CN113715975B - 具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，包括海上风力发电机、双风轮、太阳能发电板、塔架、漂浮船、小蓄电池、漂浮小艇、气囊、风机蓄电池、蓄电池传送板。塔架外壁部分附着太阳能发电板。风力发电机安装于可自动驾驶的漂浮船上，漂浮船可以根据导航去指定地点，漂浮船内部装有多级气囊。漂浮船通过风力发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电作为驱动力达到无人驾驶的效果。海面上可分散布置多个装有风力发电机的漂浮船以及多个漂浮小艇，漂浮小艇游弋于各个漂浮船之间，提高收集电能的效率，达到集群效果。

Description

具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群
技术领域
本发明涉及一种具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，属于海上风力发电机集群发电、太阳能发电领域。
背景技术
随着经济的发展，对能源的需求日益突出，电能对人们的日常生活与工作起着重要的作用，是使用需求最高的能源。作为技术最成熟、最具备大规模商业开发价值的可再生能源，近20年来陆上和海上风力发电在全世界范围得到迅猛发展，已成为中国在内众多国家推动能源低碳转型的核心路径。深远海范围更广、风能资源更丰富、风速更稳定，且不会与海上渔场、航线等发生冲突，对于开发风电资源有得天独厚的优势。伴随着陆上乃至潮间带、近海机位的逐渐饱和，风电场建设走向深远海已成为必然趋势，且正呈现加速发展的态势。在此背景下，海上风电漂浮式技术必将迎来快速发展的机遇期。目前海上漂浮式风电机组可大致概括为单立柱式、半潜式、张力腿式、驳船式等几种类型，单立柱式需建立海上基础平台，在海中立长立柱，并用系泊系统固定，单立柱式基础结构优势是构造简单、垂向波浪激励力小，稳定性较好，但其对工作水深有特定要求，通常需100m左右，且风机只固定于一点，缺少灵活性，风能利用率低，且电能输送较难。半潜式基础与单立柱式类似，将风机固定于由横梁、中央短立柱、边缘短立柱、斜撑、系泊系统组成的基础上，固定于海面上，其较立柱式风机组优势在于其适用的海域范围较广，水深通常认为大于40m，可采用湿拖法运输，部署灵活，但其安装困难，缺少灵活性，且电能运输不灵活。张腿式通常适用于水深大于40m，具有稳定性高、自重轻等优点，但系泊系统的安装工艺复杂，且张力腱结构造价较高，尚未在实际工程中得到应用。驳船式则需要使用嵌入锚，将风机固定于海面上，其垂直向力承受能力不强，常与悬链线系泊的锚链搭配使用，适用范围较低，只限于硬度不高的粘性泥沙海床。基于以上原理，本发明舍弃现常见固定式海上风机技术，采用漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，风力发电机安装于可自动驾驶的漂浮船上，漂浮船可以根据导航去指定地点，增加其灵活性，可以找寻海上风力最大的地方来收集风能，提高风能利用率。漂浮船内部装有气囊，可以通过打开或关闭内部气囊，将气囊展于海面或收入船体内部，达到随时锚固静止，也可以随时移动的效果，灵活性很强。漂浮船通过风力发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电作为驱动力达到无人驾驶的效果。多余电能分配到船体内部装有的各个蓄电池中，蓄电池通过漂浮小艇收集到集电站，这样大大增加了蓄电池的运输效率，使得海上漂浮风机的电能利用率大大提高。海面上可分散布置多个装有风力发电机的漂浮船以及多个漂浮小艇，漂浮小艇游弋于各个漂浮船之间收集电能，更大程度的提高了风能、太阳能利用率，使得其转化为的电能能够更快的收集起来并加以利用。
发明内容
本发明提出具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群。该海上风力发电机集群可以有效的提高风力发电效率，并大大提高电能收集效率。本发明是一种适用于海上风力发电，用于深远海风能资源、太阳能资源开发，电能快速回收的高效风力发电机集群，其功能在于实现漂浮船可自动驾驶，漂浮船可以根据导航去指定地点，如海上风大的地区，更有利于风力发电机风轮转动，提高风力发电机发电效率。漂浮船内部装有气囊，可以通过打开或关闭内部气囊，将气囊充气展于海面或放气收入船体内部，达到随时锚固静止，也可以随时移动的效果，充气后的气囊增大了漂浮船整体的浮力，使得船的浮力与其重力和风力之和相同，能够使得船体牢固的浮在海面之上，采用多级气囊设置，可以针对不同风力以及海面波浪晃动带来的侧向力来确定使用几个气囊，气囊使用越多，则浮力越大，越能牢固的浮在海面之上。漂浮船通过风力发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电作为驱动力达到无人驾驶的效果。多余电能分配到船体内部装有的各个蓄电池中，当蓄电池电量充满后漂浮小艇通过GPS定位自动导航到漂浮船旁，漂浮船船侧将已经充满电的蓄电池通过传送板送到漂浮小艇上方，漂浮小艇将未充电的蓄电池推入到传送板上，已充满电的蓄电池则进入漂浮小艇上，漂浮小艇收到蓄电池后返回集电站，达到收集电能的目的。海面上可分散布置多个装有风力发电机的漂浮船以及多个漂浮小艇，漂浮小艇游弋于各个漂浮船之间收集电能，达到集群效果，实现深海海上风力发电、太阳能发电，由于该风力发电机集群应用于深远海，范围更广、风能资源更丰富、风速更稳定，且不会与海上渔场、航线等发生冲突，对于开发风电资源有得天独厚的优势。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，主要包括：海上风力发电机(1)、塔架(4)、漂浮船(5)、小蓄电池(6)、漂浮小艇(7)、气囊(8)、风机蓄电池(9)、蓄电池传送板(10)、集电站(11)。海上风力发电机(1)安装固定在漂浮船(5)上，其发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电的电能储备在风机蓄电池(9)中，其电能作为驱动力达到无人驾驶的效果，可以使漂浮船到风力十分富足的地方进行风力发电，十分灵活。漂浮船(5)船体内部装有若干小蓄电池(6)，风机蓄电池(9)的电量将源源不断的输送到小蓄电池(6)，并通过漂浮小艇(7)送到集电站(11)。漂浮船(5)内部装有气囊(8)，通过打开或关闭内部气囊(8)，将气囊(8)充气后展于海面或放气收入船体内部，达到船体随时锚固静止，也可以随时移动的效果，
风机塔架(4)侧壁任意高度处安装太阳能发电板(3)，四面环绕，充分吸收太阳能。
海上风力发电机(1)由双风轮(2)构成，在风向不明确的时候更加高效的收集风能，上部可以通过旋转装置旋转，使得风轮始终朝向风向一侧，使风轮充分吸收风能，不浪费风力资源，二风轮的设计，可以达到风能的二次利用，更加高效的进行风能转换。当阳光照射太阳能发电板时(3)，太阳能发电板(3)会将太阳能转化为电能通过导线传递到太阳能发电机箱中进行蓄电。太阳能发电板(3)的材料为硅电池片。
当小蓄电池(6)电量充满后漂浮小艇(7)通过GPS定位自动导航到漂浮船(5)旁，漂浮船(5)船侧将已经充满电的小蓄电池(6)通过蓄电池传送板(10)送到漂浮小艇(7)上方，漂浮小艇(7)将未充电的小蓄电池(6)推入到蓄电池传送板(10)上，已充满电的蓄电池则进入漂浮小艇上，漂浮小艇收到蓄电池后返回集电站(11)，达到收集电能的目的，未充电的小蓄电池(6)则通过蓄电池传送板(10)再次收回漂浮船(5)内部，通过风机所产生的电能进行充电。
充气后的气囊(8)增大了漂浮船(5)整体的浮力，使得船的浮力与其重力和风力之和相同，能够使得船体牢固的浮在海面之上，采用多级气囊设置，可以针对不同风力以及海面波浪晃动带来的侧向力来确定使用几个气囊(8)，气囊(8)使用越多，则浮力越大，越能使海上风力发电机(1)牢固的浮在海面之上。
海上风力发电机(1)与其连接的漂浮船(5)和漂浮小艇(7)组成一个体系，多个海上风力发电机(1)分布于深海之中，进行风力发电以及太阳能发电，各个漂浮小艇(7)游弋于各个漂浮船(5)之间来收取充满电的小蓄电池(6)，形成集群式，因两者自带无人驾驶、GPS导航等技术，形成具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，大大提高了海上风机发电效率与电能回收效率，且该风力发电机集群应用于深远海，范围更广、风能资源更丰富、风速更稳定，并且不会与海上渔场、航线等发生冲突，对于开发风电资源有得天独厚的优势。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明中增加风轮数量，同时上部结构可360度旋转，增大风轮的受风面积，不受风向限制，可以更大程度的增加风能利用率，二风轮对称布置可以达到风能的二次利用，充分利用风力进行发电，提高风力发电效率。风机塔架侧壁任意高度处安装太阳能发电板，四面环绕，充分吸收太阳能，在塔身体积有限的前提下充分利用可再生能源为发电塔发电，风能、太阳能集于一体，真正达到高效、洁能、环保。
2)本发明采用漂浮船气囊锚固形式，漂浮船内部装有气囊，可以通过打开或关闭内部气囊，将气囊充气后展于海面或放气收入船体内部，达到船体随时锚固静止，也可以随时移动的效果，充气后的气囊增大了漂浮船整体的浮力，使得船的浮力与其重力和风力之和相同，能够使得船体牢固的浮在海面之上，采用多级气囊设置，共设上下三个气囊，可以针对不同风力以及海面波浪晃动带来的侧向力来确定使用几个气囊，气囊使用越多，则浮力越大，越能使海上风力发电机牢固的浮在海面之上，该形式使得海上风机可以灵活的行驶或固定在海面上，可以更好的利用风能、太阳能发电，大大提高能源利用率。
3)本发明海上风力发电机安装固定在漂浮船上，其发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电的电能储备在风机蓄电池中，其电能作为驱动力达到无人驾驶的效果，可以使漂浮船到风力十分富足的地方进行风力发电，十分灵活。漂浮船船体内部装有若干小蓄电池，风机蓄电池的电量将源源不断的输送到小蓄电池，并通过漂浮小艇送到集电站。当小蓄电池电量充满后漂浮小艇通过GPS定位自动导航到漂浮船旁，收集已充满电的蓄电池，漂浮小艇收到蓄电池后返回集电站，达到收集电能的目的，大大提高能源回收率。
4)本发明采用一个海上风力发电机与其连接的漂浮船和若干漂浮小艇组成一个体系，漂浮船可以多个行驶，在深远海中行驶，进行风力发电以及太阳能发电，形成集群式，因其自带无人驾驶、GPS导航等技术，形成具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，大大提高了海上风机发电效率与电能回收效率，且该风力发电机集群应用于深远海，范围更广、风能资源更丰富、风速更稳定，并且不会与海上渔场、航线等发生冲突，对于开发风电资源有得天独厚的优势。
附图说明
图1为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的三维效果图。
图2为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群中漂浮船的正视图。
图3为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群中漂浮船的侧视图。
图4为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的漂浮小艇取小蓄电池三维效果图。
图5为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的漂浮小艇取小蓄电池正视图。
图6为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的漂浮小艇取小蓄电池侧视图。
图7为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的三级气囊三维效果图。
图8为本发明具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的三级气囊侧视图。
图中：1－海上风力发电机、2－双风轮、3－太阳能发电板、4－塔架、5－漂浮船、6－小蓄电池、7－漂浮小艇、8－气囊、9－风机蓄电池、10－蓄电池传送板、11－集电站。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，是本发明一种可将风能、太阳能转化为电能、具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群的实施例，其主要包括：海上风力发电机1、双风轮2、太阳能发电板3、塔架4、漂浮船5、小蓄电池6、漂浮小艇7、气囊8、风机蓄电池9、蓄电池传送板10、集电站11。具体实施步骤如下：
1)选定塔架高度15m，直径为1.5m。三个叶片与桨片旋转装置构成一个风轮，风轮直径7m，共设有两个。
2)塔架顶部安装二风轮连接装置，两个风轮对称布置，叶片的长度为风轮悬臂长度的2.5倍。由于采用双风轮设计该发明比普通风力发电机平均每天多采集22.5％的电能。
3)太阳能发电板安装在塔架高度2/3处，四面环绕。当阳光照射太阳能发电板时，太阳能发电板会将太阳能转化为电能通过导线传递到太阳能发电机箱中进行蓄电。其中太阳能发电板的材料为硅电池片。
4)在塔架底部装有风机蓄电池，其发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电的电能储备在风机蓄电池中，其电能作为驱动力达到无人驾驶的效果，可以使漂浮船到风力十分富足的地方进行风力发电，十分灵活。漂浮船船长15m，高5m，直径4.5m，船体内部装有若干小蓄电池，风机蓄电池的电量将源源不断的输送到小蓄电池，并通过漂浮小艇送到集电站，漂浮船与小艇内部皆装有GPS定位以及无人驾驶系统，工程师可定期召回船只进行维修处理。
5)漂浮船内部装有多级气囊，气囊充气后展于海面之上，直径最高可达25m，所获浮力与船只重力以及风力、波浪波动力相抵消，使得船体类似于一个救生艇，静静的浮在海面之上，达到锚固作用，一共三个气囊，可根据情况选用，气囊使用越多获得的浮力越大，越能牢固的定于海面之上，当漂浮船想要行驶时，气囊放气收回到船体内，驶离附近海面。
6)漂浮小艇艇长7m，高1.5m，宽1.25m，通过其定位系统，找到漂浮船，取走充好电的小蓄电池送到集电站，完成电力收集。
以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (5)

1.具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，主要包括：海上风力发电机(1)、双风轮(2)、太阳能发电板(3)、塔架(4)、漂浮船(5)、小蓄电池(6)、漂浮小艇(7)、气囊(8)、风机蓄电池(9)、蓄电池传送板(10)、集电站(11)；海上风力发电机(1)配有双风轮(2)，双风轮(2)增大风力受力面积；塔架外壁部分附着太阳能发电板(3)，同时吸收太阳能，进行太阳能发电；风力发电机安装于可自动驾驶的漂浮船(5)上，漂浮船(5)根据导航去指定地点；漂浮船(5)内部装有气囊(8)，通过打开或关闭内部气囊(8)，将气囊(8)展于海面或收入船体内部；漂浮船(5)通过风力发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电作为驱动力；多余电能分配到船体内部装有的各个小蓄电池(6)中，当小蓄电池(6)电量充满后漂浮小艇(7)通过GPS定位自动导航到漂浮船旁，漂浮船(5)船侧将已经充满电的小蓄电池(6)通过传送板送到漂浮小艇(7)上方，漂浮小艇(7)将未充电的蓄电池推入蓄电池传送板(10)上，已充满电的小蓄电池(6)则进入漂浮小艇(7)上，漂浮小艇(7)收到小蓄电池(6)后返回集电站(11)；海面上分散布置多个装有风力发电机的漂浮船(5)以及多个漂浮小艇(7)；漂浮船(5)船体内部装有若干小蓄电池(6)，风机蓄电池(9)的电量输送到小蓄电池(6)，并通过漂浮小艇(7)送到集电站(11)；漂浮船(5)内部装有气囊(8)，可以通过打开或关闭内部气囊(8)，将气囊(8)充气后展于海面或放气收入船体内部，达到船体随时锚固静止，随时移动的效果，采用多级气囊设置，针对不同风力以及海面波浪晃动带来的侧向力来确定使用气囊(8)的数量。
2.根据权利要求1所述的具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，其特征在于：海上风力发电机(1)由双风轮(2)构成，上部通过旋转装置旋转，使得风轮始终朝向风向一侧，二风轮的设计，达到风能的二次利用；风机塔架(4)侧壁任意高度处安装太阳能发电板(3)，四面环绕，充分吸收太阳能；当阳光照射太阳能发电板时(3)，太阳能发电板(3)会将太阳能转化为电能通过导线传递到太阳能发电机箱中进行蓄电。
3.根据权利要求1所述的具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，其特征在于：海上风力发电机(1)安装固定在漂浮船(5)上，发电机风力发电以及其塔壁上装有的太阳能发电板进行的太阳能发电的电能储备在风机蓄电池(9)中。
4.根据权利要求1所述的具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，其特征在于：当小蓄电池(6)电量充满后漂浮小艇(7)通过GPS定位自动导航到漂浮船(5)旁，漂浮船(5)船侧将已经充满电的小蓄电池(6)通过蓄电池传送板(10)送到漂浮小艇(7)上方，漂浮小艇(7)将未充电的小蓄电池(6)推入到蓄电池传送板(10)上，已充满电的蓄电池则进入漂浮小艇上，漂浮小艇收到蓄电池后返回集电站，达到收集电能的目的，未充电的小蓄电池(6)则通过蓄电池传送板(10)再次收回漂浮船(5)内部，通过风机所产生的电能进行充电。
5.根据权利要求1所述的具有智能漂浮移动集能功能的海上风力发电机集群，其特征在于：海上风力发电机(1)与其连接的漂浮船(5)和漂浮小艇(7)组成一个体系，多个海上风力发电机(1)分布于深海之中，进行风力发电以及太阳能发电，各个漂浮小艇(7)游弋于各个漂浮船(5)之间来收取充满电的小蓄电池(6)，形成集群式。
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