CN114572359A - 开放海域漂浮式抗风浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，属于海上发电装置技术领域，所述装置包括光伏发电组件，所述光伏发电组件包括漂浮式支撑平台框架、光伏板和锚泊组件，所述漂浮式支撑平台框架纵向主浮力管，光伏板支架和一T型铰链接件；所述锚泊组件与所述漂浮式支撑平台框架相连接，所述光伏板连接于所述光伏板支架的上水平杆上，所述T型铰链接件为管状体，所述T型铰链接件套在所述纵向主浮力管上，所述T型铰链接件适于相对所述纵向主浮力管上下浮动。本发明能够消减海上不同方向来的波浪起伏造成的变形应力，避免刚性光伏支架和光伏板被破坏。

Description

开放海域漂浮式抗风浪发电装置

技术领域

本发明属于海上发电装置技术领域，具体的涉及一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置。

背景技术

在双碳大背景下，实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。碳中和愿景下的能源发展大趋势可以总结为供给侧的电力零碳化、燃料零碳化和需求侧的高效化、再电气化、智慧化。其中，电力系统脱碳是实现碳中和目标的关键。今天使用的能源中，可再生能源比如光伏发电、风电还有水电基本没有二氧化碳排放，但目前全球使用的能源超过80%是化石能源，包括煤、石油和天然气。因此，加强区域能源转型，发展风电、光伏发电、潮汐发电和波浪能等清洁可再生能源产业，推动实现国家碳中和的战略目标。目前，陆基风电和光伏发电建设由于占有大量的土地资源，还带来噪声和一些生态问题，可以说陆基建设风电和光伏发电日趋于饱和；而近几年海上风电建设发展迅猛，但海上光伏发电和波浪能发电还因恶劣海况环境条件和设施的抗风浪、耐腐蚀等技术问题等很少见，尤其是海上开放海域光伏发电和波浪能一体化发电设施就少之又少，即便有一些水上光伏发电也是在近岸海湾内和掩护条件较好的半开放海域，主要发电设施的结构多采用桩基立于海面上；漂浮式光伏发电设施多用在内陆大型水库、采矿塌陷区的修复工程中。开放海域漂浮式抗风浪光伏发电装置的技术瓶颈依然未能突破，主要存在的问题是：现有水上的光伏发电装置，因没有解决其抗风浪、耐老化和耐腐蚀等问题，不适合在开放海域使用，更无法和海洋牧场建设和海水养殖有机结合。因此，亟待研究一种新型材料和新型结构的开放海域海上漂浮式光伏和养殖装置，来有效拓展海上光伏和波浪能发电的产业发展空间，实现海域资源的高效利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其抗风浪性能强，可用于外海开放海域，不受波浪和水深以及海流条件的限制。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，包括光伏发电组件，所述光伏发电组件包括漂浮式支撑平台框架、1个以上光伏板和锚泊组件，所述漂浮式支撑平台框架包括1个以上纵向主浮力管，1个以上光伏板支架和一个以上T型铰链接件；所述漂浮式支撑平台框架用于支撑整个发电装置漂浮于海上，所述锚泊组件与所述漂浮式支撑平台框架相连接，所述锚泊组件将所述漂浮式支撑平台框架固定于特定区域，所述光伏板支架包括1个以上竖向撑杆及1个以上上水平杆和下水平杆，各所述上水平杆均连接于所述竖向撑杆的顶部，所述上水平杆形成上平面，1个以上竖向撑杆及1个以上上水平杆和下水平杆相互连接形成桁架结构，所述光伏板连接于所述光伏板支架的上水平杆形成的上平面上，所述T型铰链接件为T型管状体，所述光伏板支架的下水平杆两端与T型铰链件相连接，1根纵向主浮力管的两侧交替安装有1个以上的光伏板支架，即同一个所述纵向主浮力管上套有相邻光伏板支架的1个以上T型铰链接件，所述T型铰链接件适于相对所述纵向主浮力管转动。

进一步，所述T型铰链接件包括内套筒、外套筒，所述内套筒套装于所述外套筒内，所述内套筒的材料与所述纵向主浮力管的材料相同，所述光伏板支架的竖向撑杆与所述外套筒相连接，所述外套筒的材料与所述光伏板支架的材料相同。

进一步，所述内套筒与所述纵向主浮力管均采用HDPE材料。

进一步，所述外套筒与所述光伏板支架均采用连续纤维热塑复合材料。

进一步，所述内套筒包括第一内套筒组件、第二内套筒组件，所述第一内套筒组件的第一端设置有凸出外壁的第一凸棱，第二端设置有第一自锁元件，所述第二内套筒组件的第一端设置有凸出外壁的第二凸棱，第二端设置有第二自锁元件，所述第一内套筒组件的第二端与所述第二内套筒组件的第二端相互连接，所述第一自锁元件与所述第二自锁元件相互锁固，所述第一凸棱卡固于所述外套筒的一端，所述第二凸棱卡固于所述外套筒的另一端。

进一步，所述第二自锁元件为1个以上楔形槽，各所述楔形槽沿所述第二内套筒组件的周向均布，所述第一自锁元件为1个以上弹性块组，各所述弹性块组沿所述第一内套筒组件的周向均布，所述弹性块组与所述楔形槽一一对应，各所述弹性块组均包括两个相对设置的弹性块，两个所述弹性块在自然状态下呈楔形，将所述第一内套筒组件与所述第二内套筒组件相互挤压时，每个所述弹性块组的两个所述弹性块分别挤压至一个所述楔形槽内。

进一步，还包括限位块，所述限位块连接于所述纵向主浮力管外壁上，所述限位块位于所述T型铰链接件两侧。

进一步，同一纵向主浮力管上相邻4个光伏板支架的下水平杆连接的T型铰链接件交错成一铰链接件组，限位块在铰链接件组的两端固定。

进一步，还包括波浪能发电组件，所述波浪能发电组件用于将波浪起伏的动能转化为电能。

进一步，所述波浪能发电组件包括转子板及发电机，所述转子板的一端漂浮于水上，随波浪起伏运动，所述转子板的固定端与所述光伏板支架的下水平杆相连接，并连接所述发电机的转子。

进一步，还包括海底输电电缆，所述光伏板及所述发电机均连接所述海底输电电缆。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置由于包括光伏发电组件及波浪能发电组件，光伏发电组件包括漂浮式支撑平台框架、1个以上光伏板、1个以上光伏板支架、1个以上T型铰链接件，光伏板支架连接于T型铰链接件，T型铰链接件套在纵向主浮力管上，并且T型铰链接件能够相对纵向主浮力管转动， 通过相对转动来化解或消减海上不同方向涌来的波浪起伏对光伏板支架形成的变形应力，从较大尺度上看，横向涌来的波浪使漂浮式支撑平台框架产生的变形应力由T型铰连接件与纵向主浮力管的相对转动来消除，纵向涌来的波浪使漂浮式支撑平台框架产生的变形应力则由纵向主浮力管的柔韧性随波变形来消减；在小尺度局部方面又能够使光伏板和光伏板支架保持一定的平整性，避免在因波浪起伏变形时对漂浮式支撑平台框架上的光伏支架和光伏板造成破坏，提高了本发明的抗风浪性能，使其可用于外海开放海域，不受波浪和水深以及海流条件的限制。本发明装置还可以设置在内陆水库和河流水面上，不占用土地，采用的材料和结构抗风浪能力强，耐腐蚀耐老化，对环境无害，而且维护成本低。还因为海域使用金比土地使用金低，使用本发明装置可以大大降低成本，还可以渔业养殖一体化融合发展，水面上规模化光伏发电，水下海珍品吊笼养殖，海底人工鱼礁建设，形成立体化海上光伏发电和海洋牧场一体化发展模式，而且能减少碳排放，高效利用海域资源实现经济效益、社会效益和生态效益的全面提升。

附图说明

图1为本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置的俯视图；

图2为本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置中一个光伏发电单元的侧视图；

图3为本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置中一个光伏发电单元的俯视图；

图4 为本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置中T型铰链接件的结构示意图；

图5 为T型铰链接件的内套筒与部分外套筒的位置关系截面图；

图6 为本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置中内套筒的结构图；

图7 为本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置的侧视图。

图中的标注为：1、漂浮式支撑平台框架；2、光伏板；3、光伏板支架；4、T型铰链接件；5、内套筒；51、第一内套筒组件；511、弹性块组，513、第一凸棱；52、第二内套筒组件；521、楔形槽，523、第二凸棱；7、外套筒；8、限位块；9、纵向主浮力管；10、转子板；12、固泊锚缆；13、铁锚。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图来对本发明的技术方案做进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。

一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，包括光伏发电组件，光伏发电组件包括漂浮式支撑平台框架1、1个以上光伏板2及锚泊组件，漂浮式支撑平台框架1包括相互连接的1个以上纵向主浮力管9、1个以上光伏板支架3和1个以上T型铰链接件4，漂浮式支撑平台框架1用于漂浮于海上，为整个开放海域漂浮式抗风浪发电装置提供浮力，漂浮式支撑平台框架1上布设有安装检修走道的连接件，具体地，纵向主浮力管9与1个以上横向光伏板支架通过T型铰链接件的方式相互连接，从而将光伏板支架套在纵向主浮力管9上，锚泊组件与漂浮式支撑平台框架1相连接，锚泊组件用于将漂浮式支撑平台框架1固定于某海域，锚泊组件包括上浮架固泊锚缆12及铁锚13，光伏板2为双面全玻光伏板，各光伏板支架3结构相同，光伏板支架3包括1个以上竖向撑杆及1个以上上水平杆，各上水平杆均连接于竖向撑杆的顶部，各上水平杆形成上平面，1个以上竖向撑杆及1个以上上水平杆相互连接形成刚性的桁架结构，光伏板2连接于光伏板支架3的上水平杆上，各T型铰链接件4结构相同，T型铰链接件4为管状体，管状体的内壁直径大于纵向主浮力管9的外径，光伏板支架3左侧的竖向撑杆底部与一个T型铰链接件4的外壁连接，光伏板支架3右侧的竖向撑杆底部与另一个T型铰链接件4的外壁连接，具体地，光伏板支架3的下水平杆与T型铰链接件4通过模具一体制成，位于光伏板支架3左侧的T型铰链接件4套在一个纵向主浮力管9上，位于光伏板支架3右侧的T型铰链接件4套在另一个纵向主浮力管9上，1根纵向主浮力管的两侧交替安装有一个以上的光伏板支架，同一纵向主浮力管上相邻4个光伏板支架的下水平杆连接的T型铰链接件交错成一铰链接件组，限位块在铰链接件组的两端固定；各T型铰链接件4适于相对纵向主浮力管9转动，漂浮式支撑平台框架1的布放顺应海流的方向，所述顺应为纵向主浮力管与海流方向一致，从而使本发明一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置整体随海流起伏。在开放海域高海况情况下，波浪起伏，波峰波谷不在同一个平面上，如果大尺度的刚性漂浮式支撑平台框架能保持不随波浪起伏变形，漂浮式支撑平台框架的造价就会提高，而本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置由于包括光伏发电组件及波浪能发电组件，光伏发电组件包括漂浮式支撑平台框架1、1个以上光伏板2、1个以上光伏板支架3、1个以上T型铰链接件4 ，光伏板支架3连接于T型铰链接件4，T型铰链接件4套在纵向主浮力管9上，并且T型铰链接件4能够相对纵向主浮力管9转动， 通过相对转动来化解或消减海上不同方向涌来的波浪起伏对光伏板支架形成的变形应力，从较大尺度上看，横向涌来的波浪使漂浮式支撑平台框架1产生的变形应力由T型铰连接件4与纵向主浮力管9的相对转动来消除，纵向涌来的波浪使漂浮式支撑平台框架1产生的变形应力则由纵向主浮力管9的柔韧性随波变形来消减；在小尺度局部方面又能够使光伏板2和光伏板支架3保持一定的平整性，避免在因波浪起伏变形时对漂浮式支撑平台框架1上的光伏支架和光伏板造成破坏，提高了本发明的抗风浪性能，使其可用于外海开放海域，不受波浪和水深以及海流条件的限制。

本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其中， T型铰链接件4包括内套筒5、外套筒7，内套筒5套装于外套筒7内，内套筒5的材料与纵向主浮力管9的材料相同，光伏板支架3的竖向撑杆与外套筒7相连接，外套筒7的材料与光伏板支架3的材料相同。由于内套筒5的材料与纵向主浮力管9的材料相同，减小内套筒5与纵向主浮力管9之间的转动磨损。

本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置，内套筒5及纵向主浮力管9均采用HDPE材料。纵向主浮力管9采用HDPE材料，耐腐蚀、柔韧性能更好，便于消减纵向涌来的波浪使漂浮式支撑平台框架1产生的变形应力。

本发明开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其中，外套筒7及光伏板支架3均采用连续纤维热塑复合材料，外套筒7为T型套筒，T型套筒的两端部便于与光伏板支架3一体成型。光伏板支架3采用连续纤维热塑复合材料，耐腐蚀、强度大，可保障波浪起伏的情况下光伏板支架3不变形，提升安装其上的光伏板2的安全性。

本实施例的开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其中，内套筒5包括第一内套筒组件51、第二内套筒组件52，第一内套筒组件51的第一端设置有凸出外壁的第一凸棱513，第二端设置有第一自锁元件，第二内套筒组件52的第一端设置有凸出外壁的第二凸棱523，第二端设置有第二自锁元件，第一内套筒组件51的第二端与第二内套筒组件52的第二端相互连接，第一自锁元件与第二自锁元件相互锁固，第一凸棱513卡固于外套筒7的一端，第二凸523棱卡固于外套筒7的另一端。第一内套筒组件51、第二内套筒组件52由专用模具注塑而成，安装时，将第一内套筒组件51、第二内套筒组件52从外套筒7的两端推入，施加压力，使第一自锁元件与第二自锁元件相互锁紧，第一凸棱513、第二凸棱523将外套筒7夹固在中间，形成结合密切的T型铰链接件4。

本实施例的开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其中，第二自锁元件为1个以上楔形槽521，各楔形槽521沿第二内套筒组件52的周向均布，第一自锁元件为1个以上弹性块组511，各弹性块组511沿第一内套筒组件51的周向均布，弹性块组511与楔形槽521一一对应，各弹性块组511均包括两个相对设置的弹性块，两个弹性块在自然状态下呈楔形，将第一内套筒组件51与第二内套筒组件52相互挤压时，每个弹性块组511的两个弹性块分别挤压至一个楔形槽内，靠两个弹性块的张力使弹性块与楔形槽相互锁紧。

本实施例开放海域漂浮式抗风浪发电装置，还包括限位块8，限位块8连接于纵向主浮力管9外壁上，限位块8位于T型铰链接件4两侧。限位块8为HDPE限位块，由于限位块8的设置，防止T铰链接件4沿纵向主浮力管9轴向移动，将光伏板支架3限定在纵向主浮力管9的指定位置上，防止造成光伏板间因碰撞而损坏。

本实施例的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，还包括波浪能发电组件，所述波浪能发电组件用于将波浪起伏的动能转化为电能。由于波浪能发电组件的设置，不管光线条件如何都能够保持全天连续不间断发电。

本实施例的开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其中，光伏板支架3还包括下水平杆，下水平杆连接于竖向撑杆底部之间，波浪能发电组件包括转子板10及发电机，转子板10漂浮于水上，转子板10一端与下水平杆相连接，转子板10另一端连接发电机的转子。每当波浪通过转子板10时，转子板10受波浪起伏时的推动作用，以光伏板支架3的下水平杆为轴上下起伏，转子板运动的同时带动发电机的转子转动，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

本实施例的开放海域漂浮式抗风浪发电装置，还包括海底输电电缆，光伏板2及发电机均连接海底输电电缆。光伏板2及发电机产生的电能通过海底输电电缆传送到海上漂浮式平台上的专用逆变器与汇流箱，再通过海底输电电缆输送到陆上用户或并入国家电网。

Claims (10)

1.一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于，所述发电装置包括光伏发电组件，所述光伏发电组件包括漂浮式支撑平台框架（1）、1个以上光伏板（2）和锚泊组件，所述漂浮式支撑平台框架（1）包括1个以上纵向主浮力管（9），1个以上光伏板支架（3）和一个以上T型铰链接件（4）；所述漂浮式支撑平台框架（1）用于支撑整个发电装置漂浮于海上，所述锚泊组件与所述漂浮式支撑平台框架（1）相连接，所述锚泊组件将所述漂浮式支撑平台框架（1）固定于特定区域，所述光伏板支架（3）包括1个以上竖向撑杆及1个以上上水平杆和下水平杆，各所述上水平杆均连接于所述竖向撑杆的顶部，所述上水平杆形成上平面，1个以上竖向撑杆及1个以上上水平杆和下水平杆相互连接形成桁架结构，所述光伏板（2）固定于所述上平面上，所述T型铰链接件（4）为T型管状体，所述光伏板支架（3）的下水平杆两端与T型铰链件相连接，1根纵向主浮力管（9）的两侧交替安装有1个以上的光伏板支架（3），即同一个所述纵向主浮力管（9）上套有相邻光伏板支架（3）的1个以上T型铰链接件（4），所述T型铰链接件（4）适于相对所述纵向主浮力管（9）转动。

2.根据权利要求1所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于所述T型铰链接件（4）包括内套筒（5）、外套筒（7），所述内套筒（5）套装于所述外套筒（7）内，所述内套筒（5）的材料与所述纵向主浮力管（9）的材料相同，所述光伏板支架（3）的竖向撑杆与所述外套筒（7）相连接，所述外套筒（7）的材料与所述光伏板支架（3）的材料相同。

3.根据权利要求2所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于所述内套筒（5）与所述纵向主浮力管（9）均采用HDPE材料。

4.根据权利要求2所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于所述外套筒（7）与所述光伏板支架（3）均采用连续纤维热塑复合材料。

5.根据权利要求2所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于，所述内套筒（5）包括第一内套筒组件（51）和第二内套筒组件（52），所述第一内套筒组件（51）的第一端设置有凸出外壁的第一凸棱（513），第二端设置有第一自锁元件，所述第二内套筒组件（52）的第一端设置有凸出外壁的第二凸棱（523），第二端设置有第二自锁元件，所述第一内套筒组件（51）的第二端与所述第二内套筒组件（52）的第二端相互连接，所述第一自锁元件与所述第二自锁元件相互锁固，所述第一凸棱（513）卡固于所述外套筒（7）的一端，所述第二凸棱（523）卡固于所述外套筒（7）的另一端。

6.根据权利要求5所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于，所述第二自锁元件为1个以上楔形槽（521），各所述楔形槽（521）沿所述第二内套筒组件（52）的周向均布，所述第一自锁元件为1个以上弹性块组（511），各所述弹性块组（511）沿所述第一内套筒组件（51）的周向均布，所述弹性块组（511）与所述楔形槽（521）一一对应，各所述弹性块组（511）均包括两个相对设置的弹性块，两个所述弹性块在自然状态下呈楔形，将所述第一内套筒组件（51）与所述第二内套筒组件（52）相互挤压时，每个所述弹性块组（511）的两个所述弹性块分别挤压至一个所述楔形槽（521）内。

7.根据权利要求1所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于还包括限位块（8），所述限位块（8）固定于所述纵向主浮力管（9）外壁上，所述限位块（8）位于所述T型铰链接件（4）两侧。

8.根据权利要求7所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于同一纵向主浮力管（9）上相邻4个光伏板支架（3）的下水平杆连接的T型铰链接件（4）交错成一铰链接件组，限位块（8）在铰链接件组的两端固定。

9.根据权利要求1所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于还包括波浪能发电组件，所述波浪能发电组件用于将波浪起伏的动能转化为电能。

10.根据权利要求9所述的一种开放海域漂浮式抗风浪发电装置，其特征在于所述波浪能发电组件包括转子板（10）及发电机，所述转子板（10）的一端漂浮于水上，随波浪起伏运动，所述转子板（10）的固定端与所述光伏板支架（3）的下水平杆相连接，并连接所述发电机的转子。

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