CN106549624A - 一种海上浮式多能互补发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源供电技术领域，涉及一种海上浮式多能互补发电系统。发电系统包括船体、波浪能发电单元、风能发电单元、太阳能发电单元，波浪能发电单元包括浮子，浮子通过力臂铰接于船体上；船体上设置有液压缸，传动机构可调节液压缸的活塞的伸缩行程；风能发电单元包括立杆，立杆内设置有转轴，转轴设置有固定柱，固定柱设置有横杆，横杆设置有风叶且两者间夹角可调，船体上设有液压泵，太阳能发电单元包括设置于风叶外表面与内表面的外反光层与内反光层，固定柱上设有太阳能发电机一，船体上设有太阳能发电机二；发电系统还包括液压马达及发电机。本发明可提高能源利用率，增大发电效率。

Description

一种海上浮式多能互补发电系统
技术领域
本发明属于新能源供电技术领域，涉及一种海上浮式多能互补发电系统。
背景技术
目前社会形势下，随着全国工业化的飞速发展，对矿物能源需求也越来越大，如果不采取积极措施寻找其他能量转换方式和开发新能源利用策略，能源问题将严重威胁到人类社会的生存和发展。
风能、太阳能、海洋能等可再生能源储量巨大、分布广泛、开发利用无污染。如何利用这些资源转变成现代信息社会普遍所需的电能受到各国普遍重视。作为新兴可持续发展能源，风能和潮流能具有取之不尽、用之不竭的优势，而风能和潮流能两者都具有能量密度低，受季节、气候和地理位置等因素影响的特点，具有不稳定性。因此，采用风能、太阳能和潮流能的互补发电是解决自然资源不稳定问题的一个很好的措施。
我国专利局公开了一篇名为“一种太阳能、风能互补发电的游览船(CN201390373Y)”的专利申请，其包括船体、客舱，客舱上方设置有甲板，甲板的发问设置有平台，平台上部安装有太阳能发电装置，甲板的尾部还设置有风力发电装置。
上述专利未将波浪能、风能、太阳能良好地利用起来，因此，能源利用率仍有待提高。
发明内容
本发明是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种海上浮式多能互补发电系统，本发明所要解决的技术问题是：如何提高本发电系统的能源利用率。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述发电系统包括：
船体，所述船体漂浮于海面上；
波浪能发电单元，所述波浪能发电单元包括可随波浪升降的浮子，所述浮子通过力臂铰接于船体上；所述船体上设置有与所述浮子相对应的液压缸，所述液压缸内滑动设置有活塞，所述力臂通过传动机构与所述活塞相连接，所述传动机构可调节活塞的伸缩行程；
风能发电单元，所述风能发电单元包括固定于船体上的立杆，所述立杆内转动设置有转轴，所述转轴的上端设置有一圆柱形的固定柱，所述固定柱的外侧壁上沿水平方向设置有若干根横杆，所述横杆的端部转动设置有风叶且两者之间的夹角大小可调，所述船体上设置有与所述转轴相对应的液压泵；
太阳能发电单元，所述太阳能发电单元包括分别设置于风叶外表面与内表面的外反光层与内反光层，所述固定柱的上端设置有与所述内反光层相对应的太阳能发电机一，所述船体上设置有与所述外反光层相对应的太阳能发电机二；
所述发电系统还包括与所述液压缸及液压泵相配合的液压马达及发电机。
本发明有效地将风能、太阳能及波浪能均利用起来，提高能源的利用率。可利用波浪带动浮子上下摆动，来使得塞杆在液压缸中上下运动，实现液压缸吸油和排油，进而带动液压马达转动，最终带动发电机发电，实现波浪能转变为电能。
通过转轴带动液压泵转动，液压泵带动液压马达转动，液压马达带动发电机转动发电，实现风能转变为电能。
此外，本发明巧妙地将反光层设计于风叶上，既降低了成本，又减轻了船只重量，而风叶与横杆之间的夹角大小可调，则可根据实际的风向情况进行调整，使外反光层与太阳能发电机二相配合，或者使内反光层与太阳能发电机一相配合，提高本系统的能源利用率，实现太阳能转变为电能。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述船体外表面的底部设置有浪潮仪，所述船体上设置有控制器，所述控制器的前端设置有与所述浪潮仪相连接的A/D转换器，所述A/D转换器能够将从浪潮仪处获得的测量信号转化为数字信号，并传递给控制器，所述控制器还包括程序储存器，所述程序储存器用于储存计算活塞行程以及风叶与横杆之间夹角大小的算法，所述控制器根据程序储存器计算得出的值，可以控制活塞的行程以及风叶与横杆之间的夹角大小，避免因为波浪太大或者风力太大时导致发电机的转速过快而损坏。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述控制器还连接有晶振电路、时钟电路及数据存储器。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述船体上设置有与所述太阳能发电机一和太阳能发电机二相对应的蓄电池，所述蓄电池与太阳能发电机一之间通过无线电力传输方法进行电力传输，所述蓄电池还与所述发电机电连接，所述太阳能发电机二通过导线和蓄电池电连接。无线电力传输方法已经是一种现有技术，其利用电磁感应等原理即可实现，在此不加以赘述，优点在于，太阳能发电机一在转动的状态下不影响电能的传输。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述传动机构包括连杆和曲柄，所述连杆的外端与所述力臂相铰接，所述连杆的内端与曲柄的外端通过一销轴相铰接，所述曲柄的内端铰接于船体上；所述传动机构还包括摇杆，所述摇杆的上端与所述销轴相铰接，所述摇杆的下端与所述活塞相铰接。
浮子上升，依次带动连杆和曲柄上摆，从而将摇杆上抬，使活塞向上运动；浮子下降，连杆及曲柄则同步下摆，从而使摇杆向下运动，进而使活塞向下运动，实现液压缸的吸油和排油，从而带动液压马达转动，进而带动发电机发电，实现波浪能转化为电能。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述曲柄包括气缸和柄体，所述气缸的缸体铰接于船体上，所述柄体的一侧设置于气缸的伸缩轴的端部，所述柄体的另一侧铰接于所述销轴上。当连杆向上抬起时，当连杆与曲柄第一次共线时，则处于上限位状态；当连杆向下运动，当连杆与曲柄第二次共线时，则处于下限位状态；两个限位状态，可有效地控制活塞的行程，或者说起保障作用，而通过调节曲柄的长度，可调节连杆与曲柄共线时的点的高度，进而调节活塞的行程，避免机械能过大损坏发电机。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述发电系统还包括钢丝绳，所述钢丝绳的两端分别与所述气缸的缸体及柄体相连接，所述钢丝绳的长度大于所述气缸的伸缩杆长度。设计有钢丝绳后，即使气缸的伸缩杆出现断裂，也可在钢丝绳的保护下，使得风能发电机仍然可以继续做功。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述气缸上设置有能够检测钢丝绳张力的绳索张力计，所述绳索张力计与所述控制器相连接。当气缸伸缩杆断裂时，钢丝绳会被崩直，此时绳索张力计测得数据后，可向控制器发送信号，提醒工作人员进行更换维修。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述横杆为空心管，所述横杆的端部与风叶的中部相铰接，所述横杆的端部还通过一压簧与所述风叶的下部相连接；当所述压簧处于复原状态时，所述风叶倾斜设置，且该风叶上端与固定柱中心线之间的距离小于风叶下端与固定柱中心线之间的距离。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述固定柱上设置有电机，所述横杆内穿设有拉索，所述拉索的内端与所述电机的输出端相连接，所述拉索的外端穿过所述压簧与风叶相连接。电机正转拉紧拉索，使风叶克服压簧的弹力，从而使风叶反向倾斜，使得内反光层与太阳能发电机一相配合进行发电；电机反转松开拉索，风叶在压簧的弹力作用下复位，使外反光层与太阳能发电机二相配合进行发电。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述电机的输出端设置有一线盘，所述拉索的内端均连接于所述线盘上。线盘转动，带动各拉索移动，实现风叶的倾斜角度调整。
在上述的一种海上浮式多能互补发电系统中，所述风叶的内表面开设有螺孔，所述螺孔上转动设置有螺栓，所述拉索的外端固定于螺栓上。转动螺栓，可调节拉索的张力，避免电机转动时拉索因松弛导致风叶出现空行程。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明有效地将风能、太阳能及波浪能均利用起来，提高能源的利用率。并且，可根据波浪的具体大小，通过调节机构控制活塞的伸缩行程，从而避免机械能过大损坏发电机；此外，本发明巧妙地将反光层设计于风叶上，既降低了成本，又减轻了船只重量，而风叶与横杆之间的夹角大小可调，则可根据实际的风向情况进行调整，使外反光层与太阳能发电机二相配合，或者使内反光层与太阳能发电机一相配合。进而提高本系统的能源利用率。
附图说明
图1是实施例中本发电系统的工作原理图。
图2是实施例中本控制系统的工作原理图。
图3是实施例中本发电系统的结构示意图。
图4是实施例中本太阳能、风能发电单元的结构示意图。
图5是实施例中本曲柄的结构示意图。
图中，1、船体；2、波浪能发电单元；3、浮子；4、力臂；5、液压缸；6、传动机构；7、风能发电单元；8、立杆；9、固定柱；10、横杆；11、风叶；12、液压泵；13、太阳能发电单元；14、外反光层；15、内反光层；16、太阳能发电机一；17、太阳能发电机二；18、液压马达；19、发电机；20、浪潮仪；21、控制器；22、A/D转换器；23、程序储存器；24、晶振电路；25、时钟电路；26、数据存储器；27、蓄电池；28、连杆；29、曲柄；29a、销轴；30、摇杆；31、气缸；32、柄体；33、钢丝绳；34、绳索张力计；35、压簧；36、螺栓；37、拉索；38、线盘。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至图5所示，本发电系统包括船体1、波浪能发电单元2、风能发电单元7、太阳能发电单元13，船体1漂浮于海面上；波浪能发电单元2包括可随波浪升降的浮子3，浮子3通过力臂4铰接于船体1上；船体1上设置有与浮子3相对应的液压缸5，液压缸5内滑动设置有活塞，力臂4通过传动机构6与活塞相连接，传动机构6可调节活塞的伸缩行程；
风能发电单元7包括固定于船体1上的立杆8，立杆8内转动设置有转轴，转轴的上端设置有一圆柱形的固定柱9，固定柱9的外侧壁上沿水平方向设置有若干根横杆10，横杆10的端部转动设置有风叶11且两者之间的夹角大小可调，船体1上设置有与转轴相对应的液压泵12；
太阳能发电单元13包括分别设置于风叶11外表面与内表面的外反光层14与内反光层15，固定柱9的上端设置有与内反光层15相对应的太阳能发电机一16，船体1上设置有与外反光层14相对应的太阳能发电机二17，实现太阳能转变为电能；
发电系统还包括与液压缸5及液压泵12相配合的液压马达18及发电机19。
具体来说，所述液压缸5上的进液口和出液口分别通过管路一和液压马达18的进液口和出液口连通，所述液压缸5的内腔、液压马达18的内腔以及管路一中均充满液压油，所述液压马达18的输出轴和发电机19的输入轴连接。
所述液压泵12的进液口和出液口分别通过管路二和液压马达18的进液口和出液口连通，液压泵12的内腔和管路二中均充满液压油。
浮子3通过传动机构6带动活塞上下运动，从而实现液压缸5吸油和排油，进而带动液压马达18转动并且液压马达18带动发电机19转动发电。
转轴带动液压泵12转动，液压泵12带动液压马达18转动，液压马达18带动发电机19转动发电，实现风能转变为电能。
具体来讲，船体1外表面的底部设置有浪潮仪20，船体1上设置有控制器21，控制器21的前端设置有与浪潮仪20相连接的A/D转换器22，A/D转换器22能够将从浪潮仪20处获得的测量信号转化为数字信号，并传递给控制器21，控制器21还包括用于储存计算活塞行程以及风叶11与横杆10之间夹角大小的算法的程序储存器23，控制器21根据程序储存器23计算得出的值，控制活塞行程以及风叶11与横杆10之间的夹角大小。
控制器21还连接有晶振电路24、时钟电路25及数据存储器26。
具体来讲，所述船体1上设置有与所述太阳能发电机一16和太阳能发电机二17相对应的蓄电池27，所述蓄电池27与太阳能发电机一16之间通过无线电力传输方法进行电力传输，所述蓄电池27还与所述发电机19电连接，所述太阳能发电机二17通过导线和蓄电池27电连接。
所述传动机构6包括连杆28和曲柄29，所述连杆28的外端与所述力臂4相铰接，所述连杆28的内端与曲柄29的外端通过一销轴29a相铰接，所述曲柄29的内端铰接于船体1上；所述传动机构6还包括摇杆30，所述摇杆30的上端与所述销轴29a相铰接，所述摇杆30的下端与所述活塞相铰接。
曲柄29包括气缸31和柄体32，气缸31的缸体铰接于船体1上，柄体32的一侧设置于气缸31的伸缩轴的端部，柄体32的另一侧铰接于销轴29a上。
发电系统还包括钢丝绳33，钢丝绳33的两端分别与气缸31的缸体及柄体32相连接，钢丝绳33的长度大于气缸31的伸缩杆长度。气缸31上设置有能够检测钢丝绳33张力的绳索张力计34，绳索张力计34与控制器21相连接。
横杆10为空心管，横杆10的端部与风叶11的中部相铰接，横杆10的端部还通过一压簧35与风叶11的下部相连接；当压簧35处于复原状态时，风叶11倾斜设置，且该风叶11上端与固定柱9中心线之间的距离小于风叶11下端与固定柱9中心线之间的距离。
具体来讲，固定柱9上设置有电机，横杆10内穿设有拉索37，拉索37的内端与电机的输出端相连接，拉索37的外端穿过压簧35与风叶11相连接。电机的输出端设置有一线盘38，拉索37的内端均连接于线盘38上。风叶11的内表面开设有螺孔，螺孔上转动设置有螺栓36，拉索37的外端固定于螺栓36上。
本发明巧妙地将反光层设计于风叶上，既降低了成本，又减轻了船只重量，而风叶与横杆之间的夹角大小可调，则可根据实际的风向情况进行调整，使外反光层与太阳能发电机二相配合，或者使内反光层与太阳能发电机一相配合。进而提高本系统的能源利用率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述发电系统包括：
船体(1)，所述船体(1)漂浮于海面上；
波浪能发电单元(2)，所述波浪能发电单元(2)包括可随波浪升降的浮子(3)，所述浮子(3)通过力臂(4)铰接于船体(1)上；所述船体(1)上设置有与所述浮子(3)相对应的液压缸(5)，所述液压缸(5)内滑动设置有活塞，所述力臂(4)通过传动机构(6)与所述活塞相连接，所述传动机构(6)可调节活塞的伸缩行程；
风能发电单元(7)，所述风能发电单元(7)包括固定于船体(1)上的立杆(8)，所述立杆(8)内转动设置有转轴，所述转轴的上端设置有一圆柱形的固定柱(9)，所述固定柱(9)的外侧壁上沿水平方向设置有若干根横杆(10)，所述横杆(10)的端部转动设置有风叶(11)且两者之间的夹角大小可调，所述船体(1)上设置有与所述转轴相对应的液压泵(12)；
太阳能发电单元(13)，所述太阳能发电单元(13)包括分别设置于风叶(11)外表面与内表面的外反光层(14)与内反光层(15)，所述固定柱(9)的上端设置有与所述内反光层(15)相对应的太阳能发电机一(16)，所述船体(1)上设置有与所述外反光层(14)相对应的太阳能发电机二(17)；
所述发电系统还包括与所述液压缸(5)及液压泵(12)相配合的液压马达(18)及发电机(19)。
2.根据权利要求1所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述船体(1)外表面的底部设置有浪潮仪(20)，所述船体(1)上设置有控制器(21)，所述控制器(21)的前端设置有与所述浪潮仪(20)相连接的A/D转换器(22)，所述A/D转换器(22)能够将从浪潮仪(20)处获得的测量信号转化为数字信号，并传递给控制器(21)，所述控制器(21)还包括用于储存计算风叶(11)与横杆(10)之间夹角大小的算法的程序储存器(23)，所述控制器(21)根据程序储存器(23)计算得出的值，控制风叶(11)与横杆(10)之间的夹角大小。
3.根据权利要求2所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述控制器(21)还连接有晶振电路(24)、时钟电路(25)及数据存储器(26)。
4.根据权利要求1或2或3所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述船体(1)上设置有与所述太阳能发电机一(16)和太阳能发电机二(17)相对应的蓄电池(27)，所述蓄电池(27)与太阳能发电机一(16)之间通过无线电力传输方法进行电力传输，所述蓄电池(27)还与所述发电机(19)电连接，所述太阳能发电机二(17)通过导线和蓄电池(27)电连接。
5.根据权利要求4所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述传动机构(6)包括连杆(28)和曲柄(29)，所述连杆(28)的外端与所述力臂(4)相铰接，所述连杆(28)的内端与曲柄(29)的外端通过一销轴(29a)相铰接，所述曲柄(29)的内端铰接于船体(1)上；所述传动机构(6)还包括摇杆(30)，所述摇杆(30)的上端与所述销轴(29a)相铰接，所述摇杆(30)的下端与所述活塞相铰接。
6.根据权利要求5所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述曲柄(29)包括气缸(31)和柄体(32)，所述气缸(31)的缸体铰接于船体(1)上，所述柄体(32)的一侧设置于气缸(31)的伸缩轴的端部，所述柄体(32)的另一侧铰接于所述销轴(29a)上。
7.根据权利要求6所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括钢丝绳(33)，所述钢丝绳(33)的两端分别与所述气缸(31)的缸体及柄体(32)相连接，所述钢丝绳(33)的长度大于所述气缸(31)的伸缩杆长度。
8.根据权利要求1或2或3所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述横杆(10)为空心管，所述横杆(10)的端部与风叶(11)的中部相铰接，所述横杆(10)的端部还通过一压簧(35)与所述风叶(11)的下部相连接；当所述压簧(35)处于复原状态时，所述风叶(11)倾斜设置，且该风叶(11)上端与固定柱(9)中心线之间的距离小于风叶(11)下端与固定柱(9)中心线之间的距离。
9.根据权利要求8所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述固定柱(9)上设置有电机，所述横杆(10)内穿设有拉索(37)，所述拉索(37)的内端与所述电机的输出端相连接，所述拉索(37)的外端穿过所述压簧(35)与风叶(11)相连接。
10.根据权利要求9所述的海上浮式多能互补发电系统，其特征在于，所述电机的输出端设置有一线盘(38)，所述拉索(37)的内端均连接于所述线盘(38)上。
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