CN212231358U - 一种漂浮式综合能源发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种漂浮式综合能源发电装置，综合利用了风能，太阳能，波浪能，海流能等能源，该发电装置包括风力发电机部分、浮筒部分、太阳能板部分、波浪能发电装置部分、伸缩轴部分和海流能发电装置部分，风力发电装置机安装在浮筒上，海流能发电装置安装在浮筒下方；本实用新型质量轻，体积较小，制造方便，结构简单，机械传动简单，发电效率高，抗风暴、抗沉没能力强，可在江河、湖泊、近海、远海广泛使用。

Description

一种漂浮式综合能源发电装置

技术领域

本实用新型涉及海洋综合能源利用设备技术领域，具体说是一种漂浮式综合能源发电装置。

背景技术

随着全球经济的发展和能源需求的不断增加，人类正面临着能源利用和环境保护两方面的压力。可再生能源的开发使用变得越来越重要，尤其是可再生的清洁能源更是受到追捧，其中就包括风能，海洋能等清洁能源。近些年来，随着风力发电机的高速发展，风能引起了越来越多的关注，风力发电量也逐年上升，许多国家和地区计划大力发展风力发电行业；海洋能是一种蕴藏在海洋里的可再生能源，近年来，随着海洋强国战略的深入推进，沿海以及海岛经济社会发展为海洋能发展提供了稳定而广泛的市场需求。

传统的波浪发电设备将波浪能转换成电能的中间环节多，效率低，电力输出波动性大；传统的海上风力发电机采用的是固定于海床上的方式，无法将海洋能利用达到最大化，会造成电能的不稳定性和分散。

针对上述问题，为了将波浪能更好的集中且高效的转化为有用的电能，中国专利公开号为CN203285614U，名称为“漂浮式风力机”采用一种将风力机和海流发动机相结合的并利用浮筒实现在海上漂浮的风浪流联合发电装置的漂浮式风力机，虽利用了浮筒，实现浮筒上方采用风力发电，浮筒下方采用海流能发电的方式，但在海洋里由于海水波动程度和流动速度的不稳定性，由于没有探测水流量的装置，无法保证水轮机始终工作在水流量最大的地方，造成了能源的浪费。

因此，提供一种低损耗、震动小，制造成本低、环保、使用寿命长的高效率发电装置，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种漂浮式综合能源发电装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种漂浮式综合能源发电装置，包括中心浮筒和一组周边浮筒，每个周边浮筒通过横臂与所述中心浮筒连接；所述中心浮筒和周边浮筒之间设有环形臂，所述环形臂上设有一组波浪能发电机；所述中心浮筒上面设有风力发电机；中心浮筒下面设有两节伸缩轴，所述两节伸缩轴包括空心圆柱体和中节伸缩轴，所述中节伸缩轴底部安装有海流能发电机，所述海流能发电机机壳底部设有固定轴，所述固定轴底部设有检测装置；所述中心浮筒内设有蓄电池、整流器、控制器和逆变器，所述风力发电机和波浪能发电机通过整流器将产生的电能输入蓄电池中存储，所述蓄电池通过逆变器向外部负载供电，所述检测装置和两节伸缩轴与所述控制器连接。

本实用新型进一步的设计方案中，波浪能发电机包括中心管和浮子，中心管固定在环形臂上，浮子放置于中心管内部随波浪起伏上下往复运动，产生感应电动势从而驱动发电。

本实用新型进一步的设计方案中，每个周边浮筒底部设有立柱，立柱可以增强装置在海面上的稳定性。

本实用新型进一步的设计方案中，上述海流能发电装置部分包括外转子电机、水轮机和机械臂，水轮机通过机械臂固定在外转子电机外壳上，所述机械臂与所述控制器连接，在控制器的控制下多角度自由转动，所述水轮机与机械臂的转动为外转子电机提供动力来源，驱动其将机械能转化为电能。

本实用新型进一步的设计方案中，上述风力发电机包括叶片和发电机，叶片在风力作用下驱动转子转动从而驱动发电机将动能转化为电能。

本实用新型进一步的设计方案中，还包括太阳能板，所述太阳能板铺设在所述浮筒上表面，将太阳的辐射能转化为电能，送往蓄电池中存储起来。

本实用新型进一步的设计方案中，上述检测装置上设有扇叶和激光多普勒测距仪，通过检测扇叶旋转的快慢来检测水流速度的大小并将水流信息传给所述控制器，所述激光多普勒测距仪将检测装置的位置信息传给所述控制器，控制器控制水轮机随两节伸缩轴移动到最大效率工作处。

本实用新型具有以下突出的有益效果：

本实用新型综合利用了风能、太阳能、波浪能、海流能等能源，本实用新型质量轻，体积较小，制造方便，结构简单，机械传动简单，发电效率高，抗风暴、抗沉没能力强，可在江河、湖泊、近海、远海广泛使用。

附图说明

图1为实施例中漂浮式综合能源发电装置的结构示意图；

图2为实施例中浮筒及波浪能发电机结构示意图；

图3为实施例中波浪能发电机发电原理示意图；

图4为实施例中两节伸缩轴及海流能发电机结构示意图；

图5为实施例中功能逻辑流程图；

图中，1-叶片，2-发电机，2.1-叶片转轴，3.1-中心浮筒，3.2-周边浮筒，4-立柱，5.1-空心圆柱体，5.2-中节伸缩轴，5.3-固定轴，6-波浪能发电机，6.1-浮子，6.3-中心管，7.1-水轮机，8-机械臂， 9-外转子电机，10-检测装置，11-太阳能板，12-横臂，13-环形臂。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实用新型中一种漂浮式综合能源发电装置，包括太阳能板11、中心浮筒3.1和一组周边浮筒3.2，每个周边浮筒3.2通过横臂12与中心浮筒3.1连接；中心浮筒3.1和周边浮筒3.2之间设有环形臂13，环形臂13上设有一组波浪能发电机；中心浮筒3.1上面设有风力发电机；中心浮筒3.1下面设有两节伸缩轴，两节伸缩轴包括空心圆柱体5.1、中节伸缩轴5.2和固定轴5.3，中节伸缩轴5.2底部安装有海流能发电机，固定轴5.3底部设有检测装置10；中心浮筒3.1内设有蓄电池、整流器、控制器和逆变器，设计方案中，风力发电机、波浪能发电机和海流能发电机通过整流器将产生的电能输入蓄电池中存储，本实施例中，风力发电机和波浪能发电机通过整流器将产生的电能输入蓄电池中存储，海流能发电机直接通过逆变器向外部负载供电，这样能够减少中心浮筒空间的占用。太阳能板11铺设在浮筒上表面，将太阳的辐射能转化为电能，送往蓄电池中存储起来。蓄电池通过逆变器向外部负载供电，检测装置10和两节伸缩轴与控制器连接，控制器通过两节伸缩轴对海流能发电机进行控制。两节伸缩轴可上下伸缩移动，防腐性能和灵活度较好，方便水轮机7.1移动到最佳工作点，进一步提高外转子电机9的运行效率。

波浪能发电机包括中心管6.3和浮子6.1，中心管6.3固定在环形臂13上，环形臂13与连接浮筒的横臂12相连，浮子6.1放置于中心管6.3内部随波浪起伏上下往复运动，产生感应电动势从而驱动发电。

每个周边浮筒3.2底部设有立柱4，立柱4可以增强装置在海面上的稳定性。

海流能发电机部分包括外转子电机9、水轮机7.1和机械臂8，水轮机7.1有3个，每个水轮机7.1通过机械臂8固定在外转子电机9外壳上，机械臂8与控制器连接，在控制器的控制下多角度自由转动，水轮机7.1与机械臂8的转动为外转子电机9提供动力来源，驱动其将机械能转化为电能。外转子电机9通过水轮机7.1带动其外壳的转动为其提供动力来源，产生感应电动势，这一部分将水轮机7.1产生的机械能更好地利用起来，提高了整体的发电效率，结构简单，技术上易于实现，灵活轻巧。三个水轮机7.1由ABS塑料和聚碳酸酯材质制成，重量较轻，体积较小，防水和防腐蚀性能好，在一些水速较小的地方也可起作用。

风力发电机包括叶片1和发电机2，叶片1在风力作用下驱动转子转动从而驱动发电机2将动能转化为电能。外壳采用玻璃纤维增强树脂，叶尖、叶片1主梁则采用强度更高的碳纤维，前缘、后缘以及剪切勒部位采用夹层结构复合材料，不仅具有较轻的重量，还具有较高的强度、抗腐蚀、耐疲劳性能。

检测装置10上设有扇叶和激光多普勒测距仪，通过检测扇叶旋转的快慢来检测水流速度的大小并将水流信息传给控制器，两节伸缩轴、固定轴5.3和电机轴都是中空的，激光通过中空的轴到达检测装置底部，底部有配合的全反射棱镜。中心浮筒底部有与控制器连接的激光多普勒测距仪。激光多普勒测距仪将光束通过伸缩轴打到检测装置上表面的棱镜上，控制器接收所反馈的位置信息并控制水轮机7.1随两节伸缩轴移动到最大效率工作处。控制器接收的位置信息包括扇叶的转速和检测装置的高度两个信息激光多普勒测量仪可实现非接触式测量，具有较好的线性度和较高的空间分辨力且响应速度较快。

本实用新型的漂浮式综合能源发电装置工作原理如下：

如图1所示，当叶片1受到一定风速作用的时候，叶片1会带动与转轴相连的转子转动，从而驱动发电机2将动能转化为电能。

如图2中，浮筒部分由一个中心浮筒3.1和八个通过横臂12与其相连的周边浮筒3.2组成，可以使整个装置漂浮于水面上，周边浮筒3.2下方设置有立柱4，立柱4可以增强装置在海面上的稳定性；周边浮筒3.2上表面设置有太阳能板11，太阳能板11将太阳辐射能转化为电能。相邻的周边浮筒3.2通过外环臂两两连接，组成外环圈，使得装置更为牢固。

如图3所示，波浪能发电机包括中心管6.3与浮子6.1，中心管6.3固定在环形臂13上，环形臂13与连接浮筒的横臂12相连，浮子6.1放置于中心管6.3内部随波浪起伏上下往复运动，产生感应电动势从而驱动发电。

如图4所示，海流能发电机固定在伸缩轴上，从而与中心浮筒3.1相连；

其中：两节伸缩轴包括固定在浮筒下部的空心圆柱体5.1、固定在空心圆柱体5.1下部的中节伸缩轴5.2和安装在中节伸缩轴5.2底部的固定轴5.3；海流能发电机、水轮机7.1、检测装置10和机械臂8，外转子电机9安装在中节伸缩轴5.2底部，三个机械臂8安装在外转子电机9外壳上，分别固定在三个机械臂8一端的水轮机7.1可随机械臂8多角度的自由转动，检测装置10安装在固定轴5.3底部，其上安装有扇叶，检测装置10随固定轴5.3最先上下移动，通过检测扇叶旋转的快慢，来检测水流速度的大小，同时反馈位置信息给控制器；位置信息采用激光多普勒测量仪测距，光束通过伸缩轴打到浮筒底部，控制器接收所反馈的位置信息并控制水轮机7.1随中节伸缩轴5.2移动到最大效率工作处；此外，可通过检测装置10所反馈的水流速度大小调整水轮机7.1、机械臂8的位置，从而最大化地利用海流能，同时水轮机7.1与机械臂8的转动为外转子电机9提供动力来源，驱动其将机械能转化为电能。线路7.2包括机械臂的控制线路和水轮机的输电线路，经过中空的伸缩轴，连接到控制器和整流器。

如图5所示，为本实用新型的功能逻辑流程图，风力发电机、波浪能发电机6所产生的电能经整流器转化为直流电送往蓄电池，太阳能板11所产生的电能也一并送往蓄电池中存储起来；海流能发电机的电能不经过蓄电池，直接逆变传输共给外部负载；蓄电池为装置内部控制器提供电源，同时将多余的电能送往装置外部逆变传输；检测装置10将信息反馈给装置内部控制器，控制器通过伸缩轴对海流能发电机进行控制；风力发电机、海浪能发电机6产生的电能及蓄电池传送的电能经装置外部逆变传输并入电网，为外部负载提供电能。

该发电装置不仅具有良好的微风启动性、而且还具有低损耗、质量轻、震动小、制造成本低、环保使用寿命长等优势。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，包括中心浮筒(3.1)和一组周边浮筒(3.2)，每个周边浮筒(3.2)通过横臂(12)与所述中心浮筒(3.1)连接；所述中心浮筒(3.1)和周边浮筒(3.2)之间设有环形臂(13)，所述环形臂(13)上设有一组波浪能发电机；所述中心浮筒(3.1)上面设有风力发电机；中心浮筒(3.1)下面设有两节伸缩轴，所述两节伸缩轴包括空心圆柱体(5.1)和中节伸缩轴(5.2)，所述中节伸缩轴(5.2)底部安装有海流能发电机，所述海流能发电机机壳底部设有固定轴(5.3)，所述固定轴(5.3)底部设有检测装置(10)；所述中心浮筒(3.1)内设有蓄电池、整流器、控制器和逆变器，所述风力发电机和波浪能发电机通过整流器将产生的电能输入蓄电池中存储所述蓄电池通过逆变器向外部负载供电，所述检测装置(10)和两节伸缩轴与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，波浪能发电机包括中心管(6.3)和浮子(6.1)，中心管(6.3)固定在环形臂(13)上，浮子(6.1)放置于中心管(6.3)内部随波浪起伏上下往复运动，产生感应电动势从而驱动发电。

3.根据权利要求1所述的漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，每个周边浮筒(3.2)底部设有立柱(4)，立柱(4)可以增强装置在海面上的稳定性。

4.根据权利要求1所述的漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，所述海流能发电装置部分包括外转子电机(9)、水轮机(7.1)和机械臂(8)，水轮机(7.1)通过机械臂(8)固定在外转子电机(9)外壳上，所述机械臂(8)与所述控制器连接，在控制器的控制下多角度自由转动，所述水轮机(7.1)与机械臂(8)的转动为外转子电机(9)提供动力来源，驱动其将机械能转化为电能。

5.根据权利要求1所述的漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，所述风力发电机包括叶片(1)和发电机(2)，叶片(1)在风力作用下驱动转子转动从而驱动发电机(2)将动能转化为电能。

6.根据权利要求1所述的漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，还包括太阳能板(11)，所述太阳能板(11)铺设在所述浮筒上表面，将太阳的辐射能转化为电能，送往蓄电池中存储起来。

7.根据权利要求1所述的漂浮式综合能源发电装置，其特征在于，所述检测装置(10)上设有扇叶和激光多普勒测距仪，通过检测扇叶旋转的快慢来检测水流速度的大小并将水流信息传给所述控制器，所述激光多普勒测距仪将检测装置的位置信息传给所述控制器，控制器控制水轮机(7.1)随两节伸缩轴移动到最大效率工作处。

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