CN213574459U - 一种海上风电和波浪能联合发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种海上风电和波浪能联合发电系统，属于海上风电和海洋波浪能发电技术领域。海上发电风机的塔筒与海上浮式平台连接，海上浮式平台通过系泊系统固定；海上浮式平台包括若干浮子，浮子的上部与下部通过镂空结构连接；浮子的上部中空，内部设有波浪能发电系统。充分利用了区域内的风能和波浪能进行发电，适用范围广，结构稳定。波浪能发电系统通过设置单独的气体进出口通道，采用单向阀保证同一时间内每个通道的独立工作，充分利用了进出气流，将气流的往复运动转化为涡轮的单向转动，设备结构简单，成本低。

Description

一种海上风电和波浪能联合发电系统

技术领域

本实用新型属于海上风电和海洋波浪能发电技术领域，具体涉及一种海上风电和波浪能联合发电系统。

背景技术

目前，我国的海上风电正在快速发展。海上风电场选址要求一定的风速和较强的风力，又因为波浪能的产生本身来自于风力，所以海上风电场同时也是波浪能资源富集的场所。把海上风电的开发同波浪能资源的利用结合在一起，可以有效地扩充海上电厂的发电能力，提高海上电厂的整体经济性。

海上风电和波浪能发电共有的特点就是风能和波浪能在离岸较远，水深较深处更加集中。但深度过大不利于固定基础风电平台的施工，因此，人们提出了浮式基础的海上风电装置，但是，浮式基础平台容易受海浪影响，稳定性较差。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种海上风电和波浪能联合发电系统，能够综合利用区域内的风能和波浪能进行发电，适用范围广，结构稳定。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种海上风电和波浪能联合发电系统，包括海上发电风机和海上浮式平台，海上发电风机的塔筒与海上浮式平台连接，海上浮式平台通过系泊系统固定；海上浮式平台包括若干浮子，浮子的上部与下部通过镂空结构连接；浮子的上部中空，内部设有波浪能发电系统；

波浪能发电系统包括空腔、进气管Ⅰ段、出气管Ⅰ段、涡轮、发电机、涡轮室、进气管Ⅱ段和出气管Ⅱ段；空腔下端开口，与浮子的镂空结构连通；空腔上端设有进出气口，进出气口与进气管Ⅰ段和出气管Ⅰ段连接，进气管Ⅰ段和出气管Ⅰ段与涡轮室的一侧连接，涡轮室的另一侧与进气管Ⅱ段和出气管Ⅱ段连接；进气管Ⅰ段内设有进气单向阀，出气管Ⅱ段内设有出气单向阀，进气管Ⅱ段和出气管Ⅱ段与外部连通；涡轮设在涡轮室内，涡轮与发电机连接，涡轮在往复气流的作用下进行单向转动。

优选地，涡轮室的内壁为连续曲面。

优选地，空腔由中部至进出气口体积渐缩。

进一步优选地，进出气口设在空腔顶部的中心处。

优选地，进气管Ⅱ段由内向外管径渐扩，出气管Ⅱ段由内向外管径渐缩。

优选地，进出气口与进气管Ⅰ段和出气管Ⅰ段采用弯管连接。

优选地，海上浮式平台还包括中央承台和支架，若干浮子围绕中央承台设置，浮子通过支架与中央承台连接，海上发电风机的塔筒与中央承台连接。

进一步优选地，浮子的数量为3，分布在等边三角形的3个顶点上，支架包括若干根水平支管和若干根斜拉管。

优选地，浮子为圆柱体。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的一种海上风电和波浪能联合发电系统，将海上风电同波浪能发电装置相结合，共用海上风电平台，提高了装置的整体发电功率，增加了发电量和有效工作小时数。海上风电同波浪能发电装置相结合，可以共用海上风电平台，建造成本小于两种发电装置单独建设所需，降低了建设成本，且便于工作人员进行日常的巡检和维护。与固定基础装置相比，适用范围更广，可以充分利用近远海的海洋风能和波浪能资源。与传统波浪能发电装置相比，振荡水柱式波浪能发电装置结构非常简单，主要设备放置于海面之上，对密封和防腐的要求较低，方便维护；波浪能发电装置虽然总功率较小，但可以满足装置自身的用电需求，降低了后期运维、用电成本。振荡水柱式波浪能发电装置在海浪的作用下做阻尼运动，可以吸收海浪对发电平台的冲击，在同等浪高下，比一般的漂浮式海上风电平台更稳定。

浮子上部中空，提供波浪能发电系统的布置空间，镂空结构提供波浪进出的通道，下部作为提供浮力的主体，结构稳定。波浪能发电系统设在浮子上部，密封性好，防腐成本低。波浪能发电系统通过设置单独的气体进出口通道，采用单向阀保证同一时间内每个通道的独立工作，充分利用了进出气流，将气流的往复运动转化为涡轮的单向转动，设备结构简单，成本低。

进一步地，涡轮室的内壁为连续曲面，能够保证气体的连续流动，提高工作效率。

进一步地，空腔由中部至进出气口体积渐缩，能够提高气体流速，进而提高发电效率。

更进一步地，进出气口设在空腔顶部的中心处，能够提高气体进出的效率。

进一步地，进气管Ⅱ段由内向外管径渐扩，出气管Ⅱ段由内向外管径渐缩，能够提高进气和排气的流速，提高系统的效率。

进一步地，进出气口与进气管Ⅰ段和出气管Ⅰ段采用弯管连接，保证气体的顺畅流动。

进一步地，海上浮式平台的中央承台通过支架与周围的浮子连接，中央承台用以连接海上发电风机的塔筒，施工简单，结构平衡稳定，重量较轻。

更进一步地，浮子呈等边三角形分布，结构稳定。

进一步地，浮子为圆柱体，结构稳定，在水中的稳定性好。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为海上浮式平台的俯视示意图；

图3为波浪能发电系统的结构示意图；

图4为本实用新型的工作原理示意图。

图中：1为海上发电风机，2为海上浮式平台，2-1为浮子，2-2为中央承台，2-3为支架，3为波浪能发电系统，3-1为空腔，3-2为进出气口，3-3为进气管Ⅰ段，3-4为出气管Ⅰ段，3-5为进气单向阀，3-6为出气单向阀，3-7为涡轮，3-8为发电机，3-9为涡轮室，3-10为进气管Ⅱ段，3-11为出气管Ⅱ段，4为系泊系统，5为控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：

如图1，为本实用新型的海上风电和波浪能联合发电系统，包括海上发电风机1和海上浮式平台2，海上发电风机1的塔筒与海上浮式平台2连接，海上浮式平台2通过系泊系统4固定；海上浮式平台2包括若干浮子2-1，浮子2-1的上部与下部通过镂空结构连接；浮子2-1的上部中空，内部设有波浪能发电系统3。

波浪能发电系统3包括空腔3-1、进气管Ⅰ段3-3、出气管Ⅰ段3-4、涡轮3-7、发电机3-8、涡轮室3-9、进气管Ⅱ段3-10和出气管Ⅱ段3-11；空腔3-1下端开口，与浮子2-1的镂空结构连通；空腔3-1上端设有进出气口3-2，进出气口3-2与进气管Ⅰ段3-3和出气管Ⅰ段3-4连接，进气管Ⅰ段3-3和出气管Ⅰ段3-4与涡轮室3-9的一侧连接，涡轮室3-9的另一侧与进气管Ⅱ段3-10和出气管Ⅱ段3-11连接；进气管Ⅰ段3-3内设有进气单向阀3-5，出气管Ⅱ段3-11内设有出气单向阀3-6，进气管Ⅱ段3-10和出气管Ⅱ段3-11与外部连通；涡轮3-7设在涡轮室3-9内，涡轮室3-9的内壁优选采用连续曲面，涡轮3-7与发电机3-8连接，涡轮3-7在往复气流的作用下进行单向转动。

在本实用新型的一个较优的实施例中，空腔3-1由中部至进出气口3-2体积渐缩，呈倒漏斗形，进出气口3-2设在空腔3-1顶部的中心处，即漏斗的咀部。

在本实用新型的一个较优的实施例中，进气管Ⅱ段3-10由内向外管径渐扩，出气管Ⅱ段3-11由内向外管径渐缩。进出气口3-2与进气管Ⅰ段3-3和出气管Ⅰ段3-4采用弯管连接。

如图2，在本实用新型的一个较优的实施例中，海上浮式平台2还包括中央承台2-2和支架2-3，若干圆柱体的浮子2-1围绕中央承台2-2设置，浮子2-1通过支架2-3与中央承台2-2连接，海上发电风机1的塔筒与中央承台2-2连接。浮子2-1的数量为3，分布在等边三角形的3个顶点上，支架2-3包括若干根水平支管和若干根斜拉管。支架2-3内用于铺设管路电线。

如图3，在本实用新型的一个实施例中，出气管Ⅰ段3-4和出气管Ⅱ段3-11设置在进气管Ⅰ段3-3和进气管Ⅱ段3-10的上方。也可以将进气管Ⅰ段3-3和进气管Ⅱ段3-10设置在出气管Ⅰ段3-4和出气管Ⅱ段3-11的上方；同样也可以将出气管Ⅰ段3-4和出气管Ⅱ段3-11、进气管Ⅰ段3-3和进气管Ⅱ段3-10水平平行设置。

上述海上风电和波浪能联合发电系统的工作方法，包括：

海上浮式平台2通过系泊系统4固定在海面上，海上发电风机1利用海上风能进行发电；

如图4，浮子2-1中的波浪能发电系统3利用波浪能进行发电：波浪激发空腔3-1内的水面上下振荡，当水面向上运动时，空腔3-1内的气体受到水面挤压，由进出气口3-2进入出气管Ⅰ段3-4后进入涡轮室3-9带动涡轮3-7转动，涡轮3-7带动发电机3-8转动发电，然后气体经出气单向阀3-6后由出气管Ⅱ段3-11排出；当水面向下运动时，空腔3-1内的气压降低，外部气体在大气压的作用下，由进气管Ⅱ段3-10进入涡轮室3-9带动涡轮3-7转动进而带动发电机3-8转动发电，然后气体经进气单向阀3-5进入进气管Ⅰ段3-3，由进出气口3-2进入空腔3-1；涡轮3-7在往复气流的作用下进行单向转动，波浪能发电系统3和海上发电风机1进行联合发电。

海上发电风机1和波浪能发电系统3发出的电经设在中央承台2-2内部的控制系统5调节后通过输送至电网，也可存储在储能系统中。控制系统5可利用海上风电系统中成熟的调节、输电系统，对装置所发出的电力进行逆变调整，转为直流电后输送，无需增设大量设备，易于施工。同时，当暂时不需要波浪能发电系统3进行发电时，控制系统5可以控制涡轮3-7和发电机3-8处断开，需要波浪能部分工作时再控制两者连接。

以上所述，仅为本实用新型实施方式中的部分，本实用新型中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的内容，以便于更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。

Claims (9)

1.一种海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，包括海上发电风机(1)和海上浮式平台(2)，海上发电风机(1)的塔筒与海上浮式平台(2)连接，海上浮式平台(2)通过系泊系统(4)固定；海上浮式平台(2)包括若干浮子(2-1)，浮子(2-1)的上部与下部通过镂空结构连接；浮子(2-1)的上部中空，内部设有波浪能发电系统(3)；

波浪能发电系统(3)包括空腔(3-1)、进气管Ⅰ段(3-3)、出气管Ⅰ段(3-4)、涡轮(3-7)、发电机(3-8)、涡轮室(3-9)、进气管Ⅱ段(3-10)和出气管Ⅱ段(3-11)；空腔(3-1)下端开口，与浮子(2-1)的镂空结构连通；空腔(3-1)上端设有进出气口(3-2)，进出气口(3-2)与进气管Ⅰ段(3-3)和出气管Ⅰ段(3-4)连接，进气管Ⅰ段(3-3)和出气管Ⅰ段(3-4)与涡轮室(3-9)的一侧连接，涡轮室(3-9)的另一侧与进气管Ⅱ段(3-10)和出气管Ⅱ段(3-11)连接；进气管Ⅰ段(3-3)内设有进气单向阀(3-5)，出气管Ⅱ段(3-11)内设有出气单向阀(3-6)，进气管Ⅱ段(3-10)和出气管Ⅱ段(3-11)与外部连通；涡轮(3-7)设在涡轮室(3-9)内，涡轮(3-7)与发电机(3-8)连接，涡轮(3-7)在往复气流的作用下进行单向转动。

2.根据权利要求1所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，涡轮室(3-9)的内壁为连续曲面。

3.根据权利要求1所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，空腔(3-1)由中部至进出气口(3-2)体积渐缩。

4.根据权利要求3所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，进出气口(3-2)设在空腔(3-1)顶部的中心处。

5.根据权利要求1所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，进气管Ⅱ段(3-10)由内向外管径渐扩，出气管Ⅱ段(3-11)由内向外管径渐缩。

6.根据权利要求1所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，进出气口(3-2)与进气管Ⅰ段(3-3)和出气管Ⅰ段(3-4)采用弯管连接。

7.根据权利要求1所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，海上浮式平台(2)还包括中央承台(2-2)和支架(2-3)，若干浮子(2-1)围绕中央承台(2-2)设置，浮子(2-1)通过支架(2-3)与中央承台(2-2)连接，海上发电风机(1)的塔筒与中央承台(2-2)连接。

8.根据权利要求7所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，浮子(2-1)的数量为3，分布在等边三角形的3个顶点上，支架(2-3)包括若干根水平支管和若干根斜拉管。

9.根据权利要求1所述的海上风电和波浪能联合发电系统，其特征在于，浮子(2-1)为圆柱体。

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