CN111878316A - 一种风能波浪能集成发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风能波浪能集成发电装置，包括风力发电机构、半潜式平台和波浪发电机构，所述风力发电机构与波浪发电机构均位于所述半潜式平台上，所述波浪发电机构包括PTO系统和浮块，所述PTO系统内包括液压系统和发电系统，所述液压系统与所述发电系统连接，所述液压系统包括推杆结构、至少两个液压缸，其中至少一个液压缸的活塞杆与所述推杆结构固定连接，剩余的液压缸的活塞杆均与所述推杆结构可拆卸连接，各液压缸均与所述浮块连接。本发明对POT系统进行结构改进优化，能够根据工况环境即海洋波浪能的大小来调整系统工作方式，提高对波浪能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋能利用技术领域，更具体地，涉及一种风能波浪能集成发电装置。
背景技术
海洋风能具有清洁、安全、永续等优势，以及成本较低、技术较成熟、可靠性较高等特点，正成为新能源领域发展的重点。波浪能作为一种绿色清洁可再生能源形式，正吸引着越来越多国家的注意。在各种形式的海洋能中，波浪能所占的比重最大。
海洋可再生能源的开发需要有效利用各种自然资源，同时为了降低安装成本，这使得多种能源的综合开发成为势在必行的趋势。将新的装置安装在现有的支撑结构和传输基础上，可以有效减少成本。中国公开专利号CN1114121022A，公开日期2020年7月14日，该专利公开了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，其中的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，该申请专利中PTO系统只设计了一个液压缸，对缸内液体的做功固定，不能够对波浪能进行充分的利用，利用效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的集成发电平台中对波浪能的利用率小的缺点，提供一种风能波浪能集成发电装置。本发明对POT系统进行结构改进优化，能够根据工况环境即海洋波浪能的大小来调整系统工作方式，提高对波浪能的利用率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种风能波浪能集成发电装置，其中，包括风力发电机构、半潜式平台和波浪发电机构，所述风力发电机构与波浪发电机构均位于所述半潜式平台上，所述波浪发电机构包括PTO系统和浮块，所述PTO系统内包括液压系统和发电系统，所述液压系统与所述发电系统连接，所述液压系统包括推杆结构、至少两个液压缸，其中至少一个液压缸的活塞杆与所述推杆结构固定连接，剩余的液压缸的活塞杆均与所述推杆结构可拆卸连接，各液压缸均与所述浮块连接。
本技术方案中，风力发电机构与波浪发电机构位于半潜式平台上，半潜式平台漂浮在海面上，风力发电机构通过海风进行风能发电，波浪发电机构通过海洋波浪起伏形进行波浪能发电；当波浪能较大时，浮块会由于波浪的起伏拍打上下移动，带动各个液压缸移动，而此时各个液压缸对应连接的活塞杆被推杆结构固定，故浮块带动活塞杆与液压缸之间发生相对位移，完成对缸内液体的压缩做功，压缩后的液体输入发电系统完成发电过程，能够转换较多的电能；当海洋波浪起伏较小，浮块无法带动所有液压缸同时完成压缩动作时，推杆结构只固定其中一根活塞杆，松开其他活塞杆，浮块只需要一个活塞杆完成相对移动的压缩工作，协助发电系统完成发电过程，转换较少的电能，本技术方案能够对不同的工况环境(即波浪能的大小)改变PTO系统的工作方式，充分利用海洋的波浪能。
进一步的，所述推杆结构包括推杆、连接杆和电控弹性夹，其中至少一个液压缸的活塞杆固定在所述推杆的周向外壁上，所述电控弹性夹位于所述推杆内部，所述连接杆的一端与所述电控弹性夹连接，所述连接杆的另一端与剩余的液压缸的活塞杆固定连接，所述推杆内部设有控制器和波浪传感器，所述波浪传感器和电控弹性夹均与所述控制器连接。本技术方案中，推杆结构中的推杆用于固定活塞杆，当浮块带动液压缸上下移动时，使得活塞杆与液压缸相对移动，完成液压缸内的压缩工作；推杆内部的波浪传感器采集波浪能的数据信息，将该数据信息传递到控制器中，当波浪能较小不能带动各个液压缸同时完成压缩运动时，控制器发出信号使得电控弹性夹松开连接杆，推杆不再固定与连接杆连接的活塞杆，与连接杆连接的活塞杆处于放松状态，只有活塞杆固定在推杆周向外壁的液压缸继续保持工作状态，在波浪能较小的工况下，完成压缩工作；当波浪能较大时，控制器发出信号，使得电控弹性夹夹紧连接杆，让各个液压缸也加入压缩工作中，为发电系统转换更多的电能，加强对波浪能的利用效率。
进一步的，所述液压系统还包括油箱，各液压缸中位于活塞的上下两侧均与所述油箱通过管道单向连通。本技术方案中，油箱中的液体单向流向液压缸活塞的两侧，当活塞向上移动时，油箱中的液体流入液压缸活塞的下方内腔，当活塞向下移动时，油箱中的液体流入液压活塞的上方内腔。
进一步的，所述发电系统包括液压马达和发电装置，各液压缸中位于活塞的上下两侧均与所述液压马达的进液管道通过管道单向连通，所述液压马达的排液管道与所述油箱连接，所述发电装置与所述液压马达连接。当液压缸活塞向下运动时，油箱内的液体进入液压活塞的上方内腔，同时液压缸活塞下方内腔的液体会受到压缩，然后进入液压马达做功，使得液压马达带动发电装置进行发电；当液压缸活塞向上运动时，油箱内的液体进入液压活塞的下方内腔，同时液压缸活塞上方内腔的液体会受到压缩，然后进入液压马达做功，使得液压马达带动发电装置进行发电。在液压马达做完功的液体会从排液管道回到油箱，循环以上工作流程。
进一步的，所述液压马达的进液管道中设有用于调节流量的节流阀，所述液压系统内还设有储能器，所述储能器接入所述液压缸与所述进液管道之间。当液压缸产生的压缩液体能量较多时，会把部分能量储存在储能器中，储能器会在压缩液体能量不足时再释放出来，节流阀能够控制进入液压马达的液体流量；节流阀和储能器能够稳定液压系统压力和保护液压系统安全。
进一步的，所述半潜式平台包括“人”字形浮台，所述“人”字形浮台的三端与中心均设有立柱，所述立柱上均设有所述波浪发电机构，所述风力发电机构套设在所述“人”字形浮台中心的立柱顶部上。本技术方案中，风力发电机构在“人”字形浮台中间的立柱上，将风能转换成电能，四个立柱上均设有一个波浪发电机构，将波浪能转换为电能；即一个“人”字形浮台上设有一个风力发电机和四个波浪发电机构，能够充分利用海洋上的风能和波浪能，提高发电效率。
进一步的，所述风力发电机构包括风机叶片、风能发电机舱和塔架，所述塔架的一端与所述风能发电机舱连接，所述塔架的另一端与所述“人”字形浮台中心的立柱顶部同轴连接，所述风机叶片与所述风能发电机舱连接。本技术方案中，风机叶片转动带动风能发电舱进行风能转换发电。
进一步的，所述PTO系统固定在所述立柱的周向外壁上，所述浮块通过导轨滑动装置活动设置在所述立柱的周向外壁上，所述浮块的顶部与各液压缸连接。本技术方案中，由于浮块通过导轨滑动装置活动设置在立柱上，故海洋波浪起伏拍打浮块的过程中，浮块会通过导轨滑动装置在立柱的周向外壁上移动，从而带动各个液压缸的上下移动，完成液压缸的压缩工作。
进一步的，所述半潜式平台上还设有若干个用于连接海底锚固点的系泊绳索。
进一步的，所述“人”字形浮台的外表面设有石墨烯防腐材料涂层。石墨烯防腐材料涂层对“人”字形浮台的外表面进行防腐保护。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明面对不同波浪能的工况情况，通过推杆结构控制液压缸的工作数量，有效提高发电效率；
2.本发明将风力发电机构和波浪发电机构集成在半潜式平台上，半潜式平台采用“人”字形浮台，能够搭载多个波浪发电机构，有效降低发电成本，且结构设计合理新颖；
3.本发明中，浮块通过导轨滑动装置滑动设置在立柱上，且导轨滑动装置位于海面上，不与海水接触，便于安装和维修的同时，还不易被海水腐蚀，有利于装置寿命的延长。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中PTO系统与浮块的配合示意图。
图3为本发明中PTO系统的结构示意图。
图4为本发明中浮块与立柱的配合示意图。
图示标记说明如下：
1-“人”字形浮台，2-立柱，3-波浪发电机构，301-PTO系统，310-节流阀，311-副液压缸，312-主液压缸，313-副活塞杆，314-主活塞杆，315-连接杆，316-推杆，317-储能器，318-电控弹性夹，319-油箱，302-浮块，4-风机叶片，5-风能发电机舱，6-塔架，7-导轨滑动装置，701-滑轮，702-导轨，8-发电装置，9-液压马达。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
如图1至图4所示为本发明一种风能波浪能集成发电装置的实施例。一种风能波浪能集成发电装置，其中包括风力发电机构、半潜式平台和波浪发电机构3。半潜式模板包括“人”字形浮台1，“人”字形浮台1的三端以及中心均设有立柱2，每个立柱2上均设有一个波浪发电机构3，其中风力发电机构固定设置在“人”字形浮台1中间立柱2的顶部，本实施例中，一个半潜式平台能够安装4个波浪发电机构3和1个风力发电机构，能够提高对半潜式平台的利用率。需要说明的是，“人”字形浮台1上可以根据实际运用场景可以设置不同数量的波浪发电机构3，并不是只能设置四个波浪发电机构3。
本实施例中，如图2所示，波浪发电机构3包括PTO系统301和浮块302，PTO系统301固定套设在立柱2的周向外壁上，浮块302通过导轨滑动装置7活动安装在立柱2的周向外壁上，同时浮块302嵌入PTO系统301，浮块302跟随着海洋波浪的起伏在立柱2的周向外壁上上下移动，在移动的过程中带动PTO系统301完成发电过程。其中，导轨滑动装置7包括4组导轨702和滑轮701，4个导轨均匀分布在立柱的周向外壁，4个滑轮设置在浮块上，滑轮701与导轨702一一对应连接，浮块302通过滑轮701在导轨702上移动，需要说明的是，导轨滑动装置可以根据实际场景运用调整导轨702和滑轮701的组数，且滑轮701可以更换成滑块。
在其中一个实施例中，如图4所示，PTO系统301包括液压系统和发电系统，液压系统对液体压缩做功后输入发电系统完成发电工作。其中液压系统内设有两组动作单元，动作单元包括推杆结构、油箱319、1个主液压缸312和2个副液压缸311，其中副液压缸311比主液压缸312的尺寸小，主液压缸312和副液压缸311中均对应设有主活塞杆314和副活塞杆313，副活塞杆313是固定在推杆结构上，主活塞杆314可拆卸连接在推杆结构内部。浮块302顶部与主液压缸312和副液压缸311通过液压缸支架固定连接，主液压缸312和副液压缸311中活塞的上下两侧均与油箱319通过管道单向连通，即液体只能从油箱流向液压缸，管道上设有单向阀进行单向控制。当活塞向上运动时，油箱319内的液体进入液压缸活塞下方的内腔，活塞上方内腔中的液体被压缩输入发电系统；当活塞向下运动时，油箱319内的液体进入液压缸活塞上方的内腔，活塞下方内腔中的液体被压缩输入发电系统。需要说明的是，运行单元中的副液压缸数量可以根据装置尺寸数量进行调整，且与连接杆连接的主液压缸也可以根据不同场景的使用进行数量调整。
其中，推杆结构包括推杆316、连接杆315和电控弹性夹318，副活塞杆313固定连接在推杆316的周向外壁上，电控弹性夹318位于推杆316内部，连接杆315的一端与电控弹性夹318，连接杆315的另一端与主活塞杆314里连接，推杆316内部设有控制器和波浪传感器，波浪传感器和电控弹性夹318均与控制器连接。推杆316内部的波浪传感器采集波浪能的数据信息，将该数据信息传递到控制器中，当波浪能较小不能带动主液压缸312、副液压缸311同时完成压缩运动时，控制器发出信号使得电控弹性夹318松开连接杆315，推杆316不再固定主活塞杆314，主活塞杆314处于放松状态，只有副液压缸311继续保持工作状态，即波浪能较小的工况下，完成压缩工作；当波浪能较大时，控制器发出信号，使得电控弹性夹318夹紧连接杆315，让主液压缸312也加入压缩工作中，提高整个装置中电能转换效率。
另外，发电系统包括液压马达9和发电装置8，主液压缸312和副液压缸311中位于活塞的上下两侧均与液压马达9的进液管道单向连接，液压马达9的排液管道与油箱319连接，发电装置8与液压马达9连接，主液压缸312和副液压缸311中位于活塞上下两侧的内腔通过单向管道与液压马达的进液管道连通，主液压缸312和副液压缸311中被压缩的液体通过该单向管道输入液压马达9的进液管道，单向管道上设有单向阀进行液体流动方向控制。当液压缸活塞向下运动时，油箱319内的液体进入液压活塞的上方内腔，同时液压缸活塞下方内腔的液体会受到压缩，然后进入液压马达9做功，使得液压马达9带动发电装置8进行发电；当液压缸活塞向上运动时，油箱319内的液体进入液压活塞的下方内腔，同时液压缸活塞上方内腔的液体会受到压缩，然后进入液压马达9做功，使得液压马达9带动发电装置进行发电。在液压马达9做完功的液体会从排液管道回到油箱319，循环以上工作流程。
本实施例的工作原理如下文所示：
风力发电机构与波浪发电机构3位于半潜式平台上，半潜式平台漂浮在海面上，风力发电机构通过海风进行风能发电，波浪发电机构3通过海洋波浪起伏形成的波浪能进行波浪能发电；由于浮块302会由于波浪的起伏拍打上下移动，带动主液压缸312和副液压缸311移动，而此时主活塞杆314与副活塞杆313被推杆316结构固定，故活塞杆与液压缸之间发生相对位移，完成对缸内液体的压缩做功，压缩后的液体输入发电系统帮助完成发电过程，由于所有的液压缸都在工作，故电能转换效率更高；当海洋波浪起伏较小，浮块无法带动主液压缸312与副液压缸311同时完成压缩动作时，推杆结构松开主活塞杆314，浮块302只需要带动副液压缸311，让副活塞杆313在副液压缸311内部完成相对移动的压缩工作，副液压缸311压缩做功协助发电系统完成发电过程，本技术方案对不同的工况环境都能够完成发电工作，由于液压缸工作数量的改变从而使得电能转换效率不同，能够对海洋的波浪能进行充分的利用。
在其中一个实施例中，主液压缸312和副液压缸311中活塞的上下两侧内腔与液压马达9连通的单向管道上均设有储能器317，液压马达9的进液管道中还设有用于调节流量的节流阀310，节流阀310能够控制进入液压马达9的液体流量；当液压缸产生的压缩液体能量较多时，会把部分能量储存在储能器317中，储能器317会在压缩液体能量不足时再释放出之前储存的能量，节流阀310和储能器317能够稳定液压系统压力和保护液压系统安全。
另外，半潜式平台通过海底锚固点漂浮在固定区域的海平面上，半潜式平台与海底锚固点之间设有绳索。“人”字形浮台1的外表面设有石墨烯防腐材料涂层。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风能波浪能集成发电装置，包括风力发电机构、半潜式平台和波浪发电机构，所述风力发电机构与波浪发电机构均位于所述半潜式平台上，其特征在于：所述波浪发电机构包括PTO系统和浮块，所述PTO系统内包括液压系统和发电系统，所述液压系统与所述发电系统连接，所述液压系统包括推杆结构、至少两个液压缸，其中至少一个液压缸的活塞杆与所述推杆结构固定连接，剩余的液压缸的活塞杆均与所述推杆结构可拆卸连接，各液压缸均与所述浮块连接。
2.根据权利要求1所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述推杆结构包括推杆、连接杆和电控弹性夹，其中至少一个液压缸的活塞杆固定在所述推杆的周向外壁上，所述电控弹性夹位于所述推杆内部，所述连接杆的一端与所述电控弹性夹连接，所述连接杆的另一端与剩余的液压缸的活塞杆固定连接，所述推杆内部设有控制器和波浪传感器，所述波浪传感器和电控弹性夹均与所述控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述液压系统还包括油箱，各液压缸中位于活塞的上下两侧均与所述油箱通过管道单向连通。
4.根据权利要求3所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述发电系统包括液压马达和发电装置，各液压缸中位于活塞的上下两侧均与所述液压马达的进液管道通过管道单向连通，所述液压马达的排液管道与所述油箱连接，所述发电装置与所述液压马达连接。
5.根据权利要求4所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述液压马达的进液管道中设有用于调节流量的节流阀，所述液压系统内还设有储能器，所述储能器接入所述液压缸与所述进液管道之间。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述半潜式平台包括“人”字形浮台，所述“人”字形浮台的三端与中心均设有立柱，所述立柱上均设有所述波浪发电机构，所述风力发电机构套设在所述“人”字形浮台中心的立柱顶部上。
7.根据权利要求6所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述风力发电机构包括风机叶片、风能发电机舱和塔架，所述塔架的一端与所述风能发电机舱连接，所述塔架的另一端与所述“人”字形浮台中心的立柱顶部同轴连接，所述风机叶片与所述风能发电机舱连接。
8.根据权利要求6所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述PTO系统固定在所述立柱的周向外壁上，所述浮块通过导轨滑动装置活动设置在所述立柱的周向外壁上，所述浮块的顶部与各液压缸连接。
9.根据权利要求6所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述半潜式平台上还设有若干个用于连接海底锚固点的系泊绳索。
10.根据权利要求8所述的一种风能波浪能集成发电装置，其特征在于：所述“人”字形浮台的外表面设有石墨烯防腐材料涂层。
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