CN111779630A - 一种海上多能集成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上多能集成装置，包括大兆瓦水平轴风力发电机、浮式阻尼池基础、振荡浮子式波浪能发电设备、深水养殖网箱设备和柔性系泊系统，具体是柔性系泊系统将整个浮式阻尼池基础与海床固定，在浮式阻尼池基础上集成大兆瓦水平轴风力发电机、振荡浮子式波浪能发电设备和深水养殖设备，其中大兆瓦水平轴风力发电机和振荡浮子式波浪能发电设备共用内置于浮式阻尼池基础的箱式变压器，内置于浮式阻尼池基础的储能器与箱式变压器连接，由箱式变压器对其进行充电，并给深水养殖网箱设备供电，且其在台风工况下亦作为大兆瓦水平轴风力发电机的后备电源使用，本发明能够提升集约化用海效率，降低设备均摊成本，最大限度地提升综合能源场收益。

Description

一种海上多能集成装置
技术领域
本发明涉及海上风力发电、海上波浪能发电和海洋牧场养殖的技术领域，尤其是指一种海上多能集成装置。
背景技术
海洋能源丰富，包含风能、波浪能、洋流能等能源资源，同时还可以提供优质的水产养殖空间和资源。近年来，随着各种海洋能源形式开发的技术不断迭代进步与相对成熟，部分海洋能源已进入规模化开发阶段，海上风电开发从粗放型向集约型转变。而波浪能作为一种新的海洋能源开发形式，受技术和资源条件等多方面的限制，发展较为缓慢，目前，波浪能发电项目度电成本较高，国内尚不具备大规模商业化开发的条件。此外，近海养殖对水质环境的影响日益显著，越来越多的地区开始限制近海养殖海域的规模，因此鼓励近海养殖向深远海养殖转型。在这一大环境下，通过集约用海、多能综合开发的形式，提升海域使用效率、降低设备分摊成本，进一步降低海洋资源开发的整体成本，是目前海洋能源开发的大趋势。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足与缺点，通过集约用海、多能综合开发的形式，提出了一种海上多能集成装置，整合了大兆瓦水平轴风力发电机、振荡浮子式波浪能发电设备和深水养殖网箱设备，以此来提升集约化用海效率，降低设备均摊成本，最大限度地提升综合能源场收益。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种海上多能集成装置，包括大兆瓦水平轴风力发电机、浮式阻尼池基础、振荡浮子式波浪能发电设备、深水养殖网箱设备和柔性系泊系统，其中，所述大兆瓦水平轴风力发电机安装于浮式阻尼池基础的上表面，并靠近浮式阻尼池基础的一侧边，所述振荡浮子式波浪能发电设备有多个分布于浮式阻尼池基础的其余侧面，所述浮式阻尼池基础的中间部位形成有用于放置深水养殖网箱设备的中空区域，所述深水养殖网箱设备固定在该中空区域处，用于深海渔业养殖，所述浮式阻尼池基础通过柔性系泊系统固定在海床上。
进一步，还包括一个箱式变压器；所述大兆瓦水平轴风力发电机和振荡浮子式波浪能发电设备分别与箱式变压器电连接，所述箱式变压器位于浮式阻尼池基础的内部，用于对大兆瓦水平轴风力发电机和振荡浮子式波浪能发电设备发出的电能进行统一升压处理后，通过海底中压电缆送出到海上升压站；所述浮式阻尼池基础的内部设置有储能器，所述储能器与箱式变压器连接，由箱式变压器对其进行充电，所述储能器给深水养殖网箱设备供电，并能够作为大兆瓦水平轴风力发电机的后备电源使用。
进一步，所述浮式阻尼池基础的内部划分为上、下两层舱室，该上层舱室为功能舱，分别内置有波浪能液压单元、波浪能发电单元、箱式变压器、储能器、备品备件舱、集控中心和生活舱以及深水养殖网箱设备的养殖物料舱，该下层舱室为压载舱，用于调节结构吃水，即浮式阻尼池基础的进水量。
进一步，所有振荡浮子式波浪能发电设备共用同一套波浪能液压单元和波浪能发电单元，每个振荡浮子式波浪能发电设备产生的液压能集中输送至波浪能液压单元中，所述波浪能液压单元与波浪能发电单元连接，能够驱动波浪能发电单元发电，所述波浪能发电单元所产生的电能通过电缆接入箱式变压器中进行升压。
进一步，所述深水养殖网箱设备包括网衣、网衣固定杆、网衣固定挂钩和网箱配重块，所述网衣为长方体，其底面四角均配有一网箱配重块，所述网箱配重块用于保持网衣的形态以维持养殖空间，所述网衣固定杆和网衣固定挂钩固为一体，并布置于浮式阻尼池基础的中空区域边缘，能够将网衣固定在浮式阻尼池基础中。
进一步，所述浮式阻尼池基础为回字型结构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明整合了大兆瓦水平轴风力发电机、振荡浮子式波浪能发电设备和深水养殖网箱设备，即将风能资源、波浪能资源和深水养殖资源在空间进行融合，实现了海洋能源的空间立体化开发利用，有效提高了海域面积使用效率。
2、本发明将大兆瓦水平轴风力发电机、振荡浮子式波浪能发电设备、深水养殖网箱设备共用同一浮式阻尼池基础作为支撑结构，提升了支撑结构的利用效率，同时该三种设备共用一套柔性系泊系统，大幅降低了设备分摊成本，提升了整体收益。
3、振荡浮子式波浪能发电设备与大兆瓦水平轴风力发电机共用箱式变压器以及海上升压站和送出电缆，节省了为设备单独配备这些模块的设备成本。
4、本发明所述装置上配备了储能器，该储能器在正常工作状态时能够给养殖电力设备供电，在台风状态时亦能够切换为大兆瓦水平轴风力发电机的备用电源，解决了台风工况中大兆瓦水平轴风力发电机离网无法偏航对风的问题，可一定程度上降低大兆瓦水平轴风力发电机的极限载荷，节约设备重量和成本。
5、本发明所述的分布于浮式阻尼池基础侧面的振荡浮子式波浪能发电设备吸收了大部分波浪能，有效减小了作用在浮式阻尼池基础上的波浪载荷，可一定程度上降低浮式阻尼池基础的设计边界条件。
附图说明
图1为海上多能集成装置的轴视图。
图2为海上多能集成装置的主视图。
图3为海上多能集成装置的侧视图。
图4为海上多能集成装置的俯视图。
图5为浮式阻尼池基础的内部结构简示图。
图6为浮式阻尼池基础的主视图。
图7为固定在浮式阻尼池基础上的深水养殖网箱设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图7所示，本实施例所提供的海上多能集成装置，包括大兆瓦水平轴风力发电机1、浮式阻尼池基础2、振荡浮子式波浪能发电设备3、深水养殖网箱设备4和柔性系泊系统5。
浮式阻尼池基础2采用回字型结构，其主要材质为钢，在阻尼池基础2的内部划分为上、下两层舱室；下层舱室为压载舱21，用于调节结构吃水；上层舱室为功能舱20，分别内置有波浪能液压单元13、波浪能发电单元14、箱式变压器15、储能器16、备品备件舱17、集控中心和生活舱18以及深水养殖网箱设备的养殖物料舱19；其中，箱式变压器15为大兆瓦水平轴风力发电机1和振荡浮子式波浪能发电设备3的共用设备，大兆瓦水平轴风力发电机1和振荡浮子式波浪能发电设备3分别与箱式变压器15电连接，通过箱式变压器15对大兆瓦水平轴风力发电机1和振荡浮子式波浪能发电设备3发出的电能进行统一升压处理后，通过海底中压电缆送出到海上升压站；储能器16与箱式变压器15连接，由箱式变压器15对其进行充电，储能器16给深水养殖网箱设备4供电，且其在台风工况下亦能够作为大兆瓦水平轴风力发电机1的后备电源使用。
浮式阻尼池基础2通过柔性系泊系统5固定在海床上，系泊点布置于浮式阻尼池基础2的底部四角位置，大兆瓦水平轴风力发电机1安装于浮式阻尼池基础2的上表面，并靠近浮式阻尼池基础2的一侧中心处，振荡浮子式波浪能发电设备3有多个分布于浮式阻尼池基础2的其余侧面，浮式阻尼池基础2的中间部位形成有用于放置深水养殖网箱设备3的中空区域，深水养殖网箱设备3固定在该中空区域处，用于深海渔业养殖。同时，在大兆瓦水平轴风力发电机1所在的一侧设置登陆桥(图中未画出)，用于提供大兆瓦水平轴风力发电机1运维、振荡浮子式波浪能发电设备3运维、养殖物料运输或其他相关操作空间。此外，整个装置配备一套集电送出系统，用于将大兆瓦水平轴风力发电机1和振荡浮子式波浪能发电设备3发出的电能送出到海上升压站。
大兆瓦水平轴风力发电机1包括塔筒8、机舱、轮毂7、叶片6主要部件及其它附属部件(图中未画出)。在正常工作状态下，叶轮6在风力作用下转动，带动主轴旋转，将风能转化为机械能，主轴带动齿轮箱旋转，传递机械能，齿轮箱带动发电机转子运动，切割磁感线发电，实现机械能到电能的转换，电能通过电缆传到塔筒8底部，接入内置于浮式阻尼池基础2的箱式变压器15进行升压。在台风工况下，大兆瓦水平轴风力发电机1进入脱网停机状态，桨叶顺桨至90度，叶轮锁死，此时内置于浮式阻尼池基础2的储能器16用作大兆瓦水平轴风力发电机1的后备电源，提供偏航动力，用于大兆瓦水平轴风力发电机1偏航对风降载。
振荡浮子式波浪能发电设备3包括浮子11、机械力臂10、液压连杆9和液压缸(图中未画出)，所有振荡浮子式波浪能发电设备3共用同一套波浪能液压单元13和波浪能发电单元14，在正常工作状态下，浮子11在波浪作用下做垂荡运动，将波浪能转化为机械能，浮子11通过机械臂10带动液压连杆9做往复运动，驱动液压缸的活塞做功，将机械能转化为液压能，液压能经高压油管集中输送至波浪能液压单元13，波浪能液压单元13驱动波浪能发电单元14进行集中发电，波浪能发电单元14产生的电能通过电缆接入内置于浮式阻尼池基础2的箱式变压器15进行升压。在极端恶劣海况下，振荡浮子式波浪能发电设备3停止发电，进入停机保护模式，通过机械力臂10将浮子11抬出水面，避免波浪对浮子11造成严重破坏。
深水养殖网箱设备4布置在浮式阻尼池基础2的中空区域，深水养殖网箱设备4包括网衣24、网衣固定杆22、网衣固定挂钩23和网箱配重块12，网衣24为长方体，在其底面四个角落各布置一网衣配重块12来保持网衣24形态，以维持养殖空间，在浮式阻尼池基础2的中空区域边缘四周布置网衣固定杆22和网衣固定挂钩23，将网衣24固定在浮式阻尼池基础2上，养殖物料和备品备件存放在浮式阻尼池基础2的上层舱室中。该深水养殖网箱设备4用于深海渔业养殖，通过外接工程船完成物料运输，借助吸鱼泵进行成鱼捕捞，深水养殖网箱设备4内可设置增氧系统、水质监测系统和死鱼回收系统(图中未画出)。
综上所述，本发明通过集约用海、多能综合开发的形式，提供了一种海上多能集成装置，将风能资源、波浪能资源和深水养殖资源在空间进行融合，能够有效提升海域使用效率、降低设备分摊成本，为海洋资源开发提供了一种新方案，值得推广。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种海上多能集成装置，其特征在于：包括大兆瓦水平轴风力发电机(1)、浮式阻尼池基础(2)、振荡浮子式波浪能发电设备(3)、深水养殖网箱设备(4)和柔性系泊系统(5)，其中，所述大兆瓦水平轴风力发电机(1)安装于浮式阻尼池基础(2)的上表面，并靠近浮式阻尼池基础(2)的一侧边，所述振荡浮子式波浪能发电设备(3)有多个分布于浮式阻尼池基础(2)的其余侧面，所述浮式阻尼池基础(2)的中间部位形成有用于放置深水养殖网箱设备(4)的中空区域，所述深水养殖网箱设备(4)固定在该中空区域处，用于深海渔业养殖，所述浮式阻尼池基础(2)通过柔性系泊系统(5)固定在海床上。
2.根据权利要求1所述的一种海上多能集成装置，其特征在于：还包括一个箱式变压器(15)；所述大兆瓦水平轴风力发电机(1)和振荡浮子式波浪能发电设备(3)分别与箱式变压器(15)电连接，所述箱式变压器(15)位于浮式阻尼池基础(2)的内部，用于对大兆瓦水平轴风力发电机(1)和振荡浮子式波浪能发电设备(3)发出的电能进行统一升压处理后，通过海底中压电缆送出到海上升压站；所述浮式阻尼池基础(2)的内部设置有储能器(16)，所述储能器(16)与箱式变压器(15)连接，由箱式变压器(15)对其进行充电，所述储能器(16)给深水养殖网箱设备(4)供电，并能够作为大兆瓦水平轴风力发电机(1)的后备电源使用。
3.根据权利要求1所述的一种海上多能集成装置，其特征在于：所述浮式阻尼池基础(2)的内部划分为上、下两层舱室，该上层舱室为功能舱，分别内置有波浪能液压单元(13)、波浪能发电单元(14)、箱式变压器(15)、储能器(16)、备品备件舱(17)、集控中心和生活舱(18)以及深水养殖网箱设备(4)的养殖物料舱(19)，该下层舱室为压载舱，用于调节结构吃水，即浮式阻尼池基础(2)的进水量。
4.根据权利要求1所述的一种海上多能集成装置，其特征在于：所有振荡浮子式波浪能发电设备(3)共用同一套波浪能液压单元(13)和波浪能发电单元(14)，每个振荡浮子式波浪能发电设备(3)产生的液压能集中输送至波浪能液压单元(13)中，所述波浪能液压单元(13)与波浪能发电单元(14)连接，能够驱动波浪能发电单元(14)发电，所述波浪能发电单元(14)所产生的电能通过电缆接入箱式变压器(15)中进行升压。
5.根据权利要求1所述的一种海上多能集成装置，其特征在于：所述深水养殖网箱设备(4)包括网衣(24)、网衣固定杆(22)、网衣固定挂钩(23)和网箱配重块(12)，所述网衣(24)为长方体，其底面四角均配有一网箱配重块(12)，所述网箱配重块(12)用于保持网衣(24)的形态以维持养殖空间，所述网衣固定杆(22)和网衣固定挂钩(23)固为一体，并布置于浮式阻尼池基础(2)的中空区域边缘，能够将网衣(24)固定在浮式阻尼池基础(2)中。
6.根据权利要求1所述的一种海上多能集成装置，其特征在于：所述浮式阻尼池基础(2)为回字型结构。
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