CN112550574A - 基于驳船的太阳能风能波浪能收集 - Google Patents

Abstract

一种浮式发电站，包括一浮式船体，所述浮式船体具有一个包含光伏太阳能板的遮蔽结构，所述遮蔽结构设置在一系列浮式装置上，每个浮式装置彼此铰接。该系统可以部署在一个大的平面区域，例如入口或海湾的表面，在那里太阳能电池板链可以延伸出来。发电站可包括空气置换管，其下端浸入水中，并将空气送入一个通风室，在该通风室中，止回阀将空气单向引导至驱动发电机的空气涡轮机。驳船上的空气涡轮机或风力涡轮机可以提升或倾斜以收集风能。捕获的能量存储在车载蓄电池组上。能量可以被收集和储存，并且驳船可以在需要时和需要时被带到岸边。这种安排可以配置为地面部署。发电站可配置为旱地使用。

Description

基于驳船的太阳能风能波浪能收集

技术领域

本发明涉及一种中型到大型的能量收集和储存系统，该系统可根据需要进行运输，从可快速部署和回收的太阳能电池板收集电能，也可以使用空气涡轮发电，存储波浪作用产生的能量，也可以为此选择包括风力涡轮。

背景技术

由于飓风或其他风暴造成的电力损失的威胁，以及由于对电网的意外或蓄意攻击而造成电网电力损失的可能性，近年来随着对所提供电力的依赖性增加，变得更大。在许多情况下，如果一个发电站或变电所出于任何原因离线，可能需要至少几天到几周的时间来恢复客户的电力。此外，在恶劣的温度条件下，空调或暖气的功率消耗也会造成电源中断，发电设备无法满足电力需求。因此，发电能力，提供电力备份，并在高峰需求时提供补充电力，是确保住宅和商业用电满足日常需求的明确要求。

理想情况下，备用电源可由自然或可再生的一次电源提供，例如太阳能或光伏（光伏）板、风力，或由海浪或波浪对大型水体（如大湖、海湾或河口）的波浪作用提供。有利的是，在那里产生的能量可以储存起来，然后由蓄电池或其他储存方式（如压缩空气）提供。在理想的情况下，能量可以被收集并储存在一个偏僻的地方，然后在需要补充或备用电源的时候送到市政府或其他地方。此外，由于事先不知道风暴损坏的位置，备用或补充储能系统应为移动式或可移动式，这样它就可以很快被带到需要电力的地方，然后在危机结束时返回到偏远或偏僻的能源收集地点。

为此，建议的解决方案采用浮动式或其他可运输的收集站，包括太阳能、风能、波浪作用和储存能量的方法，例如，一组蓄电池，当电站被带到需要补充或备用电源的目的地时，将能量输送到本地或区域电力系统。

与所谓的风力发电、太阳能发电或水力发电的能量场不同，本发明定位于风力发电、波浪发电、风力发电、风力发电、风力发电和水力发电。以及驳船或浮船（或一辆或多辆轨道车或卡车集装箱或拖车）上的太阳能发电设备，其设备可从存储外壳或集装箱模块中部署到可部署太阳能电池板或光伏板阵列的开放空间位置。在水环境中，例如在湖泊或海湾，垂直管状波浪能发电机组可以浸入水中，相互连接的浮动光伏板链可以延伸到水面上。该设备还包括可展开和可伸缩的风力发电塔。驳船或船舶可以运输，电力收集设备被撤回到存储或运输模式，并在需要补充或替换电力的目标位置运至海港、湖泊港口或河流港口，储存的能量可从该点进入当地或区域电力系统。

太阳能、波浪能和风力都可用作车载蓄电池组储能的主要动力，蓄电池储能的储能可在需要动力的地方，在适当的电压、相位和频率下，在岸上发电。

陆基系统可以在平坦的空间（例如大型停车场）部署一系列太阳能电池板，还可以包括风力涡轮机以捕获风能。轮子或滚轴可与连接的光伏板一起使用，而不是与浮球一起使用。

发明内容

在本发明实施例所述的系统中，光伏太阳能电池板被布置在漂浮物或背衬板链上，即浮板或滚动平台，每个浮板或滚动平台彼此铰链连接（很像履带车辆的踏板）。它们包含在储存结构中，例如钢制储存容器，由驳船或其他大型船舶或铁路或卡车运输，系统可部署在大型平坦区域，例如，入口、海湾、湖泊或池塘或露天停车场的表面，其中太阳能板链可以延伸一段距离。水体系统还设有排水管，排水管下端浸入水中，它通过一个止回阀的排列进入一个增压室，这样，由于水体中的波浪作用而移位的管道中的空气被送入一个为发电机提供动力的空气涡轮。止回阀或百叶窗系统确保进入涡轮的空气是单向的。驳船上的空气涡轮机或风力涡轮机可以提升或倾斜以收集风能。捕获的能量存储在船上蓄电池组上，以便在需要能量之前收集和存储能量，并在需要能量时和需要能量的地方将驳船带到岸上，储能可根据需要送入市电力系统，补充发电量。这些驳船可以存放在港口，远离航行方式，然后在短时间内运送到需要电力的地方，例如飓风、其他风暴或任何其他停电或紧急情况之后。

主要目标是能够使用现成的可再生能源收集设备从世界的开放水道“养殖”能源，例如，光伏太阳能、波浪能、风力涡轮机，其形式可以快速、快速地展开，主要是在任何开放水环境中，即淡水或盐水中，但可以适应陆上或边缘水位置。

主要特点如下：

a.大面积浮动太阳能或光伏阵列的快速部署/快速收回方法和机制，即，联锁塑料浮动定制安装到太阳能光伏板、滚轮、其他收回系统。光伏电池板可以是“薄膜”光伏，可以连接到浮标上，以便在开放水道上部署，并在条件允许时容易收回。

b.在展开或缩回时可以使用清洁太阳能板的方法和设备，以去除可能阻碍PV板的能量收集能力的碎片或残留物，包括喷雾或机械洗涤、辐射或空气干燥。

c.风能和波浪能收集装置的快速展开/快速收回方法或机制例如，风车或流体动能装置，可包括可折叠或延伸的支撑架、可折叠或铰链式风力发电塔、用于流体动能收集装置的可移动安装架。

d.强制排气管布置可利用入口和出口止回阀将排出的空气移入一个共用的通风室，用于低静压空气涡轮系统。当波浪作用发生时，将强制排气管插入水体中。当波浪的波谷和波峰经过管道时，水位上升并下降到管道内，将通过出口止回阀的空气量移入公共通风室。然后当波峰和波谷接近出口止回阀关闭，进口止回阀打开，使外界空气进入强制排气管。当每一个新的波通过强制排气管时，循环就重复进行。多管增加了总的置换空气量。排出的空气可储存在加压空气储存装置或安全壳中，如波纹管、充气气囊或气球。

e.增压空气存储提高了流量，并允许更恒定的空气涡轮风扇转速。这些存储设备可能包括波纹管、大活塞或大型充气气球或气囊，并且可以连接到空气涡轮的公共增压室和压力侧。

f.低静压空气涡轮机使用来自空气储存装置（波纹管、气球、活塞或气囊）的空气来储存能量，无需为每个涡轮机配备飞轮。

g.风力、波浪作用和光伏能量收集装置的组合为车载电池组提供能量储存。驳船还可容纳制冰设备或水过滤设备或脱盐设备。

h.特性和设备的组合可以安装在陆地上（例如，在码头、梁、断水口或其他邻近位置的水域），而不是船只上。

i.设备可安装在水体中的平台上或系留式浮动结构上，而不是船或驳船等浮动结构上。或者，陆基系统可以部署在开阔的土地区域，如停车场。

j.用于将储能转换为高压交流电以供给本地电力系统的设备可以在船上，也可以在岸上从驳船上的蓄电池组接收直流电。

k.代替上文第e段中讨论的强制排气管布置，可使用浮球和波纹管组件。浮子通过机械方式与可变容积的气室相连，如波纹管总成或活塞总成。可变容积气室可设计成带有杠杆，以增加从可变容积气室排出的空气量。支撑浮子和变容气室的活动框架被部署到波浪作用中。当波峰升到浮子下面时，浮子作用使波纹管、活塞或其他可变容积气室塌陷，迫使排出的空气通过流出止回阀排出，然后进入涡轮，发电。随着波浪的消退，由于重力的作用，浮球垂直下落，导致变容空气室中的体积增加。空气通过流入止回阀被强制进入变容空气室，大气压力高于变容空气室中的压力。气流可以通过与涡轮相连的增压室或管道。每波都会重复这个循环。

附图说明

本发明的安排在图表中显示。

图1是根据本发明的一个装饰的紧急动力船的前景。

图2是另一个前沿视图，这里切断了一个用于储存和释放浮动光伏板链阵列的折叠轨迹。

图3是一个部分视图，显示光伏板向水面或从水面上的扩散或回收。

图4显示了沿船侧的多重光伏板链的一个最重要的应急计划。

图5是相互连接的浮动光伏电池板的展开外壳（例如容器模块）的切口，说明了带有铰链展开坡道的螺旋式收回/展开轨道。图6是互连浮动太阳能或光电板的一个平面视图，与它的邻近互连板的部分相结合。

图7显示了这一点，图6显示了这一点。

图8显示了一组波动动力模块的一部分运输动力船的终点。

图9是一个局部的顶平面视图，感受到风力涡轮机和波动力空气生成模块。

图10为一代波动动力模块的概念和操作制定了时间表。

图11是多根带有止回阀或单向减振器的空气管和波作用发电模块的高静压气流增压室的示意图。

图12是解释波浪作用发电模块的波浪诱导气流路径和空气涡轮操作的示意图。

图13是发电站的端视图，显示波浪作用强迫空气管组件和相关风力涡轮机和塔架处于倾斜或完全收缩位置，以及相互连接的光伏板阵列正在收回船上。

图14是发电站的前视图或弓端视图，部分切除，再次显示了风、波和太阳能收集设备的布置，以及正在部署的光伏板链。

图15是另一种波作用能量捕获机制的透视图，这里是以浮动和波纹管机制的形式。

图16和17是用于描述其作用的侧立面。

图18是陆基实施例的示意图。

具体实施方式

参考图纸，最初参考图1，是浮式应急发电站10或发电船的前视图或首端视图，在驳船主船体12（或等效的浮动船或船体）上，在驳船12的甲板上显示一个储物箱14或遮蔽物，用于部署和重新部署（返回壳体）相互连接的浮动光伏板链16，带有一个部署坡道18，用于将光伏板轻轻倾斜至水面。类似的系统也可用于陆基系统，以沿平坦的地面部署太阳能电池板。提供了一个风力涡轮机组件20，每个光伏板链一个；以及（对于水基系统）一个波作用功率收集阵列22，带有垂直的部分浸入式强制空气管和一个空气涡轮机，稍后将详细讨论。这些项目20和22位于驳船侧面，远离展开的光伏板。如图2所示，储物箱可以有一个轨道24，光伏电池板在该轨道24上在该轨道14内移动，并可以卷成两层或多层。如图2所示，驳船船体内有蓄电池26，由太阳能、水波和风力设备充电，可作为一般输出功率的来源。如图1和3，风和波浪作用部分已完全展开，但在从驳船展开或延伸至水体表面的过程中，浮动光伏板。

图3是一个示意图，说明了相互连接的浮动光伏板阵列或链条16从/进入用于光伏板与水面之间或从水面之间的外壳或容器的展开或延伸/重新部署或收回，这里说明了从容器或外壳到水面的部署坡道18的位置。一个类似的阵列，但是在浮标上有滚轮或轮子，或者在浮标的背衬上，可以用来部署在地面上。

图4是浮式发电站10的俯视图或平面图，说明了驳船一侧（此处为左舷）部署的互连光伏或太阳能电池板链16的多个阵列以及驳船另一侧（即右舷）的多个风力涡轮机20和波浪作用生成模块22。

图5是相互连接的浮动光伏板链16的展开外壳14（即容器模块）的示意图截图，图中显示了卷曲的收回/展开轨道24，带铰链式展开坡道18，可打开并向下折叠至水位（或地面），以便从房屋或集装箱14内展开并重新部署至轨道。在这个实施例中，外壳是钢制容器，轨道是类似于用于架空门的轨道的通道构件，用于在光伏板的侧面接收车轮或辊30。另一种设计可以采用卷扬机式结构或滚筒（如图14所示）来旋转和卷起太阳能电池板阵列。在这里，部署外壳可以由一个或一系列钢制运输集装箱构成，通常尺寸为20英尺乘8英尺乘8英尺，尽管尺寸并不重要。

图6是一个相互连接的浮动太阳能或光伏电池板32及其相邻部分的平面图。每个面板都支撑在一个通常为矩形的浮动28上，浮动通过一个铰链机构34相互连接，每个铰链构件中有一个横向销或枢轴。在每个面板的左右两侧都有一对滚轮或轮子30，它们与上述轨道相匹配，以便于部署和重新部署。如果用于陆基部署，也可能存在较大的车轮。

图7是在图6的第7-7行取的一个立面图，它显示了光伏板32正下方的浮动部分28，还显示了轴从浮动部分28横向伸出的滚轴或车轮30。

图8是移动式浮动发电站10的一部分的端视图，显示了一组波浪作用发电模块22。每个模块22包括一个或多个垂直管36，该垂直管36向下延伸至水面以下，以在波浪作用推动和拉动管内的空气柱时捕获波浪能量。在上端是空气静压箱38，每一个都与驱动发电机（未显示）的相应空气涡轮相关联。止回阀组件46位于管顶部和增压室38之间，其布置确保单向气流进入增压室38，然后通过空气涡轮。此外，每个增压室38都有一个相关的储气囊48（或波纹管），用于在中等压力下保持空气，并确保空气涡轮平稳运行。同样如图所示，波浪作用模块22安装在框架40（此处，通常水平布置）上，该框架在枢轴42处枢转或铰链连接到驳船或船舶上。风机的塔或柱44也安装在机架40上。框架40可以倾斜（到图13所示的位置），以使波浪作用模块22和风力涡轮机20到达其重新部署或运输位置，并倾斜（参见图8）以将其置于其操作位置。

图9是部分顶部平面图，其中包括风力涡轮机20和波浪作用强迫空气生成模块22。这里有一系列这样的阵列，包括一组波浪作用模块和风力涡轮机，这些阵列沿着驳船12的右舷并排排列。

图10是解释波作用发电模块20之一的概念和操作的示意图。如图所示，一个空气管36插入到足够深的水中，使下端位于波谷之下。此处所示的置换体积表示随着水在36号管下部上升和下降而置换的空气量。

在一些实施例中，可使用浮动自由活塞（未显示），例如在管底部，以增加空气体积的位移。空气在该管内交替上下移动，在该管36和通向增压室38的管道52之间的止回阀机构50将该气流转换为单向气流，通过管道进入增压室。如图所示，当波浪上升以捕获空气流入时，流出挡板54或止回阀打开；当波浪下降时，第二个或流入挡板56或止回阀打开，使环境空气通过止回阀流入挡板56向下流入管36，而不是来自增压室的空气。

图11是带有止回阀或单向减振器50的多个空气管36和波浪作用发电模块的高静压气流增压室38的示意图。支撑架或安装件40的一部分也在此处部分显示。如图所示，每个垂直强迫空气管的上端安装有一个进气单向阀或减震器和一个排气单向阀或减震器，如前所述。当波峰进入强迫空气管36时，空气体积减小，迫使空气通过出口空气止回阀54，同时关闭进口空气止回阀56。当波谷到达36号管，波谷后退时，出口空气止回阀54关闭，进口空气止回阀56打开。如前所述，增压室可以安装一个储存装置，例如一个气囊，在高静压下保持一定的空气量。

图12是解释波浪作用发电模块的波浪诱导气流路径60和空气涡轮操作的备选示意图。其下端62与垂直强迫空气管36相连。图中所示为排气单向阀，其形式为增压室入口处的正压百叶窗56和形成进气单向阀的负压排气百叶窗54，与垂直的强制空气管36相连。在旁路管道上还有一组通向增压室的负压入口百叶窗58和一组低静电安全百叶窗58，以及一组高静电安全百叶窗66，它们连接来自垂直强制空气管的管道和空气涡轮出口侧。这种布置说明了保持涡轮64单向气流的一种方法。在本实施例中，正压百叶窗同时打开和关闭，并且机械连接。负压百叶窗也通过机械方式相互连接，同时关闭和打开。正负压出口百叶窗决不能同时打开或同时关闭。

图13是发电站10的端视图，显示波浪作用强迫空气管组件（IES）22和相关风力涡轮机20以及处于倾斜或完全收缩位置的塔44，以及相互连接的光伏电池板16阵列，在收回到部署外壳14或集装箱模块中的过程中，以准备驳船通过水运输到需要补充电力的位置。

图14是另一个类似实施例的发电站的正面或弓形端视图，部分切除，再次显示了风、浪和太阳能收集设备的布置。在这里，代替前面描述的轨道机构，驳船上的外壳或集装箱14'容纳一个或多个旋转滚筒24′，太阳能或光伏板链缠绕在滚筒24′上。在互连的光伏板系列中，每一个都有一个滚筒。滚筒顺时针旋转（在本实施例中）以收回浮动的光伏板，逆时针旋转以将其伸出水面。在该实施例中，蓄电池26包含在多个单独的蓄电池室中。

图15所示为多管波浪作用产生模块22的替代方案，其形式为波纹管122和浮子124，可安装在框架140上，该框架140将取代前面所述的框架40，并且风力涡轮机20安装在该框架上。在这里，波纹管或可变容积空气室12的前部支撑着一个通常为圆柱形的浮子124，以驱动波纹管122的可移动侧上下移动，并带有水波的波峰和波谷。向涡轮提供驱动气流（此处未显示）的流出止回阀150允许单向流动，流入涡轮152将空气从涡轮低压侧吸入波纹管。在本实施例中，波纹管122随着浮子124的波浪运动而塌陷和膨胀，从而向涡轮提供大体积的空气流以供发电。

在可能铺面或未铺面的旱地环境中，可使用相对平坦的区域（如停车场）将太阳能或光伏板从钢容器（如运输容器）中展开。太阳能电池板将被安装在轮式平台上（代替浮筒），这样它们就可以从钢制容器中快速地部署到地面上，并快速地滚动到位。带轮式平台的太阳能电池板示例如图18所示，其中太阳能电池板32位于轮式平台128的上侧。这里显示的是在每个角落有一个轮子130。每个平台128都可以通过可旋转或灵活的连杆连接。与图6和图7所示的排列方式相同。这种连接可能有不止一个自由度。

Claims (9)

1.一种浮式可运输能量收集和储存站，包括：浮式驳船或船舶，其配置为漂浮在水面上并沿水面或穿过水面；一组相互连接的浮式光伏板，排列在一个或多个相互连接的板链中；安装在所述驳船或船舶上的外壳，包括外壳内的一条或多条轨道，每条轨道分别与所述一条或多条互连面板链中的一条相关联，所述面板具有与所述轨道相匹配的部分，当互连面板链展开或重新部署回外壳时，相应的链条被引导进入轨道并沿轨道移动；以及用于将所述一条或多条互连面板链从所述壳体的一侧展开到所述驳船或船舶一侧所述水体的水面上的机构，以及将所述互连面板链重新部署或收回至所述外壳内的相关轨道。

2.根据权利要求1所述的浮动移动式能量收集和存储站，还包括：至少一个波作用产生组件，包括至少一根垂直管，其适于插入所述驳船或船舶旁所述水体的所述水面之下，用于将所述垂直管内的上下空气位移转换为单向气流的止回阀装置，以及引导所述单向气流通过空气涡轮的空气通道。

3.根据权利要求1所述的浮动移动式能量收集和存储站，还包括：至少一个波作用产生组件，包括至少一个具有可移动部分的波纹管机构，其中可移动部分的运动导致所述波纹管机构坍塌和膨胀，适合放置在所述驳船或船舶旁边的所述水体的水面上的浮球，一种机械连接所述浮子与所述波纹管的所述可移动部分的机构，以及分别用于为空气涡轮提供正压气流的第一和第二止回阀装置，以及将低压气流从所述涡轮吸入所述波纹管机构的机构。

4.根据权利要求1所述的浮动移动式能量收集和存储站，还包括一组或一组电存储装置，所述电存储装置布置在驳船或船舶内，用于存储由所述互连浮动光伏板阵列收集的电能。

5.根据权利要求4所述的浮动移动式能量收集和存储站，包括多个单独的电池室，其中一个或多个所述电存储装置分别设置在每个所述电池室中。

6.根据权利要求2所述的浮动可运输能量收集和储存站，其中所述波浪作用产生组件支撑在可旋转在安装在所述浮动驳船或船舶上的铰链上的框架上，并可将波浪作用产生组件和框架从水中提起运输，然后下降到水中发电。

7.一种可运输的能量收集和储存站，包括：一个集装箱或外壳，配置为在陆上车辆上运输或旅行，并适于放置在地球表面平坦区域上或旁边的位置；排列在一个或多个互连板链中的互连光伏板阵列；所述容器或外壳，包括外壳内的一条或多条轨道，每条轨道分别与所述一条或多条互连面板链中的一条相关联，所述面板具有与所述轨道相匹配的部分，当互连面板链展开或重新部署回外壳时，相应的链条被引导进入轨道并沿轨道移动；以及将所述一个或多个互连面板链从所述外壳的一侧展开到所述容器或外壳一侧的所述地表平坦区域的机构，以及将所述互连面板链重新部署或收回至所述容器或外壳内的相关轨道。

8.根据权利要求7所述的可移动式能量收集和储存站，其中所述每一互连光伏板包括光伏阵列、安装所述光伏阵列的平台以及安装在所述平台上的多个滚轮或轮子。

9.根据权利要求8所述的可移动能量收集和存储站，其中每个所述平台包括可旋转的连接装置，用于将所述平台机械地连接到至少一个连续的平台上。

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