CN115076041B - 一种风力发电系统及用于该系统的支撑平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电系统及用于该系统的支撑平台，属于风力发电技术领域，解决现有风力发电系统的支撑结构存在占地面积大，发电效率低，大面积维修困难的问题。本发明的一种用于风力发电系统的支撑平台，包括一个三角形框架部和设置在所述三角形框架部外围的三个平衡部；所述三角形框架部包括三个巨型圆钢柱、巨型钢梁、连接柱、中心桁架梁、中心钢箱梁、中心浮体和助推装置；每个平衡部包括外围桁架梁、外围钢箱梁、外围浮体和外围钢柱。

Description

一种风力发电系统及用于该系统的支撑平台
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电系统及用于该系统的支撑平台。
背景技术
在经济飞速发展的今天，由于能源供应紧张，世界能源结构正在发生重大转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。为面对来自能源、金融以及气候等方面的危机，新能源的利用与开发迅速在全球范围内呈现出一种迅猛的发展态势。
目前的风力发电装置中由三叶片带动水平发电机的装置较多，也有少量垂直轴发电装置得到应用。这些装置通常单个装置设置，且装置间间隔一定距离，故其存在占地面积大，发电效率低，大面积维修困难，且资源综合利用率不高的问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明旨在解决现有风力发电系统的支撑结构存在占地面积大，发电效率低，大面积维修困难的问题，提供一种风力发电系统及用于该系统的支撑平台。
第一方面，本发明实施例提供一种用于风力发电系统的支撑平台，包括一个三角形框架部和设置在所述三角形框架部外围的三个平衡部；所述三角形框架部包括三个巨型圆钢柱、巨型钢梁、连接柱、中心桁架梁、中心钢箱梁、中心浮体和助推装置；其中，
任意两个所述巨型圆钢柱间通过巨型钢梁相互连接，任意两个所述巨型圆钢柱间且位于巨型圆钢柱远离所述巨型钢梁的一侧设置有中心浮体；所述连接柱位于所述三角形框架部的重心，且所述连接柱的第一端通过所述中心桁架梁与所述巨型圆钢柱相连接，所述连接柱的中部通过所述中心钢箱梁与所述中心浮体相连接，所述连接柱的第二端连接有所述助推装置；
每个平衡部包括外围桁架梁、外围钢箱梁、外围浮体和外围钢柱；其中，所述外围浮体与所述外围钢柱相连接，所述外围浮体通过所述外围钢箱梁与巨型圆钢柱相连接，所述外围钢柱通过所述外围桁架梁与所述巨型圆钢柱相连接，且所述外围桁架梁与所述巨型圆钢柱围成的形状、以及所述外围钢箱梁与所述巨型圆钢柱围成的形状均为三角形。
可选地，所述外围浮体上固定设置渔网，所述渔网覆盖所述三角形框架部和所述平衡部。
可选地，所述中心桁架梁以及外围桁架梁上架设有扶手。
可选地，所述巨型钢柱内部放置有蓄能设备和微型电脑，所述蓄能设备和所述微型电脑均与所述助推装置相连接。
可选地，支撑平台还包括设置在所述平衡部上的太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述蓄能设备相连接。
可选地，所述巨型圆钢柱内部还设有锚链，所述锚链与所述微型电脑相连接。
可选地，所述中心浮体和所述外围浮体均为浮箱。
第二方面，本发明实施例提供一种具有上述支撑平台的风风力发电系统，还包括固定设置在所述巨型圆钢柱表面上的风塔，所述风塔具有机架和至少一个发电结构单元；其中，
所述机架包括中心柱体以及设置于各个所述发电结构单元上方和下方的第一环形架；
所述发电结构单元包括设置于所述中心柱体上的风力发电机以及与所述风力发电机相连的至少一个叶片组，每个所述叶片组包括围绕所述中心柱体设置的多个叶片；
在一个所述发电结构单元中，至少一个叶片组中的叶片上设置有第一磁性结构，位于该发电结构单元上方和/或下方的所述第一环形架上设置有与所述第一磁性结构径向位置对应的第二磁性结构，所述第一磁性结构和所述第二磁性结构之间产生对所述叶片的向上的作用力。
可选地，所述机架包括多个四肢格构柱和多个连接桁架，所述第一环形架通过连接桁架与所述中心柱体相连接；所述多个所述四肢格构柱沿周向交错布置，相邻所述四肢格构柱之间通过第一环形架连接。
可选地，所述中心柱体呈中空结构，所述叶片连接于所述中心柱体的外侧面，所述风力发电机和所述风力发电机的线缆设置于所述中空结构中。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于风力发电系统的支撑平台的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种风力发电系统的结构示意图；
图3示出了图2所示风力发电系统的正视图；
图4示出了本发明实施例提供的风塔的正视图；
图5示出了提供的风力发电系统中的机架的结构示意图。
附图标记说明：
1-支撑平台，11-巨型圆钢柱，12-巨型钢梁，13-助推装置，14-连接柱，15-中心桁架梁，16-中心钢箱梁，17-中心浮体，18-外围桁架梁，19-外围钢箱梁，110-外围浮体，111-外围钢柱，2-风塔，21-四肢格构柱，22-中心柱体，24-第一环形架，25-叶片，26-连接桁架，27-风力发电机，201-机架；202-发电结构单元。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在经济飞速发展的今天，由于能源供应紧张，世界能源结构正在发生重大转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。为面对来自能源、金融以及气候等方面的危机，新能源的利用与开发迅速在全球范围内呈现出一种迅猛的发展态势。
目前的风力发电装置中由三叶片带动水平发电机的装置较多，也有少量垂直轴发电装置得到应用。这些装置通常单个装置设置，且装置间间隔一定距离，故其存在占地面积大，发电效率低，大面积维修困难，且资源综合利用率不高的问题。
为了至少上述技术问题之一，本发明实施例提供了一种用于风力发电系统的支撑平台和风力发电系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例提供的用于风力发电系统的支撑平台和风力发电系统作进一步详细描述。
第一方面，本发明实施例提供一种用于风力发电系统的支撑平台，图1为本发明实施例提供的一种用于风力发电系统的支撑平台的结构示意图，如图1所示，一种用于风力发电系统的支撑平台1包括一个三角形框架部和设置在三角形框架部外围的三个平衡部。三角形框架部包括三个巨型圆钢柱11、巨型钢梁12、连接柱14、中心桁架梁15、中心钢箱梁16、中心浮体17和助推装置13。
具体的，任意两个巨型圆钢柱11间通过巨型钢梁12相互连接，任意两个巨型圆钢柱11间且位于巨型圆钢柱11远离巨型钢梁12的一侧设置有中心浮体17。连接柱14位于三角形框架部的重心，且连接柱14的第一端通过中心桁架梁15与巨型圆钢柱11相连接，连接柱14的中部通过中心钢箱梁16与中心浮体17相连接，连接柱14的第二端连接有助推装置13。助推装置13可用于驱动支撑平台1能在朝着特定的方向移动。
每个平衡部包括外围桁架梁18、外围钢箱梁19、外围浮体110和外围钢柱111。其中，外围浮体110与外围钢柱111相连接，外围浮体110通过外围钢箱梁19与巨型圆钢柱11相连接，外围钢柱111通过外围桁架梁18与巨型圆钢柱11相连接，且外围桁架梁18与巨型圆钢柱11围成的形状、以及外围钢箱梁19与巨型圆钢柱11围成的形状均为三角形，优选的，可为正三角形。
在本实施例中，由于三角形框架部包括三个巨型圆钢柱11、巨型钢梁12、连接柱14、中心桁架梁15、中心钢箱梁16、中心浮体17和助推装置13，任意两个巨型圆钢柱11间通过巨型钢梁12相互连接，任意两个巨型圆钢柱11间且位于巨型圆钢柱11远离巨型钢梁12的一侧设置有中心浮体17。连接柱14位于三角形框架部的重心，且连接柱14的第一端通过中心桁架梁15与巨型圆钢柱11相连接，连接柱14的中部通过中心钢箱梁16与中心浮体17相连接，连接柱14的第二端连接有助推装置13，外围浮体110与外围钢柱111相连接，外围浮体110通过外围钢箱梁19与巨型圆钢柱11相连接，外围钢柱111通过外围桁架梁18与巨型圆钢柱11相连接，且外围桁架梁18与巨型圆钢柱11围成的形状、以及外围钢箱梁19与巨型圆钢柱11围成的形状均为三角形，因此本发明提供的支撑平台具有结构布局合理，发电效率高，并且提高了平台的抗倾覆能力。
在一些实施例中，外围浮体110上固定设置渔网，渔网覆盖三角形框架部和平衡部。在本实施例中，通过在将平台整个底部铺设渔网，可将支撑平台1分为中心三个小型三角形海洋牧场、外围三个大型三角形海洋牧场。还可根据需要将海洋牧场进行分割，或设置机器按时按量对鱼类投喂鱼食。此海洋牧场内可进行渔业养殖或育种任务，以有效利用海水资源。
在一些实施例中，可在中心桁架梁15以及外围桁架梁18上铺设钢板并焊接扶手，以供维修、旅游观光时便于使用。
在一些实施例中，巨型钢柱11内部可放置有蓄能设备、微型电脑和锚链，蓄能设备和微型电脑均与助推装置13相连接，锚链与微型电脑相连接。其中，蓄能设备用于给助推装置13进行供电。微型电脑用于接收外部消息并指挥助推装置13带动整个支撑平台1在海面上航行，待航行至有利于发电的位置后，微型电脑控制巨型圆钢柱11内部的锚链释放将整个支撑平台1固定，完成发电任务后再返航。整个任务执行期间不需要人为操控。
平衡部可作为一种自平衡装置，帮助支撑平台1在海面上维持平衡，增强平台的抗台风能力。在一些实施例中，还可在平衡部上设置太阳能电池板，太阳能电池板与蓄能设备相连接，通过蓄能设备实现对电能的存储，同时实现了风力发电和太阳能发电。
在一些实施例中，中心浮体17和外围浮体110均为浮箱。其中，中心浮体17承担了绝大部分的结构重力，水下的中心钢箱梁16外围钢箱梁19以及外围浮体110也能承担部分重力。
可选地，中心桁架梁15与巨型钢梁12垂直设置。
第二方面，本发明实施例提供一种风力发电系统，图2示出了本发明实施例提供的一种三轴垂直式磁悬浮风力发电系统的结构示意图，图3示出了图2所示三轴垂直式磁悬浮风力发电系统的正视图，图4示出了本发明实施例提供的风塔的正视图，图5示出了提供的三轴垂直式磁悬浮风力发电系统中的机架的结构示意图，如图2-5所示，三轴垂直式磁悬浮风力发电系统不仅具有上述的支撑平台1，而且还具有固定设置在巨型圆钢柱11表面上的风塔2，风塔2具有机架201和至少一个发电结构单元202。其中，机架201包括中心柱体22以及设置于各个发电结构单元202上方和下方的第一环形架24。发电结构单元202包括设置于中心柱体22上的风力发电机27以及与风力发电机27相连的至少一个叶片组，每个叶片组包括围绕中心柱体22设置的多个叶片25。在一个发电结构单元202中，至少一个叶片组中的叶片25上设置有第一磁性结构，位于该发电结构单元202上方和/或下方的第一环形架24上设置有与第一磁性结构径向位置对应的第二磁性结构，第一磁性结构和第二磁性结构之间产生对叶片25的向上的作用力。
本发明提供的风力发电系统中，在机架201上设置有第一环形架24，利用第一环形架24上的第二磁性结构与叶片25上的第一磁性结构之间形成向上的磁力，以抵消叶片25的重力，有效减小叶片25对中心柱体22的压力和转动摩擦力。由于该磁性力可直接作用于叶片25，能够对叶片25形成很好的支撑，从而有效提高风力发电系统的输出功率。
其中，发电结构单元可以设置为一个，也可以根据具体的风力发电需求设置为两个甚至更多，在此不做具体限定。由于发电结构单元为沿轴向布置，不受空间的限制，可以较小的占地面积获得较大的输出功率。另外，由于每个发电结构单元均具有各自独立的风力发电机，不会相互影响，可根据需要对其中的任意发电结构单元停止运转，控制方便。
其中，一个发电结构单元中的叶片组数量不限，可以设置为一个，也可以设置为多个，可根据具体的风力发电需求进行设置。为了提高风力发电系统的发电效率，优选地，一个发电结构单元包括多个沿中心柱体的轴向间隔布置的叶片组。每个叶片组中包括的叶片数量也不限，可以根据需求设置为两个、三个甚至更多个。
综上，本发明提供的风力发电系统，结构布置合理、发电效率高、能合理利用资源且便于维修，并且能同时兼顾风、光发电和海洋资源的开发与利用，具有很好的适用性。
第一环形架24可以为任意呈环形的结构，为了提高结构强度，优选地，如图5所示，每个机架201包括多个四肢格构柱21和多个连接桁架26，第一环形架24通过连接桁架26与中心柱体22相连接。多个四肢格构柱21沿周向交错布置，相邻四肢格构柱21之间通过第一环形架24连接。
在一些实施例中，风力发电机27可以直接与叶片连接，也可以通过其他中间结构与叶片间接连接，为了对风力发电机27形成很好的保护以及方便走线。优选地，中心柱体22可呈中空结构，叶片25连接于中心柱体22的外侧面，风力发电机27和风力发电机27的线缆设置于中空结构22中。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于风力发电系统的支撑平台，其特征在于，包括一个三角形框架部和设置在所述三角形框架部外围的三个平衡部；所述三角形框架部包括三个巨型圆钢柱、巨型钢梁、连接柱、中心桁架梁、中心钢箱梁、中心浮体和助推装置；其中，
任意两个所述巨型圆钢柱间通过所述巨型钢梁相互连接，任意两个所述巨型圆钢柱间且位于所述巨型圆钢柱远离所述巨型钢梁的一侧设置有所述中心浮体；所述连接柱位于所述三角形框架部的重心，且所述连接柱的第一端通过所述中心桁架梁与所述巨型圆钢柱相连接，所述连接柱的中部通过所述中心钢箱梁与所述中心浮体相连接，所述连接柱的第二端连接有所述助推装置；
每个所述平衡部包括外围桁架梁、外围钢箱梁、外围浮体和外围钢柱；其中，所述外围浮体与所述外围钢柱相连接，所述外围浮体通过所述外围钢箱梁与所述巨型圆钢柱相连接，所述外围钢柱通过所述外围桁架梁与所述巨型圆钢柱相连接，且所述外围桁架梁与所述巨型圆钢柱围成的形状、以及所述外围钢箱梁与所述巨型圆钢柱围成的形状均为三角形；
还包括固定设置在所述巨型圆钢柱表面上的风塔，所述风塔具有机架和至少一个发电结构单元。
2.根据权利要求1所述的支撑平台，其特征在于，所述外围浮体上固定设置渔网，所述渔网覆盖所述三角形框架部和所述平衡部。
3.根据权利要求1所述的支撑平台，其特征在于，所述中心桁架梁以及外围桁架梁上架设有扶手。
4.根据权利要求1所述的支撑平台，其特征在于，所述巨型圆 钢柱内部放置有蓄能设备和微型电脑，所述蓄能设备和所述微型电脑均与所述助推装置相连接。
5.根据权利要求4所述的支撑平台，其特征在于，还包括设置在所述平衡部上的太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述蓄能设备相连接。
6.根据权利要求5所述的支撑平台，其特征在于，所述巨型圆钢柱内部还设有锚链，所述锚链与所述微型电脑相连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的支撑平台，其特征在于，所述中心浮体和所述外围浮体均为浮箱。
8.一种具有如权利要求1-7中任一项所述的支撑平台的风力发电系统，特征在于，
所述机架包括中心柱体以及设置于各个所述发电结构单元上方和下方的第一环形架；
所述发电结构单元包括设置于所述中心柱体上的风力发电机以及与所述风力发电机相连的至少一个叶片组，每个所述叶片组包括围绕所述中心柱体设置的多个叶片；
在一个所述发电结构单元中，至少一个叶片组中的叶片上设置有第一磁性结构，位于该发电结构单元上方和/或下方的所述第一环形架上设置有与所述第一磁性结构径向位置对应的第二磁性结构，所述第一磁性结构和所述第二磁性结构之间产生对所述叶片的向上的作用力。
9.根据权利要求8所述的风力发电系统，其特征在于，所述机架包括多个四肢格构柱和多个连接桁架，所述第一环形架通过所述连接桁架与所述中心柱体相连接；所述多个所述四肢格构柱沿周向交错布置，相邻所述四肢格构柱之间通过所述第一环形架连接。
10.根据权利要求8所述的风力发电系统，其特征在于，所述中心柱体呈中空结构，所述叶片连接于所述中心柱体的外侧面，所述风力发电机和所述风力发电机的线缆设置于所述中空结构中。
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