CN217206714U - 一种海上多能源互补发电集成系统 - Google Patents

Abstract

一种海上多能源互补发电集成系统，属于海洋可再生能源利用领域，为了解决海上风能、波浪能、太阳能互补集成的问题，包括浮式平台、太阳能发电装置、风力发电装置和振荡浮子式的波浪能发电装置，所述太阳能发电装置安装在所述支撑台的上表面；所述振荡浮子式的波浪能发电装置与所述第二连接件的另一端铰接，使所述振荡浮子式的波浪能发电装置位于两个相邻两个边柱之间。

Description

一种海上多能源互补发电集成系统

技术领域

本实用新型属于海洋可再生能源利用领域，涉及一种以半潜式结构平台为基础的风能、波浪能与太阳能为一体的多能源互补集成系统。

背景技术

海上蕴含着丰富的可再生能源。包括风能、波浪能、太阳能等。风电通常靠近能源消耗中心且风资源情况优于陆上。风电波浪能作为一种可再生能源，具有能量密度最高、对环境的影响较小、时间利用效率超过90％等优点，目前海上能源利用处于快速发展阶段。

考虑到海风、海浪以及海上太阳照射强的天然相关性，风能丰富的海域波浪能资源也较为丰富。并且提高整体能量利用率。如果将海上风能，波浪能发电装置与太阳能发电装置进行科学集成，使三者共享支撑平台结构和配套电力传输系统，不仅可以提高海洋可再生能源的利用效率，而且可以有效地降低单位发电成本，顺应构建清洁、安全、可靠、可再生能源系统的重大战略需求。

实用新型内容

为了解决海上风能、波浪能、太阳能互补集成的问题，形成结构紧凑且适应各能源收集的整体集成系统，本实用新型提出如下技术方案：

一种海上多能源互补发电集成系统，包括

浮式平台：所述浮式平台包括

三个浮箱：所述三个浮箱在一端部汇集连接形成三个浮箱的中央支撑区域；

支撑台：所述支撑台位于所述浮箱的上方；

边柱，所述边柱固定在浮箱上，边柱的上端连接在所述支撑台上，边柱的下端连接在所述浮箱上；

第一连接件：所述第一连接件安装在至少两个相邻两个边柱之间的所述支撑台的侧面上；

第二连接件：所述第二连接件的一端与第一连接件铰接；

太阳能发电装置：所述太阳能发电装置安装在所述支撑台的上表面；

风力发电装置：所述风力发电装置包括

风机：具有转子；

塔筒：支撑风机，所述塔筒贯通所述支撑台并安装在所述中央支撑区域以固定所述塔筒；

振荡浮子式的波浪能发电装置：所述振荡浮子式的波浪能发电装置与所述第二连接件的另一端铰接，使所述振荡浮子式的波浪能发电装置位于两个相邻两个边柱之间。

进一步的，所述的三个浮箱在平面内相互呈120度角度分布，所述支撑台为对应三个浮箱安装位置形成的正三角形平台，所述塔筒贯通所述支撑台的中心区域而与所述三个浮箱的中央支撑区域固定。

进一步的，所述第一连接件，包括杆件本体，所述杆件本体由后端向前端逐渐由粗向细过渡，所述杆件本体具有第一槽，所述第一槽为由杆件本体开出的由后端向前端逐渐由高向低过渡的倾斜槽，杆件本体的后端包括连接段及通孔，所述连接段与所述支撑台固定的端部固定，所述通孔与所述第一槽连通。

进一步的，所述第二连接件为杆件。

进一步的，所述第一连接件安装在两个相邻两个边柱之间的所述支撑台的侧面上，两个振荡浮子式的波浪能发电装置各安装在一个相邻两个边柱之间的所述支撑台的侧面。

进一步的，在浮式平台的所述的边柱上安装与海床连接的锚链。

进一步的，所述振荡浮子式的波浪能发电装置，包括

筒仓；

浮子：所述浮子具有与其固定的活塞；

液压缸：所述液压缸由筒仓的仓底部在竖向支撑，所述液压缸在竖向安装在浮子柱的柱体内部，浮子的所述活塞与所述液压缸竖向可相对运动配合；

浮子柱：所述浮子柱的上部连接在所述浮子的壳体上，浮子柱随浮子竖向运动而运动，且浮子柱为空心柱体并套装在所述液压缸的外部，浮子的上下漂浮导致浮子的活塞在液压缸内竖向上下运动，从而引起液压缸内部气体压缩状态变化。

液压马达：所述液压缸内的液压油通过油管作用于所述液压马达。

进一步的，所述振荡浮子式的波浪能发电装置，还包括

轴承：所述轴承中心圆环固定在所述浮子柱的外周；

滚动密封，所述滚动密封固定在所述轴承的外周，滚动密封固定在所述筒仓上。

进一步的，所述的振荡浮子式的波浪能发电装置浸入于水中。

进一步的，所述液压马达是叶片式液压马达。

有益效果：本实用新型通过形成浮箱、支撑台和边柱的结构和相对位置关系，将风力发电装、振荡浮子式的波浪能发电装置紧凑安装在浮式平台上，并且在空间上，从空中的风能收集、海面上的太阳能采集和海水下的波浪能采集，形成了空间有效排列，适应能源收集。

附图说明

图1是海上多能源互补发电集成系统的结构示意图。

图2是浮式平台和太阳能发电装置结构示意图。

图3是浮式平台的局部放大图。

图4是波浪能发电装置的浮子上浮的结构示意图。

图5是波浪能发电装置的浮子压缩的结构示意图。

图中：1风机；2转子；3塔筒；4浮式平台；5支架；6第一连接杆；7波浪能发电装置；8太阳能发电装置；9导缆孔；10锚链；11浮子；12滚动密封；13筒仓；14浮子柱；15轴承；16液压缸；17液压马达；18气罐，19浮箱；20边柱。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图和技术方案，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：为了更广泛的利用风能、波浪能与太阳能，本实施例提出一种海上多能源互补发电集成系统，如图1所示，包括风力发电装置、太阳能发电装置8、波浪能装置和浮式平台4。风力发电装置的风机1与塔筒3连接，塔筒3底部为浮式平台4基础，在本实施例中，将其称为浮式平台4，浮式平台4的支撑台的侧表面安装波浪能发电装置7，其形式为振荡浮子11式，并在平台支撑台上表面安装太阳能发电板。平台通过系泊系统与海床连接，系泊系统包括在浮式平台4的所述的边柱20上安装的与海床连接的锚链10。该集成系统结构简单、施工方便，能够更快地应用。而且适用的水深范围较广，能够用于100米以上的广大深水区域。

在一种实施例中，风力发电装置的风机1的中心安装转子2，转子2旋转发电并将电力通过电缆向外输送。

在一种实施例中，所述的所述浮式平台4包括三个浮箱19、支撑台、边柱20、第一连接件6和第二连接件，所述三个浮箱19在一端部汇集连接形成三个浮箱19的中央支撑区域，形成稳定支撑风电系统的支撑位置。所述支撑台位于所述浮箱19的上方，方案中通过在浮箱19上形成支撑台用于在水面以上形成太阳能发电装置8的合适安装位置。所述边柱20固定在浮箱19上，边柱20的上端连接在所述支撑台上，边柱20的下端连接在所述浮箱19上，所述第一连接件6安装在相邻两个边柱20之间的所述支撑台的侧面上，所述第二连接件的一端与第一连接件6铰接。通过第一连接件6、第二连接件将振荡浮子11式的波浪能发电装置7能安装在水面或水面以下，具体安装以所选用的波浪能发电装置7的结构适应性为准。实施例考虑到波浪能发电装置7的浮动运动要求，通过铰接在连接件上实现了竖向的连接自由度，特别是所述第一连接件6安装在相邻两个边柱20之间的所述支撑台的侧面上，使得三个波浪能发电装置7能够位于形成三角形分布的三个边柱20的各相邻两个边柱20之间，空间结构紧凑并且还形成了空间上的分散，拓展了波浪能的收集范围。在一种优选方案中，所述第一连接件6安装在两个相邻两个边柱20之间的所述支撑台的侧面上，两个振荡浮子11式的波浪能发电装置7各安装在一个相邻两个边柱20之间的所述支撑台的侧面，即存在一个相邻两个边柱20之间的所述支撑台的侧面未安装第一连接件6、第二连接件和波浪能发电装置7，目的为了从工程实际出发，需要运维船靠近风机1运维人员能够登陆，便于运输，也在一定程度使得集成系统能够尽可能吸收来自各方向上的波浪。

在一种优选方案中，所述第一连接件6，包括杆件本体，所述杆件本体由后端向前端逐渐由粗向细过渡，所述杆件本体具有第一槽，所述第一槽为由杆件本体开出的由后端向前端逐渐由高向低过渡的倾斜槽，杆件本体的后端包括连接段及通孔，所述连接段与所述支撑台固定的端部固定，所述通孔与所述第一槽连通。在一种优选方案中，所述第二连接件为杆件。第一连接件6的前端部与杆件的一端连接，杆件的另一端与波浪能发电装置7连接。由该方案，第一连接件6后端部更粗壮，其与支撑台的侧面连接，并且后端部具有通孔，通过与所述第一槽连通，从而从第一槽进入的海水可以由通孔排放，在一定程度上辅助降低海浪对结构产生特别强烈的拍压。

在一种实施例中，所述实施例中的振荡浮子11式的波浪能发电装置7，可以使用现有技术中公开的可适用的装置，如CN215762036U、CN113586342A等公开的波浪能发电装置7。在一种优选的方案中，所述振荡浮子11式的波浪能发电装置7，包括筒仓13、浮子11、液压缸16、浮子柱14和液压马达17，所述浮子11具有与其固定的活塞。所述液压缸16由筒仓13的仓底部在竖向支撑，所述液压缸16在竖向安装在浮子柱14的柱体内部，浮子11的所述活塞与所述液压缸16竖向可相对运动配合。所述浮子柱14的上部连接在所述浮子11的壳体上，浮子柱14随浮子11竖向运动而运动，且浮子柱14为空心柱体并套装在所述液压缸16的外部，浮子11的上下漂浮导致浮子11的活塞在液压缸16内竖向上下运动，从而引起液压缸16内部气体压缩状态变化。所述液压马达17与所述液压缸16连接，即叶片式液压马达17内部叶片与液压油之间存在两个面积不同的接触面，由于叶片间液压油压强相同但是叶片受力面积不同，利用压力差实现了马达叶片的转动，从而带动转子2的旋转。叶片旋转之后，液压油被送至回油腔由油管输出液压马达17。

所述振荡浮子11式的波浪能发电装置7，还包括轴承15和滚动密封12，所述轴承15中心圆环固定在所述浮子柱14的外周。滚动密封12，所述滚动密封12固定在所述轴承15的外周，滚动密封12固定在所述筒仓13上。在这种方案中，所述的振荡浮子11式的波浪能发电装置7浸入于水中。在所述方案中采用滚动卷封与轴承15，缓解海浪冲击，通过滚动卷封可转动实现，轴承15可以支撑机械旋转体，减少转动时摩擦系数，也能减少冲击力，比直接固定不动的抗极端情况更好。

液压缸16内的液压油通过油管实现液压缸16与液压马达17的传动。当液压缸16下压时，液压油因压力增大由压油腔被压至液压马达17内部。

该装置主要由上部浮子11、下部筒仓13和中部滚动密封12卷封三部分组成。当浮子11上方海浪为波峰，浮子11上方水压力大于浮子11内部空气压强，迫使浮子11向下压缩内部空气，同时增大内部空气压强。当上方海浪为波谷时，浮子11上方水压力小于内部空气压强，从而浮子11内部空气起到类似弹簧的作用，使浮子11向上升起。浮子11的运动被一组轴承15限制在一个自由度上，浮子11的上下直线运动带动液压缸16上下往复运动，液压缸16连接到液压马达17，实现了上下运动到转动的运动形式转变，然后使用传统发电机将动能转化为电能。设备的性能可以通过调节内部空气量来调整。

实施例2：一种海上多能源互补发电集成系统，包括风机1、转子2、塔筒3、太阳能发电装置8、支撑台、第一连接件6(连接杆)、浮式平台4浮式平台4、波浪能发电装置7、导缆孔9和锚链10。

支撑台的结构形状与三角形相似，在支撑台上表面铺设太阳能发电装置8，在支撑台的两条边上分别通过两个连接杆第一连接件6和第二连接件与波浪能发电装置7连接。浮式平台4由三个边柱20与一个中心柱焊接在"人字型"浮箱19，三个边柱20上有导缆孔9，锚链10通过导缆孔9与海床连接,整个平台结构采用非偏心结构，有利于系统的稳定。

在一种方案中，波浪能发电装置7通过第一连接件6和第二连接件与支撑台相连，波浪能发电装置7形式为振荡浮子11式，当波峰位于浮子11正上方，浮子11受液压增大下沉，后浮起，如此循环，液压马达17将这种往复直线运动转化为旋转运动，带动发电机产生电力，实现波浪能转换为机械能，进而转换为电能。

在一种方案中，太阳能发电装置8由太阳能平台与太阳能发电板组成，太阳能平台铺设于支撑台上表面，在一种优选方案中，可以使用可追踪太阳位置并实时变化太阳能发电板倾斜角的太阳能发电装置8，从而提高太阳能利用率。太能阳发电装置，能有效利用浮式平台4上表面面积，实现能量有效利用。

在一种方案中，风机1通过塔筒3坐落在中心柱上，与中心柱焊接连接。塔筒3的中心与三根边柱20前段交点中心处重合。

上述实施例中的方案采用浮式平台4，使整体系统具有高稳定性。充分利用了三种可再生能源，共享同一个电力传输装置，从而提高能源利用率并降低建造成本。

实施例3：一种海上多能源互补发电集成系统，如图1-2所示，包括风机1、转子2、塔筒3、浮式平台4、支撑台5、第一连接件6、第二连接件、波浪能发电装置7、太阳能发电装置8、导缆孔9和锚链10。

风机1通过塔筒3安装固定在浮式平台4上部支撑件的中心处，浮式平台4的三个浮箱各有三个端点，每个端点上都设有三个导缆孔9用于锚链10相连接。浮式平台4上安装三角形的支撑台，在支撑台5上边铺设太阳能发电装置8，在三角形支撑台5的两条边上分别通过第一连接件6和第二连接件与波浪能发电装置7连接，一个平台共两个波浪能发电装置。

所述浮式平台4为底面人字型结构平台，主立柱与边立柱能保证在尽可能减少平台所需材料的基础上维持系统平衡，另外主立柱与塔筒3浇筑焊接在一起。

支撑台5为三角形结构，通过浮式平台4的三个边立柱支撑固定。保证整体风机平台结构始终处于一个不偏心的状态，无需采用较大的压载水来平衡结构自身产生的倾覆力矩，有利于结构的稳定，如图2所示。

所述风力发电机1中心处设有转子2，转子2旋转发电并将电力通过电缆向外输送。

在三角形支撑台5侧边布置有延伸结构，延伸结构是连接振荡浮子式的波浪能发电装置和支撑的结构，主要由第一连接杆和第二连接杆构成，作为优选方案，其具体结构如实施例1所描述。延伸结构的使用是为了更好地安装波浪能发电装置7，在两个侧边都安装延伸结构，另一个侧边未安装延伸结构目的为了从工程实际出发，需要运维船靠近风机运维人员能够登陆，便于运输，使得集成系统能够吸收来自各方向上的波浪。

风机1正对的位置与浮式平台4的一个顶点方向一致，在海面上进行此集成系统布置时，要确定布置地点处的主风向，将风机1正对的位置正对主风向。这可以使风力发电机获得更大，更稳定的风速，同时浮式平台4的顶点处于上风向上，有利于降低波浪荷载，减少平台的运动响应。波浪能装置的浮子会随着海平面的变化而做上下垂荡运动，浮子的垂荡运动通过液压装置转化为旋转运动，将波浪能量转化为电能。

太阳能发电装置8主要包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

由此，本实用新型基于深水区的多能源发电集成系统，结构简单、安装方便，成本较低。风力发电，太阳能发电与波浪能发电装置(7)共享支撑平台结构，三者共用电力传输系统，实现了多种清洁能源的高效利用，一定程度上降低了发电成本。波浪能装置波浪能捕获效率和转换效率高，建造成本低，能量易收集。支架连接两个波浪能装置并且铺设有大量太阳能发电板，保证发电量充足，运行稳定。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，包括

浮式平台(4)：所述浮式平台(4)包括

三个浮箱(19)：所述三个浮箱(19)在一端部汇集连接形成三个浮箱(19)的中央支撑区域；

支撑台：所述支撑台位于所述浮箱(19)的上方；

边柱(20)，所述边柱(20)固定在浮箱(19)上，边柱(20)的上端连接在所述支撑台上，边柱(20)的下端连接在所述浮箱(19)上；

第一连接件(6)：所述第一连接件(6)安装在至少两个相邻两个边柱(20)之间的所述支撑台的侧面上；

第二连接件：所述第二连接件的一端与第一连接件(6)铰接；

太阳能发电装置(8)：所述太阳能发电装置(8)安装在所述支撑台的上表面；

风力发电装置：所述风力发电装置包括

风机(1)：具有转子(2)；

塔筒(3)：支撑风机(1)，所述塔筒(3)贯通所述支撑台并安装在所述中央支撑区域以固定所述塔筒(3)；

振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)：所述振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)与所述第二连接件的另一端铰接，使所述振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)位于两个相邻两个边柱(20)之间。

2.如权利要求1所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述的三个浮箱(19)在平面内相互呈120度角度分布，所述支撑台为对应三个浮箱(19)安装位置形成的正三角形平台，所述塔筒(3)贯通所述支撑台的中心区域而与所述三个浮箱(19)的中央支撑区域固定。

3.如权利要求1所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述第一连接件(6)，包括

杆件本体，所述杆件本体由后端向前端逐渐由粗向细过渡，所述杆件本体具有第一槽，所述第一槽为由杆件本体开出的由后端向前端逐渐由高向低过渡的倾斜槽，杆件本体的后端包括连接段及通孔，所述连接段与所述支撑台固定的端部固定，所述通孔与所述第一槽连通。

4.如权利要求1所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述第二连接件为杆件。

5.如权利要求1所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述第一连接件(6)安装在两个相邻两个边柱(20)之间的所述支撑台的侧面上，两个振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)各安装在一个相邻两个边柱(20)之间的所述支撑台的侧面。

6.如权利要求1所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

在浮式平台(4)的所述的边柱(20)上安装与海床连接的锚链(10)。

7.如权利要求1所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)，包括

筒仓(13)；

浮子(11)：所述浮子(11)具有与其固定的活塞；

液压缸(16)：所述液压缸(16)由筒仓(13)的仓底部在竖向支撑，所述液压缸(16)在竖向安装在浮子柱(14)的柱体内部，浮子(11)的所述活塞与所述液压缸(16)竖向可相对运动配合；

浮子柱(14)：所述浮子柱(14)的上部连接在所述浮子(11)的壳体上，浮子柱(14)随浮子(11)竖向运动而运动，且浮子柱(14)为空心柱体并套装在所述液压缸(16)的外部，浮子(11)的上下漂浮导致浮子(11)的活塞在液压缸(16)内竖向上下运动，从而引起液压缸(16)内部气体压缩状态变化，

液压马达(17)：所述液压缸(16)内的液压油通过油管作用于所述液压马达(17)。

8.如权利要求7所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)，还包括

轴承(15)：所述轴承(15)中心圆环固定在所述浮子柱(14)的外周；

滚动密封(12)，所述滚动密封(12)固定在所述轴承(15)的外周，滚动密封(12)固定在所述筒仓(13)上。

9.如权利要求7或8所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，

所述的振荡浮子(11)式的波浪能发电装置(7)浸入于水中。

10.如权利要求7所述的海上多能源互补发电集成系统，其特征在于，所述液压马达(17)是叶片式液压马达(17)。

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