架1、安装轴2、内框架3、水轮发电机模组4和导流罩6的结构和功能，皆如第三实施例所述，相同元件都以相同标号进行表示，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。于本实施例中，安装轴2是固定安装在内框架3上。

于本实施例中，模块化海洋能发电装置500还包括固定装置9，固定装置9包括基座91、固定单元92和多个锚桩93。基座91具有固定槽912。外框架1通过固定单元92固定于基座91的固定槽912中。至少一个锚桩93穿设基座91且插入海底20固定。

于本实施例中，基座91为钢筋混凝土基座，还具有多个固定空间911，固定空间911的横截面积（平行于水平面的横截面）大于每个锚桩93沿径向的横截面积，混凝土浇筑且填充于固定空间911与锚桩93之间的间隙。于实际应用中，基座91先预制形成钢筋混凝土框架，然后垂入海中，之后将锚桩93每个穿过固定空间911打入海底20，最后将混凝土二次浇筑入固定空间911以固定锚桩93。通过设置多个非常大横截面积的固定空间911，使得基座91为具有很多“空格”或“空洞”的框架。因此，基座91的重量能够大大降低，便于基座91垂入海中从而利于安装。

于本实施例中，固定槽912的轴线方向平行于水平面且垂直于水流方向。于本实施例中，固定槽912为长方体凹槽，且设置于基座91的顶部。固定槽912的槽底低于基座91的上表面。于本实施例中，固定槽912的宽度可略大于外框架1的宽度以正好放置外框架1。通过在基座91的表面设置固定槽912，固定了模块化海洋能发电装置500的位置，克服了传统技术中因潮流会对发电装置产生巨大冲击力使得发电装置容易歪斜的问题。因此，本发明的模块化海洋能发电装置500能一直保持正对潮流从而确保最大的利用潮流能以提高发电效率。

于实际应用中，为减少基座91的重量和体积，基座91分为可分离的三个部分。固定单元92包括多个锁链921和多个吊环922，一部分吊环922固定于两个未固定外框架1的基座91上，另一部分吊环922固定于外框架1上，每个锁链921的两端分别连接基座91上的吊环922和外框架1上的吊环922。于本实施例中，锁链921和吊环922于外框架1的两侧为对称设置，外框架1能受到两侧的拉力从而保持固定。因此，无论是涨潮还是退潮，外框架1均能保持稳定从而使得整个模块化海洋能发电装置500正对潮流的冲击以提高发电效率。于具体应用中，锁链921可为拉索或刚性拉杆。

于本实施例中，固定装置9还包括引导架94。于实际应用中，基座91是先垂入海底20，之后将外框架1置入基座91的固定槽912中。引导架94垂直于水平面的一边能引导外框架1正确进入到固定槽912内。引导架94的顶端露出于水平面以上，引导架94还能便于安装人员观察基座91是否放置水平。

图20所示为根据本发明第六实施例提供的模块化海洋能发电装置的侧视剖视图。于第六实施例中，于本实施例中，外框架1、安装轴2、内框架3和水轮发电机模组4的结构和功能，皆如第五实施例所述，在此不再赘述。相同元件以相同标号进行表述。以下仅就不同之处予以说明。

于本实施例中，固定装置9’包括基座91、固定单元92’和多个锚桩93。固定单元92’为桁架，桁架的一边嵌入于基座91中，另一边沿外框架1的高度方向延伸。优选地，桁架为桁架钢座。于本实施例中，桁架的横截面为直角三角形，桁架的一个直角边通过混凝土浇筑固定于基座91，另一个直角边平行于外框架1的高度方向。三角形的结构最为稳定。于本实施例中，固定单元92’分别对称地设置于外框架1的两侧，从而使得外框架1在两个方向上都得到可靠的固定。因此，无论是涨潮还是退潮，外框架1均能保持稳定从而使得整个模块化海洋能发电装置能正对潮流的冲击以提高发电效率。本发明对桁架沿高度方向的直角边的长度不作任何限定。

图21所示为根据本发明第七实施例提供的模块化海洋能发电装置的侧视剖视图。第七实施例和第六实施例的差别仅在于第七实施例中的固定装置9’’为混凝土块。于本实施例中，混凝土块的高度大于模块化海洋能发电装置的外框架1的高度的二分之一。然而，本发明对混凝土块的高度不作任何限定。

综上所述，本发明的模块化海洋能发电装置具有至少一个内置模块，通过增加内置模块的数量，水轮发电机模组可形成阵列化排布。相比传统的海洋能发电装置，本发明在保障甚至提高发电功率的同时，解决了传统海洋能发电装置中单个水轮发电机需要大型化从而产生的高成本的问题。通过设置可分离的内框架和外框架，从而实现发电装置的模块化组装和替换，大幅度降低维修和安装费用，克服了传统海洋能发电装置无法商业化、大规模化的难题。

当水轮发电机模组是水平轴水轮发电机，通过设置可转动的安装轴，使得无论水流朝哪个方向流入，水平轴水轮发电机的叶轮始终朝向水流，从而确保最大的发电功率。尤其适用于利用潮汐能进行发电。于具体实施中，一根安装轴上可装有多个水平轴水轮发电机，从而大幅度提高发电功率。通过设置导流罩，将水流都集中导向水平轴水轮发电机，使得水平轴水轮发电机的叶轮受力更大、转速更快，从而提高发电效率。优选地，在水平轴水轮发电机的上游和下游都设置导流罩，这样即便潮流改变方向（譬如涨潮和落潮），导流罩均可以有效地对水流进行导向。

本发明实施例中的安装轴由驱动单元控制转动，且驱动单元位于水面以上。通过将驱动单元设置于水面上而非水面下，大大降低了维修难度和维修成本。

于具体实施中，卷帘门式负荷调节模组能调节水轮发电机模组承受的负荷，因此，模块化海洋能发电装置的发电可平稳输出以及直接使用，解决了传统的海洋能发电装置发电输出功率波动大，稳定性差的问题。

本发明实施例提供的模块化海洋能发电装置通过在上下游设置至少两个栅栏，保护设置其内的水轮发电机模组不受海里垃圾的损害，延长水轮发电机模组的使用寿命。

本发明实施例提供的限流板在保护水轮发电机模组不受海里垃圾损害的同时，也避免了其它方向水流对水轮发电机模组的干扰，从而提高发电模组的发电效率。

本发明实施例提供的模块化海洋能发电装置可以通过设置提供浮筒平台或浮筒单元进行漂浮式固定，也可以通过固定装置固定在海床。再者，通过设置拉环和拉索，使得模块化海洋能发电装置能在水中有效固定，便于维修检查。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (16)

1.一种模块化海洋能发电装置，其特征在于，包括：

外框架；

至少一个内框架，可分离地设置于外框架内；以及

至少一个水轮发电机模组，设置于所述内框架内。

2.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述水轮发电机模组包括水平轴水轮发电机，所述水平轴水轮发电机的轴线方向平行于水平面。

3.根据权利要求2所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少一个导流罩，固定于所述内框架或外框架。

4.根据权利要求3所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述导流罩为直径逐渐减小的圆筒状。

5.根据权利要求2所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括呈轴对称设置的至少两个导流罩，固定于所述内框架或外框架，导流罩分别位于所述水平轴水轮发电机沿水流方向的上游和下游。

6.根据权利要求2所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少一根安装轴，所述水平轴水轮发电机安装于所述安装轴，所述安装轴安装于所述内框架。

7.根据权利要求2所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少一根安装轴，所述水平轴水轮发电机安装于所述安装轴，所述安装轴可转动地安装于所述内框架。

8.根据权利要求7所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括驱动单元，所述驱动单元连接安装轴以驱动所述安装轴转动，所述驱动单元位于水面以上。

9.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述水轮发电机模组包括垂直轴水轮发电机，所述垂直轴水轮发电机的轴线方向垂直于水平面。

10.根据权利要求1或9所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，模块化海洋能发电装置还包括至少一个卷帘门式负荷调节模组，每个卷帘门式负荷调节模组包括：

导水单元，包括至少两个并排连接的导水板；

滚筒轴，固定连接所述导水单元的一端；以及

驱动器，连接所述滚筒轴，所述驱动器驱动所述滚筒轴转动以展开或收起所述导水单元。

11.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少两个栅栏，设置于所述内框架或外框架，所述至少两个栅栏分别位于所述水轮发电机模组沿水流方向的上游和下游。

12.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少一个限流板，设置于所述内框架或外框架。

13.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少一个浮筒平台，设置于所述外框架且平行于水平面。

14.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括至少两个浮筒单元，设置于所述外框架的两侧，每个浮筒单元平行于水流方向且垂直于水平面。

15.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括拉环和拉索，所述拉环设于外框架上，所述拉索的一端设于拉环上。

16.根据权利要求1所述的模块化海洋能发电装置，其特征在于，所述模块化海洋能发电装置还包括固定装置，所述固定装置包括：

基座，具有固定槽；

固定单元，所述外框架通过固定单元固定于基座的固定槽中；以及

多个锚桩，至少一个锚桩穿设所述基座且插入海底固定。