CN111550349A - 用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于海洋平台的可移动式波浪能‑潮流能互补发电装置。至少有一个可移动式波浪能‑潮流能互补发电装置，它包括波浪能发电装置、潮流能发电装置、波浪能发电装置支撑结构和潮流能发电装置支撑结构和提升机构；两个支撑结构从上至下依次安装在提升机构的左、右提升腿中作上下移动；控制室安装在海洋平台的甲板上。本发明互补发电提高电能产量，应对单一品种海洋能受时间空间分布不均影响导致的资源短缺问题，提高海洋平台仅依靠海洋能供能的可靠性。提升机构有主动抬升发电装置避浪的能力，提升海洋平台本身以及发电装置在恶劣海况下的生存性和可靠性，能够解决现有的深远海可再生能源发电设备易受破坏寿命低的安全性与经济性问题。

Description

用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置
技术领域
本发明涉及海洋平台的发电装置，尤其涉及一种用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置。
背景技术
海洋平台为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物，是我国进一步开发利用海洋尤其是深远海作业开发的关键载体。目前，由于受到海洋环境和平台结构的种种限制，海洋平台普遍使用的太阳能、柴油机或单一品种海洋能等供电手段，并不能持续稳定地为海洋平台供电。供能不足不稳定已经成为制约我国深远海作业开发的关键难题。海洋蕴藏多种形式的可再生海洋能源，包括波浪能、潮流能和温差能等，若能同时高效利用多种海洋能，将极大缓解海洋平台能源供给不足不稳定的紧张形势。其中波浪能和潮流能，在我国海域储量丰富，且系统技术较为成熟。实现推广海洋能互补发电技术在海洋平台上的应用，是解决海洋平台供能问题的主要手段。
目前海洋平台普遍采用太阳能板、柴油发电机或单一波浪能发电设备等设备为主体的能源供给方案，但是广泛存在以下几点不足：1)太阳能能量密度低，海洋平台甲板铺设面积太小，采用太阳能板为主体的能源供给方案无法提供较大功率；2)采用传统柴油机为主体的能源供给方案，存在噪音大、污染环境、油料补给困难、补给时间长、补给成本高等诸多问题；3)采用单一海洋能品种如波浪能发电设备为主体的能源供给方案，由于在空间上，我国沿海波浪能资源分布不均匀，在时间上，波浪能资源受昼夜和季节变化影响大，在这种海域资源的限制下，同样存在可利用能量低，供能不稳定等难题。
同时，海洋环境往往海况恶劣，经常有极端台风天气等，海洋能发电设备经常暴露在极端海洋环境下，不仅不能正常供能发电，反而会在海浪作用下破坏海洋平台本身，带来极大安全隐患。充分考虑海洋能发电设备的生存可靠性也是海洋能开发利用的重要一环。
发明内容
鉴于上述背景技术中的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
本发明的一种用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，至少有一个可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，所述可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，包括波浪能发电装置、潮流能发电装置、由两条平行横梁组成的波浪能发电装置支撑结构和潮流能发电装置支撑结构和提升机构；两条平行横梁组成的波浪能发电装置支撑结构和潮流能发电装置支撑结构从上至下依次安装在提升机构的左提升腿和右提升腿中作上下移动；控制室安装在海洋平台的甲板上。
所述波浪能发电装置，包括浮体、活动平台臂和波浪能直线发电机；浮体固接在活动平台臂前端下面，活动平台臂后端铰接在波浪能发电装置支撑结构下面一条横梁上，波浪能直线发电机的一端铰接在活动平台臂甲板上，波浪能直线发电机的另一端铰接连接在波浪能发电装置支撑结构上面一条横梁上。
所述潮流能发电装置，包括装有叶片的转子叶轮、动力传动系统和潮流能旋转发电机；动力传动系统安装在潮流能发电装置支撑结构平台上，转子叶轮安装在动力传动系统的主轴上，动力传动系统的主轴通过锥齿轮系统与潮流能旋转发电机连接。
所述提升机构，包括提升机构起重机、左提升腿和右提升腿；提升机构起重机安装在控制室内，左提升腿和右提升腿安装在控制室下方，在提升机构起重机的驱动下，左提升腿和右提升腿带动波浪能发电装置支撑结构和潮流能发电装置支撑结构，承载波浪能发电装置和潮流能发电装置作上下移动。
所述控制室，包括备用柴油发电机、蓄电池装置、波浪能装置输电模块、潮流能装置输电模块、控制器、整流器和逆变器；备用柴油发电机、蓄电池装置、波浪能装置输电模块和潮流能装置输电模块依次通过电缆与整流器连接，整流器与逆变器接，逆变器与负载连接，逆变器输出信号到控制器，控制器分别输出反馈控制信号到备用柴油发电机、蓄电池装置、波浪能装置输电模块和潮流能装置输电模块。
所述提升机构上有左提升腿和右提升腿，左提升腿和右提升腿上等间距设置有键结构，左提升腿和右提升腿与波浪能发电装置支撑结构和潮流能发电装置支撑结构通过键结构；左提升腿和右提升腿依靠提升机构起重机提供动力。
所述波浪能发电装置为漂浮摆式发电设备。
所述潮流能发电装置为三叶片水平轴式发电设备。
所述控制室下部安装有日常维修及检修的伸缩梯。
本发明具有的有益效果是：
本发明的波浪能发电装置和潮流能发电装置同时工作互补发电，可以提高电能产量，应对单一品种海洋能受时间空间分布不均影响导致的资源短缺问题，提高海洋平台仅依靠海洋能供能的可靠性。同时，装置包括提升机构，具有主动抬升发电装置避浪的能力，会提升海洋平台本身以及发电装置在恶劣海况下的生存性和可靠性，也为维修检修提供方便，能够解决现有的深远海可再生能源发电设备易受破坏寿命低的安全性与经济性问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的总体安装示意图。
图3是本发明的海洋平台水上甲板的结构示意图。
图4是本发明的波浪能发电装置结构示意图。
图5是本发明的潮流能发电装置结构剖面示意图。
图6是本发明的控制原理示意图。
图中：1、波浪能发电装置，2、潮流能发电装置，3、波浪能发电装置支撑结构，4、潮流能发电装置支撑结构，5、提升机构，6、控制室，7、提升腿，8、浮体，9、活动平台臂，10、波浪能直线发电机，11、转子叶轮，12动力传动系统、，13、潮流能旋转发电机，14、提升机构起重机，15、提升腿，16、水上甲板平台，17、支撑立柱，18、水下甲板平台，19、太阳能电池板，20、动子滑杆，21、定子外壳，22、锥齿轮系统，23、伸缩梯，24、备用柴油发电机，25、蓄电池装置，26、波浪能装置输电模块，27、潮流能装置输电模块，28、控制器，29、整流器，30、逆变器，31、负载。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，至少有一个可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，所述可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，包括波浪能发电装置1、潮流能发电装置2、由两条平行横梁组成的波浪能发电装置支撑结构3和潮流能发电装置支撑结构4和提升机构5；两条平行横梁组成的波浪能发电装置支撑结构3和潮流能发电装置支撑结构4从上至下依次安装在提升机构5的左提升腿7和右提升腿15中作上下移动；控制室6安装在海洋平台的甲板上。
如图2所示，本发明的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置安装在一种典型的漂浮半潜式海洋信息塔平台上。这种海洋信息塔平台本体包括水上甲板平台16、支撑立柱17和水下甲板平台18，水上甲板平台16和水下甲板平台18之间有支撑立柱17。如图2所示，水上甲板平台16上铺设太阳能电池板19，在保证其他设备安装空间的基础上进一步补充能源来源。当然，根据实际使用情况，太阳能电池板19铺设面积和区域可以进行调整。
如图1图4所示，所述波浪能发电装置1，包括浮体8、活动平台臂9和波浪能直线发电机10；浮体8固接在活动平台臂9前端下面，活动平台臂9后端铰接在波浪能发电装置支撑结构3下面一条横梁上，波浪能直线发电机10的一端铰接在活动平台臂9甲板上，波浪能直线发电机10的另一端铰接连接在波浪能发电装置支撑结构3上面一条横梁上。
如图1、图5所示，所述潮流能发电装置2，包括装有叶片的转子叶轮11、动力传动系统12和潮流能旋转发电机13；动力传动系统12安装在潮流能发电装置支撑结构4平台上，转子叶轮11安装在动力传动系统12的主轴上，动力传动系统12的主轴通过锥齿轮系统22与潮流能旋转发电机13连接。
波浪能发电装置1和潮流能发电装置2均安装在海洋平台水上甲板平台16、水下甲板平台18间支撑立柱17上，如图4所示，波浪能发电装置1设置有漂浮摆式浮体8，浮体8自由漂浮于水平面上。浮体8在波浪作用下绕旋转轴往复转动，往复驱动波浪能直线发电机10，从而实现波浪能到电能的转换。如图5所示，潮流能发电装置2设置有转子叶轮11，位于水线以下区域，在海流的作用下，潮流能发电装置2转子叶轮11发生转动，驱动动力传动系统，从而带动潮流能旋转发电机13实现潮流能到电能的转换。
进一步的，如图4所示，波浪能发电装置1浮体通过圆周阵列的紧固件安装在活动平台臂上，活动平台臂9上铰接连接波浪能直线发电机10的动子滑杆20，波浪能直线发电机的定子外壳21套接在动子滑杆20外侧，动子滑杆20在定子外壳21内部滑动切割磁感线产生电能。潮流能发电装置2转子叶轮11通过销安装在动力传动系统的主轴上，动力传动系统主轴末端通过锥齿轮系统22连接潮流能发电机，使得动力传动系统轴线垂直于潮流能发电机轴线，减少潮流能发电装置结构长度。
如图1所示，所述提升机构5，包括提升机构起重机14、左提升腿7和右提升腿15；提升机构起重机14安装在控制室6内，左提升腿7和右提升腿15安装在控制室6下方，在提升机构起重机14的驱动下，左提升腿7和右提升腿15带动波浪能发电装置支撑结构3和潮流能发电装置支撑结构4，承载波浪能发电装置1和潮流能发电装置2作上下移动。
如图6所示是本发明的控制原理示意图，所述控制室6，包括备用柴油发电机24、蓄电池装置25、波浪能装置输电模块26、潮流能装置输电模块27、控制器28、整流器29和逆变器30；备用柴油发电机24、蓄电池装置25、波浪能装置输电模块26和潮流能装置输电模块27依次通过电缆与整流器29连接，整流器29与逆变器30连接，逆变器30与负载31连接，逆变器30输出信号到控制器28，控制器28分别输出反馈控制信号到备用柴油发电机24、蓄电池装置25、波浪能装置输电模块26和潮流能装置输电模块27。波浪能发电装置和潮流能发电装置提供电能来源，备用柴油发电机作为备用电源，逆变器、整流器和蓄电池作为调控电路主要元器件，控制器实现多能互补稳定供能。
如图1所示，所述提升机构上有左提升腿7和右提升腿15，左提升腿7和右提升腿15上等间距设置有键结构，左提升腿7和右提升腿15与波浪能发电装置支撑结构3和潮流能发电装置支撑结构4通过键结构连接；左提升腿7和右提升腿15依靠提升机构起重机14提供动力。
所述波浪能发电装置为漂浮摆式发电设备，浮体自由漂浮于水平面上，发电状态时，所述活动平台臂平放，浮体在波浪作用下绕旋转轴往复转动，往复驱动波浪能直线发电机，从而实现波浪能到电能的转换。
所述潮流能发电装置为三叶片水平轴式发电设备，设置有转子叶轮，在潮流的作用下，潮流能发电装置转子叶轮发生转动，驱动动力传动系统，从而带动潮流能发电机实现潮流能到电能的转换。
所述控制室底部设置有伸缩梯23，穿过海洋平台水面上甲板，可以按需升降至目标位置，用于日常维修及检修。
为尽可能提高发电量，波浪能-潮流能互补发电装置在海洋平台所有支撑立柱上均安装，呈圆周阵列式布置。圆周阵列式布置方案有助于提高整体平台在波浪下的稳定性，同时增大了对波浪潮流方向变化的适应性，进一步提高了本发明的波浪能-潮流能互补发电装置给海洋平台供能的可靠性，如图3所示，只布置了一个波浪能-潮流能互补发电装置，所述波浪能和潮流能发电装置分别有独立的电力系统，共享一个控制室，采用分布发电，集中调控的控制方式。
本发明通过在海洋平台上安装波浪能-潮流能互补发电装置，持续稳定地为海洋平台供电。采用互补发电技术同时高效利用波浪能与潮流能，能够克服我国沿海海洋能资源分布不均匀，时间不连续的问题，大幅提高利用海洋可再生能源为海洋平台供能的可行性。通过设计用来实现极端海况下主动抬升避浪功能的提升机构，能够解决海洋可再生能源发电设备的生存可靠性。

Claims (9)

1.用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于，至少有一个可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，所述可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，包括波浪能发电装置(1)、潮流能发电装置(2)、由两条平行横梁组成的波浪能发电装置支撑结构(3)和潮流能发电装置支撑结构(4)和提升机构(5)；两条平行横梁组成的波浪能发电装置支撑结构(3)和潮流能发电装置支撑结构(4)从上至下依次安装在提升机构(5)的左提升腿(7)和右提升腿(15)中作上下移动；控制室(6)安装在海洋平台的甲板上。
2.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述波浪能发电装置(1)，包括浮体(8)、活动平台臂(9)和波浪能直线发电机(10)；浮体(8)固接在活动平台臂(9)前端下面，活动平台臂(9)后端铰接在波浪能发电装置支撑结构(3)下面一条横梁上，波浪能直线发电机(10)的一端铰接在活动平台臂(9)甲板上，波浪能直线发电机(10)的另一端铰接连接在波浪能发电装置支撑结构(3)上面一条横梁上。
3.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述潮流能发电装置(2)，包括装有叶片的转子叶轮(11)、动力传动系统(12)和潮流能旋转发电机(13)；动力传动系统(12)安装在潮流能发电装置支撑结构(4)平台上，转子叶轮(11) 安装在动力传动系统(12)的主轴上，动力传动系统(12)的主轴通过锥齿轮系统(22)与潮流能旋转发电机(13)连接。
4.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述提升机构(5)，包括提升机构起重机(14)、左提升腿(7)和右提升腿(15)；提升机构起重机(14)安装在控制室(6)内，左提升腿(7)和右提升腿(15)安装在控制室(6)下方，在提升机构起重机(14)的驱动下，左提升腿(7)和右提升腿(15)带动波浪能发电装置支撑结构(3)和潮流能发电装置支撑结构(4)，承载波浪能发电装置(1)和潮流能发电装置(2)作上下移动。
5.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述控制室(6)，包括备用柴油发电机(24)、蓄电池装置(25)、波浪能装置输电模块(26)、潮流能装置输电模块(27)、控制器(28)、整流器(29)和逆变器(30)；备用柴油发电机(24)、蓄电池装置(25)、波浪能装置输电模块(26)和潮流能装置输电模块(27)依次通过电缆与整流器(29)连接，整流器(29)与逆变器(30)连接，逆变器(30)与负载(31)连接，逆变器(30)输出信号到控制器(28)，控制器(28)分别输出反馈控制信号到备用柴油发电机(24)、蓄电池装置(25)、波浪能装置输电模块(26)和潮流能装置输电模块(27)。
6.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述提升机构上有左提升腿(7)和右提升腿(15)，左提升腿(7)和右提升腿(15)上等间距设置有键结构，左提升腿(7)和右提升腿(15)与波浪能发电装置支撑结构(3)和潮流能发电装置支撑结构(4)通过键结构；左提升腿(7)和右提升腿(15)依靠提升机构起重机(14)提供动力。
7.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述波浪能发电装置为漂浮摆式发电设备。
8.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述潮流能发电装置为三叶片水平轴式发电设备。
9.根据权利要求1所述的用于海洋平台的可移动式波浪能-潮流能互补发电装置，其特征在于：所述控制室下部安装有日常维修及检修的伸缩梯(23)。
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