CN116335867A - 一种风浪一体化发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋波浪能利用技术领域，尤其涉及一种风浪一体化发电装置，包括波浪发电结构和能量转换系统，所述波浪发电结构包括导体、吸波浮子和磁铁，所述导体设在风机塔筒的外壁上，所述导体与所述能量转换系统电连接，所述吸波浮子上设有安装孔，所述吸波浮子通过所述安装孔套设在所述风机塔筒上，所述磁铁设在所述安装孔内壁上，当所述吸波浮子随海浪沿所述风机塔筒上下垂荡时，所述导体切割所述安装孔内所述磁铁的磁力线；本发明用于克服现有技术中发电装置结构复杂导致故障率高且体积大导致海洋占用面积大的缺陷，本发明可以简化装置结构，降低装置故障率，提高装置运行可靠性，同时优化结构设计，减小装置体积，提高单位海域的能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋波浪能利用技术领域，尤其涉及一种风浪一体化发电装置。
背景技术
目前，世界上绝大部分风电设备都安装在陆地上，但陆地地形复杂、粗糙度高，不同高度的风速常常相差很大，导致风切变与湍流，使得风机叶片受力不均衡，易导致叶片振动、疲劳乃至断裂。相比之下，海洋风能具有清洁、安全、永续等优势，开发海上风电成为新能源领域发展的重点，但维护海上风电设备成本较高，而海洋波浪能与海上风能具有显著的伴生关系，通过合理配置联合开发两种能源，即可发挥两者的协同作用，分担基建、运营维护成本。
然而，现有的风能-波浪能发电装置在使用过程中，由于结构设计复杂，不便于对发电装置维修，故障率高，同时，发电装置的体积较大，增加了海洋占用面积，降低了单位海域的能量利用率。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中发电装置结构复杂导致故障率高且体积大导致海洋占用面积大的缺陷，提供了一种风浪一体化发电装置，可以有效地简化装置结构，降低装置故障率，提高装置运行可靠性，同时优化结构设计，减小装置体积，提高单位海域的能量利用率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种风浪一体化发电装置，包括波浪发电结构和能量转换系统，所述波浪发电结构包括导体、吸波浮子和磁铁，所述导体设置在风机塔筒的外壁上，所述导体与所述能量转换系统电连接，所述吸波浮子上设有安装孔，所述吸波浮子通过所述安装孔套设在所述风机塔筒上，所述磁铁设置在所述安装孔的内壁上，当所述吸波浮子随海浪波动沿所述风机塔筒上下垂荡时，所述导体切割所述安装孔内所述磁铁的磁力线。
进一步地，所述风机塔筒上设有半潜式平台，所述波浪发电结构位于所述半潜式平台的底侧，所述能量转换系统位于所述半潜式平台的顶侧。
进一步地，所述半潜式平台包括间隔设置的水上平台和水下平台，所述波浪发电结构设置在所述水上平台与所述水下平台之间。
进一步地，所述水下平台的面积大于所述水上平台的面积。
进一步地，所述水上平台与所述吸波浮子之间设有第一液压缸，所述水下平台与所述吸波浮子之间设有第二液压缸。
进一步地，所述吸波浮子的侧壁为弧形结构。
进一步地，所述吸波浮子的侧壁为弧形凹面。
进一步地，所述吸波浮子的顶面的面积大于所述吸波浮子的底面的面积。
进一步地，所述吸波浮子的顶面为平面结构，所述吸波浮子的底面为弧形状。
进一步地，所述吸波浮子的底面为弧形凸面。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种风浪一体化发电装置，使用时，固定式单桩风机固定安装在海底，在风的作用下，风机叶片旋转发电，电力传输至能量转换系统中，同时，在海浪的作用下，吸波浮子随海浪沿风机塔筒上下垂荡波动，吸波浮子上的磁铁与风机塔筒上的导体存在相对运动，导体切割磁铁的磁力线，产生电能汇集于能量转换系统，供负载使用；
本实施例将波浪能发电结构与现有固定式单桩风机结合，实现共用基础桩基的一体化结构，大幅度降低了装置用海面积，提高了单位海域的能量利用率，节省了基础建设费用，同时，本实施例仅通过吸波浮子、导体和磁铁即可实现对波浪能的回收利用，简化了装置结构，且降低装置故障率，提高装置运行可靠性。
附图说明
附图1为本发明中风浪一体化发电装置的正视图；
附图2为本发明中风浪一体化发电装置的俯视图。
附图标记：1-吸波浮子；2-导体；3-磁铁；4-风机塔筒；5-水上平台；6-水下平台；7-第一液压缸；8-第二液压缸；9-能量转换系统；10-风机叶片。
具体实施方式
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面结合具体实施方式对本发明作在其中一个实施例中说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1-2所示，本实施例提供一种风浪一体化发电装置，包括波浪发电结构和能量转换系统9，波浪发电结构包括导体2、吸波浮子1和磁铁3，导体2设置在风机塔筒4的外壁上，导体2与能量转换系统9电连接，吸波浮子1上设有安装孔，吸波浮子1通过安装孔套设在风机塔筒4上，磁铁3设置在安装孔的内壁上，当吸波浮子1随海浪波动沿风机塔筒4上下垂荡时，导体2切割安装孔内磁铁3的磁力线。
需要说明的是，本实施例提供的风浪一体化发电装置是应用在现有固定式单桩风机上使用的，用于实现集风能与波浪能的一体化结构，其中，现有固定式单桩风机包括风机塔筒4、风机叶片10和发电机，风机塔筒4的底端固定安装在海底，风机塔筒4的顶端伸出海面，风机叶片10安装在风机塔筒4的顶端，优选风机叶片10设计为3片，为常用的机翼形状，优选风机塔筒4为圆柱形，且顶端直径小于底端直径，发电机安装在风机塔筒4的顶端，基于现有的固定式单桩风机，波浪发电结构的导体2安装在风机塔筒4上，即导体2包裹在风机塔筒4的外壁，其中，本实施例中，导体2优选设计为线圈，之后将吸波浮子1利用安装孔套设在风机塔筒4上，吸波浮子1能够漂浮在海面上，随着波浪的起伏沿风机塔筒4滑动，磁铁3设置在安装孔的内壁，优选磁铁3设计为长方形，利于增加安装面积，且为提高切割效果，优选将磁铁3平行于风机塔筒4设置，即磁铁3位于吸波浮子1与导体2之间，当吸波浮子1随海浪沿风机塔筒4垂荡时，吸波浮子1上的磁铁3与风机塔筒4上的导体2存在相对运动，相当于导体2作切割磁铁3磁力线的运动，同时，能量交换系统包含发电系统、储能系统和电力耦合系统，当导体2与能量转换系统9电连接时，相当于使得处于闭合电路的导体2切割磁力线，此时导体2上能够产生电流，实现对波浪能的利用。
具体地，使用时，固定式单桩风机固定安装在海底，在风的作用下，风机叶片10旋转发电，电力传输至能量转换系统9中，同时，在海浪的作用下，吸波浮子1随海浪沿风机塔筒4上下垂荡波动，吸波浮子1上的磁铁3与风机塔筒4上的导体2存在相对运动，导体2切割磁铁3的磁力线，产生电能汇集于能量转换系统9，供负载使用。
相比于现有技术，本实施例将波浪能发电结构与现有固定式单桩风机结合，实现共用基础桩基的一体化结构，大幅度降低了装置用海面积，提高了单位海域的能量利用率，节省了基础建设费用，同时，本实施例仅通过吸波浮子1、导体2和磁铁3即可实现对波浪能的回收利用，简化了装置结构，且降低装置故障率，提高装置运行可靠性。
进一步地，如图1所示，为了限制吸波浮子1的移动范围，使得导体2能够稳定切割磁铁3的磁力线，本实施例中，风机塔筒4上设有半潜式平台，其中，半潜式平台包括间隔设置的水上平台5和水下平台6，波浪发电结构设置在水上平台5与水下平台6之间，能量转换系统9安装在水上平台5的顶面。
需要说明的是，风机塔筒4位于水上平台5与水下平台6之间的长度上均设置有导体2，导体2与设置在水上平台5顶面的能量转换系统9电连接，其中，水上平台5和水下平台6优选设计为圆盘形，水上平台5高于水面设置，水下平台6完全浸没于水中，海面位于水上平台5与水下平台6之间，吸波浮子1漂浮在海面上，随波浪在水上平台5与水下平台6之间滑动。
进一步地，如图1所示，为了更好地利用波浪能，本实施例中水上平台5与吸波浮子1之间设有第一液压缸7，水下平台6与吸波浮子1之间设有第二液压缸8，其中，第一液压缸7的有杆腔安装于水上平台5的底面，第一液压缸7的无杆腔安装于吸波浮子1的顶面，第二液压缸8的有杆腔安装于吸波浮子1的底部，第二液压缸8的无杆腔安装于水下平台6的顶面，同时，为了更好地承接第二液压缸8，提高第二液压缸8与水下平台6的连接稳定性，本实施例中优选将水下平台6的面积设计大于水上平台5的面积。
具体地，在海浪波峰的作用下，吸波浮子1向上运动，此时第一液压缸7被压缩，第一液压缸7的无杆腔中的液压油压入能量转换系统9的储能系统中，同时，第二液压缸8被拉伸，能量转换系统9的储能系统中的液压油被吸入至第二液压缸8的无杆腔中；而在波谷的作用下，吸波浮子1向下运动，此时，第一液压缸7被拉伸，能量转换系统9中储能系统的液压油被压出至第一液压缸7的无杆腔中，同时，第二液压缸8被压缩，能量转换系统9中储能系统的液压油被吸入至第二液压缸8的无杆腔中，本实施例实现了双能量转换方式集成应用，为液压式能量转换方式与直线电机能量转换方式，即液压杆缸的应用以及导体2切割磁铁3磁力线的应用，进一步提高了单位面积海域的能量转换率。
进一步地，如图1-2所示，为了便于吸波浮子1随波浪运动，本实施例中采用了特殊形状的吸波浮子1结构设计，具体地，吸波浮子1为半潜式漂浮于水面上的浮筒状结构，吸波浮子1的中间位置有安装孔，沿安装孔的轴线将吸波浮子1切开，吸波浮子1的剖面图有如下特点，即吸波浮子1的顶部为平面，吸波浮子1的底部为半圆形状，吸波浮子1的两侧壁为弧形曲线，弧形曲线为鹰头弧线形状，安装孔的壁面平行于风机塔筒4壁面，其中，从吸波浮子1的整体结构看，俯视看吸波浮子1为圆盘形状，中心处安装孔贯穿风机塔筒4，安装孔的轴线与风机塔筒4的轴线重合，而吸波浮子1的侧壁为弧形结构，为了更好地排水以及随波浪浮动，优选将吸波浮子1的侧壁设计为弧形凹面，同时，优选将吸波浮子1的顶面设计为平面结构，吸波浮子1的底面为弧形状，优选为吸波浮子1的底面为弧形凸面，且吸波浮子1的顶面的面积设计大于吸波浮子1的底面的面积，利用吸波浮子1的结构设计，一方面便于安装第一液压缸7，提高安装稳定性，另一方面便于吸波浮子1漂浮在海面上，同时利用吸波浮子1的形状便于随波浪浮动，提高能量转换效果。
工作原理：
如图1-2所示，在使用本装置时，固定式单桩风机固定安装在海底，在风的作用下，风机叶片10旋转发电，电力传输至能量转换系统9中，在波峰的作用下，吸波浮子1向上运动，第一液压缸7被压缩，第一液压缸7的无杆腔中的液压油压入能量转换系统9的储能系统中，同时，第二液压缸8被拉伸，能量转换系统9的储能系统中液压油被吸入第二液压缸8的无杆腔中，同理，在波谷的作用下，吸波浮子1向下运动，第一液压缸7被拉伸，能量转换系统9的储能系统的液压油被压出至第一液压缸7的无杆腔，同时，第二液压缸8被压缩，能量转换系统9的储能系统的液压油被吸入第二液压缸8的无杆腔，实现液压能量转换；
同时，当吸波浮子1在波浪作用下沿着风机塔筒4进行往复的垂荡运动时，风机塔筒4的线圈切割吸波浮子1的磁铁3的磁力线，产生电能，汇集于能量转换系统9的储能系统中，供负载使用，本装置结构简单、吸波浮子1运动幅度可控、维护性高、安全性高，适合在复杂的海洋环境下使用，且本装置实现共用基础桩基的一体化结构，大幅度降低了装置用海面积，提高了单位海域的能量利用率。
在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均应包含在本发明权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风浪一体化发电装置，其特征在于，包括波浪发电结构和能量转换系统(9)，所述波浪发电结构包括导体(2)、吸波浮子(1)和磁铁(3)，所述导体(2)设置在风机塔筒(4)的外壁上，所述导体(2)与所述能量转换系统(9)电连接，所述吸波浮子(1)上设有安装孔，所述吸波浮子(1)通过所述安装孔套设在所述风机塔筒(4)上，所述磁铁(3)设置在所述安装孔的内壁上，当所述吸波浮子(1)随海浪波动沿所述风机塔筒(4)上下垂荡时，所述导体(2)切割所述安装孔内所述磁铁(3)的磁力线。
2.根据权利要求1所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述风机塔筒(4)上设有半潜式平台，所述波浪发电结构位于所述半潜式平台的底侧，所述能量转换系统(9)位于所述半潜式平台的顶侧。
3.根据权利要求2所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述半潜式平台包括间隔设置的水上平台(5)和水下平台(6)，所述波浪发电结构设置在所述水上平台(5)与所述水下平台(6)之间。
4.根据权利要求3所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述水下平台(6)的面积大于所述水上平台(5)的面积。
5.根据权利要求3所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述水上平台(5)与所述吸波浮子(1)之间设有第一液压缸(7)，所述水下平台(6)与所述吸波浮子(1)之间设有第二液压缸(8)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述吸波浮子(1)的侧壁为弧形结构。
7.根据权利要求6所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述吸波浮子(1)的侧壁为弧形凹面。
8.根据权利要求7所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述吸波浮子(1)的顶面的面积大于所述吸波浮子(1)的底面的面积。
9.根据权利要求8所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述吸波浮子(1)的顶面为平面结构，所述吸波浮子(1)的底面为弧形状。
10.根据权利要求9所述的一种风浪一体化发电装置，其特征在于，所述吸波浮子(1)的底面为弧形凸面。
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| CN117145685A (zh) * | 2023-10-24 | 2023-12-01 | 武汉理工大学三亚科教创新园 | 一种用于浮式风机平台的电磁调谐波浪能转换装置 |
| CN117145685B (zh) * | 2023-10-24 | 2024-03-05 | 武汉理工大学三亚科教创新园 | 一种用于浮式风机平台的电磁调谐波浪能转换装置 |
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