CN107061127A - 海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，属于可再生能源利用与海洋工程装备技术领域。该组发电装置对水深的适用性较强，尤其适用于海上波浪能、风能和海流能资源丰富的深远海域；采用呈三角形分布的三浮筒设计，不仅满足了波浪能发电装置和风力发电机的布放要求，而且实现了结构简单、轻量化；浮筒上部布置有人行桥和横梁，输电系统和发电设备均布置在横梁上，便于施工人员的日常维护和检修，浮筒底部安装有制荡板，可有效做到减摇、减荡；液压缸与摆板的夹角可调节，使其能适应不同的浪高；海流发电装置安装有仿生自动调向舵，海流流过仿生自动调向舵，在两侧压力差的作用下可使海流发电装置保持稳定，并始终能以最大的效率工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，属于可再生能源利用与海洋工程装备技术领域。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的增长、社会的进步，人们对能源的需求越来越大，世界能源危机日益加剧。对常规能源的过度开发，不仅造成地球能源资源的快速枯竭，而且使得地球环境变得日益恶劣。因此，如何解决严峻的能源危机问题，实现低碳减排，已成为21世纪以来世界各国最为关注的问题之一。解决此问题的一个重要途径就是积极开发利用可再生能源，例如取之不尽用之不竭的海洋波浪能、风能和海流能等可再生能源。
海上风电技术经过20多年的发展已经得到了较大提高，随着海上风电向着深水化发展，世界各国纷纷开展了一些漂浮式基础的研究。主要的形式有荷兰的三浮体结构，美国的张力腿结构和日本的Spar式结构，但这些平台存在着或稳定性差、或技术难度大、或经济性差等问题。波浪能利用方面，目前波浪能发电技术整体正朝着高效率、高可靠性、低成本方向发展。主要形式有：装置形状和运行特性酷似鸭的运动的“点头鸭”式；波浪带动水柱上下往复运动的振荡水柱式；波浪推动摆体作前后或上下摆动的推摆式；利用狭道聚集波能的聚波蓄能式；借助振荡浮子将波浪能转化为电能的振荡浮子式；通过波面阀、铰链、液力活塞等机构发电的筏式波能发电装置。海流能研究开发方面，英国无疑走在了世界前列。海流发电装置和风力发电装置的原理类似，主要形式有桨叶式海流发电机、涡轮海流发电装置和摆动尾翼式海流发电装置等。
尽管现有技术中关于单独利用波浪能、风能和海流能的资料较多，但能够综合利用波浪能、风能和海流能且瞄准深远海的技术资料较少。公开报道中，尚没有成型的同时利用远海波浪能、风能和海流能进行联合发电的装置。
发明内容
本发明拟要解决的技术问题是克服上述现有技术中不能应用于深远海、结构复杂等不足，提供一种结构形式简单，工作效率高，对水深适用性强，具有较高实用价值的海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置。
本发明采用的技术方案是：一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，它包括波浪能发电装置、海流发电装置、风力发电机和海上浮式平台，其特征在于：所述波浪能发电装置、海流发电装置和风力发电机固定安装在海上浮式平台上；所述海上浮式平台包括圆柱形浮筒、椭圆柱形浮筒、人行桥、护栏、制荡板、连接构件、平台梯、锚泊设备和输电系统；海上浮式平台采用半潜式结构，由锚泊设备固定，一个圆柱形浮筒和两个椭圆柱形浮筒呈三角形分布，圆柱形浮筒的侧面装有平台梯；圆柱形浮筒和椭圆柱形浮筒的底部由连接构件、制荡板连接，连接构件布置于制荡板下，圆柱形浮筒和椭圆柱形浮筒上部由人行桥连接，两侧人行桥之间由横梁连接；所述人行桥和横梁上装有护栏，输电系统和液压发电设备布置在横梁上；所述波浪能发电装置包括摆板、液压缸、摆板轴、轴承支座、液压缸角度固定板和液压发电设备；波浪能发电装置采用键盘型摆式结构，摆板穿过摆板轴，摆板轴两端固定在轴承支座上，轴承支座坐落在制荡板上；波浪推动摆板摆动，摆板驱动液压缸带动液压发电设备发电；
所述海流发电装置包括桨叶、导流罩、连接轴、仿生自动调向舵和海流发电机舱；海流能发电装置采用桨叶式自调向型结构，连接轴顶端与浮式平台的制荡板固定连接，底端与海流发电装置的发电机舱连接，发电机舱绕着连接轴转动；仿生自动调向舵位于海流发电装置尾部，海流流过仿生自动调向舵时在两侧压力差的作用下使海流发电装置自动调向，工作过程中海流流过导流罩带动桨叶转动，带动发电机舱中的发电设备发电；所述风力发电机采用上风型水平轴式结构，风力发电机安装在圆柱形浮筒上塔架的顶端，由轮毂周边的三个风叶驱动发电。
所述波浪能发电装置横向位于两个椭圆柱形浮筒的中间，纵向位于两个椭圆柱形浮筒和圆柱形浮筒之间。
所述海流发电装置布置在制荡板下面，横向位置上处于浮式平台的中轴线上。
所述摆板为多个，摆板前后分别对称布置有液压缸，液压缸与摆板之间的夹角采用调节式。
所述波浪能发电装置、海流发电装置和风力发电机发的电能通过输电系统输送到岸上或岛屿上。
本发明的有益效果是：这种海洋波浪能、风能与海流能联合并网发电装置对水深的适用性较强，尤其适用于海上波浪能、风能和海流能资源丰富的深远海域；采用呈三角形分布的三浮筒设计，不仅满足了波浪能发电装置和风力发电机的布放要求，而且实现了结构简单、轻量化；浮筒上部布置有人行桥和横梁，输电系统和波浪能发电装置的液压发电设备均布置在横梁上，这样便于施工人员的日常维护和检修，浮筒底部安装有制荡板，可有效做到减摇、减荡；液压缸与摆板的夹角可调节，使其能适应不同的浪高；海流发电装置安装有仿生自动调向舵，海流流过仿生自动调向舵，在两侧压力差的作用下可使海流发电装置保持稳定，并始终能以最大的效率工作。
附图说明
图1是海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置轴测图。
图2是海上浮式平台与海流发电装置仰视图。
图3是海上浮式平台与海流发电装置后视图。
图4是键盘型摆式波浪能发电装置能轴测图。
图5是键盘型摆式波浪能发电装置能俯视图。
图6是桨叶式自调向型海流发电装置轴测图。
图中：1、风叶，2、轮毂，3、机舱，4、塔架，5、圆柱形浮筒，6、椭圆柱形浮筒，7、制荡板，8、平台梯，9、锚泊设备，10、人行桥，11、横梁，12、输电系统，13、液压发电设备，14、摆板、15、液压缸，16、摆板轴，17、轴承支座，18、液压缸角度固定板，19、连接构件，20、护栏，21、桨叶，22、导流罩，23、连接轴，24、仿生自动调向舵，25、海流发电机舱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置包括波浪能发电装置、风力发电机和海上浮式平台，其中波浪能发电装置、风力发电机和海流发电装置固定安装在海上浮式平台上。整个装置可以在岸上整体组装完成后由半潜驳船托运到预定海域，利用卫星定位后，通过锚泊设备9固定；也可以在岸上先完成波浪能发电装置、海流发电装置和海上浮式平台的预组装，然后由驳船或拖轮托运到预定海域，经过卫星定位和锚泊设备9固定后，再利用海上风电安装设备吊装风力发电机。
如图2、图3所示，海上浮式平台为半潜式，依靠锚泊设备9固定，主要由圆柱形浮筒5、椭圆柱形浮筒6、人行桥10、护栏20、制荡板7、连接构件19、平台梯8、锚泊设备9、输电系统12等组成。实际使用时，一个圆柱形浮筒5和两个椭圆柱形浮筒6的上表面高于海面，人行桥10、横梁11、输电系统12和波浪能发电装置的液压发电设备13也均位于海面以上。为了避免圆柱形浮筒5对波浪的干扰，整个海上浮式平台呈三角形，并且将椭圆柱形浮筒6布放在前面，将其作为迎浪端。
如图4、图5所示，波浪能发电装置部分主要包括摆板14、液压缸15、摆板轴16、轴承支座17、液压缸角度固定板18、液压发电设备13等。该装置采用键盘型摆式结构，摆板14穿过摆板轴16，摆板轴16两端固定在轴承支座17上，轴承支座17坐落在制荡板7上。出于重量分布平衡的考虑，摆板14横向上布置于两个椭圆柱形浮筒6中间，纵向上布置于两个椭圆柱形浮筒6后面。没有波浪的状态下，摆板14静止不动呈竖直状态。当波浪冲击波浪发电装置时，首先波浪推动摆板14摆动，摆板14驱动液压缸15做功，从而带动液压发电设备13发电。摆板14前后分别对称布置有液压缸15，使得摆板14的摆动没有空程，大大提高了能量转化效率。整个装置所实现的能量转换过程是：波浪能转换为摆板14动能，摆板14动能转换为液压油势能（压力能），液压油势能转换为发电机转子的动能，最终转换为电能。
如图2、图3、图6所示，海流发电装置布置在制荡板7下面，横向位置处于浮式平台的中轴线上。海流发电装置包括桨叶21、导流罩22、连接轴23、仿生自动调向舵24、海流发电机舱25等部分。该装置采用桨叶式自调向型，连接轴23顶端与浮式平台的制荡板7固定连接，底端与海流发电机舱25连接，海流发电机舱25可绕着连接轴23转动；仿生自动调向舵24位于海流发电装置尾部，海流流过仿生自动调向舵24，在两侧压力差的作用下可使海流发电装置自动调向，工作过程中海流流过导流罩22带动桨叶21转动，桨叶21带动发电设备发电。
如图1所示，风力发电部分主要设备为上风型水平轴式风力发电机，它固定安装在海上浮式平台的圆柱形浮筒5上，它包括轮毂2、机舱3、塔架4、风叶1等部分。
波浪能、风能和海流能分别经由波浪能发电装置、风力发电机和海流发电装置转化为电能，电能通过输电系统12输送到岸上或岛屿上。
Claims (5)
1.一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，它包括波浪能发电装置、海流发电装置、风力发电机和海上浮式平台，其特征在于：所述波浪能发电装置、海流发电装置和风力发电机固定安装在海上浮式平台上；所述海上浮式平台包括圆柱形浮筒（5）、椭圆柱形浮筒（6）、人行桥（10）、护栏（20）、制荡板（7）、连接构件（19）、平台梯（8）、锚泊设备（9）和输电系统（12）；海上浮式平台采用半潜式结构，由锚泊设备（9）固定，一个圆柱形浮筒（5）和两个椭圆柱形浮筒（6）呈三角形分布，圆柱形浮筒（5）的侧面装有平台梯（8）；圆柱形浮筒（5）和椭圆柱形浮筒（6）的底部由连接构件（19）、制荡板（7）连接，连接构件（19）布置于制荡板（7）下，圆柱形浮筒（5）和椭圆柱形浮筒（6）上部由人行桥（10）连接，两侧人行桥（10）之间由横梁（11）连接；所述人行桥（10）和横梁（11）上装有护栏（20），输电系统（12）和发电设备（13）布置在横梁（11）上；所述波浪能发电装置包括摆板（14）、液压缸（15）、摆板轴（16）、轴承支座（17）、液压缸角度固定板（18）和发电设备（13）；波浪能发电装置采用键盘型摆式结构，摆板（14）穿过摆板轴（16），摆板轴（16）两端固定在轴承支座（17）上，轴承支座（17）坐落在制荡板（7）上；波浪推动摆板（14）摆动，摆板（14）驱动液压缸（15）带动液压发电设备（13）发电；所述海流发电装置包括桨叶（21）、导流罩（22）、连接轴（23）、仿生自动调向舵（24）和海流发电机舱（25）；海流能发电装置采用桨叶式自调向型结构，连接轴（23）顶端与浮式平台的制荡板（7）固定连接，底端与海流发电装置的发电机舱（25）连接，发电机舱（25）绕着连接轴（23）转动；仿生自动调向舵（24）位于海流发电装置尾部，海流流过仿生自动调向舵（24）时在两侧压力差的作用下使海流发电装置自动调向，工作过程中海流流过导流罩（22）带动桨叶（21）转动，带动发电机舱（25）中的发电设备发电；所述风力发电机采用上风型水平轴式结构，风力发电机安装在圆柱形浮筒（5）上塔架（4）的顶端，由轮毂（2）周边的三个风叶（1）驱动发电。
2.根据权利要求1所述的一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，其特征在于：所述波浪能发电装置横向位于两个椭圆柱形浮筒（6）的中间，纵向位于两个椭圆柱形浮筒（6）和圆柱形浮筒（5）之间。
3.根据权利要求1所述的一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，其特征在于：所述海流发电装置布置在制荡板（7）下面，横向位置上处于浮式平台的中轴线上。
4.根据权利要求1所述的一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，其特征在于：所述摆板（14）为多个，摆板（14）前后分别对称布置有液压缸（15），液压缸（15）与摆板（14）之间的夹角采用调节式。
5.根据权利要求1所述的一种海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置，其特征在于：所述波浪能发电装置、海流发电装置和风力发电机发的电能通过输电系统（12）输送到岸上或岛屿上。
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