CN115822855A - 一种潮流能发电系统装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种潮流能发电系统装置及其控制方法，所述潮流能发电系统装置包括锚泊单元和发电单元，所述发电单元通过锚链与所述锚泊单元相连；所述发电单元包括至少一个发电装置，所述发电装置包括发电组件和漂浮组件；所述发电组件通过支架固定在所述漂浮组件的正下方；该潮流能发电系统装置的发电机位于海面以下，不易受盐雾腐蚀；发电机为气隙开放式设计，可避免密封失效引起的故障；叶轮直接与发电机相连接，消除了传动轴存在的机械损耗，提高了机组的发电效率；采用双向导流罩，可随洋流双向转动，增加发电时间，可在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电；在导流罩及浮子平台上开设了孔道，便于检修。

Description

一种潮流能发电系统装置及其控制方法

技术领域

本发明属于海洋潮流发电技术领域，尤其涉及一种潮流能发电系统装置及其控制方法。

背景技术

海洋可再生能源的开发利用是目前世界各海洋大国研究的热点和难点，潮流能是海洋中分布广泛的可再生能源，我国具有丰富的潮流能资源，开发利用前景广阔。同时，我国海域潮流能资源流速普遍偏低，潮流资源丰富的地区往往航道众多，为国内潮流能发电系统装置的研发和应用带来巨大的挑战。

潮流能发电系统装置一般工作于水下，发电装置面临着密封、腐蚀、水压、环境恶劣、维护困难等极具挑战性的难题。潮流能发电系统装置通常由三个部分组成：潮流捕获装置、传动装置和发电装置。为了防止海水进入发电机和传动部件内部，大多数潮流能发电机组都必须要使用动密封技术将发电机和传动部件密封在密闭的腔体内，由于水下压力较大，海水腐蚀性很强，海洋风浪环境恶劣等原因，系统装置容易发生旋转密封失效或传动故障，给机组运行带来灾难性后果，大大降低了潮流能发电系统装置的可靠性和有效工作时间。

CN111852738A公开了一种悬浮自动对向轮辋式潮流能发电装置及其控制方法。悬浮自动对向轮辋式潮流能发电装置，包括：下沉底座、浮标、导流罩和轮辋式发电水轮机；所述浮标与所述下沉底座之间设置有锚索，所述导流罩通过牵引索连接在所述锚索上，所述轮辋式发电水轮机设置在所述导流罩中。通过在浮标和下沉底座之间通过锚索连接，然后，导流罩在通过牵引索与锚索连接，便使得导流罩在水中处于悬浮的状态，并且，在潮流的作用下，导流罩能够自动调整姿态的位置，以使得轮辋式发电水轮机能够有效的利用潮流能进行发电，该发电装置通过简化整体结构，以降低制造成本和施工成本。但该方案所述的潮流能发电装置，稳定性不足，受海上恶劣环境影响较大，对牵引锁要求较高。

CN213684380U公开了一种浪流集成阵列悬浮式发电装置。该发电装置的特点是每组浪流式水轮机安装在支架上，包括叶轮、传动连杆机构、发电机和浮筒；其中，叶轮圆周转动后，通过传动连杆机构驱动发电机发电，第一组浮筒安装在支架两侧，浪流式水轮机利用浮筒漂浮于海面上。但该方案中，发电装置本体及控制器部分暴露于海面之上，容易受到盐雾腐蚀。

上述专利提到的发电装置均是漂浮式设备，后期维护检修时装置无法提供平台，更换时只能依靠船只靠近作业，容易磕碰设备本体。除此之外，传统潮流能悬浮式发电装置结构相对简单，多数发电捕获装置只能随着洋流单向转动，捕获装置工作时间较短。

因此，研究开发一种结构紧凑、不易腐蚀、便于检修的潮流能发电新技术具有十分重要的现实意义和应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种潮流能发电系统装置，所述潮流能发电系统装置包括锚泊单元和发电单元，所述发电单元通过锚链与所述锚泊单元相连；所述发电单元包括至少一个发电装置，所述发电装置包括发电组件和漂浮组件；所述发电组件通过支架固定在所述漂浮组件的正下方，所述发电组件位于海面以下；本发明所述潮流能发电系统装置结构紧凑、不易腐蚀、便于检修。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种潮流能发电系统装置，所述潮流能发电系统装置包括锚泊单元和发电单元，所述发电单元通过锚链与所述锚泊单元相连接；所述发电单元包括至少一个发电装置，所述发电装置包括发电组件和漂浮组件；所述发电组件通过支架固定在所述漂浮组件的正下方，所述发电组件位于海面以下。

本发明所述潮流能发电系统装置将含发电机的发电组件固定在海面以下，不易受到盐雾腐蚀；所述潮流能发电系统装置结构简单，制造容易，成本相对较低，易于实现模块化设计；且启动流速低，发电范围宽，适用范围广。

作为本发明优选的技术方案，所述锚泊单元包括锚块和浮筒。

优选地，所述浮筒的一侧通过锚链与所述漂浮组件相连。

优选地，将所述浮筒的一侧与所述发电单元进行连接的锚链至少为两条，每两条锚链与所述发电单元构成三角形。

优选地，所述浮筒的另一侧通过锚链与所述锚块相连。

作为本发明优选的技术方案，所述发电组件包括发电机、叶轮和导流罩。

优选地，所述发电机为气隙开放式发电机。

优选地，所述发电机中定子包括定子铁芯、定子绕组和机壳，所述定子铁芯包括矽钢片，所述定子绕组包括铜线。

优选地，所述发电机中定子还包括环氧树脂，用于隔离所述定子绕组与所述机壳。

优选地，所述发电机中转子包括硅钢片内芯和钕铁硼外壳。

优选地，所述发电机位于所述导流罩的中心。

优选地，所述叶轮焊接在所述发电机上。

优选地，所述发电机位于海面以下2-5m，例如可以是2m，2.2m，2.4m，2.6m，2.8m，3m，3.2m，3.4m，3.6m，3.8m，4m，4.2m，4.4m，4.6m，4.8m，5m等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述导流罩为双向的圆形渐阔型导流罩。

优选地，所述双向圆形渐阔型导流罩包括依次连接的第一罩体、圆环罩体和第二罩体，所述第一罩体和所述第二罩体呈对称分布。

作为本发明优选的技术方案，所述漂浮组件包括浮子平台和起吊架。

优选地，所述浮子平台的材质包括钢筋混凝土。

优选地，所述浮子平台的两侧延伸出铰链凸块。

优选地，所述铰链凸块通过锚链与所述浮筒相连。

值得说明的是，当本发明所述发电组件包括两个及以上发电装置时，相邻发电装置的漂浮组件通过铰链凸块上的铰链实现连接，形成阵列式发电单元，而整体的阵列式发电单元中边缘处漂浮组件的铰链凸块通过锚链与浮筒相连接。

作为本发明优选的技术方案，在所述圆环罩体上开设长型孔，

优选地，在所述浮子平台上居中开设贯穿孔。

优选地，所述贯穿孔的中心、所述长型孔的中心和所述发电机的中心位于同一直线上，使得所述发电机与所述叶轮能通过所述贯穿孔与所述长型孔。

优选地，将所述起吊架设置在所述贯穿孔的正上方。

值得说明的是，所述长型孔的长度大于叶轮的直径，所述长型孔上供发电机通过区域的宽度大于发电机的宽度，所述长型孔上供叶轮通过区域的宽度大于叶轮的宽度；所述贯穿孔的长度大于叶轮的直径，所述贯穿孔上供发电机通过区域的宽度大于发电机的宽度，所述贯穿孔上供叶轮通过区域的宽度大于叶轮的宽度。

作为本发明优选的技术方案，所述发电组件还包括支撑件与固定件。

优选地，所述支撑件与所述固定件分别与所述导流罩固定连接，使得所述发电机可拆卸地固定在所述导流罩的中心。

值得说明的是，所述支撑件用于支撑发电机，使其不会纵向晃动，固定件设置在发电机周围，使发电机不会横向或轴向晃动，同时，所述支撑件和固定件的设置不影响叶轮的转动。

作为本发明优选的技术方案，所述潮流能发电系统装置还包括控制组件。

优选地，所述控制组件位于所述漂浮组件的内部。

优选地，所述控制组件包括蓄电池与微型计算机。

本发明的目的之二在于提供一种上述目的之一所述潮流能发电系统装置的控制方法，所述控制方法包括：

当所述潮流能发电系统装置正常运行时，所述发电组件位于海面以下；当所述潮流能发电系统装置检修时，将所述发电组件吊装到海面以上进行检修。

作为本发明优选的技术方案，所述控制方法还包括：

潮涨或潮落时，潮流能的流向相反，双向的导流罩使得潮流能发电系统装置能够在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电。

示例性地，锚泊单元中的锚块固定在海底，通过锚链与浮在海面上的浮筒相连，浮筒通过锚链与漂浮组件连接；发电单元包括至少一个发电装置，所述发电装置包括发电组件、漂浮组件和控制组件，通过支架将发电组件固定在漂浮组件的正下方，使发电组件位于海面以下2-5m，控制组件位于所述漂浮组件的内部；所述漂浮组件包括浮子平台、起吊架以及浮子平台两侧延伸出的铰链凸块，铰链凸块一侧通过锚链与所述浮筒相连，另一侧通过铰链凸块上的铰链与相邻发电装置相连；发电组件包括发电机、叶轮和导流罩，所述发电机为气隙开放式发电机，通过支撑件与固定件将发电机可拆卸地固定在导流罩的中心，叶轮焊接在发电机上；潮流能带动叶轮转动产生机械能，通过发电机进一步转化为电能，通过控制组件将电能传输到海面浮标或近海渔场进行供电；此外，在所述圆环罩体上开设长型孔，在所述浮子平台上居中开设贯穿孔；所述贯穿孔的中心、所述长型孔的中心和所述发电机的中心位于同一直线上，使得所述发电机与所述叶轮能通过所述贯穿孔与所述长型孔，检修时，通过起吊架上的吊钩将发电机与叶轮通过长型孔和贯穿孔吊出，操作方便；当所述潮流能发电系统装置正常运行时，所述发电组件位于海面以下；当所述潮流能发电系统装置检修时，将所述发电组件吊装到海面以上进行检修；当潮涨或潮落时，潮流能的流向相反，双向的导流罩使得潮流能发电系统装置能够在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电。

所述系统装置是指设备系统装置、装置系统装置或生产装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所述潮流能发电系统装置的发电组件位于海面以下，控制组件位于漂浮组件内部，避免受到盐雾腐蚀；

(2)本发明所述潮流能发电系统装置的发电机为气隙开放式设计，无需旋转密封处理，可有效避免密封失效引起的故障；

(3)本发明所述潮流能发电系统装置的叶轮直接与发电机相连接，消除了传动轴存在的机械损耗，提高了机组的发电效率；

(4)本发明所述潮流能发电系统装置采用双向的导流罩，可随着洋流双向转动，增加发电时间，在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电；

(5)本发明所述潮流能发电系统装置在导流罩及浮子平台上开设了孔道，便于检修；

(6)本发明所述潮流能发电系统装置结构简单，制造容易，成本相对较低，易于实现模块化设计；且启动流速低，发电范围宽，适用范围广。

附图说明

图1为本发明所述潮流能发电系统装置的俯视图；

图2为本发明所述潮流能发电系统装置的主视图；

图3为本发明所述发电装置的侧视图；

图4为本发明所述发电装置的主视图；

其中，1100-锚块；1200-浮筒；2000-发电单元；2100-发电装置；2111-发电机；2112-叶轮；2113-导流罩；2114-长型孔；2115-支撑件；2116-固定件；2121-浮子平台；2122-起吊架；2123-贯穿孔；2124-铰链凸块；2125-铰链；2130-支架；3000-锚链。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体的实施方式中，提供了一种潮流能发电系统装置及其控制方法，所述潮流能发电系统装置如图1-图4所示，包括锚泊单元和发电单元2000，所述发电单元2000通过锚链与所述锚泊单元相连接；所述发电单元2000包括至少一个发电装置2100，所述发电装置2100包括发电组件和漂浮组件；所述发电组件通过支架2130固定在所述漂浮组件的正下方，所述发电组件位于海面以下。

本发明所述潮流能发电系统装置将含发电机2111的发电组件固定在海面以下，不易受到盐雾腐蚀；所述潮流能发电系统装置结构简单，制造容易，成本相对较低，易于实现模块化设计；且启动流速低，发电范围宽，适用范围广。

进一步地，所述锚泊单元包括锚块1100和浮筒1200。

进一步地，所述浮筒1200的一侧通过锚链与所述漂浮组件相连。

进一步地，将所述浮筒1200的一侧与所述发电单元2000进行连接的锚链至少为两条，每两条锚链与所述发电单元2000构成三角形。

进一步地，所述浮筒1200的另一侧通过锚链与所述锚块1100相连。

进一步地，所述发电组件包括发电机2111、叶轮2112和导流罩2113。

进一步地，所述发电机2111为气隙开放式发电机2111。

进一步地，所述发电机2111中定子包括定子铁芯、定子绕组和机壳，所述定子铁芯包括矽钢片，所述定子绕组包括铜线。

进一步地，所述发电机2111中定子还包括环氧树脂，用于隔离所述定子绕组与所述机壳。

进一步地，所述发电机2111中转子包括硅钢片内芯和钕铁硼外壳。

进一步地，所述发电机2111位于所述导流罩2113的中心。

进一步地，所述叶轮2112焊接在所述发电机2111上。

进一步地，所述发电机2111位于海面以下2-5m。

进一步地，所述双向圆形渐阔型导流罩2113包括依次连接的第一罩体、圆环罩体和第二罩体。

进一步地，所述漂浮组件包括浮子平台2121和起吊架2122。

进一步地，所述浮子平台2121的材质包括钢筋混凝土。

进一步地，所述浮子平台2121的两侧延伸出铰链凸块2124。

进一步地，所述铰链凸块2124通过锚链与所述浮筒1200相连。

进一步地，在所述圆环罩体上开设长型孔2114。

进一步地，在所述浮子平台2121上居中开设贯穿孔2123。

进一步地，所述贯穿孔2123的中心、所述长型孔2114的中心和所述发电机2111的中心位于同一直线上，使得所述发电机2111与所述叶轮2112能通过所述贯穿孔2123与所述长型孔2114。

进一步地，将所述起吊架2122设置在所述贯穿孔2123的正上方。

进一步地，所述发电组件还包括支撑件2115与固定件2116。

进一步地，所述支撑件2115与所述固定件2116分别与所述导流罩2113固定连接，使得所述发电机2111可拆卸地固定在所述导流罩2113的中心。

进一步地，所述潮流能发电系统装置还包括控制组件。

进一步地，所述控制组件位于所述漂浮组件的内部。

进一步地，所述控制组件包括蓄电池与微型计算机。

本实施方式所述潮流能发电系统装置的控制方法包括：

当所述潮流能发电系统装置正常运行时，所述发电组件位于海面以下；当所述潮流能发电系统装置检修时，将所述发电组件吊装到海面以上进行检修；潮涨或潮落时，潮流能的流向相反，双向的导流罩2113使得潮流能发电系统装置能够在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电。

示例性地，锚泊单元中的锚块1100固定在海底，通过锚链与浮在海面上的浮筒1200相连，浮筒1200通过锚链与漂浮组件连接；发电单元2000包括至少一个发电装置2100，所述发电装置2100包括发电组件、漂浮组件和控制组件，通过支架2130将发电组件固定在漂浮组件的正下方，使发电组件位于海面以下2-5m，控制组件位于所述漂浮组件的内部；所述漂浮组件包括浮子平台2121、起吊架2122以及浮子平台2121两侧延伸出的铰链凸块2124，铰链凸块2124一侧通过锚链与所述浮筒1200相连，另一侧通过铰链凸块2124上的铰链2125与相邻发电装置2100相连；发电组件包括发电机2111、叶轮2112和导流罩2113，所述发电机2111为气隙开放式发电机2111，通过支撑件2115与固定件2116将发电机2111可拆卸地固定在导流罩2113的中心，叶轮2112焊接在发电机2111上；潮流能带动叶轮2112转动产生机械能，通过发电机2111进一步转化为电能，通过控制组件将电能传输到海面浮标或近海渔场进行供电；此外，在所述圆环罩体上开设长型孔2114，在所述浮子平台2121上居中开设贯穿孔2123；所述贯穿孔2123的中心、所述长型孔2114的中心和所述发电机2111的中心位于同一直线上，使得所述发电机2111与所述叶轮2112能通过所述贯穿孔2123与所述长型孔2114，检修时，通过起吊架2122上的吊钩将发电机2111与叶轮2112通过长型孔2114和贯穿孔2123吊出，操作方便；当所述潮流能发电系统装置正常运行时，所述发电组件位于海面以下；当所述潮流能发电系统装置检修时，将所述发电组件吊装到海面以上进行检修；当潮涨或潮落时，潮流能的流向相反，双向的导流罩2113使得潮流能发电系统装置能够在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电。

本实施方式中，所述潮流能发电系统装置的发电效率能达到39％；发电机为气隙开放式设计，不会因密封失效产生故障，且发电机位于海面以下，不易受盐雾腐蚀；在导流罩及浮子平台上开设了孔道，检修时将发电机及叶轮沿孔道吊出即可，操作方便；能够在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种潮流能发电系统装置，其特征在于，所述潮流能发电系统装置包括锚泊单元和发电单元，所述发电单元通过锚链与所述锚泊单元相连接；所述发电单元包括至少一个发电装置，所述发电装置包括发电组件和漂浮组件；所述发电组件通过支架固定在所述漂浮组件的正下方，所述发电组件位于海面以下。

2.根据权利要求1所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，所述锚泊单元包括锚块和浮筒；

优选地，所述浮筒的一侧通过锚链与所述漂浮组件相连；

优选地，将所述浮筒的一侧与所述发电单元进行连接的锚链至少为两条，每两条锚链与所述发电单元构成三角形；

优选地，所述浮筒的另一侧通过锚链与所述锚块相连。

3.根据权利要求1或2所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，所述发电组件包括发电机、叶轮和导流罩；

优选地，所述发电机为气隙开放式发电机；

优选地，所述发电机中定子包括定子铁芯、定子绕组和机壳，所述定子铁芯包括矽钢片，所述定子绕组包括铜线；

优选地，所述发电机中定子还包括环氧树脂，用于隔离所述定子绕组与所述机壳；

优选地，所述发电机中转子包括硅钢片内芯和钕铁硼外壳；

优选地，所述发电机位于所述导流罩的中心；

优选地，所述叶轮焊接在所述发电机上；

优选地，所述发电机位于海面以下2-5m。

4.根据权利要求3所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，所述导流罩为双向的圆形渐阔型导流罩；

优选地，所述双向圆形渐阔型导流罩包括依次连接的第一罩体、圆环罩体和第二罩体。

5.根据权利要求4所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，所述漂浮组件包括浮子平台和起吊架；

优选地，所述浮子平台的材质包括钢筋混凝土；

优选地，所述浮子平台的两侧延伸出铰链凸块。

6.根据权利要求5所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，在所述圆环罩体上开设长型孔；

优选地，在所述浮子平台上居中开设贯穿孔；

优选地，所述贯穿孔的中心、所述长型孔的中心和所述发电机的中心位于同一直线上，使得所述发电机与所述叶轮能通过所述贯穿孔与所述长型孔；

优选地，将所述起吊架设置在所述贯穿孔的正上方。

7.根据权利要求3-6任一项所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，所述发电组件还包括支撑件与固定件；

优选地，所述支撑件与所述固定件分别与所述导流罩固定连接，使得所述发电机可拆卸地固定在所述导流罩的中心。

8.根据权利要求1-7任一项所述的潮流能发电系统装置，其特征在于，所述发电装置还包括控制组件；

优选地，所述控制组件位于所述漂浮组件的内部；

优选地，所述控制组件包括蓄电池与微型计算机。

9.一种权利要求4-8任一项所述潮流能发电系统装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

当所述潮流能发电系统装置正常运行时，所述发电组件位于海面以下；当所述潮流能发电系统装置检修时，将所述发电组件吊装到海面以上进行检修。

10.根据权利要求9所述潮流能发电系统装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

潮涨或潮落时，潮流能的流向相反，双向的导流罩使得潮流能发电系统装置能够在不换向情况下适应潮涨或潮落，实现双向水流发电。

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