CN109611284A - 一种新型浮式多能源集成发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋能利用技术领域，提供了一种新型浮式多能源集成发电系统，包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置；浮式张力腿风能发电结构包括风力机、塔架结构、张力腿式支撑平台和配套电力传输系统，所述的张力腿式支撑平台包括下浮体结构、浮筒和张力筋腱；所述的风力机为兆瓦级水平轴风力发电机，其通过塔架结构与下浮体结构固定连接；下浮体结构固定在浮筒上，再通过张力筋腱及锚固系统固定于海床；本发明提高了海域的有效利用率，降低了建设成本和维修费用，可广泛应用于我国东部中等水深及深水区域的风能‑波浪能资源的开放。

Description

一种新型浮式多能源集成发电系统
技术领域
本发明属于海洋能利用技术领域，尤其涉及风能和波浪能综合利用装置，以张力腿平台为基础将风能和振荡水柱式波浪能相结合的集成发电系统。
背景技术
海上风能和波浪能都是清洁可再生的海洋能源，可利用风力发电装置将风能转换成电能，利用波浪发电装置将波浪能转换成电能。我国东部沿海的海上可开发风能资源约达7.5亿千瓦，不仅资源潜力巨大，而且开发利用市场条件良好，更靠近中国的能源消费中心，可以减少因长距离输电带来的成本。目前，已建成的海上风电场均为固定式风机，但随着水深的增大，浮式风机将成为更好的选择。浮式张力腿结构受力合理，动力性能良好，可有效的避开波浪能集中的频率发生共振的区域，有利于对运动的最优化控制，提高波浪能的利用效率。风能丰富的水域波浪能资源也很丰富。但是，相比于海上风力发电，波浪能发电装置能量转化率较低，单位发电成本较高，一定程度限制了其商业化应用。该新型浮式多能源集成发电系统适用水深较广，可用于近海中等水深区域和远海深水区域。
将海上风电开发和波浪能资源利用相结合，实现多能互补，可以有效的提高海上风电场的发电能力，提高资源的利用率，是解决海洋可再生能源综合利用，降低可再生能源发电成本的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于中等水深和深水区域的新型浮式多能源集成发电系统，使二者共享支撑平台结构和电力传输配套系统。
本发明的技术方案：
一种新型浮式多能源集成发电系统，包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置3；浮式张力腿风能发电结构包括风力机1、塔架结构2、张力腿式支撑平台和配套电力传输系统，所述的张力腿式支撑平台包括下浮体结构5、浮筒6和张力筋腱7；所述的风力机1为兆瓦级水平轴风力发电机，其通过塔架结构2与下浮体结构5固定连接；下浮体结构5固定在浮筒6上，再通过张力筋腱7及锚固系统12固定于海床；
所述的波浪能发电装置3为振荡水柱式发电装置，轴对称布置于张力腿式支撑平台海平面附近，适当减小波浪载荷；
所述的波浪能发电装置3的外形为倒圆台形状，圆台倾角为45度～55度，为了减小波浪载荷对波浪能发电装置3的作用，同时为了提高气室9内的能量转换效率；所述的波浪能发电装置3包括气室9和空气透平发电机10，其将水柱的上下往复运动转化气体的往复运动，进而通过空气透平发电机10完成波浪能的发电；所述的波浪能发电装置3不包括底板，以使波浪更好地进入到气室9中，从而提高捕能效率；
所述的波浪能发电装置3在顶部平台与斜面交叉处的部分做了强化处理，保证在正常使用状况下的强度安全。在安装前预先通过模型实验测定波浪能发电装置3自振频率，使装置的自振频率与当地波浪的运动频率错开防止共振。波浪能发电装置3的形状合乎流体力学规律可有效的降低波浪进入装置的摩擦阻力最大限度地吸收波浪能。所述的气室9，采用分舱设计，通过隔板11分成三个区域，椎体上窄下宽，每个区域按照空气动力学中空气的运动规律经计算模拟后不断优化利用最终采用锥形设计，以期获得最大的顶端气体出口流速，保证气流末端压强增大，更快的推动空气透平发电机10转动，提高发电效率。椎体曲面采用旋转抛物面的形式过度平滑防止出现应力集中现象不必施焊防止提高了锥体的疲劳寿命也便于椎体的标准化生产。
本装置充分利用了浮式风机的张力腿基座，和波浪能装置共享平台及电力传输系统。
本发明分别通过风力机和水面处的波浪能发电装置将风能和波浪能转变为电能，并共用张力腿式支撑平台结构和配套电力传输系统。
本发明的有益效果：
(1)张力腿结构能有效地控制浮式平台的纵摇和横摇，有利于顶部风机的良好运行，也有效地控制由于顶部大质量机舱惯性运动所引起的巨大塔架弯矩载荷。
(2)将海上风电同波浪能发电装置相结合，共用海上平台、变压、输电等设备，提高了系统的整体发电功率，增加了发电量和有效工作小时数，降低了投资成本。
(3)波浪能装置采用圆台外形，降低了波浪载荷，提高了系统的稳定性能。
(4)本发明提高了海域的有效利用率，降低了建设成本和维修费用，可广泛应用于我国东部中等水深及深水区域的风能-波浪能资源的开放。
附图说明
图1是本发明的多能源集成发电系统的侧视图。
图2是本发明的振荡水柱式波浪能发电装置三维图。
图中：1风力机；2塔架结构；3波浪能发电装置；4套筒；5下浮体结构；6浮筒；7张力筋腱；8波浪水柱；9气室；10空气透平发电机；11隔板；12锚固系统。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和技术方案，对本发明作进一步说明。
如图1所示，波浪能发电装置3设在海平面附近，通过套筒4紧固在塔架结构2上，套筒4起到保护塔基的作用。波浪能发电装置3内的水柱8在波浪的外力作用下做往复运动，进而转化为气室9内气体的往复运动，从而驱动空气透平发电机10发电。采用双向空气透平发电机，因而波浪起落过程均可用来发电，发电连续性较好，效率高。
该方法为：风力发电机1在风力作用下发出电能；波浪能发电装置3通过套筒4和塔架结构2在海平面附近固连，波浪进入到波浪能发电装置3内，在气室9中产生上下振动的水柱8，水柱8上下往复运动推动气室9内的气体往复通过上端出气口，气体往复通过出气口时驱动空气透平发电机10发电，产生电能。风力发电机1产生的电能和波浪能装置产生的电能汇集后，通过传输系统送至电网，供陆地用户使用。
基于浮式张力腿平台的多能源集成发电系统的施工安装流程如下：首先，选用现有张力腿平台施工工艺，将张力筋腱7固定于海底；其次，将水面处波浪能发电装置3、塔架结构2、下浮体结构5和浮筒6进行岸上组装，采用浮拖方式运至制定海域，用专业施工船将组装结构已锚固好的张力筋腱进行对接安装；最后，依次安装塔架结构2和顶部风力机1，完成基于浮式平台的多能源集成发电系统的施工安装。
本发明采用的多能源集成发电系统，风力发电、波浪能发电在同一个支撑结构上完成，使二者共享支撑平台和电力传输配套系统，很大程度上降低了发电的成本，结构稳定合理，更进一步证明了本发明的可实施性，具有显著的技术效果。

Claims (1)

1.一种新型浮式多能源集成发电系统，其特征在于，所述的新型浮式多能源集成发电系统包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置(3)；浮式张力腿风能发电结构包括风力机(1)、塔架结构(2)、张力腿式支撑平台和配套电力传输系统，所述的张力腿式支撑平台包括下浮体结构(5)、浮筒(6)和张力筋腱(7)；所述的风力机(1)为兆瓦级水平轴风力发电机，其通过塔架结构(2)与下浮体结构(5)固定连接；下浮体结构(5)固定在浮筒(6)上，再通过张力筋腱(7)及锚固系统(12)固定于海床；
所述的波浪能发电装置(3)为振荡水柱式发电装置，轴对称布置于张力腿式支撑平台海平面附近，适当减小波浪载荷；
所述的波浪能发电装置(3)的外形为倒圆台形状，圆台倾角为45度～55度，为了减小波浪载荷对波浪能发电装置(3)的作用，同时为了提高气室(9)内的能量转换效率；所述的波浪能发电装置(3)包括气室(9)和空气透平发电机(10)，其将水柱的上下往复运动转化气体的往复运动，进而通过空气透平发电机(10)完成波浪能的发电；所述的波浪能发电装置(3)不包括底板，以使波浪更好地进入到气室(9)中，提高捕能效率；
所述的波浪能发电装置(3)的自振频率与当地波浪的运动频率错开防止共振；所述的气室(9)，采用分舱设计，通过隔板(11)分成三个椎体区域，椎体区域上窄下宽，以获得最大的顶端气体出口流速，保证气流末端压强增大，更快的推动空气透平发电机(10)转动，提高发电效率；
新型浮式多能源集成发电系统分别通过风力机(1)和水面处的波浪能发电装置(3)将风能和波浪能转变为电能，并共用张力腿式支撑平台和配套电力传输系统。
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