CN110043417A - 一种漂浮式浪流联合发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋新能源技术领域，具体涉及一种漂浮式浪流联合发电装置。本发明通过由圆柱型联合发电室、圆台型塔架和笼式圆盘型塔身三部分组成的塔式联合发电平台合理的集成了振荡浮子式波浪能发电装置和垂直轴海流能水轮机发电装置。本发明采用直驱传动方式，避免了多层传动中能量过度损失的问题，节省了内部空间。塔式平台的框架式结构减少装置和水的接触面积，大大降低了阻力和涡激振动的产生。本发明整体上呈轴对称分布，结构简单紧凑、可靠性强、增加了单位海洋空间总能源产出，具有较高的市场应用价值。
Description
技术领域
本发明属于海洋新能源技术领域，具体涉及一种漂浮式浪流联合发电装置。
背景技术
随着人们对能源的需求量越来越多，传统化石能源不断减少，能源短缺成为亟待解决的问题。寻求替代传统能源的新型清洁可再生能源是当今世界共同的目标。海洋能是极具发展潜力的一种可再生能源。海洋中有丰富的波浪能和海流能，是取之不竭的清洁可再生能源。波浪能能量密度高，分布面广；海流能流动稳定，规律性较强；两者易于电网的发配电管理。
由于波浪能和海流能具备良好的品质和开发利用价值，因此受到世界各地的广泛青睐，各种形式的波浪能发电装置和海流能发电装置得到了研发和试验。振荡浮子式波浪能发电装置通过漂浮在海面上的浮子在波浪作用下上下运动获得能量，然后将浮子吸收的波浪能能量通过传动装置传递给电机，驱动发电机发电。垂直轴水轮机式海流能发电装置通过海流的流动驱动水轮机做旋转运动获得能量，通过传动装置传递给电机，驱动发电机发电。
现有的独立波浪能发电装置和海流能发电装置在工作过程中难以保证发电的连续性。为了提高每单位海洋空间能量利用率，降低发电成本，本发明设计了一种漂浮式浪流联合发电装置，该装置通过塔式平台合理的集成了振荡浮子式波浪能发电装置和垂直轴海流能水轮机发电装置，结构简单、性能可靠、成本低、总发电量高。
发明内容
本发明的目的在于提供集成振荡浮子式波浪能发电装置和垂直轴海流能水轮机发电装置，实现波浪能和海流能的能源互补的一种漂浮式浪流联合发电装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种漂浮式浪流联合发电装置，包括波浪能发电装置和海流能发电装置，还包括联合发电室和锚泊定位装置；所述的波浪能发电装置包括浮子和直线电机；所述的海流能发电装置包括海流能水轮机和轴向电机；所述的直线电机和轴向电机均布置在联合发电室内部；所述的浮子整体套在联合发电室外侧，浮子与联合发电室内部的直线电机通过传动杆连接；所述的海流能水轮机安装在联合发电室下方，海流能水轮机的主轴穿过联合发电室底部并与联合发电室内部的轴向电机连接；所述的联合发电室内部设有电力集成装置；所述的电力集成装置的电力输入通道分别与直线电机和轴向电机连接；所述的锚泊定位装置安装在海流能水轮机的下方。
本发明还可以包括：
所述的联合发电室的外侧设有滑杆，滑杆的两端设有限位装置；所述的浮子上设有滑槽；所述的浮子通过滑槽安装在联合发电室外侧的滑杆上。
所述的联合发电室内部通过隔板依次分为波浪能发电舱、集中蓄电舱、海流能发电舱和压载舱四部分；所述的直线电机安装在波浪能发电舱中；所述的轴向电机安装在海流能发电舱中；所述的电力集成装置安装在集中蓄电舱中。
还包括塔身；所述的塔身包括上甲板和下甲板，上甲板与下甲板之间通过立柱连接；所述的海流能水轮机的主轴一端安装在下甲板，另一端穿过上甲板和联合发电室底部并与联合发电室内部的轴向电机连接。
所述的锚泊定位装置为张紧交叉式锚泊定位装置；所述的张紧交叉式锚泊定位装置包括锚链，每组锚链设有两根张紧交叉布置的锚链线；所述的下甲板的边缘处设有导缆孔；所述的每根锚链线的上端安装在下甲板边缘的导缆孔处，下端安装有海底锚。
所述的联合发电室为圆筒形结构；所述的套在联合发电室外侧的浮子为中间开有孔洞的圆柱形结构；所述的塔身的上甲板与下甲板均为圆盘形结构；所述的上甲板的直径大于浮子的外径；所述的下甲板的直径大于上甲板的直径。
所述的上甲板与联合发电室的底部之间设有塔架；所述的塔架为中空的圆台形结构，塔架的上圆环与联合发电室的底部相连，塔架的上圆环与下圆环之间通过斜梁连接，塔架的下圆环与海流能水轮机的上甲板连接；所述的塔架的下圆环外径大于塔架的上圆环外径。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种漂浮式浪流联合发电装置，将波浪能转换装置和海流换装置结合起来。本发明的波浪能转换装置和海流能转换装置共用一套发电系统和锚泊系统，与传统独立的波浪能发电和海流能发电相比，本发明让波浪能和海流能这两种能源互补，显著降低了总成本。本发明采用直驱传动方式，直接将浮子和主轴的运动传递给直线电机的次级和轴向电机的转子，这种传递方式避免在多层传动中能量过度损失的问题，节省了联合发电室的内部空间。
本发明的塔式框架结构减少了装置和水的接触面积，大大降低了阻力和涡激振动的产生；甲板的应用降低了浮子和水轮机工作时的相互影响，减少海流能装置上下的振动。锚泊定位采用张紧交叉布置，在提供横荡、纵荡和垂荡方向恢复力的同时，产生较大的艏摇回复力矩，抵消单个垂直轴海流能水轮机对平台的巨大扭矩，从而保证装置的稳性。本发明整体上呈轴对称分布，结构简单紧凑、可靠性强、增加了单位海洋空间总能源产出，具有较高的市场应用价值。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的浮子与联合发电室装配示意图。
图3是本发明的塔架示意图。
图4是本发明的笼式圆盘型塔身示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提供了一种结构简单的利用海上波浪能和海流能联合发电的一种漂浮式浪流联合发电装置。
如图1所示，本发明包括漂浮于海面上的波浪能吸收装置、潜于海面下的垂直轴海流能水轮机、塔式联合发电平台和交叉锚泊定位装置。整套装置采用张紧交叉式锚泊定位装置11定位于指定水域，限制装置的位移。
如图2所示。塔式联合发电平台由三部分组成：上部圆柱型联合发电室3用于连接浮子和发电，圆台型塔架连接圆柱型联合发电室和笼式圆盘型塔身，笼式圆盘型塔身中间搭载垂直轴海流能水轮机。联合发电室内部通过第一隔板14、第二隔板24和第三隔板18从上到下依次分为波浪能发电舱、集中蓄电舱、海流能发电舱和压载舱四部分。
波浪能吸收装置的浮子2在波浪的作用下做上下往复运动，从而带动连接在浮子上表面传动杆1的运动。传动杆1的运动通过第一联轴器12直接传递给直线电机次级22，传动杆1的运动带动直线电机次级22做直线往复运动，从而使直线电机13工作。传动杆1和浮子上表面通过法兰盘结构进行紧固连接。浮子和浮筒采用滑杆16的方式进行限位，滑杆16位于浮筒对称的两个位置，浮子内表面与滑杆对应的位置处有矩形滑槽，浮子在滑杆16首末两端间自由运动。
海流能水轮机通过H型垂直轴水轮机叶片9的转动，带动主轴4的转动。主轴的转动通过第二联轴器26直接传递给轴向电机的转子19，从而使轴向电机工作。主轴与下甲板6连接处和联合发电室下端盖20连接处均设置有主轴轴承27。海流能水轮机位于上甲板5和下甲板6间，上甲板5和下甲板6的连接示意图如图4所示，通过四根立柱10首末两端的法兰结构连接，装配成笼式圆盘型塔身。水轮机位于法兰的圆孔内。
塔式联合发电平台内的直线电机次级22是从圆柱型平台上部得到传动杆的运动从而切割直线电机初级，轴向电机的转子19从圆柱型联合发电室3的底部得到主轴4传来的扭矩从而切割轴向电机的定子。直线电机13和轴向电机17工作产生的的电力分别通过第一电力输入通道23和第二电力输入通道25输送到位于第二隔板24上的电力集成装置15中，电力集成装置中的电力通过电力输出通道21向外界输送电力。
圆台型塔架通过两端面的法兰结构连接圆柱型联合发电室和笼式圆盘型塔身，如图3所示。塔架为中空的圆台形结构，塔架的上圆环与下圆环之间通过四根小截面斜梁斜梁8连接，用于支撑固定并扩展海流能获取面积，减小装置总阻力。
锚泊定位装置11采用三组相互呈120度分布的锚链，每组锚链有两个锚链线张紧交叉布置，每根锚链上端与位于塔型联合发电平台下部的圆盘型下甲板6外缘导缆孔28相连，下端与海底锚7相连。
考虑到海上潮湿的环境，为了防止出现腐蚀问题，在各零件外部均涂防腐漆。
本发明能依靠波浪和水流运行，不消耗燃料、石油等能源，不产生污染物，只需海上波浪和潮汐持续不断，浮子和水轮机就可以持续的发电，是一种生态环保的发电装置。
本发明的波浪能浮子、海流能水轮机及塔式联合发电平台位于交叉式锚泊定位装置上方，避免了平台艏摇运动导致的发电装置与锚泊线缠绕问题。
波浪能发电装置采用直线电机直驱发电，海流能发电装置采用轴向电机直驱发电，两种发电装置共享一个塔式联合发电平台和锚泊系统，并采用一个电力集成装置集成供电。
塔式联合发电平台由圆柱型联合发电室、圆台型塔架和笼式圆盘型塔身三部分组成。
圆柱型联合发电室内部由上端盖、三层隔板和下端盖分为波浪能发电舱、集中蓄电舱、海流能发电舱和压载舱四部分。圆柱型联合发电室外部采用滑动导轨与波浪能浮子连接。
笼式圆盘型塔身由上部圆盘型甲板、中部4根环型立柱和下部圆盘型甲板组成，以简支梁结构搭载海流能水轮机，减小结构振动。
笼式圆盘型塔身上部圆盘型甲板直径大于波浪能浮子外径，用于阻断浮子振动对海流能流场的不利影响；下部圆盘型甲板直径大于上部圆盘型甲板直径，用于减小所述联合发电平台垂荡运动，进而增加波浪能浮子与平台相对运动，提高波浪能能量利用率；上下两层隔板形成聚流罩，提高海流能能量利用率。
交叉式锚泊定位装置采用三组相互呈120度分布的锚链，每组锚链有两个锚链线张紧交叉布置，每根锚链上端与位于塔型联合发电平台下部的圆盘型甲板外缘导缆孔相连，下端与海底锚相连。
本发明的目的在于提供一种漂浮式浪流联合发电装置，该装置的波浪能转换装置和海流能转换装置共用一个平台和一套锚泊系统，能实现波浪能和海流能的能源互补。
本发明包括漂浮于海面上的波浪能吸收装置、潜于海面下的垂直轴海流能水轮机、塔式联合发电平台和交叉锚泊定位装置。本发明的波浪能吸收装置通过吸收波浪能产生垂荡运动，垂荡运动通过与浮子连接的传动杆从塔式联合发电平台顶部传递给直线电机的次级，带动直线电机进行发电；海流能吸收装置通过垂直轴海流能水轮机叶片吸收海流能能量产生旋转运动，通过轮辐和主轴从塔式联合发电平台联合发电室底部将能量传递给内部的轴向电机进行发电；两个电机通过电力变换系统将能量存储到电力集成装置集中给负载供电。
塔式联合发电平台由三部分组成：圆柱型联合发电室外部连接波浪能浮子，内部配有联合发电系统；圆台型塔架连接圆柱型联合发电室和笼式圆盘型塔身；笼式圆盘型塔身中间搭载垂直轴海流能水轮机。在塔式联合发电平台的塔身下部采用张紧式交叉组合锚泊定位装置定位于指定水域。
本发明的波浪能装置和海流能装置采用直驱式传动，将能量传递给直线电机和轴向电机进行发电，这种传动方式结构简单、可靠性高。
本发明采用两套发电装置分别发电并通过集成线路将电力输送到电力集成装置中，可以避免出现传动装置将波浪能和海流能转换成同一种能量，由一套发电装置进行发电过程中能量过度损耗的问题，提高整个装置的发电容量。
本发明的笼式圆盘型塔身采用四根立柱连接上下两层甲板，既不影响迎流面积又增加了水轮机的稳定性，还加强了整个装置的结构强度。
本发明采用张紧式交叉锚泊定位装置，保证了整套装置在静止和运行状态时的平稳。与锚泊连接的导缆孔位于下甲板边缘，增大了锚泊点受力时力臂长度和力与力臂的角度，进而增加了艏摇恢复力矩。
本发明提供一种漂浮式浪流联合发电装置，将波浪能转换装置和海流换装置结合起来，本发明的波浪能转换装置和海流能转换装置共用一个平台和锚泊系统，与传统独立的波浪能发电和海流能发电相比，本发明让波浪能和海流能这两种能源互补，显著降低了总成本。波浪能发电装置采用振荡浮子，海流能发电装置采用H型垂直轴水轮机，两者都是轴对称布置，不需要考虑浪向和流向问题。漂浮式浪流联合发电装置采用直驱传动方式，直接将浮子和主轴的运动传递给直线电机的次级和轴向电机的转子，这种传递方式避免在多层传动中能量过度损失的问题，节省了联合发电室的内部空间。塔式平台的框架式结构减少装置和水的接触面积，大大降低了阻力和涡激振动的产生。甲板的应用降低了浮子和水轮机工作时的相互影响，减少海流能装置上下的振动。交叉锚泊定位装置在提供横荡、纵荡和垂荡方向恢复力的同时，产生较大的艏摇回复力矩，抵消单个垂直轴海流能水轮机对平台的巨大扭矩，从而保证装置的稳性。
本发明涉及一种同时利用波浪能和海流能的漂浮式浪流联合发电装置，包括在漂浮于海面上的波浪能吸收装置、潜于海面下的垂直轴海流能水轮机、塔式联合发电平台和交叉锚泊定位装置。所述波浪能振荡浮子吸收波浪能产生垂荡运动，通过传动杆从联合发电平台顶部将能量传递给平台内部发电室中的直线电机进行发电。所述海流能垂直轴水轮机吸收海流能量产生旋转运动，通过轮辐和主轴从联合发电平台底部将能量传递给平台内部发电室中的轴向电机进行发电。两个电机通过电力变换系统将能量存储到蓄电池集中给负载供电。所述联合发电平台，圆柱型联合发电室外部连接波浪能浮子，内部配有联合发电系统；笼式圆盘型塔身中间搭载垂直轴海流能水轮机。整套装置在塔式联合发电平台下部采用张紧式交叉式组合锚泊定位装置定位于指定水域。本发明提出的漂浮式浪流联合发电装置整体上呈轴对称分布，结构简单紧凑、可靠性强、增加了单位海洋空间总能源产出，具有较高的市场应用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种漂浮式浪流联合发电装置，包括波浪能发电装置和海流能发电装置，其特征在于：还包括联合发电室和锚泊定位装置；所述的波浪能发电装置包括浮子和直线电机；所述的海流能发电装置包括海流能水轮机和轴向电机；所述的直线电机和轴向电机均布置在联合发电室内部；所述的浮子整体套在联合发电室外侧，浮子与联合发电室内部的直线电机通过传动杆连接；所述的海流能水轮机安装在联合发电室下方，海流能水轮机的主轴穿过联合发电室底部并与联合发电室内部的轴向电机连接；所述的联合发电室内部设有电力集成装置；所述的电力集成装置的电力输入通道分别与直线电机和轴向电机连接；所述的锚泊定位装置安装在海流能水轮机的下方。
2.根据权利要求1所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的联合发电室的外侧设有滑杆，滑杆的两端设有限位装置；所述的浮子上设有滑槽；所述的浮子通过滑槽安装在联合发电室外侧的滑杆上。
3.根据权利要求1或2所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的联合发电室内部通过隔板依次分为波浪能发电舱、集中蓄电舱、海流能发电舱和压载舱四部分；所述的直线电机安装在波浪能发电舱中；所述的轴向电机安装在海流能发电舱中；所述的电力集成装置安装在集中蓄电舱中。
4.根据权利要求1或2所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：还包括塔身；所述的塔身包括上甲板和下甲板，上甲板与下甲板之间通过立柱连接；所述的海流能水轮机的主轴一端安装在下甲板，另一端穿过上甲板和联合发电室底部并与联合发电室内部的轴向电机连接。
5.根据权利要求3所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：还包括塔身；所述的塔身包括上甲板和下甲板，上甲板与下甲板之间通过立柱连接；所述的海流能水轮机的主轴一端安装在下甲板，另一端穿过上甲板和联合发电室底部并与联合发电室内部的轴向电机连接。
6.根据权利要求4所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的锚泊定位装置为张紧交叉式锚泊定位装置；所述的张紧交叉式锚泊定位装置包括锚链，每组锚链设有两根张紧交叉布置的锚链线；所述的下甲板的边缘处设有导缆孔；所述的每根锚链线的上端安装在下甲板边缘的导缆孔处，下端安装有海底锚。
7.根据权利要求5所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的锚泊定位装置为张紧交叉式锚泊定位装置；所述的张紧交叉式锚泊定位装置包括锚链，每组锚链设有两根张紧交叉布置的锚链线；所述的下甲板的边缘处设有导缆孔；所述的每根锚链线的上端安装在下甲板边缘的导缆孔处，下端安装有海底锚。
8.根据权利要求6所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的联合发电室为圆筒形结构；所述的套在联合发电室外侧的浮子为中间开有孔洞的圆柱形结构；所述的塔身的上甲板与下甲板均为圆盘形结构；所述的上甲板的直径大于浮子的外径；所述的下甲板的直径大于上甲板的直径。
9.根据权利要求7所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的联合发电室为圆筒形结构；所述的套在联合发电室外侧的浮子为中间开有孔洞的圆柱形结构；所述的塔身的上甲板与下甲板均为圆盘形结构；所述的上甲板的直径大于浮子的外径；所述的下甲板的直径大于上甲板的直径。
10.根据权利要求8或9所述的一种漂浮式浪流联合发电装置，其特征在于：所述的上甲板与联合发电室的底部之间设有塔架；所述的塔架为中空的圆台形结构，塔架的上圆环与联合发电室的底部相连，塔架的上圆环与下圆环之间通过斜梁连接，塔架的下圆环与海流能水轮机的上甲板连接；所述的塔架的下圆环外径大于塔架的上圆环外径。
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