CN107587981A - 一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波浪发电和风力发电工程技术研究领域，特别地涉及一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置。本发明公开了一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，包括重力桩、风力发电单元和波浪能发电单元，所述重力桩固定在海上，所述风力发电单元设置在重力桩上，所述波浪能发电单元活动设置在重力桩上，且随水位变化沿重力桩上下运动。本发明提供了一种可以用于近岸的且具有波浪与风能组合的发电装置，能量综合利用效率高，适用性好。

Description

一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置

技术领域

本发明属于波浪发电和风力发电工程技术研究领域，具体地涉及一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置。

背景技术

人类社会步入二十一世纪后资源消耗加速，作为世界主要能源来源的煤、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭，碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境破坏所产生的负面影响日渐严重。随着化石能源的日益紧张，陆地资源的日益紧缺，向广阔的海洋发展寻找清洁能源是人类必经之路。波浪能、海上风能是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一，其蕴藏量巨大，可为人类源源不断地提供清洁能源。在一些特殊地区如偏远海岛，无居民海岛，波浪能及海上风力发电具有极高的应用价值。另外，世界人口的60％居住在距海岸100km的沿海地区，随着经济全球化的发展及人们生活水平的提高，对能源的需求量将越来越大，因此，在沿海地区进行波浪能和海上风能的开发利用具有重要的现实意义。

波浪能发电最基本的原理是通过波浪的运动使装置工作并带动防水发电机发电，将水以动能和势能形式存在的机械能转化成电能。通常的波浪能发电装置多为振动水柱式、聚波蓄能式、振荡浮子式、摇摆式和阀式等装置；通常是利用设置在水面上的浮子的上下震动力发电。

而海上风力发电则是通过将海上风能转化为风力发电机叶片的动能进而转化为电能。2016年，欧洲海上风电新增并网容量1558MW，截止2016年底，欧洲海上风电的累计装机达到12631MW，共3589台机组，包括部分并网的项目在内，欧洲十国共建立了81个风电场。中国目前海上风电累计装机约750MW，到2020年预计将达到10GW，海上风力发电不论在国际还是国内潜力巨大。

中国发明专利CN104594286A公开了一种布置于远海的兼作波浪能发电装置的浮式防波堤，首先将波浪能转换为空气动能，再利用气流的流动驱动安装在通道内的透平机组转动产生电能，整个发电过程能耗较大，电能转化率较低。另外，现有的近岸桩式海上风力发电装置多为仅依靠单一风力发电，而很少与波浪能发电装置相结合组合发电，能量综合利用效率还有较大的提升空间，且现有近岸发电装置潮汐自适应能力较差，潮差大的海域难以应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置用以解决上述的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，包括重力桩、风力发电单元和波浪能发电单元，所述重力桩固定在海上，所述风力发电单元设置在重力桩上，所述波浪能发电单元活动设置在重力桩上，且随水位变化沿重力桩上下运动。

进一步的，所述波浪能发电单元包括波浪能-液压能转换单元和液压能发电单元，所述液压能发电单元设置在重力桩上，所述波浪能-液压能转换单元活动设置在重力桩上，且随水位变化沿重力桩上下运动，所述波浪能-液压能转换单元的输出端接液压能发电单元的输入端。

更进一步的，所述波浪能-液压能转化单元包括套筒、活塞固定杆、活塞头、活塞壳体、联动拉杆、浮子和挡浪板，所述套筒上下运动套设在重力桩上，所述活塞固定杆的一端固定在套筒上，另一端固定活塞头，所述活塞壳体活动套设在活塞头上，所述活塞头和活塞壳体构成一液压腔，所述挡浪板的一端铰接在套筒上，所述联动拉杆一端铰接在活塞壳体，另一端与挡浪板铰接，所述浮子设置在套筒上，波浪运动促使挡浪板沿套筒转动，从而带动联动拉杆进一步带动活塞壳体相对于活塞往复运动，挤压其内部液压腔的液体从而将波浪能转化为液压能并输出给液压能发电单元。

更进一步的，所述套筒与重力桩之间通过凹凸配合使套筒可相对于重力桩上下运动而不能转动。

进一步的，所述挡浪板的数量为2个，2个挡浪板呈一定夹角设置，所述活塞活塞壳体位于2个挡浪板之间。

进一步的，所述浮子焊接或者螺纹固定于挡浪板背浪面的套筒上。

进一步的，所述活塞头上设有进/出液压油口，并分别通过管道与液压能发电单元的进/出油口连接，构成一循环回路。

进一步的，所述液压能发电单元包括液压马达和第一发电机，所述液压马达的输出转轴与第一发电机的输入转轴同轴固定连接。

更进一步的，所述风力发电单元包括风力发电叶片和第二发电机，所述风力发电叶片的输出转轴与第二发电机的输入转轴同轴固定连接。

更进一步的，所述第一发电机和第二发电机为同一个发电机。

本发明的有益技术效果：

1.本发明不但可以将海上风力直接转化为电能，同时还可以利用风力发电机其下的波浪能发电，提高了海上清洁能源的综合利用率。

2.本发明的波浪能发电单元活动设置在重力桩上，且可随水位变化沿重力桩上下运动，可适用于潮差较大的近岸海域，适用性好。

3.本发明的发电机转子由两种不同能量驱动的发电叶片同轴带动，实现了海上多种清洁能源协同发电。

附图说明

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的部分结构示意图；

图3为本发明具体实施例的活塞壳体与联动拉杆的结构示意图；

图4为本发明具体实施例的活塞头进/出液压油口的结构示意图；

图5为本发明具体实施例的液压马达的剖视图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-5所示，一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，包括重力桩1、风力发电单元和波浪能发电单元，本具体实施例中，所述重力桩1为圆柱状结构，其下端扎入海底进行固定，上端伸出海面上，当然，在其它实施中，重力桩1也可以多面柱状结构或其它任意结构，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

所述风力发电单元固定设置在重力桩1的顶部，能更好地利用风能，所述波浪能发电单元活动设置在重力桩1上，且随水位变化沿重力桩1上下运动。

本具体实施例中，所述波浪能发电单元包括波浪能-液压能转换单元和液压能发电单元，所述液压能发电单元固定设置在重力桩1上，所述波浪能-液压能转换单元活动设置在重力桩1上，且随水位变化沿重力桩1上下运动，所述波浪能-液压能转换单元的输出端接液压能发电单元的输入端。当然，在其它实施例中，波浪能发电单元也可以采用现有的其它波浪能发电单元，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

本具体实施例中，所述波浪能-液压能转化单元包括套筒2、活塞固定杆12、活塞头11、活塞壳体3、联动拉杆4、浮子5和挡浪板15，所述套筒2上下运动套设在重力桩1上，所述活塞固定杆12的一端固定在套筒2上，另一端固定活塞头11，所述活塞壳体3活动套设在活塞头11上，所述活塞头11和活塞壳体3构成一液压腔，组成一液压缸结构，所述挡浪板15的一端铰接在套筒2上，本具体实施例中，挡浪板15为方形结构，其中一边与套筒铰接，当然，在其它实施例中，挡浪板15也可以是其它形状。所述联动拉杆4一端铰接在活塞壳体3，另一端与挡浪板15铰接，所述浮子5设置在套筒2上，波浪运动促使挡浪板15沿套筒2转动，从而带动联动拉杆4进一步带动活塞壳体3相对于活塞头11往复运动，挤压其内部液压腔的液体从而将波浪能转化为液压能并输出给液压能发电单元。

具体的，本实施例中，所述套筒3与重力桩1之间通过凹凸配合使套筒3可相对于重力桩1上下运动而不能转动。由于近岸波浪方向固定，这样就可以通过预先调节好角度使波浪能-液压能转化单元始终以最佳角度迎浪。

优选的，所述挡浪板15的数量为2个，2个挡浪板15呈一定夹角设置，所述活塞活壳体3位于2个挡浪板之间。当然，在其它实施例中，挡浪板15的数量可以根据实际情况进行选择，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

当然，活塞壳体3和活塞头11组成的液压缸结构的数量可以是1个或多个，如本实施例中为2个。

优选的，本实施例中，浮子5为浮力球，浮力球5通过焊接或者螺纹固定于挡浪板15背浪面的套筒2上。浮力球5的数量可以根据实际需要进行选择，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。浮力球5随着潮汐变化可带动整个波浪能-液压能转化单元沿着重力桩相应地上下运动，从而达到潮汐自适应之目的。

本具体实施例中，活塞头11上设有进/出液压油口13，进/出液压油口13与液压腔连通，并分别通过活塞固定杆12内部的管道连接波浪能-液压能转化单元的液压油进/出口6。

本具体实施例中，所述液压能发电单元包括液压马达10和第一发电机，所述液压马达10的进/出油口9分别通过软管与波浪能-液压能转化单元的液压油进/出口6连通构成一液压油循环回路，当然，液压油循环回路中还需要设置一些单向阀来实现，此已是很成熟的技术，具体可以参照现有技术，不再细说。

液压马达10内的液压发电叶片14的转轴与第一发电机同轴固定连接。

本具体实施例中，所述风力发电单元包括风力发电叶片7和第二发电机，所述风力发电叶片7的输出转轴与第二发电机的输入转轴同轴固定连接。

优选的，本实施例中，所述第一发电机和第二发电机为同一个发电机8。

当然，在其它实施例中，波浪能-液压能转化单元也可以采用滑槽与滑块配合等其它方式活动设置在重力桩1上。此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

当波浪靠近挡浪板15时，挡浪板15沿着套筒2转动，从而带动联动拉杆4，进而带动活塞壳体3相对于活塞头11往复运动。往复运动中的活塞壳体3与活塞头11配合，不断压缩拉伸其中液压腔的液压油，液压油通过活塞头11上的进/出液压油口13由活塞固定杆12内部的管道流至波浪能-液压能转化单元的液压油进/出口6再通过软管流至液压马达10的进/出油口9从而进入液压马达10内。这样，液压腔与液压马达10通过管道连接成闭合循环回路，在波浪作用下高能液压油不断在闭合回路循环带动液压马达10的液压发电叶片14转动从而带动同轴的发电机8的发电转子转动发电。风力发电叶片7在风力作用下转动，从而带动发电机8的发电转子转动发电。此外，当近岸水位随潮汐变化时，浮力球5带动波浪能-液压能转化单元沿着重力桩1上下运动以实现对潮汐的自适应调整，从而实现全时段装置都高效工作。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：包括重力桩、风力发电单元和波浪能发电单元，所述重力桩固定在海上，所述风力发电单元设置在重力桩上，所述波浪能发电单元活动设置在重力桩上，且随水位变化沿重力桩上下运动。

2.根据权利要求1所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述波浪能发电单元包括波浪能-液压能转换单元和液压能发电单元，所述液压能发电单元设置在重力桩上，所述波浪能-液压能转换单元活动设置在重力桩上，且随水位变化沿重力桩上下运动，所述波浪能-液压能转换单元的输出端接液压能发电单元的输入端。

3.根据权利要求2所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述波浪能-液压能转化单元包括套筒、活塞固定杆、活塞头、活塞壳体、联动拉杆、浮子和挡浪板，所述套筒上下运动套设在重力桩上，所述活塞固定杆的一端固定在套筒上，另一端固定活塞头，所述活塞壳体活动套设在活塞头上，所述活塞头和活塞壳体构成一液压腔，所述挡浪板的一端铰接在套筒上，所述联动拉杆一端铰接在活塞壳体，另一端与挡浪板铰接，所述浮子设置在套筒上，波浪运动促使挡浪板沿套筒转动，从而带动联动拉杆进一步带动活塞壳体相对于活塞往复运动，挤压其内部液压腔的液体从而将波浪能转化为液压能并输出给液压能发电单元。

4.根据权利要求3所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述套筒与重力桩之间通过凹凸配合使套筒可相对于重力桩上下运动而不能转动。

5.根据权利要求3所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述挡浪板的数量为2个，2个挡浪板呈一定夹角设置，所述活塞活塞壳体位于2个挡浪板之间。

6.根据权利要求3所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述浮子焊接或者螺纹固定于挡浪板背浪面的套筒上。

7.根据权利要求3所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述活塞头上设有进/出液压油口，并分别通过管道与液压能发电单元的进/出油口连接，构成一循环回路。

8.根据权利要求1所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述液压能发电单元包括液压马达和第一发电机，所述液压马达的输出转轴与第一发电机的输入转轴同轴固定连接。

9.根据权利要求8所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述风力发电单元包括风力发电叶片和第二发电机，所述风力发电叶片的输出转轴与第二发电机的输入转轴同轴固定连接。

10.根据权利要求9所述的潮汐自适应的波浪与风能组合近岸桩式发电装置，其特征在于：所述第一发电机和第二发电机为同一个发电机。