CN116873140A - 集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台及其工作方法，包括有防波堤、离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置；其中防波堤由双圆柱箱和连接舱壁组成，在防波堤中间形成月池区域；离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置均通过连接杆与防波堤连接，位于月池区域内，本申请将防波堤、离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置结合为一体，且将三者的功能进行互补，防波堤为离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置提供浮式基座以及良好的发电环境，调谐减振波浪能发电装置均匀分布在离岸浮式风机的下方，为离岸浮式风机调谐减振，保证风力发电的稳定，而离岸浮式风机受到海浪和风力作用下产生的振动扩大了调谐减振波浪能发电装置的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程领域，特别涉及集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台及其工作方法。
背景技术
2019-2022年新型冠状病毒是全球性的大灾难，根据国际能源协会IEA(International Energy Association)的数据分析报道：疫情期间在实行严格封锁措施的国家中，每周能源需求平均降低约25％，尤其在煤炭和石油行业。国际能源协会预计，2023年整年全球二氧化碳排放量将下降8％，回到十年前的水平，这为新能源的研究以及可再生能源的利用带来了机遇。
目前，绝大数小型岛屿型发展中国家和社区依然依赖进口煤炭和石油来解决能源供给，昂贵的运输、进口费用以及低效率的燃油发电技术使得用电价格居高不下。在全球疫情影响下，运输条件受到极大的限制，导致很多岛屿出现能源短缺的局面，使得岛屿的经济发展和社会稳定遭受很大的危机，进一步促使了可再生能源的开发利用。
对于岛屿型国家以及沿海地域，丰富的海上能源和资源是一个巨大的宝库，海上存在着多种可再生能源，例如：太阳能、风能、潮汐能、波浪能等等，这就进一步促进了海上资源利用平台的发展，海上平台分为固定式平台和浮式平台，由于固定式平台受到地域环境影响，并且随着水深的增加造价迅速增加，不能受到广泛运用。而浮式平台具有水质交换能力强、海洋环境适应性强以及造价低等特点，其结构便于建造、运输、维修和拆卸且适用于深海，因此受到了广泛运用。
近年来，随着浮式平台的研究利用，大大提高了海上可再生能源的利用率，例如：海上浮式风机、浮式太阳能发电板、浮式波浪能发电装置等，本发明的多功能浮式平台结合海上浮式防波堤特点，集防浪消波和海洋能发电于一体，且将防波堤与发电结构进行互补，既能利用海洋能发电，又防浪消波、围港护池，保护近岸渔业和航运安全。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台及其工作方法，能够利用防波堤结构削减海浪高度，提供遮蔽海域，解决近岸建筑物、渔业和航运容易受到海浪影响的问题，同时能利用海上风能和波浪能进行发电，并且解决了离岸式风机容易遭受海浪影响从而被破坏的问题。
技术方案：本发明所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，包括有防波堤、离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置；
所述防波堤由双圆柱箱型结构和连接舱壁组成，为离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置提供浮式基座，在防波堤中间形成有月池区域；
所述离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置均通过连接杆与防波堤连接，离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置均安装在连接杆中间的圆形桩柱上，位于月池区域内，所述调谐减振波浪能发电装置将波浪能转换为电能，且调谐减振波浪能发电装置中的液压发电阻尼系统在工作时的滞后性为离岸浮式风机调谐减振，对液压发电阻尼系统和离岸浮式风机的运动进行互补。
作为优选，所述防波堤由双圆柱箱型结构和连接舱壁组成，所述双圆柱箱型结构由两个相互平行的圆柱箱构成，双圆柱箱的两端通过连接舱壁相互连接，在双圆柱箱之间形成月池结构，所述防波堤为离岸浮式风机提供浮式基座，且为离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置提供工作环境。
作为优选，所述防波堤通过连接杆与离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置相互连接，所述防波堤的连接舱壁内侧面设置有圆形槽位；所述连接杆两端设置有自适应连接盘，所述自适应连接盘伸入圆形槽位内后与圆形槽位滑动连接，使连接杆与防波堤之间互相滚动。
作为优选，所述自适应连接盘为圆盘结构，自适应连接盘的圆周端面上设置有圆形凹槽一，所述自适应连接盘伸入圆形槽位中后，圆形凹槽一正对的圆形槽位的内壁上设置有圆形凹槽二，所述圆形凹槽一与圆形凹槽二构成滑道，所述滑道内设置有滚子，所述滚子使自适应连接盘在圆形槽位转动时保持相对静止的状态。
作为优选，所述连接杆的中间设置有圆形桩柱，所述圆形桩柱的上端面与离岸浮式风机的塔架相互连接；圆形桩柱的上端面下方的外壁上设置有波浪能发电装置安装平台，所述波浪能发电装置安装平台上安装有调谐减振波浪能发电装置；圆形桩柱的下端面上安装有压载舱，所述压载舱降低浮式平台的重心。
作为优选，所述波浪能发电装置安装平台的底部端面与圆形桩柱之间均匀设置有用于进一步提高波浪能发电装置安装平台承载力的斜撑。
作为优选，所述月池区域利用自身的共振效应为调谐减振波浪能发电装置提供波浪场，提高波浪能的能量密度。
作为优选，所述调谐减振波浪能发电装置包括有对置在圆形桩柱两侧的半圆盘、液压发电阻尼系统和阵列式垂荡发电浮子，所述半圆盘通过螺栓与圆形桩柱中间的波浪能发电装置安装平台相连接，每块所述半圆盘下端面安装有按阵列分布的液压发电阻尼系统，每个所述液压发电阻尼系统下端均通过拉压杆与阵列式垂荡发电浮子连接。
作为优选，所述液压发电阻尼系统和阵列式垂荡发电浮子成对均匀分布在两个半圆盘所构成的圆形台面的下方，通过阵列式垂荡发电浮子将波浪能转换为机械能后，由液压发电阻尼系统将机械能转换为电能。
本发明所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台的工作方法为：防波堤在受到海浪影响发生摇动时，圆柱箱产生摇动，带动连接舱壁摇动，与圆连接舱壁通过自适应连接盘滚动连接的连接杆相对连接舱壁保持静止，将防波提与离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置之间的相互运动分离；
防波堤中间的月池区域为调谐减振波浪能发电装置提供波浪场，调谐减振波浪能发电装置利用波浪场中的波浪能进行发电；
离岸式风机受到海浪和风力影响发生摇动时，带动连接杆整体摇动，从而带动调谐减振波浪能发电装置中的液压发电阻尼系统摇动，扩大液压发电阻尼系统的行程，提高波浪能的发电效率，此时受到液压发电阻尼系统中本身阻尼力的影响，液压发电阻尼系统的运动滞后于离岸式风机的运动，为离岸浮式风机减摇以及调谐减振。
有益效果：
(1)、本申请的将浮式平台集防浪消波和海洋能发电为一体，结构简单、灵活性高、可移动，便于建造、运输、维修和拆卸，且不会随着水深的增加造价迅速增加；
(2)、本申请中的防波堤结构能够达到防浪消波的作用，有效减小波浪对临海建筑物的破坏，围港护池、保持近岸水面相对平稳，有效保护近岸渔业和航运的安全；
(3)、本申请中防波堤中间形成的月池结构提高了波浪能的能量密度，为调谐减振波浪能发电装置提供良好的波浪场，同时为离岸浮式风机提供工作空间；
(4)、本申请中的调谐减振波浪能发电装置和离岸浮式风机通过连接杆与防波堤连接，连接杆与防波堤之间通过自适应连接盘相互连接，使得两者之间的运动为滚动，有效减少防波堤运动对月池区域中调谐减振波浪能发电装置和离岸浮式风机的影响；
(5)、本申请将防波堤、离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置结合为一体，且将三者的功能进行互补，防波堤为离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置提供浮式基座以及良好的发电环境，调谐减振波浪能发电装置均匀分布在离岸浮式风机的下方，为离岸浮式风机调谐减振，保证风力发电的稳定，而离岸浮式风机受到海浪和风力作用下产生的振动扩大了调谐减振波浪能发电装置的发电效率。
附图说明
图1是本发明的总体结构三维简图；
图2是本发明的总体结构布局图；
图3是本发明的防浪消波结构简图；
图4是本发明中连接杆设计简图；
图5是本发明中连接杆与防波堤的连接方式示意图；
图6是本发明中离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置安装在连接杆上的示意图；
图7是本发明中调谐减振波浪能发电装置结构简图；
图8是本发明中波浪能发电装置安装平台的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”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”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，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，为本申请中集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，在本实施例中，将多个本申请中的浮式平台排成一排，达成防浪消波、削减海浪高度的作用，并且高效利用海洋能发电。
如图2-8所示，为本申请的结构示意图，在本实施例中，包括有防波堤1、调谐减振波浪能发电装置2和离岸浮式风机3，防波堤1由双圆柱箱型结构和连接舱壁102组成，双圆柱箱型结构中两个圆柱箱101相同且平行，圆柱箱101的两端通过连接舱壁102相连，防波堤1中间形成空间较大的月池区域104，该防波堤1既为离岸浮式风机3提供浮式基座，又用于放置调谐减振波浪能发电装置2，月池区域104利用自身的共振效应为调谐减振波浪能发电装置2提供波浪场，提高波浪能的能量密度。
在本实施例中，防波堤1通过连接杆4与离岸浮式风机3和调谐减振波浪能发电装置2相互连接，在防波堤1的连接舱壁102内侧面设置有圆形槽位103，在连接杆4两端设置有自适应连接盘402，自适应连接盘402伸入圆形槽位103内后与圆形槽位103滑动连接，使连接杆4与防波堤1之间互相滚动。
在本实施例中，自适应连接盘402为圆盘结构，自适应连接盘402的圆周端面上设置有圆形凹槽一，自适应连接盘402伸入圆形槽位103中后，圆形凹槽一正对的圆形槽位103的内壁上设置有圆形凹槽二，圆形凹槽一与圆形凹槽二构成滑道404，在滑道404内设置有滚子403，滚子403使自适应连接盘402在圆形槽位103转动时保持相对静止的状态。
在本实施例中，连接杆4的中间设置有圆形桩柱405，圆形桩柱405的上端面与离岸浮式风机3的塔架相互连接；圆形桩柱405的上端面下方的外壁上设置有波浪能发电装置安装平台406，波浪能发电装置安装平台406上安装有调谐减振波浪能发电装置2；圆形桩柱405的下端面上安装有压载舱5，压载舱5用于降低浮式平台的重心。
在本实施例中，为了提高波浪能发电装置安装平台406的承载能力，在波浪能发电装置安装平台406的底部端面上与圆形桩柱405之间均匀设置有斜撑，通过斜撑进一步提高波浪能发电装置安装平台406在承载离岸浮式风机3时的承载能力。
在本实施例中，调谐减振波浪能2发电装置包括有对置在圆形桩柱405两侧的半圆盘201、液压发电阻尼系统202和阵列式垂荡发电浮子203，其中半圆盘201通过螺栓与圆形桩柱405中间的波浪能发电装置安装平台406相连接，每块半圆盘201下端面均安装有按阵列分布的液压发电阻尼系统202，每个液压发电阻尼系统202的下端均通过拉压杆204与阵列式垂荡发电浮子203连接，液压发电阻尼系统202和阵列式垂荡发电浮子203成对均匀分布在两个半圆盘201所构成的圆形台面的下方，通过阵列式垂荡发电浮子203将波浪能转换为机械能后，由液压发电阻尼系统202将机械能转换为电能。
本申请在工作中时，防波堤1在受到海浪影响发生摇动时，圆柱箱101产生摇动，带动连接舱壁102摇动，与圆连接舱壁102通过自适应连接盘402滚动连接的连接杆4相对连接舱壁102保持静止，将防波提1与离岸浮式风机3和调谐减振波浪能发电装置2之间的相互运动分离；
防波堤1中间的月池区域104为调谐减振波浪能发电装置2提供波浪场，调谐减振波浪能发电装置2利用波浪场中的波浪能进行发电；
离岸式风机3受到海浪和风力影响发生摇动时，带动连接杆4整体摇动，从而带动调谐减振波浪能发电装置2中的液压发电阻尼系统202摇动，扩大液压发电阻尼系统202的行程，提高波浪能的发电效率，此时受到液压发电阻尼系统202中本身阻尼力的影响，液压发电阻尼系统202的运动滞后于离岸式风机3的运动，为离岸浮式风机3减摇以及调谐减振。
本申请将防波堤1、离岸浮式风机3和调谐减振波浪能发电装置2结合为一体，且将三者的功能进行互补，防波堤1为离岸浮式风机3和调谐减振波浪能发电装置2提供浮式基座以及良好的发电环境，调谐减振波浪能发电装置2均匀分布在离岸浮式风机3的下方，为离岸浮式风机3调谐减振，保证风力发电的稳定，而离岸浮式风机3受到海浪和风力作用下产生的振动扩大了调谐减振波浪能发电装置2的发电效率。
Claims (10)
1.集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：包括有防波堤、离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置；
所述防波堤由双圆柱箱型结构和连接舱壁组成，为离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置提供浮式基座，在防波堤中间形成有月池区域；
所述离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置均通过连接杆与防波堤连接，离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置均安装在连接杆中间的圆形桩柱上，位于月池区域内，所述调谐减振波浪能发电装置将波浪能转换为电能，且调谐减振波浪能发电装置中的液压发电阻尼系统在工作时的滞后性为离岸浮式风机调谐减振，对液压发电阻尼系统和离岸浮式风机的运动进行互补。
2.根据权利要求1所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述防波堤由双圆柱箱型结构和连接舱壁组成，所述双圆柱箱型结构由两个相互平行的圆柱箱构成，双圆柱箱的两端通过连接舱壁相互连接，在双圆柱箱之间形成月池结构，所述防波堤为离岸浮式风机提供浮式基座，且为离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置提供工作环境。
3.根据权利要求1所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述防波堤通过连接杆与离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置相互连接，所述防波堤的连接舱壁内侧面设置有圆形槽位；所述连接杆两端设置有自适应连接盘，所述自适应连接盘伸入圆形槽位内后与圆形槽位滑动连接，使连接杆与防波堤之间互相滚动。
4.根据权利要求3所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述自适应连接盘为圆盘结构，自适应连接盘的圆周端面上设置有圆形凹槽一，所述自适应连接盘伸入圆形槽位中后，圆形凹槽一正对的圆形槽位的内壁上设置有圆形凹槽二，所述圆形凹槽一与圆形凹槽二构成滑道，所述滑道内设置有滚子，所述滚子使自适应连接盘在圆形槽位转动时保持相对静止的状态。
5.根据权利要求1所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述连接杆的中间设置有圆形桩柱，所述圆形桩柱的上端面与离岸浮式风机的塔架相互连接；圆形桩柱的上端面下方的外壁上设置有波浪能发电装置安装平台，所述波浪能发电装置安装平台上安装有调谐减振波浪能发电装置；圆形桩柱的下端面上安装有压载舱，所述压载舱降低浮式平台的重心。
6.根据权利要求5所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述波浪能发电装置安装平台的底部端面与圆形桩柱之间均匀设置有用于进一步提高波浪能发电装置安装平台承载力的斜撑。
7.根据权利要求1所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述月池区域利用自身的共振效应为调谐减振波浪能发电装置提供波浪场，提高波浪能的能量密度。
8.根据权利要求1所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述调谐减振波浪能发电装置包括有对置在圆形桩柱两侧的半圆盘、液压发电阻尼系统和阵列式垂荡发电浮子，所述半圆盘通过螺栓与圆形桩柱中间的波浪能发电装置安装平台相连接，每块所述半圆盘下端面安装有按阵列分布的液压发电阻尼系统，每个所述液压发电阻尼系统下端均通过拉压杆与阵列式垂荡发电浮子连接。
9.根据权利要求8所述的集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台，其特征在于：所述液压发电阻尼系统和阵列式垂荡发电浮子成对均匀分布在两个半圆盘所构成的圆形台面的下方，通过阵列式垂荡发电浮子将波浪能转换为机械能后，由液压发电阻尼系统将机械能转换为电能。
10.集防浪消波和海洋能发电于一体的浮式平台的工作方法，其特征在于：
防波堤在受到海浪影响发生摇动时，圆柱箱产生摇动，带动连接舱壁摇动，与圆连接舱壁通过自适应连接盘滚动连接的连接杆相对连接舱壁保持静止，将防波提与离岸浮式风机和调谐减振波浪能发电装置之间的相互运动分离；
防波堤中间的月池区域为调谐减振波浪能发电装置提供波浪场，调谐减振波浪能发电装置利用波浪场中的波浪能进行发电；
离岸式风机受到海浪和风力影响发生摇动时，带动连接杆整体摇动，从而带动调谐减振波浪能发电装置中的液压发电阻尼系统摇动，扩大液压发电阻尼系统的行程，提高波浪能的发电效率，此时受到液压发电阻尼系统中本身阻尼力的影响，液压发电阻尼系统的运动滞后于离岸式风机的运动，为离岸浮式风机减摇以及调谐减振。
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