CN108561266A - 垂荡式波浪能-风能组合发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂荡式波浪能‑风能组合发电装置，包括基础平台和发电装置本体，基础平台包括平台定位结构和可潜式浮箱，可潜式浮箱内设有设备布置舱，设备布置舱内设有发电设备和储能机构，发电设备包括双向液压马达、发电机、活塞杆和液压缸；发电装置本体包括立柱和垂荡式浮箱，垂荡式浮箱内设有运动传感器，垂荡式浮箱的上方设有连杆，连杆的端部设有旋翼，活塞杆设置在垂荡式浮箱的下方。本发明，集成了波浪能发电和风能发电，结构设置紧密，工作效率高，减少占用空间，且设备较少，节省生产成本，同时平台定位结构不直接承受垂荡式浮箱产生的波浪力，增加平台定位结构的使用寿命，旋翼沿水平方向转动，立柱结构受载均匀，不易损坏。

Description

垂荡式波浪能-风能组合发电装置
技术领域
本发明涉及海洋能利用技术领域，具体涉及一种垂荡式波浪能-风能组合发电装置。
背景技术
传统的化石能源日益枯竭,人类需要寻求新的绿色能源。而海洋中蕴藏着丰富的绿色能源,包括波浪能、海上风能、潮汐能、海流能、盐差能等多种不同类型的能源可供人类进行开发。海洋能具有能量巨大、绿色清洁等优点,但是日前也存在着效率低、开发成本高等缺点。
目前大多数海洋能开发效率很低,还不具备开发利用价值,现在较为常见的海洋能主要以研究波浪能和风能为主,其技术较为成熟。常见的波浪能发电机构有海蛇、垂荡式等,海洋风能发电则往往需要将风机装在一个专用的海洋平台上。
事实上处在远海的风能发电平台有着丰富的波浪能和风能资源,单一平台只用于供风能发电成本较高,为了提高平台的经济效益,较为充分的利用远海发电平台附近的风能和波浪能,还需要一种能综合利用远海风能和波浪能的组合发电装置。
为了解决上述问题，波浪能-风能组合发电装置应需而生，目前已有的波浪能-风能组合发电装置多为波浪能发电装置和风能发电装置分别发电，可视为在一个小型海洋平台上分别安装风力发电装置和波浪能发电装置两套设备，即现有风浪组合发电方式分别先进行波浪能-电能、风能-电能的转化，再将波浪发电和风力发电并网。但是这种波浪能-风能组合发电装置还存在以下缺陷：
(1)该系统需要风力发电机和波浪能发电机两套装置，占用空间大、需要发电机较多，且需要对两套发电机的电力进行并网后输出，还需额外布置电力并网设备，增加开发成本；
(2)传动的波浪能发电设备需要通过平台定位结构直接承受垂荡式浮筒产生的波浪力，平台定位结构使用寿命短；
(3)传统的风力发电装置会对平台结构产生侧向载荷,造成立柱结构受载不均而布局结构损坏，缩短立柱结构的使用寿命。
有鉴于此，急需对现有的波浪能-风能组合发电装置进行改进，减少设备的占地空间、节省开发成本、同时增加平台定位结构及立柱结构的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的波浪能-风能组合发电装置存在占地空间大、开发成本高以及平台定位结构和立柱结构的使用寿命低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种垂荡式波浪能-风能组合发电装置，包括：
基础平台，包括平台定位结构和与所述平台定位结构连接的可潜式浮箱，所述平台定位结构的底部伸入海底固定，所述可潜式浮箱的内设有设备布置舱和压载舱，所述设备布置舱内设有发电设备以及用于储存电能的储能机构，所述发电设备包括双向液压马达、发电机以及液压缸和与其适配的活塞杆，所述活塞杆的顶部伸出所述设备布置舱设置；
发电装置本体，包括设置在所述可潜式浮箱的上方的立柱和套设在所述立柱上的垂荡式浮箱，所述垂荡式浮箱内设有运动传感器且其可沿所述立柱的长度方向上下运动，所述垂荡式浮箱的上方设有连杆，所述连杆伸出所述立柱的顶部设置且其端部设有旋翼，所述活塞杆设置在所述垂荡式浮箱的下方，所述垂荡式浮箱带动所述活塞杆的底部在所述液压缸内上下运动，液压挤入所述双向液压马达内并带动其转动，通过所述双向液压马达带动所述发电机产生电能，并配置为：
波浪促使所述垂荡式浮箱向上运动，所述运动传感器检测所述垂荡式浮箱的运动信息并发出信号给中央控制单元，所述中央控制单元接收该信号并控制所述旋翼产生升力；
波浪促使所述垂荡式浮箱向下运动，所述运动传感器检测所述垂荡式浮箱的运动信息并发出信号给中央控制单元，所述中央控制单元接收该信号并控制所述旋翼不产生升力。
在上述方案中，所述旋翼包括转动设置在所述连杆的顶部的旋翼叶片，所述旋翼叶片和所述连杆的顶部通过翼根连杆连接，所述旋翼叶片的根部设有用于调控所述旋翼叶片与水平方向的夹角的电机，并配置为：
所述旋翼叶片产生升力，所述旋翼叶片水平设置，所述中央控制单元控制所述连杆的顶部带动所述旋转叶片转动；
所述旋翼叶片不产生升力，所述中央控制单元控制所述电机带动所述旋翼叶片向上或向下旋转90°，所述连杆的顶部带动所述旋翼叶片转动。
在上述方案中，所述旋翼叶片的截面呈平凸型，所述旋翼叶片的下表面水平设置、上表面呈流线型。
在上述方案中，所述平台定位结构与所述可潜式浮箱可拆卸连接。
在上述方案中，所述平台定位结构包括刚性平台定位结构和柔性平台定位结构，所述刚性平台定位结构包括导管架式立柱，所述柔性平台定位结构包括张力腿式平台、锚链。
在上述方案中，所述立柱上设有两组用于限制所述垂荡式浮箱的行程的限位器，所述垂荡式浮箱设置在两组所述限位器之间。
在上述方案中，每组所述限位器为两个，并沿所述立柱的中心线对称设置。
与现有技术相比，本发明集成了波浪能发电和风能发电，结构设置紧密，工作效率高，减少占用空间，且设备较少，节省生产成本，同时平台定位结构不直接承受垂荡式浮箱产生的波浪力，增加平台定位结构的使用寿命，旋翼沿水平方向转动，立柱结构受载均匀，不易损坏。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的发电设备的结构示意图；
图3为本发明的旋翼的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种垂荡式波浪能-风能组合发电装置，使结构设置紧密，工作效率高，减少占用空间，且设备较少，节省生产成本，同时增加平台定位结构和立柱的使用寿命。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。
如图1所示，本发明提供的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，包括基础平台和发电装置本体。
基础平台包括平台定位结构10和与平台定位结构10连接的可潜式浮箱20，平台定位结构10的底部伸入海底固定，由于在工作状态下，可潜式浮箱20始终保持在水下，所以没经过一段时间就需要对其进行维护，而在水下维护非常不方便，因此将平台定位结构10与可潜式浮箱20可拆卸连接，当需要对设备进行维护时，将平台定位结构10与可潜式浮箱20脱开，使可潜式浮箱20浮出水面进行维护，增加维护的便利性。
如图1和图2所示，可潜式浮箱20的内设有设备布置舱21和压载舱22，压载舱22提供重力基础，克服海水的浮力，减少平台定位结构10的受力，进而增加平台定位结构10的使用寿命。设备布置舱21内设有发电设备以及用于储存电能的储能机构，发电设备包括双向液压马达210、发电机211以及液压缸212和与其适配的活塞杆213，活塞杆213的顶部伸出设备布置舱21设置。
如图1和图3所示，发电装置本体包括设置在可潜式浮箱20的上方的立柱30和套设在立柱30上的垂荡式浮箱40，垂荡式浮箱40内设有运动传感器且垂荡式浮箱40可沿立柱30的长度方向上下运动，垂荡式浮箱40可悬浮在海水的表面，并可通过波浪的促使上下浮动。垂荡式浮箱40的上方设有连杆50，连杆50伸出立柱30的顶部设置且其端部设有旋翼60，旋翼60包括转动设置在连杆50的顶部的旋翼叶片61，该种实现方式有多种，如连杆50内设有驱动电机，在驱动电机的作用下，连杆50的顶部与连杆50之间可相对转动，进而带动旋翼叶片61转动。
旋翼叶片61和连杆50的顶部通过翼根连杆62连接，旋翼叶片61的截面呈平凸型，旋翼叶片61的下表面水平设置、上表面呈流线型，使其能够在风力的作用下转动，旋翼叶片61的根部设有用于调控旋翼叶片61与水平方向的夹角的电机，优选的，进而控制旋翼叶片61是否在风力的作用下产生升力，具体实现方式如下：
旋翼叶片61产生升力，旋翼叶片61水平设置，中央控制单元控制连杆50的顶部带动旋转叶片转动；
旋翼叶片61不产生升力，中央控制单元控制电机带动旋翼叶片61向上或向下旋转90°，连杆50的顶部带动旋翼叶片61转动。
活塞杆213设置在垂荡式浮箱40的下方，垂荡式浮箱40带动活塞杆213的底部在液压缸212内上下运动，液压挤入双向液压马达210内并带动其转动，通过双向液压马达210带动发电机211产生电能。
本发明的工作原理如下
波浪促使垂荡式浮箱40向上运动，运动传感器检测垂荡式浮箱40的运动信息并发出信号给中央控制单元，中央控制单元接收该信号并控制电机带动旋翼叶片61运动，使旋翼叶片61与水平方向平行，再控制立柱30的顶部带动旋翼叶片61转动，旋翼叶片61产生升力，进而通过连杆50带动垂荡式浮箱40继续向上运动，以此增加了垂荡式浮箱40带动活塞杆213向上运动的行程，进而增加了进入双向液压马达210内的液压，增加发电效率；
波浪促使垂荡式浮箱40向下运动，运动传感器检测垂荡式浮箱40的运动信息并发出信号给中央控制单元，中央控制单元接收该信号并控制电机带动旋翼叶片61向上或向下旋转90°，此时立柱30的顶部继续带动旋翼叶片61转动，但由于旋翼叶片61竖直设置，故不产生升力，不影响垂荡式浮箱40在自身重力的作用下下沉，通过活塞杆213在液压缸212内的运动促进双向液压马达210转动，进而产生电能。
本发明使用时，立柱30的顶部始终带动着旋翼叶片61转动，减少因启动设备而损失的能量，同时由于各个波浪的间距较短，因此倘若通过控制立柱30的顶端的转动来控制旋翼叶片61是否产生上升力，当需要产生上升力时，立柱30的顶端可能还没有达到最大转速，影响发电效率。
本发明的平台定位结构10可根据不同海域采用多种形式，其中可以是导管架式立柱30等刚性平台定位结构10，也可以是张力腿式平台、锚链等柔性平台定位结构10，可根据实际情况进行选择。
立柱30上设有两组用于限制垂荡式浮箱40的行程的限位器70，垂荡式浮箱40设置在两组限位器70之间，限制垂荡式浮箱40的活动范围，防止影响本发明的正常使用，同时每组限位器70之间的距离可根据海域的实际情况进行调节，使用方便，且每组限位器70为两个，并沿立柱30的中心线对称设置，当垂荡式浮箱40接触到限位器70，使垂荡式浮箱40的两侧受力均匀，防止垂荡式浮箱40倾斜。
本发明，集成了波浪能发电和风能发电，结构设置紧密，工作效率高，减少占用空间，且设备较少，节省生产成本，同时平台定位结构不直接承受垂荡式浮箱产生的波浪力，增加平台定位结构的使用寿命，旋翼沿水平方向转动，立柱结构受载均匀，不易损坏。
本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，包括：
基础平台，包括平台定位结构和与所述平台定位结构连接的可潜式浮箱，所述平台定位结构的底部伸入海底固定，所述可潜式浮箱的内设有设备布置舱和压载舱，所述设备布置舱内设有发电设备以及用于储存电能的储能机构，所述发电设备包括双向液压马达、发电机以及液压缸和与其适配的活塞杆，所述活塞杆的顶部伸出所述设备布置舱设置；
发电装置本体，包括设置在所述可潜式浮箱的上方的立柱和套设在所述立柱上的垂荡式浮箱，所述垂荡式浮箱内设有运动传感器且其可沿所述立柱的长度方向上下运动，所述垂荡式浮箱的上方设有连杆，所述连杆伸出所述立柱的顶部设置且其端部设有旋翼，所述活塞杆设置在所述垂荡式浮箱的下方，所述垂荡式浮箱带动所述活塞杆的底部在所述液压缸内上下运动，液压挤入所述双向液压马达内并带动其转动，通过所述双向液压马达带动所述发电机产生电能，并配置为：
波浪促使所述垂荡式浮箱向上运动，所述运动传感器检测所述垂荡式浮箱的运动信息并发出信号给中央控制单元，所述中央控制单元接收该信号并控制所述旋翼产生升力；
波浪促使所述垂荡式浮箱向下运动，所述运动传感器检测所述垂荡式浮箱的运动信息并发出信号给中央控制单元，所述中央控制单元接收该信号并控制所述旋翼不产生升力。
2.根据权利要求1所述的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，所述旋翼包括转动设置在所述连杆的顶部的旋翼叶片，所述旋翼叶片和所述连杆的顶部通过翼根连杆连接，所述旋翼叶片的根部设有用于调控所述旋翼叶片与水平方向的夹角的电机，并配置为：
所述旋翼叶片产生升力，所述旋翼叶片水平设置，所述中央控制单元控制所述连杆的顶部带动所述旋转叶片转动；
所述旋翼叶片不产生升力，所述中央控制单元控制所述电机带动所述旋翼叶片向上或向下旋转90°，所述连杆的顶部带动所述旋翼叶片转动。
3.根据权利要求2所述的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，所述旋翼叶片的截面呈平凸型，所述旋翼叶片的下表面水平设置、上表面呈流线型。
4.根据权利要求1所述的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，所述平台定位结构与所述可潜式浮箱可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，所述平台定位结构包括刚性平台定位结构和柔性平台定位结构，所述刚性平台定位结构包括导管架式立柱，所述柔性平台定位结构包括张力腿式平台、锚链。
6.根据权利要求1所述的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，所述立柱上设有两组用于限制所述垂荡式浮箱的行程的限位器，所述垂荡式浮箱设置在两组所述限位器之间。
7.根据权利要求6所述的垂荡式波浪能-风能组合发电装置，其特征在于，每组所述限位器为两个，并沿所述立柱的中心线对称设置。
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