CN206221154U - 浮体发电站 - Google Patents

Abstract

一种浮体发电站，包括由若干个浮体元件组合而成的浮体、风力发电装置、压电发电机和水轮发电机，浮体上平面上有用六根工字钢制作的大梁，大梁一端分别焊接在浮体平面的六个角内侧，另一端向浮体中心倾斜，上面交汇于一点，构成六棱锥形架结构，六棱锥形架用塑料板包装，形成六面锥形体，六面锥形体的表面铺装光电板，顶端安装风轮发电机，光电板与风轮发电机组成风力发电装置；浮体上面安装潮汐发电机，浮体下面安装涌压发电机，浮体底部安装有利用潮流发电的水轮发电机，风力发电装置、涌压发电机、水轮发电机分别与配电装置连接通过电缆输送至电网。该发电站集潮汐、光伏、风能、浪涌压电、水流为一体发电，实现了资源充分利用，造福于民。

Description

浮体发电站

技术领域

本实用新型涉及一种发电系统，特别是涉及一种利用潮汐、太阳能、海浪浮体发电站。

背景技术

海洋波浪是一种无穷无尽的可再生绿色能源，其利用方式主要是发电。开发利用潮汐动能，全球已有一百多年的历史，利用波浪能发电英国也早有报道，上述报道的潮汐、海浪发电装置或发电站均为单一发电模式，或是潮汐发电或是浪涌发电，其优点是所用部件少，维护费用低，不足之处是海洋波浪利用不充分，发电量有限。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种集风能、太阳能、浪涌、水流为一体发电量高的浮体发电站。

实现上述目的采用以下技术方案：

一种浮体发电站，包括浮体、风力发电装置、压电发电机和水轮发电机，所述浮体由若干个浮体元件组合而成，浮体上平面上有用六根工字钢制作的大梁，大梁一端分别焊接在浮体平面的六个角内侧，另一端向浮体中心倾斜，上面交汇于一点，构成六棱锥形架结构，六棱锥形架用塑料板包装起来，形成一个六面锥形体，六面锥形体的表面铺装有光电板，顶端安装有风轮发电机，光电板与风轮发电机组成利用太阳能、风力发电的风力发电装置；浮体上面安装有潮汐发电机，浮体下面安装有利用涌压发电的涌压发电机，浮体底部安装有利用潮流发电的水轮发电机，风力发电装置、潮汐发电机、水轮发电机分别与配电装置连接通过电缆输送至电网。

进一步，浮体元件是由钢筋混凝土浇筑而成的六面柱形体，顶面为六边形平面，六边形平面上设有孔，桩柱从孔中穿过插入海底，控制在预定的海域，浮体元件的底部平面中间有一个半球体。

进一步，所述的六棱锥形架结构的顶端下垂一根连杆，该连杆与潮汐发电机组触接，潮汐发电机组涨潮时浮体沿着桩柱向上运动，连杆拉动潮汐发电机组的齿杆运动，齿杆带动潮汐发电机组，将潮汐的势能转化为电能。

进一步，所述的浮体元件分为A、B、C三种元件， A元件中间自上而下设有便于桩柱穿过的塑料圆管，B元件中间设有电缆穿线管，顶部装有接线盒，底部有便于水轮发电机组吊装的三只卡榫柱， C元件是接收波浪发电的浮体元件安装在浮体边缘。

进一步，在浮体元件C元件的两个侧面吃水线处，横向开有口，水轮发电机安装在开口内角顶端。

进一步，在三个浮体元件之间的平面上安装压力发电装置。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的浮体受浮力和重力的作用，在潮汐中上下运动发电；在六棱形支撑架的上面铺装光电板，使其成为锥形体，光照角度合适，能见度高，比陆地节省占地费、支架线路、输配电设备，发电效果显著。同时铺满光电板的坡道光滑无阻，被增大的风力顺着坡道直冲顶端的风轮发电机利用风力发电效果显著。由于压电发电机的导线安放空间比一般绕线发电机安放导线的空间大得多，通过加长以及加强永磁铁的强度来弥补涌压频率获取更多的电能，而且涌压至少要几十吨、数百吨，压力受力面大频率高昼夜不停，压电发电效果显著。在浮体的底部安装水轮发电机利用水流发电简便易行造价低。除此之外，本实用新型集潮汐、光伏、风能、浪涌压电、水流为一体发电，实现了资源充分利用，造福于民。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2、图3是A元件结构示意图。

图4、图5是B元件结构示意图。

图6、图7是C元件结构示意图。

图8浮体原件组合示意图。

图9浮体插入桩柱的示意图。

图10浮体表面结构示意图。

图11、图12是潮汐发电机布置图。

图13是风轮发电机示意图。

图14是安装压电装置的示意图。

图15、16是压电装置结构示意图。

图中标记：风轮发电机1，光电板2，六棱锥体3，潮汐发电机4，浮体5，水轮发电机6，连杆7，孔8，塑料圆管9，半球体10，电缆穿线管11, 吃水线12，卡榫柱13，卯榫14，柱桩15，大梁16，潮汐发电机房17，风轮18，压力发电机19，底盘20，圆孔21，线圈22，瓷杯23。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的描述。

以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整。

见图1，一种浮体发电站，该系统由浮体5、风轮发电机1、潮汐发电机4和水轮发电机6等组成，本实用新型利用浮体5及光电板2将风、光、浪、涌和潮汐等多种可再生能源有机的结合在一起发电。浮体5由若干个浮体元件组合而成，浮体元件是由钢筋混凝土浇筑而成的六面柱形体，每面高5m、宽2m，顶面为六边形平面，底部平面中间有一个直径2m的空心的半球体10，面板和六壁厚为100mm,底部厚度150mm，中间空洞填充泡沫塑料。浮体元件体积约为52m³，比重小于0.5。

见图10，图11，浮体平面上有六根足够强度的工字钢制作的大梁16，大梁16一端焊接在浮体平面的六个角内侧，另一端以适当的角度向浮体平面中心倾斜，上面交汇于一点，构成图1所示的六棱锥形架结构。

见图1，图12，六棱锥形架用塑料板包装起来，形成一个六面锥形体即六棱锥体3，为太阳能发电提供搭载平台。六棱锥体3的表面铺装光电板2，顶端安装有风轮发电机1，光电板2与风轮发电机1组成利用太阳能、风力发电的风力发电装置；浮体5的上面安装有利用潮汐发电的潮汐发电机4。浮体底部安装有利用水流发电的水轮发电机6，水轮发电机6吊装在浮体元件的半球体10外部，风力发电装置、潮汐发电机4、水轮发电机6分别通过各自的输出线缆与配电装置连接通过电缆输送至电网。

浮体元件分为A、B、C三种元件，见图2 、图3和图9，浮体A元件的中间有孔8，孔8内自上而下固定有塑料圆管9，桩柱15从塑料圆管9内穿过插入海底，将浮体5控制在预定的海域。

B元件中间设有电缆穿线管11，顶部装有接线盒，底部有三只卡榫柱13，以便水轮发电机组吊装。

C元件是接收波浪发电的浮体元件安装在浮体边缘。见图6，图7，在浮体元件C元件的两个侧面吃水线12处，横向开一道长4m口，再沿对角线向上开到顶板以 下200mm处，并以30°角向两侧放射到边墙，裁成一个张开的大嘴，最后沿水平线30°角向对角铺设厚度为100㎜的钢筋混凝土面板。水轮发电机6安装在开口内角顶端。当海浪冲击时，水流顺着张开的嘴往内，越走越窄水流越急，水推动水轮旋转而发电。

由若干个A、B、C三种浮体元件组合而成的浮体结构如图8，图9，A元件位于前部，B元件位于中间，C元件位于边缘。三种元件其组合方法：上顶面由预埋的角铁焊接牢固，下底面由卯榫14插接，浮体的顶面为六边形平面，六边形平面上设有孔8，桩柱15从孔8中穿过插入海底，由若干个插入海底的桩柱15控制在预定的海域。

见图1、图11、图12，在六棱锥形架顶端内下垂一个连杆7，连杆7直达位于桩柱中心的潮汐发电机房17与潮汐发电机4连接。潮汐发电机4呈行星轮排列，当涨潮时浮体5沿着桩柱向上运动，连杆7拉动潮汐发电机4的齿杆运动，齿杆带动以行星轮排列的发电机组，加速旋转，从而将潮汐的势能转化为电能。潮差越大发电效率越高。

按照太阳每天东升西落，每年由北向南又由南向北偏转的运行规律，六面锥形体无论太阳如何运动，均比单一平面的光照面积大，海上日照充足，大量的太阳能可以转化为电能并输送至中央的配电装置及输送端，由海底电缆输送至电网。

浮体5底部除安装水轮发电机组外，在浮体下面，在三个浮体元件之间的平面上还可安装压力发电装置，本实施例的压力发电装置采用涌压发电机19。涌压发电机19的结构如图14、15和16，取20mm厚的塑料板，按直径2m裁成圆形做底盘20。以中心120°角边缘内侧打三个圆孔21，以便将其安装在榫柱上。将塑封好的线圈22固定在中央，在中心点打一圆孔，将线圈22导线穿出底盘20外，并将空洞密封保持气密。最后在底盘20中心固定一个吊环，以便安装限位索防止振动模脱落。用0.5mm厚的橡胶布，以2.5m直径裁成圆形作为振动膜。将磁杯23固定在振动膜中心位置。再将限位索下端固定在磁杯中心。上端固定在底盘中心的吊环上如图16, 最后将橡胶膜边缘固定在底盘外缘，向橡胶膜内充入0.3个大气压（机身置于海水中3m的预应力）。

涌压发电机19的工作原理：当海水被涌动时，振动膜便随之波动固定在振动膜上的磁杯，就被插入或拔出线圈，线圈便切割磁感线产生电动势，从而发电。涌动频率低，可由加长导线和增强磁场强度来弥补，好在涌动力量足够大。

为了减少海上施工的麻烦，浮体发电站尽量在工厂内组装。由拖船整体托运至施工现场。用浮体发电站内自备打桩设备，将桩柱打入海底(桩柱仅为浅海使用，若深度超过百米的海面应采取锚定方式）。潮汐发电机房与整体发电站同时建造，整体吊装在桩柱上调试并使用。

浮体发电的经济效益分析

投资一个一万平发米的浮体发电站，按现行建材价格估算要用4000-5000万元人民币。使用寿命50年。年效益按现有的发电效能和上网电价测算。

一，电费收入：

1、风力发电，立柱式一万平方米的风轮发电机，3个扇叶受力面积：半径50m*宽5m*3=750㎡，日发电约2000度。而一万平米浮体坡道的面积约1.2万㎡÷4=3000㎡，是立柱式的4倍，最少发电量6000度以上。

2、光电，现有的光伏发电（陆地）一般每平米在0.2-0.3度每日，浮体上最少铺设1.2万㎡日产电约4000度。

3、波浪发电，按美国标准，在浪高2米时每平方米每小时可发电30度。浮体周边有300多㎡÷4=75㎡，按10小时计算：浪高1米发10度电就是7500度。

4、涌压发电，按以色列马路压电标准每平方米每小时产电0.01度测算。浮体底部按3000㎡*20小时=600度。

5、潮流发电，按国际标准，在潮差10米时，每平方米可发电100度。浮体底部可以安装水轮800个以上。每个水轮有1.5米叶展，宽0.3米的叶片6个=2.7㎡*800个=2160㎡按1米潮差水流计算是21600度。

6、潮汐势能发电。按2米潮差计算，依照牛顿定律，每秒把75kg的物体提高1米就是1马力，相当于735瓦电能。一万平米的浮体就按每平米1吨测算：1万吨*2米潮差*涨落行程各4米就是16万吨/米，除以24小时大约400度。

六电合计：400度+21600度+600度+7500度+400度+6000度=40100度

按河北省风力发电上网电价1元估算，日收电费4万元，一年收入1400万元。

二、房租收入：

一万平米的浮体高80米，就是40万立方米的空间。可以分割成多层次，满足各种需求的房间、厂房、会议厅、写字楼等。虽然不比城市用途广，但是也具有特殊性。是一般城市无法满足的。例如：海上度假村、养老院、海上旅游乐园、办学、科研、培训、海产品加工、物流仓储、海水淡化、提取海洋矿产、生物制药甚至海上医疗事业等。都有一定的发展前景。

养殖业收入：

一万平方米的浮体下面有15亩的海水。若用网箱围起来就是一个挺好的海水养殖场。再加上灯光补照，按现有类似的养殖场。一般每亩都在几十万，上百万的产值。

根据计算检测，一万平方米的浮体六棱锥形架高80-90米，根据需要可将六棱锥形架内设计成多层结构的房间。

本实用新型的工作原理

本实用新型利用浮体在潮汐中上下运动带动机械设备发电，浮体上面的空心锥形体铺满光电板，光照角度合适，能见度优于陆地，且锥形体的面积大。而且浮体上面的空心锥形体铺满光电板后形成光滑无阻的坡道，将风力增大，见图13，风，是空气流动的现象。起因是气温和气压。特点是：一般为水平方向流动。但是，当遇到山隘或海峡等地形时，风不仅会改变气流的方向，还能使风速增大。而遇丘陵、山地却由于摩擦力大，使风速减少，甚至于消失。孤立的山峰却因海拔高，使风速增加。

浮体上面的六棱锥形体正好为风力发电提供了极佳的环境条件。而铺满光电板的坡道光滑无阻，被增大的风力顺着坡道直冲顶端的风轮18发电，被增大的风力顺着坡道直冲顶端的风轮发电机，风光互补最大限度的发电。这种坡道式的风力发电装置优于目前所有的风力发电装置，而且不需要多大的投资。

若将压电发电设置在三个浮体之间，浮体周边承受波浪的冲击形成涌压，涌压至少要几十吨数百吨，压力受力面大频率高昼夜不停，依据法拉第定律，利用涌压在浮体中间放置压电发电机采用压电发电机发电，能够获取更多的电能。水轮发电机利用水流发电简便易行造价低。

Claims (5)

1.一种浮体发电站，包括浮体、风力发电装置、压电发电机和水轮发电机，其特征在于，所述浮体由若干个浮体元件组合而成，浮体上平面上有用六根工字钢制作的大梁，大梁一端分别焊接在浮体平面的六个角内侧，另一端向浮体中心倾斜，上面交汇于一点，构成六棱锥形架结构，六棱锥形架用塑料板包装起来，形成一个六面锥形体，六面锥形体的表面铺装有光电板，顶端安装有风轮发电机，光电板与风轮发电机组成利用太阳能、风力发电的风力发电装置；浮体上面安装有潮汐发电机，浮体下面安装有利用涌压发电的涌压发电机，浮体底部安装有利用潮流发电的水轮发电机，风力发电装置、潮汐发电机、水轮发电机分别与配电装置连接通过电缆输送至电网。

2.根据权利要求1所述的浮体发电站，其特征在于，浮体元件是由钢筋混凝土浇筑而成的六面柱形体，顶面为六边形平面，六边形平面上设有孔，桩柱从孔中穿过插入海底，控制在预定的海域，浮体元件的底部平面中间有一个半球体。

3.根据权利要求1所述的浮体发电站，其特征在于，所述的六棱锥形架结构的顶端下垂一根连杆，该连杆与潮汐发电机组触接，潮汐发电机组涨潮时浮体沿着桩柱向上运动，连杆拉动潮汐发电机组的齿杆运动，齿杆带动潮汐发电机组，将潮汐的势能转化为电能。

4.根据权利要求1所述的浮体发电站，其特征在于，所述的浮体元件分为A、B、C三种元件， A元件中间自上而下设有便于桩柱穿过的塑料圆管，B元件中间设有电缆穿线管，顶部装有接线盒，底部有便于水轮发电机组吊装的三只卡榫柱， C元件是接收波浪发电的浮体元件安装在浮体边缘。

5.根据权利要求4所述的浮体发电站，其特征在于，在浮体元件C元件的两个侧面吃水线处，横向开有口，水轮发电机安装在开口内角顶端。