CN109973314B - 一种新型海上浮动式风水同步发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型海上浮动式风水同步发电机组，其包括上部风力发电装置、中部浮动式支撑结构、下部水力发电装置和海底固定装置。上部风力发电装置用于将风动力产生的机械能进行传递并转换为电能；中部浮动式支撑结构同时支撑上部风力发电装置和下部水力发电装置；下部水力发电装置用于将水动力产生的机械能进行传递并转换成电能。本发明实现风力发电和潮汐发电分别运行或者同步运行且不相互干涉，大大提高了整机的发电能力；支撑机构采用一套浮动式基础支撑两套发电装置，极大提高了利用率。

Description

一种新型海上浮动式风水同步发电机组
技术领域
本发明属于发电机技术领域，特别是涉及一种新型海上浮动式风水同步发电机组。
背景技术
目前，在全球能源趋紧和节能减排的双重重压之下，新的可再生能源受到无比青睐。相对价格偏高的太阳能发电和已经接近饱和的水电资源，风力发电成为最受追捧的“宠儿”，而其中海上风电因其发电稳定性、电网接入便利性、土地节省等多方面均优于陆上风电而具有较大发展潜力。据统计，我国近海可安装风电约2亿千瓦，海上风电年利用小时数长，风速高且稳定，单机能量产出较大。据悉，国家计划2020年前在海域重点建设几个百万千瓦级大型风电基地，在其他海域重点建设数十个10万千瓦级的海上风电场。据此，预计到2015年，我国海上风电累计装机有望达到500万千瓦；到2020年，海上风电累计装机有望达到3000万千瓦。
众所周知，与陆上风电机组不同，海上风电机组的基础结构主要分为固定式机组和悬浮式机组，固定式机组顾名思义就是采用打桩、重力式等方式固定在海床地面，其多用于水深较浅的近海区域；而浮动式基础则采用浮筒、半浸入式等方式悬浮在海平面上，底部用钢索固定在海床地面，其可用在水深较深的区域，适合于远海区域。虽然悬浮式基础的技术难度大，但是其可以更好地利用深海区域风资源，且不受海底地质情况的影响，愈来愈受青睐。
无论是固定式机组还是悬浮式基础，其造价对海上风电机组的影响很大，约占到整个工程造价的一半左右，因此如何在现有的支撑机构上，尽可能地提升海上风电机组的发电性能是亟待解决的问题。
因此，现有技术迫切需要一种新型海上浮动式风水同步发电机组,能够实现浮动式装置发电能力的有效提升，以克服现有技术中的种种缺陷。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的是提供一种新型海上浮动式风水同步发电机组。其最大特点是海平面上部采用风力发电装置，其可以采用垂直轴或者水平轴风力发电机组，利用海陆温差引起的海风和陆风；同时底部采用潮汐水力发电机组，可以利用月球引起的潮汐发电，也可以利用海底暗流来发电。整个发电装置共用一套支撑结构配备两套发电装置，大幅度提高了整套发电装置的发电能力，大大的降低了支撑结构引起的收益风险，为未来的海上发电装置提供了一种有效的解决方案。
本发明为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种新型海上浮动式风水同步发电机组，包括上部风力发电装置、中部浮动式支撑结构、下部水力发电装置、海底固定装置，所述上部风力发电装置用于将风动力产生的机械能进行传递并转换为电能；所述中部浮动式支撑结构用于同时支撑所述上部风力发电装置和所述下部水力发电装置；所述下部水力发电装置用于将水动力产生的机械能进行传递并转换成电能。
进一步地，所述上部风力发电装置采用水平轴式或者垂直轴式，所述下部水力发电装置采用阻力型或升力型，所述上部风力发电装置和所述下部水力发电装置采用同一发电机或分别设置发电机。
进一步地，所述上部风力发电装置包括风轮中部支撑轴1、叶片支撑结构2和风力发电叶片3，所述风力发电叶片3与所述叶片支撑结构2连接，所述叶片支撑结构2与所述风轮中部支撑轴1连接，从而所述风力发电叶片3旋转时带动所述风轮中部支撑轴1转动。
进一步地，所述中部浮动式支撑结构包括风力发电装置连接法兰4，所述风力发电装置连接法兰4与所述风轮中部支撑轴1连接，从而所述风轮中部支撑轴1转动时带动所述风力发电装置连接法兰4旋转。
进一步地，所述上部风力发电装置还包括风力发电齿轮盘12和风力发电机13，所述风力发电齿轮盘12与所述风力发电装置连接法兰4连接，从而所述风力发电装置连接法兰4旋转时带动所述所述风力发电齿轮盘12转动，从而将机械能传递至所述风力发电机13并转换为电能。
进一步地，所述中部浮动式支撑结构包括中转轴5和浮动部件6，所述中转轴5和所述浮动部件6连接。
进一步地，所述下部水力发电装置包括水力发电叶片7，所述水力发电叶片7与所述中转轴5和所述浮动部件6均连接，从而所述水力发电叶片7旋转时带动所述中转轴5和所述浮动部件6转动。
进一步地，所述下部水力发电装置还包括水力发电齿轮盘11和水力发电机10，所述水力发电齿轮盘11与所述中转轴5连接，从而所述中转轴5和所述浮动部件6转动时带动所述水力发电齿轮盘11转动，从而将机械能传递至所述水力发电机10并转换成电能。
进一步地，所述中部浮动式支撑结构还包括定轴8，其水平方向间隔设置有支撑杆，用于固定所述风力发电机13和所述水力发电机10。
进一步地，所述海底固定装置包括海底固定链锁14，用于固定所述发电机组。
本发明具以下有益效果是：
1)相比于传统的海上风电机组只能利用顶部的风能来发电和潮汐发电装置只能利用底部的洋流进行发电，本发明的发电装置既可以利用顶部的风力发电装置来风力发电，又可以利用底部水力发电装置来水力发电；
2)本发明的发电装置可以采用同一发电机实现风力发电和潮汐发电同步运行，也可以采用两个发电机实现风力发电和潮汐发电分别运行，不相互干涉，大大提高了整机的发电能力；
3)本发明的支撑机构采用一套浮动式基础支撑两套发电装置模式，极大提高了利用率；
4)本发明的发电装置大幅度提升了机组的发电能力，因此大量缩短了海上发电投资的回收期，提高了海上风电机组的收益率。
附图说明
图1是本发明的一种新型海上浮动式风水同步发电机组的整体结构示意图；
图2是图1所示的一种新型海上浮动式风水同步发电机组的内部整体剖视图；
图3是图2所示的一种新型海上浮动式风水同步发电机组的支撑结构的内部局部放大剖视图；
图4是图3的一种新型海上浮动式风水同步发电机组的支撑结构的上层发电装置的局部放大剖视图；
图5是图3的一种新型海上浮动式风水同步发电机组的支撑结构的下层发电装置的局部放大剖视图；
附图标记说明为：
1-风轮中部支撑轴，2-叶片支撑结构，3-风力发电叶片，4-风力发电装置连接法兰，5-中部支撑轴，6-浮动部件，7-水力发电叶片，8-定轴，9-顶部轴承1，10-水力发电机，11-水力发电齿轮盘，12-风力发电齿轮盘，13-风力发电机，14-海底固定链锁。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一个宽泛实施例中，所述风水同步发电机组，主要包括上部风力发电装置、中部浮动式支撑结构、下部水力发电装置、海底固定装置等。
所述上部风力发电装置可以是垂直轴或是水平轴风力发电装置，将海平面上部的风能转化成旋转的机械能，传递到风力发电机；
所述中部浮动式支撑结构用于支撑整个风力发电装置，可以采用浮动式或者半侵式结构，其与所述上部风力发电装置和所述下部水力发电装置采用轴承连接，
一套所述中部浮动式支撑结构可以同时支撑风力和水力两套发电装置，极大地提高了其利用率；
所述下部水力发电装置利用海水的流动，将水流的动能转化成旋转的机械能，传递到水力发电机，
所述下部水力发电装置可以采用阻力型水力发电机组，也可以采用升力型水力发电机组；
所述风力发电机和水力发电机均安装于所述中部浮动式支撑结构的内部，风力发电机的端部与风力发电装置之间采用齿轮等方式连接，水力发电机的端部与水力发电装置之间通过采用齿轮等方式连接，连接将机械能转化为电能；
连接所述海底固定装置用于所述风水同步发电机组的固定。
应当意识到，上述分别设置所述风力发电机和所述水力发电机仅是示例，也可以设置成所述上部风力发电装置和所述下部水力发电装置采用同一发电机。
下面结合附图1-5对本发明的一个优选实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明的一个优选实施例中，一种新型海上浮动式风水同步发电机组，，主要包括上部风力发电装置、中部浮动式支撑结构、下部水力发电装置、海底固定装置等，其中，
如图1-4所示，所述上部风力发电装置包括风轮中部支撑轴1、叶片支撑结构2、风力发电叶片3、风力发电齿轮盘12、风力发电机13，
如图1-5所示，所述中部浮动式支撑结构包括风力发电装置连接法兰4、中转轴5、浮动部件6、定轴8、顶部轴承9，
如图1-3、图5所示，所述下部水力发电装置包括水力发电叶片7、水力发电齿轮盘11、水力发电机10，
如图1所示，所述底固定装置包括海底固定链锁14。
如图所示，所述风轮中部支撑轴1沿垂直方向设置，其上端与水平设置的所述叶片支撑结构2连接，下端与所述风力发电装置连接法兰4连接；
如图1所示，所述叶片支撑结构2可沿所述风轮中部支撑轴1的圆周方向均匀地设置为多个，
优选地，沿圆周方向均匀地设置为5个，
应当注意的是，上述仅为示例，可以根据实际需要设置为任意可能的数量；
如图1所示，所述风力发电叶片3垂直地连接于所述叶片支撑结构2上，
优选地，所述风力发电叶片3设置为5个，与所述叶片支撑结构2相一致；
如图3和4所示，所述风力发电齿轮盘12和风力发电机13均设置在所述中部浮动式支撑结构的内部，具体地，设置在所述风力发电装置连接法兰4和中转轴5形成的封闭空间内，其中所述风力发电齿轮盘12设置在所述顶部轴承9的两侧，且与所述风力发电装置连接法兰4连接，所述风力发电机13设置成与所述风力发电齿轮盘12位置相对应；
由于所述风轮中部支撑轴1与所述风力发电装置连接法兰4连接，而所述风力发电装置连接法兰4与所述风力发电齿轮盘12连接，因此，风力发电叶片3旋转时，可以将旋转机械能最终传递至风力发电机13，从而将风动力产生的机械能转换为电能。
如图所示，所述风力发电装置连接法兰4沿水平方向设置于所述中转轴5的顶部，所述中转轴5设置成沿垂直方向延伸的空心圆筒状，所述浮动部件6沿水平方向设置在所述中转轴5的外部，位于中转轴5的中间偏下位置，所述定轴8整体上沿垂直方向设置，其上部伸入所述中转轴5内部，所述定轴8水平方向间隔设置有支撑杆，用于固定所述风力发电机13和水力发电机10，所述顶部轴承9水平设置在所述中转轴5的内部，位于所述风力发电装置连接法兰4与所述定轴8之间。
如图所示，所述水力发电叶片7沿大致垂直方向设置在所述浮动部件6的上下两侧，一端与所述中转轴5连接，另一端与所述浮动部件6连接；
如图3和5所示，所述水力发电齿轮盘11和水力发电机10均设置在所述中部浮动式支撑结构的内部，具体地，设置在所述风力发电装置连接法兰4和中转轴5形成的封闭空间内，其中所述水力发电齿轮盘11设置在所述中转轴5的两侧，且与所述中转轴5连接，所述水力发电机10设置成与所述水力发电齿轮盘11位置相对应；
由于所述水力发电叶片7与所述中转轴5和所述浮动部件6连接，而所述中转轴5与所述风力发电齿轮盘11连接，因此可以将所述水力发电叶片7的旋转机械能传递到所述风力发电齿轮盘11，进而传递给水力发电机10，从而将水动力产生的机械能转换成电能。
如图所示，所述海底固定链锁14一端与所述定轴8连接，用于固定所述发电机组。最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种新型海上浮动式风水同步发电机组，包括上部风力发电装置、中部浮动式支撑结构、下部水力发电装置、海底固定装置，其特征在于，
所述上部风力发电装置用于将风动力产生的机械能进行传递并转换为电能；
所述中部浮动式支撑结构用于同时支撑所述上部风力发电装置和所述下部水力发电装置；
所述下部水力发电装置用于将水动力产生的机械能进行传递并转换成电能；
所述上部风力发电装置包括风轮中部支撑轴(1)、叶片支撑结构(2)和风力发电叶片(3)，所述风力发电叶片(3)与所述叶片支撑结构(2)连接，所述叶片支撑结构(2)与所述风轮中部支撑轴(1)连接，从而所述风力发电叶片(3)旋转时带动所述风轮中部支撑轴(1)转动；
所述中部浮动式支撑结构包括风力发电装置连接法兰(4)，所述风力发电装置连接法兰(4)与所述风轮中部支撑轴(1)连接，从而所述风轮中部支撑轴(1)转动时带动所述风力发电装置连接法兰(4)旋转；
所述上部风力发电装置还包括风力发电齿轮盘(12)和风力发电机(13)，所述风力发电齿轮盘(12)与所述风力发电装置连接法兰(4)连接，从而所述风力发电装置连接法兰(4)旋转时带动所述风力发电齿轮盘(12)转动，从而将机械能传递至所述风力发电机(13)并转换为电能；
所述上部风力发电装置采用水平轴式或者垂直轴式，所述下部水力发电装置采用阻力型或升力型，所述上部风力发电装置和所述下部水力发电装置采用同一发电机或分别设置发电机；
所述中部浮动式支撑结构包括中转轴(5)和浮动部件(6)，所述中转轴(5)和所述浮动部件(6)连接；所述下部水力发电装置包括水力发电叶片(7)，所述水力发电叶片(7)与所述中转轴(5)和所述浮动部件(6)均连接，从而所述水力发电叶片(7)旋转时带动所述中转轴(5)和所述浮动部件(6)转动。
2.根据权利要求1所述的新型海上浮动式风水同步发电机组，其特征在于，所述下部水力发电装置还包括水力发电齿轮盘(11)和水力发电机(10)，所述水力发电齿轮盘(11)与所述中转轴(5)连接，从而所述中转轴(5)和所述浮动部件(6)转动时带动所述水力发电齿轮盘(11)转动，从而将机械能传递至所述水力发电机(10)并转换成电能。
3.根据权利要求2所述的新型海上浮动式风水同步发电机组，其特征在于，所述中部浮动式支撑结构还包括定轴(8)，其水平方向间隔设置有支撑杆，用于固定所述风力发电机(13)和所述水力发电机(10)。
4.根据权利要求1所述的新型海上浮动式风水同步发电机组，其特征在于，所述海底固定装置包括海底固定链锁(14)，用于固定所述发电机组。
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