CN111911354A - 一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法 - Google Patents

一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法，包括利用潮流能发电的潮流能横轴发电系统；用于控制潮流能横轴发电系统供电电路开合的风潮耦合电气控制系统；所述风潮耦合电气控制系统包括综合控制终端和风力发电机，其中，风力发电机连接风机叶片，用以实现风能发电；所述综合控制终端用于采集潮流能横轴发电系统输出端和风力发电机输出端的电压值，并根据潮流能横轴发电系统输出端的电压值和风力发电机输出端的电压值之间的偏差控制潮流能横轴发电系统供电电路开合；本发明有效利用了海上风电相关电气设备的功率缺额空间，提升海上能源利用率，同时基于现有设备设计进行安装，大大减小了相应的基建、设备、运维成本。

Description

一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及 方法
技术领域
本发明属于海上风电与海洋能发电技术领域，特别涉及一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法。
背景技术
为了应对气候变暖带来的严峻环境问题，可再生能源技术近年来得到了快速的发展。由于近海海面比较充裕的风能条件，以及技术提高和成本下降带来的乘数效应，近年来海上风电兴起了建设热潮，海上风电装机总额和项目数量连年攀升，但由于风力发电需要依靠不确定的风能，输出功率不稳定，达不到额定功率，海上风电相关电气设备有很大的功率缺额空间未被利用，海上能源利用不够充分。
另一方面，海洋能作为一种可再生清洁能源，具有不占用陆上土地，且总量极其丰富的特点。潮流能发电技术在此背景下孕育而生，潮流能相对太阳能和风能，其能量密度更大，且根据地月日运动具有可预测性，能量相对稳定；潮流能应用较为成熟的水轮机机械能-电能转化原理，近年来在国内外开展了一系列的试验和应用，前景广阔。然而，潮流能因为远离陆地，其铺设离岸电力传输、控制等设备的基建成本很大，且易受到恶劣海况的破坏，单独建设离岸潮流能电站的经济性较低。
目前，在海上风电与海洋能发电技术领域还提出了潮流能发电设备：
中国实用新型专利，专利公开号CN203499903U提出了一种风能潮流能联合发电装置。其中，装置潮流能发电机与风力发电机共用一个立柱，布置在海面以下，直接套在海面以下的风力发电机立柱上，潮流能电力输出端直接与风力发电机电力输出端汇流后共用一条线路输出至陆上升压站，节省了一定的建设和设备成本；潮流能发电机采用垂直轴形式，对潮流方向的适应性好，获能系数高。
但是该实用新型专利公开的发电装置存在以下不足：海上风力发电机立柱为保证强度和经济性一般情况下不会小于5m，若直接将垂直轴发电机套在其上，垂直轴水轮机的直径会非常大，自启动较为困难；同时，垂直轴发电机直接套在立柱上，发电机一般在中心轴处设置，由四周水轮机叶片带动中心轴旋转，由于有立柱存在，水轮机叶片与中心轴间的连接部分需要贯穿整个立柱截面，在实际中很难实现。
中国发明专利，专利公开号CN 107542626 A提出了一种海上风电和垂直轴式潮流能联合发电装置。其中，装置潮流能发电机采用垂直轴设计，直接布置在风力发电机桩柱中间，并搭配整流罩，提高了潮流能发电及运行效率；配套潮流监测系统和控制单元可以结合潮流信息调整潮流能设备，可以确保设备效率和安全。装置可以将风力发电电力输入到潮流能发电机使其启动，解决了潮流能发电机组的自启动问题。潮流能和风电共用一套输电设备，将所发电能输出，节约了相应配套成本。
但是该发明专利公开的发电装置存在以下不足：潮流能发电机直接布置在海面下的立柱中间，需要将海上风机立柱中间镂空出一个空间，对立柱整体的强度要求很高，在实际情况中很难实现；同时，该设计情况下垂直轴水轮机直径不能超过立柱直径，规格较小，缺乏经济性；另外，垂直轴水轮机设备安装水深较大，在后期不利于维修，运维成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法，该装置充分利用海上风电固有的基础固定结构，及其电力、信号传输系统，通过潮流能发电，一方面设备有效地填补海上风电相关电气设备的功率缺额空间，使海上能源利用率进一步提升，另一方面大幅度降低了潮流能设备前期相应基建费用，同时有效提升了设备维护的便利性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，包括利用潮流能发电的潮流能横轴发电系统；
用于控制潮流能横轴发电系统供电电路开合的风潮耦合电气控制系统；
所述风潮耦合电气控制系统包括综合控制终端和风力发电机，其中，风力发电机连接风机叶片，用以实现风能发电；所述综合控制终端用于采集潮流能横轴发电系统输出端和风力发电机输出端的电压值，并根据潮流能横轴发电系统输出端的电压值和风力发电机输出端的电压值之间的偏差控制潮流能横轴发电系统供电电路开合。
优选地，所述风潮耦合电气控制系统固定在发电机主体桩柱上，且置于海面以上；还包括风机齿轮箱，所述风机叶片经过风机齿轮箱与风力发电机连接；所述风机发电机的电能输出端连接逆变器的输入端；所述逆变器的输出端连接变压器的输入端；所述变压器的输出端连接陆地升压站并网；
其中，所述风机发电机的电能输出端和逆变器的输入端之间设置有第一电压表；所述第一电压表用于采集风力发电机输出端的电压值，并将采集到的电压值传输到综合控制终端；
所述逆变器的输入端还连接有潮流能横轴发电系统的电能输出端，且两者之间设置有第二电压表和断路装置；所述第二电压表用于采集潮流能横轴发电系统的电能输出端的电压值，并将采集到的电压值传输至综合控制终端；
所述综合控制终端用于根据接收到的电压值控制断路装置的启停。
优选地，所述潮流能横轴发电系统固定在发电机主体桩柱上，且置于海面以下；具体包括固定结构架、防水压密封设备箱、潮流能发电机、横轴水轮机、水轮机支撑架和导流罩，其中，所述固定结构架、防水压密封设备箱和水轮机支撑架均安装在底板上；所述固定结构架为长方体的框型结构，所述框型结构套装在发电机主体桩柱上；
所述防水压密封设备箱固定在固定结构架的外侧壁上；
所述水轮机支撑架设置有两个，呈对称结构固定在防水压密封设备箱两个侧面上；每个水轮机支撑架上设置有一个横轴水轮机；
所述横轴水轮机的一端安装在水轮机支撑架上，另一端与潮流能发电机的输入端连接；所述潮流能发电机安装在防水压密封设备箱内；
所述导流罩设置有两个，呈对称结构布置在固定结构架的两侧。
优选地，所述导流罩上设置有用于控制导流罩前开口和后开口自动开合的控制结构；所述控制结构包括潮流速度及流向监控系统和执行结构，其中，潮流速度及流向监控系统用于采集该发电装置安装处的潮流流速和流向，并将采集到的潮流流速和流向传输至风潮耦合电气控制系统；通过风潮耦合电气控制系统控制执行结构控制导流罩的形态。
优选地，所述执行结构包括侧板、导流罩控制器、导流罩控制架和可开合导流面，其中，所述导流罩为半圆环的板状结构，该半圆环的板状结构的两端均设置有一个波纹结构的可开合导流面，所述可开合导流面通过侧板固定在底板上；
每个导流罩的开口端端部分别设置有一个导流罩控制架，所述导流罩控制架为T型结构的支撑梁，所述T型结构的水平段固定开口端；所述T型结构的垂直段为伸缩式结构，且其自由端与导流罩控制器连接；所述导流罩控制器安装在所述导流罩的内腔底部，同时与风潮耦合电气控制系统连接。
优选地，所述潮流速度及流向监控系统包括潮流速度和流向监控设备和监控设备支撑架，其中，所述监控设备支撑架设置有两个，两个监控设备支撑架对称安装在风力发电机主体桩柱的侧壁上；每个监控设备支撑架上设置有一个潮流速度和流向监控设备；所述潮流速度及流向监控设备的工作方向朝向落潮主流方向，用于实时采集该发电装置安装处潮流的流速和流向，并将采集到的潮流流速和流向传输至风潮耦合电气控制系统。
一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电方法，基于所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，包括以下步骤：
分别采集潮流能横轴发电系统输出端和风力发电机的电压值；
计算潮流能横轴发电系统输出端的电压值与风力发电机输出端的电压值之间的偏差，并根据偏差值控制潮流能横轴发电系统供电电路开合。
优选地，潮流能横轴发电系统输出端的电压值与风力发电机输出端的电压值之间的偏差大于5％时，综合控制终端输出信号启动断路装置切断潮流能横轴发电系统供电电路。
优选地，综合控制终端还连接有潮流速度和流向监控设备，通过潮流速度和流向监控设备采集该发电装置安装所处区域的潮流流速和流向，并根据潮流流速和流向控制导流罩形态，具体地：
当潮流速度和流向监控设备监测到的潮流流速小于等于预设阈值时，根据监测到的潮流流向控制导流罩的形态，其中：
当监测到的潮流流向角度大于等于0°且小于180°时，所述导流罩控制器带动导流罩后开口一侧的导流罩控制架向下移动，使得靠近导流罩后开口一侧的可开合导流面压缩，进行使得导流罩的后开口收缩；所述导流罩的前开口张开；
当潮流速度和流向监控设备监测到的潮流流向角度大于等于180°且小于等于360°时，所述导流罩控制器带动导流罩前开口一侧的导流罩控制架向下移动，使得靠近导流罩前开口一侧的可开合导流面压缩，进行使得导流罩的前开口收缩，导流罩的后开口张开；
当潮流速度和流向监控设备监测到的潮流流速大于预设阈值时，根据监测到的潮流流向控制导流罩的形态，其中：
当监测到的潮流流向角度大于等于0°且小于180°时，所述导流罩控制器带动导流罩前开口一侧的导流罩控制架向下移动，使得靠近导流罩前开口一侧的可开合导流面压缩，进行使得导流罩的前开口收缩，导流罩的后开口张开；
当潮流速度和流向监控设备监测到的潮流流向角度大于等于180°且小于等于360°时，所述导流罩控制器带动导流罩后开口一侧的导流罩控制架向下移动，使得靠近导流罩后开口一侧的可开合导流面压缩，进行使得导流罩的后开口收缩；所述导流罩的前开口张开。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，将潮流能发电系统与风力发电系统共用设备并相互耦合，可运用现有海上风电电气设施对电力进行外送，填补了海上风电电气设施未被充分利用的问题；同时通过风潮耦合电气控制系统控制潮流能横轴发电系统的供电电路开合，解决了现有的风力发电输出功率的不稳定性，且能够避免风力发电机的电压和潮流发电机电压不匹配造成的电路损坏；本发明为海洋能源利用提供了新思路，可基于现有设备设计进行安装，大大减小了相应的基建、设备、运维成本；同时设备更加简便、海域深度适应性更广、安全性强，具有广泛的应用前景。
进一步的，本发电装置采用横轴水轮机系统，横轴水轮机可以对称多个共轴串联布置，并采用同一发电机，可以有效地提高潮流能发电的装机规模，同时相比于传统垂直轴和水平轴潮流发电机，每个水轮机都需配备相应的发电机，其大幅降低了发电机的设备成本。
进一步的，本发电装置采用横轴水轮机系统，横轴水轮机布置在风力发电机桩柱两侧，对于选用水轮机的尺寸限制较小，在同等海洋深度下，相比于垂直轴和水平轴潮流发电机，其对应可安装的横轴水轮机直径和长度都大幅度增加。
进一步的，本发电装置采用横轴水轮机系统，其相比于传统垂直轴和水平轴潮流发电机，安装深度大大降低，可以布置在更浅的海域，同时因为设备布置位置浅，检修更加方便，可以节省日常运维成本。
进一步的，本发电装置采用潮流数据实时控制的导流罩前开口和后开口自动开合的控制结构，可以结合实时潮流数据，加速并稳定水流，提高发电效率的同时，减小设备故障率。
本发明提供的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电方法，通过实时采集潮流能横轴发电系统输出端和风力发电机的电压值，并根据偏差值控制潮流能横轴发电系统供电电路开合，解决了现有的风力发电输出功率的不稳定性，且能够避免风力发电机的电压和潮流发电机电压不匹配造成的电路损坏。
附图说明
图1是本发明涉及的结构示意图；
图2是潮流能横轴发电系统的结构示意图。
图3是导流罩结构示意图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，包括潮流能横轴发电系统1、风潮耦合电气控制系统2、潮流速度及流向监控系统3、风力发电机主体桩柱4和风机叶片5，其中，潮流能横轴发电系统1和潮流速度及流向监控系统3均固定在海上风电设备的发电机主体桩柱4上；所述潮流能横轴发电系统1和潮流速度及流向监控系统3均置于海面以下。
风潮耦合电气控制系统2包括风机齿轮箱2-1、风力发电机2-2、逆变器2-3、变压器2-4、断路装置2-5、第一电压表2-6、综合控制终端2-7和电缆2-8，其中，所述风机叶片5与风机齿轮箱2-1的主轴连接；所述风机齿轮箱2-1与风力发电机2-2之间通过传动轴连接。
所述风机发电机2-2的电能输出连接逆变器2-3的输入端；所述风机发电机2-2的电能输出端和逆变器2-3的输入端之间设置有第一电压表2-6。
所述第一电压表2-6连接综合控制终端2-7；用于采集风力发电机2-2输出端的电压值，并将采集到的电压值传输到综合控制终端2-7。
所述逆变器2-3的输出端连接变压器2-4的输入端；所述变压器2-4的输出端通过电缆2-8连接陆地升压站并网。
所述逆变器2-3的输入端还连接有潮流能横轴发电系统1的电能输出端。
所述逆变器2-3的输入端和潮流能横轴发电系统1的电能输出端之间设置有第二电压表和断路装置2-5。
所述第二电压表和断路装置2-5均与综合控制终端2-7连接。
所述第二电压表用于采集潮流能横轴发电系统1的电能输出端的电压值，并将采集到的电压值传输至综合控制终端2-7。
所述综合控制终端2-7用于控制断路装置2-5的启停。
如图2、3所示，所述潮流能横轴发电系统1包括固定结构架1-1、防水压密封设备箱1-2、潮流能发电机1-3、横轴水轮机1-4、水轮机支撑架1-5、导流罩1-6、侧板1-7、导流罩控制器1-8、导流罩控制架1-9、可开合导流面1-10和导流角1-11，其中，所述固定结构架1-1、防水压密封设备箱1-2和水轮机支撑架1-5均安装在底板上；所述固定结构架1-1为长方体的框型结构，所述框型结构套装在发电机主体桩柱4上。
所述防水压密封设备箱1-2固定在固定结构架1-1的外侧壁上，朝向涨潮主流方向侧。
所述水轮机支撑架1-5设置有两个，呈对称结构固定在防水压密封设备箱1-2两个侧面上。
每个水轮机支撑架1-5上设置有一个横轴水轮机1-4。
所述横轴水轮机1-4的一端安装在水轮机支撑架1-5上，另一端与潮流能发电机1-3的输入端连接。
所述横轴水轮机1-4包括旋转轴和叶片，其中，叶片设置有多个，沿圆周方向布置在旋转轴的侧壁上。
所述旋转轴的轴线与该处涨落潮流主流方向垂直。
旋转轴和叶片采用轻质抗腐蚀材料减轻重量，叶片为弯曲叶片可有效吸收潮流能，且可根据实际情况改变叶片数目和大小。
所述旋转轴的一端连接潮流能发电机1-3的输入端，用以将机械能转化为电能。
所述潮流能发电机1-3安装在防水压密封设备箱1-2内。
所述导流罩1-6设置有两个，呈对称结构布置在固定结构架1-1的两侧。
所述导流罩1-6为半圆环的板状结构；所述导流罩1-6的两端端部均设置有可开合导流面1-10，所述可开合导流面1-10通过侧板1-7固定在底板上。
所述可开合导流面1-10为波纹板结构，用以实现可开合导流面1-10的伸缩。
所述可开合导流面1-10的一端开设有凹槽，所述凹槽与导流罩1-6的端部相配合，用以实现与导流罩1-6之间的无缝连接；所述可开合导流面1-10的另一端与侧板1-7连接，所述侧板1-7固定在底板上。
所述导流罩1-6、可开合导流面1-10、侧板和底板组装形成两端开口的腔体结构。
所述导流角1-11设置有四个，分别布置在防水压密封箱1-2的四角。
所述横轴水轮机1-4的叶片叶尖处与导流罩1-6的底部之间设置有间隙。
所述导流罩1-6的内腔底部安装有导流罩控制器1-8，所述导流罩控制器1-8连接有导流罩控制架1-9。
所述导流罩1-6的开口端两侧分别设置有一个导流罩控制架1-9；所述导流罩控制架1-9为T型结构的支撑梁，所述T型结构的水平段固定开口端；所述T型结构的垂直段的自由端与导流罩控制器1-8连接。
所述导流罩控制架1-9的垂直段为伸缩结构。
所述导流罩控制器1-8和所述综合控制终端2-7之间连接；通过综合控制终端2-7控制导流罩控制器1-8的工作状态。
导流罩1-6由易变形材料如塑料板、软钢板构成，可改变形态；导流罩控制器1-8带动导流罩控制架1-9垂直和水平方向上伸缩可改变导流罩1-6形状。
所述导流罩1-6的开口端两侧面分别为前开口和后开口，所述前开口和后开口所处截面与涨落潮主流方向垂直；其中，所述导流罩1-6朝向涨潮主流方向的一侧为前开口，朝向落潮主流方向的一侧为后开口。
潮流能横轴发电系统1与海水接触部分采取喷涂抗腐蚀漆防止腐蚀，防水压密封设备箱外壳1-2与横轴水轮机1-4旋转轴连接处和电气线路连接处采用密封防止漏水。
所述潮流速度及流向监控系统3包括潮流速度和流向监控设备3-1和监控设备支撑架3-2，其中，所述监控设备支撑架3-2设置有两个，两个监控设备支撑架3-2对称安装在风力发电机主体桩柱4的侧壁上；每个监控设备支撑架3-2上设置有一个潮流速度和流向监控设备3-1。
所述潮流速度及流向监控设备3-1的工作方向朝向涨落潮主流方向；用于实时采集设备装置安装处潮流的流速和流向。
本发明地工作原理为：
潮流来临时，潮流速度和流向监控设备3-1监控到相应潮流数据后传递到综合控制终端2-7，综合控制终端2-7根据潮流数据提供控制策略、发送讯号到导流罩控制器1-8，导流罩控制器1-8控制导流罩控制架1-9改变导流罩1-6形态，提高潮流速度和稳定性，用以提升发电效率。
具体的控制策略为：
所述潮流能设备安装区域的潮流流向角度由图2所示，其中，横轴水轮机旋转轴轴线为0°、180°水平线，水轮机相对固定结构架侧为180°到360°侧，固定结构架相对水轮机侧为0°到180°侧。
当潮流速度和流向监控设备3-1监测到的潮流流速小于等于预设阈值时，根据监测到的潮流流向控制导流罩1-6的形态，其中：
当监测到的潮流流向角度大于等于0°且小于180°时，所述导流罩1-6的后开口收缩，缩小后开口的过流面积；所述导流罩1-6的前开口张开，放大前开口的过流面积；
当潮流速度和流向监控设备3-1监测到的潮流流向角度大于等于180°且小于等于360°时，所述导流罩1-6的后开口张开，放大后开口的过流面积，导流罩1-6的前开口收缩，缩小前开口的过流面积；通过导流罩的开合方向与潮流主流方向进行匹配以提高潮流能的利用率。
当潮流速度和流向监控设备3-1监测到的潮流流速大于预设阈值时，根据监测到的潮流流向控制导流罩1-6的形态，其中：
当监测到的潮流流向角度大于等于0°且小于180°时，所述导流罩1-6的后开口张开，放大后开口的过流面积，；所述导流罩1-6的前开口收缩，缩小前开口的过流面积；
当潮流速度和流向监控设备3-1监测到的潮流流向角度大于等于180°且小于等于360°时，所述导流罩1-6的前开口张开，放大前开口的过流面积，导流罩1-6的后开口收缩，缩小后开口的过流面积，防止潮流速度过大对设备造成损坏。
潮流来临时，潮流水流入导流罩1-6后经导流角1-7进一步收缩加速，水流更加稳定，水流推动横轴水轮机1-4转动，旋转轴带动潮流发电机1-3发电，电流经电缆流经断路装置2-5和电压表2-6流入逆变器2-3；
风潮来临后，带动风机叶片5转动，转动轴经风机齿轮箱2-1调速后带动风力发电机2-2发电，电流经电压表2-6后流入逆变器2-3，后潮流发电电流与风力发电电流在逆变器处合流后经逆变器2-3直流电变换为交流电后流入变压器2-4升压，经过电缆2-8输出至外部。
风力发电机2-2和潮流发电机1-3共同发电时，两电压表实时检测潮流发电电流与风力发电电流两股电流的电压数值并传递给综合控制终端2-7，当两者电压间的偏差大于5％时，综合控制终端2-7输出信号启动断路装置2-5切断潮流发电电流，保护电气设备。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本说明书结合具体个例对本发明进行阐述，具体实施方式和应用范围都不应该局限于本说明书，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，其特征在于，包括利用潮流能发电的潮流能横轴发电系统(1)；
用于控制潮流能横轴发电系统(1)供电电路开合的风潮耦合电气控制系统(2)；
所述风潮耦合电气控制系统(2)包括综合控制终端(2-7)和风力发电机(2-2)，其中，风力发电机(2-2)连接风机叶片(5)，用以实现风能发电；所述综合控制终端(2-7)用于采集潮流能横轴发电系统(1)输出端和风力发电机(2-2)输出端的电压值，并根据潮流能横轴发电系统(1)输出端的电压值和风力发电机(2-2)输出端的电压值之间的偏差控制潮流能横轴发电系统(1)供电电路开合。
2.根据权利要求1所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，其特征在于，所述风潮耦合电气控制系统(2)安装在发电机主体桩柱(4)顶端的机舱内，且置于海面以上；还包括风机齿轮箱(2-1)，所述风机叶片(5)经过风机齿轮箱(2-1)与风力发电机(2-2)连接；所述风机发电机(2-2)的电能输出端连接逆变器(2-3)的输入端；所述逆变器(2-3)的输出端连接变压器(2-4)的输入端；所述变压器(2-4)的输出端连接陆地升压站并网；
其中，所述风机发电机(2-2)的电能输出端和逆变器2-3的输入端之间设置有第一电压表(2-6)；所述第一电压表(2-6)用于采集风力发电机(2-2)输出端的电压值，并将采集到的电压值传输到综合控制终端(2-7)；；
所述逆变器(2-3)的输入端还连接有潮流能横轴发电系统(1)的电能输出端，且两者之间设置有第二电压表和断路装置(2-5)；所述第二电压表用于采集潮流能横轴发电系统(1)的电能输出端的电压值，并将采集到的电压值传输至综合控制终端(2-7)；
所述综合控制终端(2-7)用于根据接收到的电压值控制断路装置(2-5)的启停。
3.根据权利要求1所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，其特征在于，所述潮流能横轴发电系统(1)固定在发电机主体桩柱(4)上，且置于海面以下；具体包括固定结构架(1-1)、防水压密封设备箱(1-2)、潮流能发电机(1-3)、横轴水轮机(1-4)、水轮机支撑架(1-5)和导流罩(1-6)，其中，所述固定结构架(1-1)、防水压密封设备箱(1-2)和水轮机支撑架(1-5)均安装在底板上；所述固定结构架(1-1)为长方体的框型结构，所述框型结构套装在发电机主体桩柱(4)上；
所述防水压密封设备箱(1-2)固定在固定结构架(1-1)的外侧壁上；
所述水轮机支撑架(1-5)设置有两个，呈对称结构固定在防水压密封设备箱(1-2)两个侧面上；每个水轮机支撑架(1-5)上设置有一个横轴水轮机(1-4)；
所述横轴水轮机(1-4)的一端安装在水轮机支撑架(1-5)上，另一端与潮流能发电机(1-3)的输入端连接；所述潮流能发电机(1-3)安装在防水压密封设备箱(1-2)内；
所述导流罩(1-6)设置有两个，呈对称结构布置在固定结构架(1-1)的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，其特征在于，所述导流罩(1-6)上设置有用于控制导流罩前开口和后开口自动开合的控制结构；所述控制结构包括潮流速度及流向监控系统(3)和执行结构，其中，潮流速度及流向监控系统(3)用于采集该发电装置安装处的潮流流速和流向，并将采集到的潮流流速和流向传输至风潮耦合电气控制系统(2)内的综合控制终端(2-7)；通过综合控制终端(2-7)控制执行结构控制导流罩(1-6)的形态。
5.根据权利要求4所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，其特征在于，所述执行结构包括侧板(1-7)、导流罩控制器(1-8)、导流罩控制架(1-9)和可开合导流面(1-10)，其中，所述导流罩(1-6)为半圆环的板状结构，该半圆环的板状结构的两端均设置有一个波纹结构的可开合导流面(1-10)，所述可开合导流面(1-10)通过侧板(1-7)固定在底板上；
每个导流罩(1-6)的开口端端部分别设置有一个导流罩控制架(1-9)，所述导流罩控制架(1-9)为T型结构的支撑梁，所述T型结构的水平段固定开口端；所述T型结构的垂直段为伸缩式结构，且其自由端与导流罩控制器(1-8)连接；所述导流罩控制器(1-8)安装在所述导流罩(1-6)的内腔底部，同时与风潮耦合电气控制系统(2)内的综合控制终端(2-7)连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，其特征在于，所述潮流速度及流向监控系统(3)包括潮流速度和流向监控设备(3-1)和监控设备支撑架(3-2)，其中，所述监控设备支撑架(3-2)设置有两个，两个监控设备支撑架(3-2)对称安装在风力发电机主体桩柱(4)的侧壁上；每个监控设备支撑架(3-2)上设置有一个潮流速度和流向监控设备(3-1)；所述潮流速度及流向监控设备(3-1)的工作方向朝向落潮主流方向，用于实时采集该发电装置安装处潮流的流速和流向，并将采集到的潮流流速和流向传输至风潮耦合电气控制系统(2)内的综合控制终端(2-7)。
7.一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置，包括以下步骤：
分别采集潮流能横轴发电系统(1)输出端和风力发电机(2-2)的电压值；
计算潮流能横轴发电系统(1)输出端的电压值与风力发电机(2-2)输出端的电压值之间的偏差，并根据偏差值控制潮流能横轴发电系统(1)供电电路开合。
8.根据权利要求7所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电方法，其特征在于，潮流能横轴发电系统(1)输出端的电压值与风力发电机(2-2)输出端的电压值之间的偏差大于5％时，综合控制终端(2-7)输出信号启动断路装置(2-5)切断潮流能横轴发电系统(1)供电电路。
9.根据权利要求7所述的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电方法，其特征在于，综合控制终端(2-7)还连接有潮流速度和流向监控设备(3-1)，通过潮流速度和流向监控设备(3-1)采集该发电装置安装所处区域的潮流流速和流向，并根据潮流流速和流向控制导流罩(1-6)形态，具体地：
当潮流速度和流向监控设备(3-1)监测到的潮流流速小于等于预设阈值时，根据监测到的潮流流向控制导流罩(1-6)的形态，其中：
当监测到的潮流流向角度大于等于0°且小于180°时，所述导流罩控制器(1-8)带动导流罩(1-6)后开口一侧的导流罩控制架(1-9)向下移动，使得靠近导流罩(1-6)后开口一侧的可开合导流面(1-10)压缩，进行使得导流罩(1-6)的后开口收缩；所述导流罩1-6的前开口张开；
当潮流速度和流向监控设备(3-1)监测到的潮流流向角度大于等于180°且小于等于360°时，所述导流罩控制器(1-8)带动导流罩(1-6)前开口一侧的导流罩控制架(1-9)向下移动，使得靠近导流罩(1-6)前开口一侧的可开合导流面(1-10)压缩，进行使得导流罩(1-6)的前开口收缩，导流罩(1-6)的后开口张开；
当潮流速度和流向监控设备(3-1)监测到的潮流流速大于预设阈值时，根据监测到的潮流流向控制导流罩(1-6)的形态，其中：
当监测到的潮流流向角度大于等于0°且小于180°时，所述导流罩控制器(1-8)带动导流罩(1-6)前开口一侧的导流罩控制架(1-9)向下移动，使得靠近导流罩(1-6)前开口一侧的可开合导流面(1-10)压缩，进行使得导流罩(1-6)的前开口收缩，导流罩(1-6)的后开口张开；
当潮流速度和流向监控设备(3-1)监测到的潮流流向角度大于等于180°且小于等于360°时，所述导流罩控制器(1-8)带动导流罩(1-6)后开口一侧的导流罩控制架(1-9)向下移动，使得靠近导流罩(1-6)后开口一侧的可开合导流面(1-10)压缩，进行使得导流罩(1-6)的后开口收缩；所述导流罩1-6的前开口张开。
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