CN115009451A - 一种半潜式能源浮岛发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电装置领域，具体涉及一种半潜式能源浮岛发电装置，在基台上搭载风力发电机、振荡浮子式的波浪能发电装置和光伏发电装置，将风能资源、波浪能资源、太阳能资源进行整合，实现联合发电的功能，提高发电装置系统的整体稳定性和平台整体收益。同时，通过将若干个风力发电机均匀分布在基台的上表面边缘，若干个波浪能发电装置均匀分布在基台的侧面，若干个光伏发电装置围绕基台的中心形成环状，使得基台四周受力均匀，进而使本申请的半潜式能源浮岛发电装置在海洋中更加具有平稳性，能接受更大海浪的冲击。

Description

一种半潜式能源浮岛发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置领域，具体而言，涉及一种半潜式能源浮岛发电装置。

背景技术

近年来，海上风电资源开发在近海岸得到了快速发展。近海区域受到渔业、军事设施等各种条件的限制，风能可开发资源相对有限，随着风机装机容量逐渐扩大，近海岸风能资源利用逐渐趋于饱和。深远海的风能资源更为丰富、稳定，开发深远海大容量风电机组将带来更大的经济收益，是未来海上风电发展的必然趋势。

单一海洋能发电装置系统往往面临着稳定性差、并网难和发电单价高等问题；因此，现有技术还存在缺失，有待于进一步发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种半潜式能源浮岛发电装置，以解决现有的海洋能发电装置在水面上平稳性差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种半潜式能源浮岛发电装置，包括：

基台；

若干个大兆瓦风力发电机，均匀分布在基台的上表面边缘；

若干个波浪能发电装置，均匀分布在基台的侧面；

若干个光伏发电装置，设置于基台的上表面；

其中，若干个光伏发电装置围绕基台的中心形成环状，且靠近波浪能发电装置。

进一步地，基台为多边形基台，风力发电机位于多边形基台的顶点处，波浪能发电装置位于多边形基台的各侧边位置，若干个光伏发电装置围绕形成多边形环，且多边形环的边与多边形基台的边一一对应设置。

进一步地，多边形的基台的顶点处均设置有使基台重心下移的外立柱。

进一步地，基台的下表面设置有支架组件，支架组件包括：

多边形中心部，位于多边形基板的中心位置；

若干个延伸部，与多边形中心部连接，并分别延伸至多边形基台的各顶点。

进一步地，延伸部包括：横向支撑杆、竖向支撑杆及斜向支撑杆，横向支撑杆包括绕多边形中心部均匀布置的若干个；

其中，横向支撑杆包括一根长杆、两根短杆及连接杆，两根短杆与长杆平行的设置在长杆两侧，通过连接杆将长杆及两根短杆连接起来；相连横向支撑杆之间通过短杆连接；

每根长杆及短杆上设置有多个安装位，长杆与短杆之间的安装位对齐设置；每个安装位上设置有与横向支撑杆垂直的竖向支撑杆，相邻竖向支撑杆之间设置斜向支撑杆进行连接；

长杆及短杆延伸至基台的顶点，为基台提供横向支撑力，竖向支撑杆连接至基台，为基台提供纵向支撑力。

进一步地，横向支撑杆、竖向支撑杆及斜向支撑杆均为空心杆。

进一步地，多边形的基台包括甲板及镂空的横梁，横梁的边对应基台的边设置，外立柱设置在横梁的顶点处并支撑甲板，每个延伸部延伸至横梁；

进一步地，波浪能发电装置设在横梁与甲板之间，基台的每个边上设置数量相等的波浪能发电，每个边的波浪能发电装置间隔设置。

进一步地，基台为六边形结构设置，甲板中心区域以两个正六边形围绕形成多边形环，多边形环作为光伏发电装置安装区域。

进一步地，若干风力发电机在朝向同一方向状态下，从该方向投影过去，风力发电机之间无重叠部分。

进一步地，波浪能发电装置包括液压杆、浮子和导向轴，浮子由上部圆柱构型和下部圆锥构型组成。

进一步地，风力发电机均可旋转的设置在基台上，通过旋转改变风力发电机的朝向。

本发明的半潜式能源浮岛发电装置中，在基台上搭载风力发电机、振荡浮子式的波浪能发电装置和光伏发电装置，将风能资源、波浪能资源、太阳能资源进行整合，实现联合发电的功能，提高了发电装置系统的整体稳定性和平台整体收益。同时，通过将若干个风力发电机均匀分布在基台的上表面边缘，若干个波浪能发电装置均匀分布在基台的侧面，若干个光伏发电装置围绕基台的中心形成环状，使得基台四周受力均匀，进而使本申请的半潜式能源浮岛发电装置在海洋中更加具有平稳性，能接受更大海浪的冲击。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明半潜式能源浮岛发电装置的立体图；

图2是本发明半潜式能源浮岛发电装置的主视图；

图3是本发明半潜式能源浮岛发电装置的侧视图；

图4是本发明半潜式能源浮岛发电装置的俯视图；

图5是本发明半潜式能源浮岛发电装置的仰视图；

图6是本发明波浪能发电装置的安装示意图；

图7是本发明支架组件的连接结构示意图。

其中附图标记为：1-基台、2-风力发电机、3-波浪能发电装置、4-光伏发电装置、5-甲板、6-中立柱、7-外立柱、8-横梁、9-支架组件、10- 塔筒、11-电力转换机舱、12-轮毂、13-叶片、14-液压杆、15-浮子、16- 导向轴、17-横向支撑杆、18-竖向支撑杆、19-斜向支撑杆、20-延伸部。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

现有单一海洋能发电装置系统往往面临着稳定性差、并网难和发电单价高等问题，而利用两种或两种以上的发电装置可将多路不平稳的电力整合形成单路电力输出以补偿单一能源发电装置在单独发电时的间隙性与波动性。同时通过开发多功能综合利用海洋平台，可提高提升集约化用海效率，降低设备公摊成本，进一步减低海洋资源开发的整体成本，大力推动海洋经济在深远海域的发展。因此，需要发展一种解决现有的单一海洋能发电装置系统稳定性差、并网难和发电单价高等问题的技术。

此外，海面上不同程度的海浪，具有不同的冲击力，大的海量的冲击力更大，而设置在海面上的发电装置，若平稳性不够或较差的话，就很容易被海浪冲倒。

因此，如图1至图4所示，本发明实施例的一种半潜式能源浮岛发电装置，包括：

基台1；

若干个大兆瓦风力发电机2，均匀分布在基台1的上表面边缘；

若干个波浪能发电装置3，均匀分布在基台1的侧面；

若干个光伏发电装置4，设置于基台1的上表面；

其中，若干个光伏发电装置4围绕基台1的中心形成环状，且靠近波浪能发电装置3。

本发明的半潜式能源浮岛发电装置中，在基台1上搭载大兆瓦风力发电机2、振荡浮子式的波浪能发电装置3和光伏发电装置4，将风能资源、波浪资源、太阳能资源进行整合，实现联合发电的功能，将多路不平稳的电力整合形成单路电力输出，弥补了单一能源发电装置在单独发电时的间隙性与波动性，提高了发电装置系统的整体稳定性和平台整体收益。同时，若干个大兆瓦风力发电机2均匀分布在基台1的上表面边缘，若干个波浪能发电装置3均匀分布在基台1的下表面边缘，若干个光伏发电装置4围绕基台1的中心形成环状且靠近波浪能发电装置3。

通过将风力发电机及波浪能发电装置均匀分散在基台四周，光伏发电装置绕基台1的中心形成环状，使得基台1四周受力均匀，进而使本申请的半潜式能源浮岛发电装置在海洋中更加具有平稳性，能接受更大海浪的冲击，避免基台1轻易侧翻。

实施例中，基台1设置为半潜式浮式基础；

大兆瓦风力发电机2，设置有若干个，用于将风能转换为电能，若干个大兆瓦风力发电机2不重叠的设置在基台1上；大兆瓦风力发电机2包括塔筒10、电力转换机舱11、轮毂12及叶片13，塔筒10设置在基台1 的安装部上，电力转换机舱11设置在塔筒10上，叶片13与电力转换机舱11连接；叶片13由风力带动旋转产生机械能，电力转换机舱11将机械能转化为电能；

波浪能发电装置3，若干个间隔设置在基台1的侧边上，通过收集波浪能将波浪能转换为电能；波浪能发电装置3包括液压缸、液压马达及与液压缸连接的浮子15，浮子15设置在基台1的侧边，波浪带动浮子15 运动，浮子15的运动带动液压缸运动，液压缸的运动带动液压马达运动，液压马达通过旋转带动发电机发电；

光伏发电装置4，设置在基台1的上端面，用于收集太阳能并将太阳能转换为电能；光伏发电装置4的外侧倾斜向上设置，光伏发电装置4与基台1的平面之间的为夹角15-30度。

具体地，风力发电机2为10MW水平轴风力发电机2，大兆瓦水平轴风力发电机2由塔筒10、电力转换机舱11、轮毂12、叶片13等主要部件及其它附属部件(图中未画出)组成。

叶片13由于风力带动旋转产生机械能，通过轮毂12与电力转换机舱 11连接，电力转换机舱11将机械能转化为电能；电力转换机舱11固定在塔筒10上部(以图1的方向为基准，安装叶片13的一端)；塔筒10固定在基台1的顶部，分别位于三个角点处外立柱7的顶部。

电力转换机舱11包括主轴、齿轮箱及电机转子，在正常工作状态下，叶片13在风力作用下转动，带动主轴(图中未显示)旋转，将风能转化为机械能，主轴带动齿轮箱旋转，传递机械能，齿轮箱带动发电机转子运动，切割磁感线发电，实现机械能到电能的转换。

振荡浮子式的波浪能发电装置3由液压杆14、浮子15、导向轴16和其它内部构件(图中未画出)组成，其它内部构建包括液压缸及液压马达。波浪能发电装置3采用三级能量转换，成本低，可靠性高，具有一定的工程应用价值，参见图6。

波浪能发电装置3工作原理为：将浮子15设置在基台1的侧边，当将基台1放置在海中时，波浪能够最大程度的冲击浮子15，使浮子15收集大冲击力。波浪冲击浮子15运动，浮子15的运动带动液压缸运动将波浪能转化为机械能实现一级能量转换。液压缸的运动推动高压油，通过液压系统将机械能转化为液压能，实现二级能量转换。高压油带动液压马达旋转，通过液压马达的旋转带动发电机发电，将液压能转化为电能。

光伏发电装置4采用多晶硅太阳能电池，转换效率约为17-18％，成本较低，光电稳定性较高。光伏发电装置4采用固定式支架安装，本实施例中，光伏发电装置4倾斜朝上，光伏发电装置4与甲板5所在平面之间的夹角为15-30度，优选为20度。光伏发电装置4的外侧倾斜设置，有利于光伏板对太阳能的收集。

实施例中，基台1为多边形基台1，风力发电机2位于多边形基台1 的顶点处，波浪能发电装置3位于多边形基台1的各侧边位置，若干个光伏发电装置4围绕形成多边形环，且多边形环的边与多边形基台1的边一一对应设置。将基台1设置为多边形，每个边均能接受海浪的冲击，使得设置在基台1的侧面波浪能发电装置3能充分的收到海浪的冲击，进而收集海浪能。

实施例中，基台1包括甲板5、中立柱6、外立柱7、横梁8及支架组件9，多边形的基台1的顶点处均设置有使基台1重心下移的外立柱，外立柱7可以用于支撑基台1；外立柱7设置在横梁8上，甲板5合盖在外立柱7上。基台1主要材质为海洋平台专用的超高强度钢EH36。其中，甲板5主要用于搭载光伏发电装置4、大兆瓦水平轴风力发电机2、调节吃水的外立柱7及调节吃水的中立柱6，波浪能发电装置3与甲板5及横梁8固定连接，浮子15的一端与甲板5底面连接，另一端与横梁8连接。

实施例中，基台1的下表面设置有支架组件9，支架组件9包括：

多边形中心部，位于多边形基板1的中心位置；

若干个延伸部20，与多边形中心部连接，并分别延伸至多边形基台的各顶点。波浪能发电装置3对应于相邻两个延伸部20之间，波浪经过波浪能发电装置3后进入到相邻两个延伸部20之间，会相互抵消，进一步提高基台1的稳定性。参考图5，六个延伸部20延伸至基台1的个顶点。

实施例中，延伸部20包括：横向支撑杆17、竖向支撑杆18及斜向支撑杆19，横向支撑杆17包括绕多边形中心部均匀布置的若干个。

桁架式连接结构的支架组件9用以连接甲板5、中立柱6、外立柱7 和横梁8，支架组件9包括横向支撑杆17(横向结构)、竖向支撑杆18(纵向结构)及斜向支撑杆19，横向支撑杆17包括绕多边形中心部均匀布置的若干个，中心柱位于多边形中心部。参见图5及图7，靠近中立柱6区域以两个正六边形组成的桁架作为中心区域与外立柱7和横梁8进行连接，采用竖向支撑连接甲板5，增设斜向支撑杆19增加整体桁架刚度。上述桁架式结构可大幅度减轻结构重量。

其中，横向支撑杆17包括一根长杆、两根短杆及连接杆，两根短杆与长杆平行，且设置在长杆两侧，通过连接杆将长杆及两根短杆连接起来。相邻横向支撑杆17之间通过短杆连接。本实施例中，横向支撑杆17总共设置六个，即相邻两个横向支撑杆17之间通过短杆呈60度角连接，连接处形成一个V字形，参见图5及图7。

每根长杆及短杆上设置有多个安装位，长杆与短杆之间的安装位对齐设置；每个安装位上设置有与横向支撑杆17垂直的竖向支撑杆18，相邻竖向支撑杆18之间设置斜向支撑杆19进行连接。长杆及短杆抵顶与横梁 8的侧边连接，为横梁8提供横向支撑力，竖向支撑连接甲板5，为甲板5 提供纵向支撑力，参考图2、5及图7。

实施例中，横向支撑杆17、竖向支撑杆18及斜向支撑杆19均为空心杆，空心的支撑杆能有方便对基台整体重量的控制，当支撑杆内部均为空心时，能有效减轻支架组件9重量，且能增加支架组件9的浮力。当需要增加基台整体重量时，则可在空心的支撑杆内放置重量物，以增加整个装置的重量，使得基台整体可以下沉的更深。

实施例中，横梁8的边对应基台的边设置，外立柱设置在横梁的顶点处并支撑甲板，每个延伸部20延伸至横梁；波浪能发电装置设在横梁与甲板之间，基台的每个边上设置数量相等的波浪能发电，每个边的波浪能发电装置间隔设置。

横梁8为中部镂空的框结构形状，支架组件9设置在横梁8的框内并对横梁8形成以横向支撑力；其中，支架组件9还对甲板5提供纵向支撑力。支架组件9包括横向结构及纵向结构，横梁8为六边形的框结构，将支架组件9设置在横梁8的框内，支架组件9的横向结构从横梁8内部对横梁提供支撑力，甲板5平铺在支架组件9的纵向结构上，该纵向结构则对甲板5提供纵向支撑力。整个支架组件9为基台1供支撑力，使得基台 1的结构稳定牢固。

实施例中，基台1可为六边形结构设置，其中，甲板5为六边形板，甲板5中心区域以两个正六边形围成区域作为光伏发电装置4安装区域；外立柱7顶部间隔120度布置三台10MW水平轴风力发电机2；甲板5与横梁8作为波浪能发电装置3的上部和下部支撑，在每边横梁8上搭载九台波浪能发电装置3，共五十四台波浪能发电装置3。本申请将基台1设置为六边形的结构形式，基台1的每一边均能够接受海水的冲击，为波浪能发电装置3提供尽可能大的接受面积。此外，六边形的结构更接近圆形，可以从不同方向接受冲击，当海水从一个方向袭来，基本会沿着基台1的两个边进行分散流向，海水的冲击可以沿着基台1的边流动。因此，因其六边形结构自身的结构特性能有效保证基台1的平稳性，而少于六边或大于六边的结构，则无法形成这种分流效果。需要说明的是，本申请的基台 1可以设置为其它形状，六边形的基台1为优选的技术方案。

实施例中，若干风力发电机2在朝向同一方向状态下，从该方向投影过去，风力发电机2之间无重叠部分。即将多个风力发电机2统一朝向同一个方向，此时风力发电机2的横截面积做大，占据空间最宽。在该种状态下，从该同一方向的投影看向风力发电机2，风力发电机2之间没有重叠部分，参考图2。风力发电机2之间无重叠设置，可使得每一个风力发电机2均充分受到风力的冲击，便于风力发电机2的风能收集。

实施例中，波浪能发电装置3还包括液压杆14及导向轴16，波浪能发电装置3设置在甲板5与横梁8之间，液压杆14一端与甲板5底面固定连接，液压杆14另一端与浮子15相连接；导向轴16一端与浮子15远离甲板5的一端相连接，另一端固定在横梁8上，参考图6。基台1每边设置九个波浪能发电装置3，波浪能发电装置3沉潜在水里，受海浪冲击。波浪能发电装置3间隔设置，海浪从基台1的一边冲进去支架组件9内部，从基台1的另一边冲出，形成流通状态，此种设置尽可能增加浮子15受到的冲击，增加能量的转换。

实施例中，浮子15由上部圆柱构型和下部圆锥构型组成，圆柱形结构能增加受冲击面积，圆锥形结构有利于增大浮子15之间的间隔，便于海水的通过，参考图6。

实施例中，风力发电机2均可旋转的设置在甲板5上，通过旋转改变风力发电机2的朝向。风力发电机2可根据方向进行旋转调整，具体地，在外立柱7上设置调整电机，风力发电机2与调整电机连接，该电机可通过远程操控，开启调整电机后，调整电机旋转，带动风力发电机2旋转，调整到合适位置，则控制调整电机停止旋转。此外，或在塔筒10上设置调整电机，通过调整电机的旋转，带动电力转换机舱11进行旋转，以调整叶片13的朝向。

本发明涉及一种深远海风-光-浪联合发电超大型半潜式能源浮岛发电装置，该浮岛发电装置为正六边形构型，包括漂浮于海面的半潜式基台 1，半潜式基台1上部安装三台10MW水平轴风力发电机2，甲板5顶部搭载利用太阳能发电的光伏发电装置4，在正六边形平台的每边安装九个振荡浮子式的波浪能发电装置3。利用浮子15运动收集波浪能，共五十四个波浪能发电装置3。实施例中支架组件9为格构式杆件，半潜式基台1包括外立柱7、中立柱6、横梁8、甲板5以及若干格构式杆件作为连接构件。本发明充分利用风能资源、波浪能资源、太阳能资源联合发电，实现海洋能源的空间立体化开发利用，提升集约化用海效率，提升综合能源场收益，推动海洋能源综合利用平台由近岸向深远海发展。

本发明的有益效果包括：

1)本发明在空间上利用大兆瓦水平轴风力发电机2、振荡浮子式波浪能发电装置3和光伏发电装置4，将风能资源、波浪能资源、太阳能资源进行整合，实现了海洋资源的集约化利用，提高了单位海域使用率。

2)本发明将大兆瓦水平轴风力发电机2、振荡浮子式波浪能发电装置 3和光伏发电装置4所形成的多路不平稳的电力整合形成单路电力输出，弥补了单一能源发电装置在单独发电时的间隙性与波动性，提高了发电装置系统的整体稳定性和平台整体收益。

3)本发明利用格支架组件9作为内部连接构件与甲板5、中立柱6、、外立柱7、横梁8共同构成半潜式基台为功能设备提供支撑，内部镂空的桁架结构大幅度减轻了结构的重量，节约了设备单独配送的设备成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，包括：

基台；

若干个风力发电机，均匀分布在所述基台的上表面边缘；

若干个波浪能发电装置，均匀分布在所述基台的侧面；

若干个光伏发电装置，设置于所述基台的上表面；

其中，若干个所述光伏发电装置围绕所述基台的中心形成环状。

2.根据权利要求1所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，所述基台为多边形基台，所述风力发电机位于多边形基台的顶点处，所述波浪能发电装置位于多边形基台的各侧边位置，若干个所述光伏发电装置围绕形成多边形环，且多边形环的边与多边形基台的边一一对应设置。

3.根据权利要求2所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，多边形的所述基台的顶点处均设置有使所述基台重心下移的外立柱。

4.根据权利要求3所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，所述基台的下表面设置有支架组件，所述支架组件包括：

多边形中心部，位于所述多边形基板的中心位置；

若干个延伸部，与所述多边形中心部连接，并分别延伸至所述多边形基台的各顶点。

5.根据权利要求4所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，所述延伸部包括：横向支撑杆、竖向支撑杆及斜向支撑杆，所述横向支撑杆包括绕所述多边形中心部均匀布置的若干个；

其中，所述横向支撑杆包括一根长杆、两根短杆及连接杆，两根所述短杆与所述长杆平行的设置在所述长杆两侧，通过所述连接杆将所述长杆及两根所述短杆连接起来；相连所述横向支撑杆之间通过所述短杆连接；

每根所述长杆及短杆上设置有多个安装位，所述长杆与所述短杆之间的所述安装位对齐设置；每个所述安装位上设置有与所述横向支撑杆垂直的所述竖向支撑杆，相邻所述竖向支撑杆之间设置所述斜向支撑杆进行连接；

所述长杆及短杆延伸至所述基台的顶点，为所述基台提供横向支撑力，所述竖向支撑杆连接至所述基台，为所述基台提供纵向支撑力。

6.根据权利要求5所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，所述横向支撑杆、竖向支撑杆及斜向支撑杆均为空心杆。

7.根据权利要求5所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，多边形的所述基台包括甲板及镂空的横梁，所述横梁的边对应所述基台的边设置，所述外立柱设置在所述横梁的顶点处并支撑所述甲板，每个所述延伸部延伸至所述横梁。

8.根据权利要求7所述的半潜式能源浮岛发电装置，所述波浪能发电装置设在所述横梁与所述甲板之间，所述基台的每个边上设置数量相等的波浪能发电，每个边的所述波浪能发电装置间隔设置。

9.根据权利要求7所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，所述基台为六边形结构设置，所述甲板中心区域以两个正六边形围绕形成所述多边形环，所述多边形环作为所述光伏发电装置安装区域。

10.根据权利要求2所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，若干所述风力发电机在朝向同一方向状态下，从该方向投影过去，所述风力发电机之间无重叠部分。

11.根据权利要求2所述的半潜式能源浮岛发电装置，所述波浪能发电装置包括液压杆、浮子和导向轴，所述浮子由上部圆柱构型和下部圆锥构型组成。

12.根据权利要求1至11任意一项的所述的半潜式能源浮岛发电装置，其特征在于，所述风力发电机均可旋转的设置在所述基台上，通过旋转改变所述风力发电机的朝向。

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