CN113464367A - 集成式高效海洋风力发电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成式高效海洋风力发电站，该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架(11)；所述的发电装置设置在集风装置内部；所述的支架(11)稳定设置在漂浮装置之上；所述的集风装置设置在支架(11)架体内部，集风装置通过支架(11)与漂浮装置固定连接；所述的集风装置包括集风壳(1)、塔筒(3)。本发明施工简单、周期短、造价低、风险低，能适应深远海域等优点，且突破贝茨极限控制，具有更高的应用推广价值。

Description

集成式高效海洋风力发电站
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其是属于适合与海上使用的集成式高效海洋风力发电站技术领域。
背景技术
风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕,我国沿海海域面积辽阔，可开发风力发电资源约十亿千瓦，深远海可开发资源更加巨大，而且距离电力负荷中心(沿海经济发达电力紧缺区)很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国沿海地区可持续发展的重要能源来源。
目前近海发电均采用原陆地发电机组，如图10所示，主要存在以下五个问题：1)风机基础勘探需要专门的设备，如勘探船等；2)风机基础施工难度极大，代价高；3)风机吊装需要大型吊装设备，周期长，代价大，风险高；4)陆地风力发电只适用于吊装近岸浅海滩涂；5)陆地三桨叶风机发电效率受贝茨极限控制，实际发电效率仅为50％左右。
传统海上风力发电技术存在施工难度大、周期长、代价大、风险高，发电效率低，且不能适应深远海域等缺点，为获得深、远海风能，国外已提出漂浮式发电方式，但仍局限于采用传统陆地风机，创新程度不发，如图11和图12所示。
综上，无论国内还是国外，需要研发一套新型的海洋风力发电站，以满足发展需要。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题缺陷，针对现有海上风力发电技术的不足，提供一种集成式高效海洋风力发电站。该风力发电站施工简单、周期短、造价低、风险低，能适应深远海域等优点，且突破贝茨极限控制，具有更高的应用推广价值。
本发明采用如下技术方案实现。
集成式高效海洋风力发电站，本发明该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架11；
所述的发电装置设置在集风装置内部；
所述的支架11稳定设置在漂浮装置之上；
所述的集风装置设置在支架11架体内部，集风装置通过支架11与漂浮装置固定连接；
所述的集风装置包括集风壳1、塔筒3；
所述的集风壳1设置为筒形的中空腔体；在集风壳1下底部固定连接有塔筒3，塔筒3穿过或延伸至集风壳1腔体中心位置[所述的集风壳1腔体中心位置指的是当集风壳1垂直摆放时的中心线位置]；
所述的发电装置；固定设置在集风壳1的中心轴位置，固定设置在塔筒3上；所述的发电装置包括风机桨叶4；风机桨叶4固定设置在集风壳1内部；
所述的漂浮装置包括浮台7。
进一步为，本发明所述的集风壳1依序包括进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6；所述的渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5内径依序增大设置。
进一步为，本发明所述的集风壳1水平设置；发电装置中的风机桨叶4设置在集风壳1的水平段1.5；所述的集风装置还包括开口撑架12，所述的开口撑架12设置在进风口1.1位置处或分别设置在进风口1.1位置处和出风口1.6位置处。
进一步为，本发明所述的开口撑架12由多个撑片13构成，所述的撑片13形状设置为鱼型，撑片的鱼头部分集中固定为一处，撑片的鱼尾部分分别固定设置在集风壳1内壁上。
进一步为，本发明所述的集风装置还包括集风壳加劲环2；所述的集风壳加劲环2数量设置为若干，分别固定设置在进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6上。
进一步为，本发明所述的塔筒3垂直设置；当所述的集风壳1水平设置时，集风壳1的重心线与垂直设置的塔筒3吻合。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括发电机5、风力发电机组部件8、电线、电缆和容纳仓体13；风力发电机组部件8包括控制部件等常规现有部件；
所述的容纳仓体13设置为梭型；所述的发电机5、风力发电机组部件8设置在梭型的容纳仓体13之内；风机桨叶4固定设置在梭型的容纳仓体13尾端，风机桨叶4以容纳仓体13尾端为圆心转动运动，风机桨叶4的桨叶数量设置为5-6片；风机桨叶4通过电线与发电机5连接；发电机5通过电线与风力发电机组部件8连接；风力发电机组部件8通过电缆将电力输出；所述的电缆设置在塔筒3筒体内排布后连出。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2；所述的太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2均固定设置在浮台7或/和支架11顶部；所述的第一支杆14.1的长度短于第二支杆14.2的长度；第一支杆14.1固定设置在太阳能光伏板6中部；第二支杆14.2固定设置在太阳能光伏板6端部；太阳能光伏板6另一端部接触浮台7或/和支架11顶部设置；太阳能光伏板6与水平形成的斜面朝向太阳。
进一步为，本发明所述的漂浮装置还包括浮筒9和平衡浮筒10；所述的浮筒9设置为椭圆形空腔结构，其边缘处设置圆滑，固定均匀对称设置在浮台7底部；所述的平衡浮筒10设置为立方体中空腔体或圆筒形中空腔体，固定均匀对称设置在浮台7底部的侧边位置。
进一步为，本发明该风力发电站还包括固定装置；所述的固定装置包括绳索和锚；绳索一端固定与漂浮装置连接；绳索另一端固定与锚连接；锚设置在水底。
本发明的有益效果为，其创新及价值如下：
1)集成式高效海洋风力发电站，采用漂浮平台，不需要专门的基础，因此适用范围可扩大到深远海；
2)设置集风壳，并采用多桨叶(五～六片)使风发电机的发电效率提高60％，达到80％以上，此外，可以突破陆地风力风机最小间距要求，可实现紧凑层叠布置，节约大量电缆；
3)可在岸边陆地制造，大大降低建设风险，缩短建设工期。建造完成后再拖运或自航到指定海域投产发电；
4)由于浮台平面尺度较大，可进一步利用与铺设太阳能电池板，为实现风、光一台化发电创造了必要条件；
5)运行维护管理方便，成本低于目前常规海上风力发电方案。
下面结合附图和具体实施方式本发明做进一步解释。
附图说明
图1是本发明单个高效海洋风力发电机的三维视图。
图2是本发明单个高效海洋风力发电机的侧(垂直风向)视图。
图3是本发明单个高效海洋风力发电机的后(逆风向)视图。
图4是本发明的三维视图。
图5是本发明浮台的俯视图。
图6是本发明的侧(垂直风向)视图。
图7是本发明的前(顺风向)视图。
图8是本发明的后(逆风向)视图。
图9是本发明的底视图。
图10是传统海上风力发电机组部件示意图。
图11是国外提出的漂浮式海上风力发电方式示意图。
图12是国外提出另一漂浮式发电方式示意图。
图中部件标记为：集风壳(1)，进风口(1.1)、渐大段(1.2)、扩增段(1.3)、渐平段(1.4)、水平段(1.5)、出风口(1.6)、集风壳加劲环(2)、塔筒(3)、风机桨叶(4)、发电机(5)、太阳能光伏板(6)、浮台(7)、风力发电机组部件(8)、浮筒(9)、平衡浮筒(10)、支架(11)、开口撑架(12)、撑片(13)、第一支杆(14.1)、第一支杆(14.2)。箭头为风的流向。
具体实施方式
见图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9所示。
集成式高效海洋风力发电站，本发明该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架11；
所述的发电装置设置在集风装置内部；
所述的支架11稳定设置在漂浮装置之上；
所述的集风装置设置在支架11架体内部，集风装置通过支架11与漂浮装置固定连接；
所述的集风装置包括集风壳1、塔筒3；
所述的集风壳1设置为筒形的中空腔体；在集风壳1下底部固定连接有塔筒3，塔筒3穿过或延伸至集风壳1腔体中心位置[所述的集风壳1腔体中心位置指的是当集风壳1垂直摆放时的中心线位置]；
所述的发电装置；固定设置在集风壳1的中心轴位置，固定设置在塔筒3上；所述的发电装置包括风机桨叶4；风机桨叶4固定设置在集风壳1内部；
所述的漂浮装置包括浮台7。
进一步为，本发明所述的集风壳1依序包括进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6；所述的渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5内径依序增大设置。
进一步为，本发明所述的集风壳1水平设置；发电装置中的风机桨叶4设置在集风壳1的水平段1.5；所述的集风装置还包括开口撑架12，所述的开口撑架12设置在进风口1.1位置处或分别设置在进风口1.1位置处和出风口1.6位置处。
进一步为，本发明所述的开口撑架12由多个撑片13构成，所述的撑片13形状设置为鱼型，撑片的鱼头部分集中固定为一处，撑片的鱼尾部分分别固定设置在集风壳1内壁上。
进一步为，本发明所述的集风装置还包括集风壳加劲环2；所述的集风壳加劲环2数量设置为若干，分别固定设置在进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6上。
进一步为，本发明所述的塔筒3垂直设置；当所述的集风壳1水平设置时，集风壳1的重心线与垂直设置的塔筒3吻合。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括发电机5、风力发电机组部件8、电线、电缆和容纳仓体13；
所述的容纳仓体13设置为梭型；所述的发电机5、风力发电机组部件8设置在梭型的容纳仓体13之内；风机桨叶4固定设置在梭型的容纳仓体13尾端，风机桨叶4以容纳仓体13尾端为圆心转动运动，风机桨叶4的桨叶数量设置为5-6片；风机桨叶4通过电线与发电机5连接；发电机5通过电线与风力发电机组部件8连接；风力发电机组部件8通过电缆将电力输出；所述的电缆设置在塔筒3筒体内排布后连出。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2；所述的太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2均固定设置在浮台7或/和支架11顶部；所述的第一支杆14.1的长度短于第二支杆14.2的长度；第一支杆14.1固定设置在太阳能光伏板6中部；第二支杆14.2固定设置在太阳能光伏板6端部；太阳能光伏板6另一端部接触浮台7或/和支架11顶部设置；太阳能光伏板6与水平形成的斜面朝向太阳。
进一步为，本发明所述的漂浮装置还包括浮筒9和平衡浮筒10；所述的浮筒9设置为椭圆形空腔结构，其边缘处设置圆滑，固定均匀对称设置在浮台7底部；所述的平衡浮筒10设置为立方体中空腔体或圆筒形中空腔体，固定均匀对称设置在浮台7底部的侧边位置。
进一步为，本发明该风力发电站还包括固定装置；所述的固定装置包括绳索和锚；绳索一端固定与漂浮装置连接；绳索另一端固定与锚连接；锚设置在水底。
本发明在工程设计及建造过程中，充分考虑了多种情况及可能发生的因素，最后集大成为一体，形成了本发明的集成式高效海洋风力发电站。具体为：1)不同于传统海上风力发电机直接采用陆地风力发电机的形式，本发明的风力发电机带有集风罩，桨叶的数量也由三桨叶的形式变为多桨叶(五～六片)，有了集风罩的帮助，风发电机的发电效率可突破贝茨极限控制，提高60％，达到80％以上。
2)为进一步降低工程造价，浮台的整体结构可由轻型钢桁架组成，浮台的浮力由浮筒提供。
3)集风罩采用分瓣安装，综合实用性、可行性及经济性考虑，可选用玻璃钢作为集风罩的制作材料。
4)为使风力发电站能适应不同风向的风，可在辅导平台上安装动力推进装置。
5)风力发电和光伏发电的其它配套设备采用常规设备即可。
6)为保证整个发电站平台的稳定，在头部和尾部分别设立平衡浮筒，顺风向前端的平衡浮筒内充有水，顺风向尾端的平衡浮筒内充有空气，用以提供风机工作时的抗倾覆平衡力矩；
7)为充分利用浮台平面空间，可在平台上铺设太阳能电池板，实现风、光一台化发电；
8)为降低建设风险，缩短建设工期，风力发电站可在建造完成后再拖运或自航到指定海域投产发电；
9)集成式高效海洋风力发电站不仅适用于近海海域，对于深远海同样适用；
10)为缩短建造周期，方便检修维护，整个浮台可采用装配式方式建造。
以上所述的仅是本发明的具体实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架(11)；
所述的发电装置设置在集风装置内部；
所述的支架(11)稳定设置在漂浮装置之上；
所述的集风装置设置在支架(11)架体内部，集风装置通过支架(11)与漂浮装置固定连接；
所述的集风装置包括集风壳(1)、塔筒(3)；
所述的集风壳(1)设置为筒形的中空腔体；在集风壳(1)下底部固定连接有塔筒(3)，塔筒(3)穿过或延伸至集风壳(1)腔体中心位置；
所述的发电装置；固定设置在集风壳(1)的中心轴位置，固定设置在塔筒(3)上；所述的发电装置包括风机桨叶(4)；风机桨叶(4)固定设置在集风壳(1)内部；
所述的漂浮装置包括浮台(7)。
2.根据权利要求1所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的集风壳(1)依序包括进风口(1.1)、渐大段(1.2)、扩增段(1.3)、渐平段(1.4)、水平段(1.5)和出风口(1.6)；所述的渐大段(1.2)、扩增段(1.3)、渐平段(1.4)、水平段(1.5)内径依序增大设置。
3.根据权利要求2所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的集风壳(1)水平设置；发电装置中的风机桨叶(4)设置在集风壳(1)的水平段(1.5)；所述的集风装置还包括开口撑架(12)，所述的开口撑架(12)设置在进风口(1.1)位置处或分别设置在进风口(1.1)位置处和出风口(1.6)位置处。
4.根据权利要求3所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的开口撑架(12)由多个撑片(13)构成，所述的撑片(13)形状设置为鱼型，撑片的鱼头部分集中固定为一处，撑片的鱼尾部分分别固定设置在集风壳(1)内壁上。
5.根据权利要求2或3所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的集风装置还包括集风壳加劲环(2)；所述的集风壳加劲环(2)数量设置为若干，分别固定设置在进风口(1.1)、渐大段(1.2)、扩增段(1.3)、渐平段(1.4)、水平段(1.5)和出风口(1.6)上。
6.根据权利要求3所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的塔筒(3)垂直设置；当所述的集风壳(1)水平设置时，集风壳(1)的重心线与垂直设置的塔筒(3)吻合。
7.根据权利要求1所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的发电装置还包括发电机(5)、风力发电机组部件(8)、电线、电缆和容纳仓体(13)；
所述的容纳仓体(13)设置为梭型；所述的发电机(5)、风力发电机组部件(8)设置在梭型的容纳仓体(13)之内；风机桨叶(4)固定设置在梭型的容纳仓体(13)尾端，风机桨叶(4)以容纳仓体(13)尾端为圆心转动运动，风机桨叶(4)的桨叶数量设置为5-6片；风机桨叶(4)通过电线与发电机(5)连接；发电机(5)通过电线与风力发电机组部件(8)连接；风力发电机组部件(8)通过电缆将电力输出；所述的电缆设置在塔筒(3)筒体内排布后连出。
8.根据权利要求1所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的发电装置还包括太阳能光伏板(6)、第一支杆(14.1)、第二支杆(14.2)；所述的太阳能光伏板(6)、第一支杆(14.1)、第二支杆(14.2)均固定设置在浮台(7)或/和支架(11)顶部；所述的第一支杆(14.1)的长度短于第二支杆(14.2)的长度；第一支杆(14.1)固定设置在太阳能光伏板(6)中部；第二支杆(14.2)固定设置在太阳能光伏板(6)端部；太阳能光伏板(6)另一端部接触浮台(7)或/和支架(11)顶部设置；太阳能光伏板(6)与水平形成的斜面朝向太阳。
9.根据权利要求1所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，所述的漂浮装置还包括浮筒(9)和平衡浮筒(10)；所述的浮筒(9)设置为椭圆形空腔结构，其边缘处设置圆滑，固定均匀对称设置在浮台(7)底部；所述的平衡浮筒(10)设置为立方体中空腔体或圆筒形中空腔体，固定均匀对称设置在浮台(7)底部的侧边位置。
10.根据权利要求1所述的集成式高效海洋风力发电站，其特征在于，该风力发电站还包括固定装置；所述的固定装置包括绳索和锚；绳索一端固定与漂浮装置连接；绳索另一端固定与锚连接；锚设置在水底。
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