CN111412102B - 一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台 - Google Patents

一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台 Download PDF

Info

Publication number
CN111412102B
CN111412102B CN202010230566.9A CN202010230566A CN111412102B CN 111412102 B CN111412102 B CN 111412102B CN 202010230566 A CN202010230566 A CN 202010230566A CN 111412102 B CN111412102 B CN 111412102B
Authority
CN
China
Prior art keywords
semi
power generation
wind
submersible floating
wave energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010230566.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111412102A (zh
Inventor
陈明胜
肖盼盼
王壬
刘瀚昱
朱凌
苑桂博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN202010230566.9A priority Critical patent/CN111412102B/zh
Publication of CN111412102A publication Critical patent/CN111412102A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111412102B publication Critical patent/CN111412102B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/008—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with water energy converters, e.g. a water turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Abstract

本发明涉及一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能‑波浪能集成发电平台，半潜式浮式平台包括三根呈三角形分布的立柱以及用于将三根立柱连接成一个整体的连接结构；振荡浮子式波浪能转换装置包括PTO系统、连接滑杆和浮子，PTO系统设置于三根立柱之间，通过支撑杆与立柱的上浮筒连接，以固定PTO系统使其与半潜式浮式平台形成整体，浮子位于PTO系统下方，通过连接滑杆与PTO系统相连；风力发电系统安装于半潜式浮式平台其中一根立柱上。本发明利用平台三根立柱对于中心水域产生的聚波效应，提高振荡浮子式波浪能发电装置发电效率，并将易被海水腐蚀的大部分机械结构布置在水面以上，一方面有效解决PTO装置的腐蚀问题，另一方面也便于服役期间的维修。

Description

一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发 电平台
技术领域
本发明涉及海洋能利用技术领域，具体涉及一种风能-波浪能集成发电平台。
背景技术
风能和波浪能是最具规模化发展前景的两种海洋能源。近年来，近海风能资源开发日趋饱和，在沿海可供海上风能和波浪能开发的海域慢慢减少。与近海水域相比，深远海水域的风能资源更为丰富、稳定，依托浮式风机技术的深海风能资源开发已成为全球海洋可再生能源的发展趋势。同时，风能资源丰富的海域也具有较为丰富的波浪能资源，而波浪能发电技术尚处于研发示范阶段，依托较为成熟的海上风机技术的风能-波能集成开发技术吸引了国内外学者的广泛兴趣。
现有技术中，海上风机的基础形式分为固定式和浮式。固定式基础包括：单桩式、多桩式、重力式、高桩承台式、导管架式等。浮式基础包括Spar式、张力腿式、半潜式、驳船式等。随着海上风电技术的成熟，海上风电场逐渐由近海走向深海，其基础形式也随着水深的改变由固定式基础向浮式基础转变。其中，半潜式浮式平台具有稳定性好、适用水深范围广和建造运输方便等优点，成为未来海上浮式风电场的主流基础形式。
现有技术中，波浪能发电装置主要包括：振荡浮子式、振荡水柱式、摆式等。其中振荡浮子式具有轴对称、结构简单等特点，受到广泛研究。
目前的波浪能发电装置能量转换效率低，安装成本高，其中对于装置系泊的安装成本占了相对大的比重，同时装置的生命周期都不长，且在运营期间的维护比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的波浪能发电装置发电量较低、单独系泊成本高、难以维修等问题，提供一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其振荡浮子式波浪能发电装置布置于半潜式浮式风机平台中心，并将波浪能发电装置的PTO(POWER-TAKE-OFF)系统设置在水面上方，通过支撑杆与平台立柱相连，PTO系统下方通过连接滑杆与浮子连接；同时，本发明利用平台三根立柱对于中心水域产生的聚波效应，实现提高振荡浮子式波浪能发电装置发电效率的目的，并将易被海水腐蚀的大部分机械结构布置在水面以上，一方面有效解决PTO装置的腐蚀问题，另一方面也便于服役期间的维修。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，包括半潜式浮式平台、振荡浮子式波浪能转换装置、风力发电系统，
所述半潜式浮式平台包括三根呈三角形分布的立柱以及用于将三根立柱连接成一个整体的连接结构，所述立柱包括上浮筒和下浮筒，下浮筒的筒径大于上浮筒，所述上浮筒和下浮筒相互连通形成一个整体以提供平台的浮力；
所述振荡浮子式波浪能转换装置包括PTO系统、连接滑杆和浮子，所述PTO系统设置于三根立柱之间，通过支撑杆与所述立柱的上浮筒连接，以固定PTO系统使其与所述半潜式浮式平台形成整体，所述浮子位于PTO系统下方，通过所述连接滑杆与所述PTO系统相连；
所述风力发电系统安装于所述半潜式浮式平台其中一根立柱上。
上述方案中，所述三根立柱呈等边三角形布置，所述PTO系统设置于三根立柱所围成的等边三角形中心。
上述方案中，所述半潜式浮式平台的连接结构包括上横撑、下横撑和斜撑，相邻两根立柱的上筒体之间通过所述上横撑进行连接、下筒体之间通过所述下横撑进行连接，另通过所述斜撑进行加固。
上述方案中，所述PTO系统包括液压缸、活塞、液压管线、调节阀、低压储能器、高压储能器、液压马达和发电机，所述活塞将液压缸分为上下两个腔室，活塞下端通过所述连接滑杆与所述浮子刚性连接，液压缸的上下两个腔室分别通过一根液压管线连接至所述调节阀，然后分出两根液压管线分别接入低压储能器和高压储能器，所述高压储能器与低压储能器之间通过所述液压马达连接，液压马达与所述发电机连接。
上述方案中，所述调节阀使流出调节阀的液体单向流通，只能使液体流入高压储能器，低压储能器里的液体流入调节阀。
上述方案中，所述液压缸的上下两端各设置一个圆环形橡胶护垫，以防止所述活塞运动幅度过大而与液压缸发生碰撞。
上述方案中，所述PTO系统位于水面上方。
上述方案中，所述风力发电系统为MW级变速变桨海上风力发电机，包括风机塔筒、风力发电机组、风机叶片和配套电力传输系统，所述风机塔筒立于所述半潜式浮式平台其中一根立柱上方，风力发电机组和风机叶片安装于风机塔筒顶端。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的风能-波浪能集成发电平台分别通过风力发电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，并共同利用半潜式浮式风机平台结构和配套电力传输系统，装置结构简单，施工便利，易于实现，适用范围广。
2、本发明的半潜式浮式平台的主体结构为三根呈三角形分布的立柱，PTO系统设置于三角形中心，并与立柱焊接组成一个整体。相比于传统的振荡浮子式波浪能发电装置设置在开阔的海域，本发明利用三立柱对其中心水域的聚波效应，使浮子运动性能得到提升；同时利用了浮子与平台之间相对运动所产生的动能，在一定海域浮子与半潜式浮式平台的运动响应存在相位差，两者间的相对运动响应大于单个浮子自由振荡时的运动响应，有效的提高了波浪能发电装置的发电量。
3、本发明将振荡浮子式波浪能发电装置集成于半潜式浮式风机平台上，依托半潜式浮式平台的系泊系统而使发电装置的PTO系统稳定在设计的海域之上。相比于传统的振荡浮子式波浪能发电装置主要通过系泊线将PTO系统系泊于水面以下，或通过桩基平台固定在海底，本发明免去了对于发电装置的系泊系统，降低了安装成本。
4、传统的振荡浮子式波浪能发电装置大都将PTO系统设置在水面以中，海水对其腐蚀作用大，且装置发生故障时水下维修难度大。本发明将振荡浮子式波浪能发电装置的PTO系统设置于水面之上，减少了海上对其结构的腐蚀作用，同时便于服役期间的维修。
5、本发明有效地提高了海洋能的综合利用效率，降低了波浪能转换装置的发电成本，同时便于装置整个服役期间的维护与保养，对于推动其大规模的商业化发展具有重要作用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明风能-波浪能集成发电平台的整体结构图；
图2是图1的正视图；
图3是图1的侧视图；
图4是本发明振荡浮子式波浪能转换装置的结构示意图；
图5是本发明实施例中本发明组合装置与单个浮子垂荡运动的位移对比图；
图6是本发明实施例中本发明组合装置与单个浮子垂荡运动的速度对比图；
图7是本发明实施例中本发明组合装置与单个浮子发电功率对比图。
图中：10、半潜式浮式平台；11、立柱；111、上浮筒；112、下浮筒；12、上横撑；13、下横撑；14、斜撑；20、振荡浮子式波浪能转换装置；21、PTO系统；211、液压缸；212、活塞；213、橡胶护垫；214、液压管线；215、调节阀；216、低压储能器；217、高压储能器；218、液压马达；219、发电机；22、连接滑杆；23、浮子；30、风力发电系统；31、风机塔筒；32、风力发电机组；33、风机叶片；40、支撑杆。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-3所示，为本发明一较佳实施例的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，包括半潜式浮式平台10、振荡浮子式波浪能转换装置20、风力发电系统30。
半潜式浮式平台10包括三根呈等边三角形布置的立柱11以及用于将三根立柱11连接成一个整体的连接结构。立柱11包括上浮筒111和下浮筒112，下浮筒112的筒径大于上浮筒111，上浮筒111和下浮筒112相互连通形成一个整体以提供平台的浮力。下浮筒112筒径大起到一个垂荡板的作用，只需要局部浮筒变大就能起到降低垂荡运动的作用，相比于等直径浮筒节省钢材。连接结构包括上横撑12、下横撑13和斜撑14，相邻两根立柱11的上筒体之间通过上横撑12进行连接、下筒体之间通过下横撑13进行连接，另通过斜撑14进行加固，以提高平台整体的稳定性。
如图4所示，振荡浮子式波浪能转换装置20包括PTO系统21、连接滑杆22和浮子23。PTO系统21设置于三根立柱11所围成的等边三角形中心，通过三根支撑杆40分别与三根立柱11的上浮筒111焊接，以固定PTO系统21使其与半潜式浮式平台10形成整体。PTO系统21包括外壳(图未示)，以及设置于外壳内的液压缸211、活塞212、液压管线214、调节阀215、低压储能器216、高压储能器217、液压马达218和发电机219，外壳通过三根支撑杆40分别与三根立柱11的上浮筒111焊接。活塞212将液压缸211分为上下两个腔室，活塞212下端通过连接滑杆22与浮子23刚性连接，液压缸211的上下两个腔室各连接一条液压管线214，两条液压管线214接入调节阀215后，分出两根液压管线214分别接入低压储能器216和高压储能器217，高压储能器217与低压储能器216之间通过液压马达218连接，液压马达218与发电机219连接。具体的，调节阀215采用液控单向阀HK3，低压储能器216采用NXQ囊式储能器，高压储能器217采用NXQ囊式储能器。
浮子23在波浪作用下上下振荡运动，通过连接滑杆22带动液压缸211中的活塞212作上下往复运动。PTO系统21与半潜式浮式平台10固接，因而PTO系统21同样会由于波浪作用，随着半潜式浮式平台10而上下运动。在一定海域下，浮子23的运动响应与半潜式浮式平台10的运动响应存在一定相位差，活塞212与液压缸211会产生相对运动，使活塞212来回压缩液压缸211中的液体，推动液压油管中的液体运动，流入或流出调节阀215，调节阀215的作用是使流出调节阀215的液体单向流通，只能使液体流入高压储能器217，低压储能器216里的液体流入调节阀215。液压管线214中的液体持续流入高压储能器217，使高压储能器217中的液压能升高，在液压达到一定值时，高压储能器217中的液体流入高压储能器217与低压储能器216之间的液压油管，进而流入低压储能器216，带动液压马达218转动，从而驱动发电机219发电。浮子23上下往复运动过程中，液体的具体流向为：当浮子23向下运动时，液体流动为，左下管-调节阀-右上管-高压储能器-低压储能器-右下管-左上管；当浮子23向上运动时，液体流动为，左上管-调节阀-右上管-高压储能-低压储能-右下管-左下管。
本发明利用波浪能发电装置的浮子23与半潜式浮式平台10之间的相对运动，通过连接滑杆22带动活塞212上下往复运动，压缩液压缸211中液体流动，通过调节阀215使液体单向流入高压储能器217，转化为其中储存的液压能，在高压储能器217中液压达到一定值时，其中的液体流入低压储能器216，带动液压马达218转动，从而驱动发电机219发电。
风力发电系统30为MW级变速变桨海上风力发电机，包括风机塔筒31、风力发电机组32、风机叶片33和配套电力传输系统，风机塔筒31立于半潜式浮式平台10其中一根立柱11上方，风力发电机组32和风机叶片33安装于风机塔筒31顶端。风机叶片33在风力作用下做旋转运动，将风能转换成机械能，进而通过风力发电机组32将机械能转换成电能，与波浪能发电装置所发的电力整合后，通过配套电力传输系统送至电网，供陆地用户使用。
进一步优化，液压缸211的上下两端各设置一个圆环形橡胶护垫213，以防止所述活塞212运动幅度过大而与液压缸211发生碰撞。
1、本发明的风能-波浪能集成发电平台分别通过风力发电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，并共同利用半潜式浮式风机平台结构和配套电力传输系统，装置结构简单，施工便利，易于实现，适用范围广。
2、本发明的半潜式浮式平台10的主体结构为三根呈三角形分布的立柱11，PTO系统21设置于三角形中心，并与立柱11焊接组成一个整体。相比于传统的振荡浮子式波浪能发电装置设置在开阔的海域，本发明利用三立柱11对其中心水域的聚波效应，使浮子23运动性能得到提升；同时利用了浮子23与平台之间相对运动所产生的动能，在一定海域浮子23与半潜式浮式平台10的运动响应存在相位差，两者间的相对运动响应大于单个浮子23自由振荡时的运动响应，有效的提高了波浪能发电装置的发电量。
为了验证聚波效应对浮子23运动性能的提升，做了如下计算：当PTO刚度取5000N/m，阻尼取20000Ns/m时，在波高3m，周期4.5s的波浪条件下，本装置的浮子垂荡运动幅值达到4.0m，速度最大接近6.0m/s，而开阔海域中的单个浮子在相同PTO参数与波浪条件下，运动幅值不到3.0m，速度也不到4.0m/s，垂荡运动如图5所示，速度如图6所示。在同样PTO参数条件下，计算了波浪周期从4s到8s时，单个浮子和不同浪向下本装置的发电功率，如图7所示，在大部分浪向下本装置的发电功率都比开阔海域下单个浮子的发电功率要大。特别的，在浪向-90°和周期4.5s时，本装置发电功率达到345KW，而单个浮子的发电功率仅为131KW。
3、本发明将振荡浮子式波浪能发电装置集成于半潜式浮式风机平台上，依托半潜式浮式平台10的系泊系统而使发电装置的PTO系统21稳定在设计的海域之上。相比于传统的振荡浮子式波浪能发电装置主要通过系泊线将PTO系统21系泊于水面以下，或通过桩基平台固定在海底，本发明免去了对于发电装置的系泊系统，降低了安装成本。
4、传统的振荡浮子式波浪能发电装置大都将PTO系统21设置在水面以中，海水对其腐蚀作用大，且装置发生故障时水下维修难度大。本发明将振荡浮子式波浪能发电装置的PTO系统21设置于水面之上，减少了海上对其结构的腐蚀作用，同时便于服役期间的维修。
5、本发明有效地提高了海洋能的综合利用效率，降低了波浪能转换装置的发电成本，同时便于装置整个服役期间的维护与保养，对于推动其大规模的商业化发展具有重要作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，包括半潜式浮式平台、振荡浮子式波浪能转换装置、风力发电系统，其特征在于，
所述半潜式浮式平台包括三根呈三角形分布的立柱以及用于将三根立柱连接成一个整体的连接结构，所述立柱包括上浮筒和下浮筒，下浮筒的筒径大于上浮筒，所述上浮筒和下浮筒相互连通形成一个整体以提供平台的浮力；
所述振荡浮子式波浪能转换装置包括PTO系统、连接滑杆和浮子，所述PTO系统设置于三根立柱之间，通过支撑杆与所述立柱的上浮筒连接，以固定PTO系统使其与所述半潜式浮式平台形成整体，所述PTO系统位于水面上方；所述浮子位于PTO系统下方，通过所述连接滑杆与所述PTO系统相连；
所述风力发电系统安装于所述半潜式浮式平台其中一根立柱上。
2.根据权利要求1所述的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其特征在于，所述三根立柱呈等边三角形布置，所述PTO系统设置于三根立柱所围成的等边三角形中心。
3.根据权利要求1所述的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其特征在于，所述半潜式浮式平台的连接结构包括上横撑、下横撑和斜撑，相邻两根立柱的上筒体之间通过所述上横撑进行连接、下筒体之间通过所述下横撑进行连接，另通过所述斜撑进行加固。
4.根据权利要求1所述的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其特征在于，所述PTO系统包括液压缸、活塞、液压管线、调节阀、低压储能器、高压储能器、液压马达和发电机，所述活塞将液压缸分为上下两个腔室，活塞下端通过所述连接滑杆与所述浮子刚性连接，液压缸的上下两个腔室分别通过一根液压管线连接至所述调节阀，然后分出两根液压管线分别接入低压储能器和高压储能器，所述高压储能器与低压储能器之间通过所述液压马达连接，液压马达与所述发电机连接。
5.根据权利要求4所述的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其特征在于，所述调节阀使流出调节阀的液体单向流通，只能使液体流入高压储能器，低压储能器里的液体流入调节阀。
6.根据权利要求4所述的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其特征在于，所述液压缸的上下两端各设置一个圆环形橡胶护垫，以防止所述活塞运动幅度过大而与液压缸发生碰撞。
7.根据权利要求1所述的基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台，其特征在于，所述风力发电系统为MW级变速变桨海上风力发电机，包括风机塔筒、风力发电机组、风机叶片和配套电力传输系统，所述风机塔筒立于所述半潜式浮式平台其中一根立柱上方，风力发电机组和风机叶片安装于风机塔筒顶端。
CN202010230566.9A 2020-03-27 2020-03-27 一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台 Active CN111412102B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010230566.9A CN111412102B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010230566.9A CN111412102B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111412102A CN111412102A (zh) 2020-07-14
CN111412102B true CN111412102B (zh) 2021-02-19

Family

ID=71491547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010230566.9A Active CN111412102B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111412102B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111878316B (zh) * 2020-08-31 2024-04-09 广东海洋大学 一种风能波浪能集成发电装置
CN112727688A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 江苏科技大学 一种基于浮式风机的综合抗波发电装置
CN113090439B (zh) * 2021-04-02 2023-02-24 武汉理工大学 一种基于多浮子阵列的波浪能发电装置
CN115163450B (zh) * 2021-08-20 2023-09-05 大连理工大学 一种气体压缩装置、压缩方法、发电方法及在风浪发电中的应用
CN113931786B (zh) * 2021-08-27 2022-08-09 大连理工大学 液压式波浪能发电装置及海上风浪发电系统
CN115076041B (zh) * 2022-07-25 2022-11-29 中国船舶重工集团国际工程有限公司 一种风力发电系统及用于该系统的支撑平台
CN115848574A (zh) * 2022-11-23 2023-03-28 华南理工大学 一种基于半潜式平台的波浪能-风能发电制氢集成系统
CN116039860A (zh) * 2023-02-02 2023-05-02 大连理工大学 一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台
CN117002689B (zh) * 2023-06-29 2024-01-12 华中科技大学 一种变直径重心可调型漂浮式spar风电平台

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107061127A (zh) * 2017-04-09 2017-08-18 大连理工大学 海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置
CN209621516U (zh) * 2019-02-20 2019-11-12 青岛理工大学 一种海上环境监测平台的海洋能源捕获系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2274515T3 (en) * 2008-02-29 2016-06-06 Single Buoy Moorings Offshore wind and wave power generation system and method thereof
DE102015009267A1 (de) * 2015-07-15 2017-01-19 Gerhard Brandl Energiestern
CN106050579A (zh) * 2016-06-20 2016-10-26 中国海洋大学 一种海上风力发电机的复合筒型基础和使用该基础的组合发电结构及其施工方法
CN109026542A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 浙江大学 漂浮式风能-波浪能联合发电系统
CN109812375A (zh) * 2019-02-25 2019-05-28 武汉理工大学 适用于振荡浮子式波能转换装置的pto装置
CN110296049B (zh) * 2019-06-21 2020-12-29 华中科技大学 一种海上半潜式风能及波浪能集成发电设备

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107061127A (zh) * 2017-04-09 2017-08-18 大连理工大学 海洋波浪能、风能与海流能组合发电装置
CN209621516U (zh) * 2019-02-20 2019-11-12 青岛理工大学 一种海上环境监测平台的海洋能源捕获系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111412102A (zh) 2020-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111412102B (zh) 一种基于半潜式浮式风机和振荡浮子的风能-波浪能集成发电平台
Zhang et al. Ocean wave energy converters: Technical principle, device realization, and performance evaluation
US7339285B2 (en) Hydroelectric wave-energy conversion system
US10947955B2 (en) Multi-energy power generation system based on floating type platform
WO2014169699A1 (en) A wave power generator set and method for generating electricity thereby
CN114060206B (zh) 液压式多自由度波浪能发电装置
CN109882343A (zh) 一种基于浮式防波堤的月池振荡水柱波能发电装置
WO2010049708A2 (en) Improved apparatus for generating power from wave energy
CN104454357A (zh) 风能联合波浪能发电装置
CN110397561B (zh) 张力腿式波浪能风能综合发电装置及其智能振动控制系统
CN112943540A (zh) 一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置及其发电方法
CN110985279B (zh) 一种月池型多模块波浪能发电系统
CN108953046A (zh) 一种三维海浪能发电装置
CN112302877A (zh) 一种海上风电和波浪能联合发电系统及其工作方法
CN111779631A (zh) 一种海上风浪联合发电装置
CN114645817B (zh) 多自由度波浪能浮子与半潜浮式风机耦合发电系统及方法
CN216617734U (zh) 振荡水柱与振荡浮子相结合的多自由度运动波能转换装置
CN207377704U (zh) 振荡水柱与振荡浮子组合式波能转换装置
WO2007125538A1 (en) A device for converting wave and/or tidal energy into electrical energy
WO2012127486A1 (en) System for generation of electrical power by siphoning sea water at sea shore
Duckers Wave energy; crests and troughs
CN210769129U (zh) 一种内含点吸收装置的振荡水柱式波能转换装置
CN209908663U (zh) 一种新型浮式多能源集成发电系统
Falcão The development of wave energy utilisation
CN110469450A (zh) 一种内含点吸收装置的振荡水柱式波能转换装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant