CN219857545U - 一种基于水面载具的浮力储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于水面载具的浮力储能系统，其包括水面载具、第一转动支撑机构、第二转动支撑机构、环形缆绳、电动机构和浮力球。浮力储能系统工作时，先将水面载具牵引至目标水域，向水面载具内注水使其下沉一定高度，第二转动支撑机构固定于海基上，环形缆绳的两端分别绕设在第一转动支撑机构和第二转动支撑机构上，再排空水面载具内的储水，水面载具上浮以拉紧环形缆绳。初始状态，浮力球靠近水面载具底部，向浮力球内部注水后浮力球自动下潜，或电动机构运行通过环形缆绳带动浮力球下潜，释能时，排空浮力球内部的储水，浮力球上升带动第一转动支撑机构转动，进而带动电动机构的驱动端转动进行发电。

Description

一种基于水面载具的浮力储能系统

技术领域

本实用新型涉及浮力储能技术领域，具体涉及一种基于水面载具的浮力储能系统。

背景技术

现有的浮力储能系统一般在海洋岸基上固定绞盘、水底固定定滑轮，缆绳一端作为自由端绕设在定滑轮上并连接浮力球、缆绳另一端绕设在绞盘上，通过定滑轮约束缆绳运动，通过浮力球的下潜和上升(或排水与上升)进行储能和释能。该浮力储能系统的绞盘需固定在岸基上，在一些远离近海和岸基的工况下无法布置，影响浮力储能系统的应用范围。

而现有的退役移动式平台或船舶等水面载具在原功能属性达到服役寿命后，载具本体的漂浮功能却远未达到使用寿命，若直接拆解载具则浪费较大，若能将其应用于浮力储能系统将增加其服役期限、节能减排并提高浮力储能系统的应用范围。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的浮力储能系统需沿近海和岸基设置导致浮力储能系统应用受限的缺陷。

为此，本实用新型提供一种基于水面载具的浮力储能系统，包括水面载具，适于飘浮在海面上；

第一转动支撑机构，可转动地设于所述水面载具上；

第二转动支撑机构，适于可转动地固定于海基上；

环形缆绳，两端分别绕设于所述第一转动支撑机构和所述第二转动支撑机构上；

电动机构，驱动端连接所述第一转动支撑机构；

浮力球，固定连接于所述环形缆绳上；所述浮力球内适于注水以自动下潜，或者所述电动机构驱动所述环形缆绳运行以带动所述浮力球下潜。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述第一转动支撑机构设有多个，所述第二转动支撑机构、所述电动机构、所述环形缆绳均与所述第一转动支撑机构一一对应设置；所有所述环形缆绳固定连接所述浮力球。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述第一转动支撑机构与所述电动机构之间设有离合机构。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述浮力球设有一个，所述浮力球的形状、大小分别与所述水面载具的形状、大小相适应。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述浮力球材质为刚性材质，所述浮力球上设有注水口，所述浮力球上设有排水泵，所述浮力球的内腔通过通气管连通大气。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述水面载具具有连通大气的通气室，所述通气管为柔性软管，所述柔性软管的两端分别连通所述浮力球的内腔和所述通气室。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述浮力球内部包括多个独立的舱室，每个所述舱室上均设有所述注水口和所述排水泵。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述环形缆绳的竖向两边均穿过所述浮力球，所述浮力球上设有间隔件，所述间隔件包裹所述环形缆绳以将所述环形缆绳的竖向两边间隔开，所述环形缆绳竖向两边中的一边相对所述间隔件固定设置。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，所述第一转动支撑机构和第二转动支撑机构均为定滑轮。

可选地，上述的基于水面载具的浮力储能系统，还包括定位机构，所述定位机构一端连接所述水面载具、另一端适于固定于海基，以使所述水面载具保持在目标位置。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的基于水面载具的浮力储能系统，使用退役移动式平台或船舶的飘浮功能作为水面载具，以对退役移动式平台或船舶进行二次开发利用、节约能源，延长退役移动式平台或船舶的服役期限；浮力储能系统利用退役移动式平台或船舶的飘浮功能，使其在海面上方牵引拉紧环形缆绳，为浮力球的下潜和上浮提供运行通道，浮力储能系统可设置在远海区域，大大提高浮力储能系统的应用范围，浮力储能系统可与深远海风电场配合使用。

2.本实用新型提供的基于水面载具的浮力储能系统，其储能过程可通过电机带动浮子下沉或开启水泵两种方式进行，可以更加灵活的电能消纳方式，更容易与因能源的波动性相互匹配，达到更加灵活的新能源电力消纳和匹配水平。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于水面载具的浮力储能系统沿水面载具宽度方向的剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的基于水面载具的浮力储能系统沿水面载具长度方向的剖视图。

附图标记说明：

10、水面载具；101、取气口；20、第一转动支撑机构；30、第二转动支撑机构；40、环形缆绳；50、浮力球；501、注水口；60、排水泵；70、通气管；80、定位机构；90、抱索器；100、海面；110、海基。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实施例提供一种基于水面载具的浮力储能系统，如图1和图2所示，其包括水面载具10、第一转动支撑机构20、第二转动支撑机构30、环形缆绳40、电动机构和浮力球50。其中，水面载具10适于飘浮在海面100上；第一转动支撑机构20可转动地设于水面载具10上；第二转动支撑机构30适于可转动地固定于海基110上；环形缆绳40的两端分别绕设于第一转动支撑机构20和第二转动支撑机构30上；电动机构的驱动端连接第一转动支撑机构20；浮力球50固定连接于环形缆绳40上；浮力球50内适于注水以自动下潜，或者电动机构驱动环形缆绳40运行以带动浮力球50下潜。

此结构的基于水面载具的浮力储能系统工作时，先将水面载具10牵引至目标水域，向水面载具10内注水使其下沉一定高度，第二转动支撑机构30固定于海基110上，环形缆绳40的两端分别绕设在第一转动支撑机构20和第二转动支撑机构30上，再排空水面载具10内的储水，水面载具10上浮以拉紧环形缆绳40。初始状态，浮力球50靠近水面载具10底部，向浮力球50内部注水后浮力球50自动下潜，或电动机构运行通过环形缆绳40带动浮力球50下潜，释能时，排空浮力球50内部的储水，浮力球50上升带动第一转动支撑机构20转动，进而带动电动机构的驱动端转动进行发电。

本结构的浮力储能系统使用退役移动式平台或船舶的飘浮功能作为水面载具10，以对退役移动式平台或船舶进行二次开发利用、节约能源，延长退役移动式平台或船舶的服役期限；浮力储能系统利用退役移动式平台或船舶的飘浮功能，使其在海面100上方牵引拉紧环形缆绳40，为浮力球50的下潜和上浮提供运行通道，浮力储能系统可设置在远海区域，大大提高浮力储能系统的应用范围，浮力储能系统可与深远海风电场配合使用。

参见图2，第一转动支撑机构20设有多个，第二转动支撑机构30、电动机构、环形缆绳40均与第一转动支撑机构20一一对应设置；所有环形缆绳40固定连接浮力球50。每个环形缆绳40上可固定一个小浮力球50，或者所有环形缆绳40共同支撑一个体积较大的浮力球50，以提高浮力储能的发电量；储能系统通过多个环形缆绳40固定浮力球50时，可稳定支撑浮力球50，保证浮力球50平稳下潜或上浮，保证储能系统的稳定性。例如，参见图2，水面载具10上设有七组第一转动支撑机构20。

可选地，环形缆绳40为钢缆。

可选地，第一转动支撑机构20与电动机构之间设有离合机构，离合机构用于断开或保持第一转动支撑机构20与电动机构之间的连接。储能系统可根据发电量需求，控制不同数量的电动机构工作，即通过离合机构控制不同数量的电动机构与第一转动支撑机构20保持连接，以调整发电量。例如，离合机构为离合器。

优选地，浮力球50设有一个，浮力球50的形状、大小分别与水面载具10的形状、大小相适应。即当水面载具10的满载排水量较大时，水面载具10可支撑较大容积的浮力球50，采用较大容积的浮力球50，并保证浮力球50的内容积小于水面载具10的满载排水量，以充分利用载具，提高浮力储能系统的整体效能；浮力球50的形状与水面载具10相适应，即浮力球50的排布和延伸方向与水面载具10相同，以便在水面载具10下方设置较大容积的浮力球50，提高发电量，同时便于沿水面载具10的延伸方向布置环形缆绳40，以通过多个缆绳固定浮力球50。例如，参见图2，水面载具10整体呈船型，相应地，浮力球50呈长条状，浮力球50沿水面载具10的延伸方向延伸；当水面载具10的横截面呈圆形，浮力球50的横截面呈圆形，当水面载具10的横截面呈正方形时，相应地，浮力球50的横截面呈正方形。若设置多个浮力球50，每个环形缆绳40上固定一个浮力球50时，为防止浮力球50之间相互碰撞，相邻浮力球50之间会留有间隙，这将减小浮力球50的做功体积，本结构的浮力储能系统采用一个浮力球50，在保证浮力球50容积小于水面载具10满载排水量的前提下可将浮力球50的容积做到最大。

浮力球50材质为刚性材质，浮力球50上设有注水口501，浮力球50上设有排水泵60，浮力球50的内腔通过通气管70连通大气。浮力球50的内腔通过通气管70连通大气，浮力球50内部气压为大气压，水面载具10排水拉紧环形缆绳40后，浮力球50位于水面以下，浮力球50外部压力大于其内腔压力，打开注水口501，海水在压差作用下进入浮力球50，当浮力球50自重与注水量可使浮力球50克服浮力下潜时关闭注水口501，浮力球50无动力自动下潜，浮力球50下潜至目标位置或水底时，第一转动支撑机构20制动，打开排水泵60排出浮力球50内部的储水，完成储能过程，排水泵60的排水量即储能过程的储能量，储能功率即排水泵60的变频输入功率。释能时，开启第一转动支撑机构20，浮力球50上升以带动第一转动支撑机构20和电动机构转动进行发电。

浮力球50下潜过程非储能过程，浮力球50无动力下潜；排水泵60排水过程为储能过程，储能量和储能功率，可分别通过排水泵60的排水量和储能功率进行调节。浮力储能系统的储能过程与发电过程分离，可以同时储能和发电(即浮力球50同时进行排水和上浮)。可通过调节发电机的运行数量和频率、以及排水泵60的开启数量和变频对电力进行滤波，以控制上网的电量和品质。

浮力球50的内腔通过通气管70连通大气，以在注水过程中使浮力球50内腔与大气保持连通，便于海水注入；同时在排水泵60排水过程中，使浮力球50内腔保持大气压，便于排水。

例如，浮力球50材质为船用钢。在注水口501上设置电磁阀控制注水口501的通断。在第一转动支撑机构20的转动轴上设置刹车片对第一主动支撑机构进行制动。排水泵60的主体部分设于浮力球50内部，其出水口伸至浮力球50外部。

可选地，电动机构为发电机，第一转动支撑机构20的转动轴连接发电机的驱动轴，第一转动支撑机构20的转动轴与发电机的驱动轴之间设置离合器和变速传动机构。

参见图1，水面载具10具有连通大气的通气室，通气管70为柔性软管，柔性软管的两端分别连通浮力球50的内腔和通气室，以使浮力球50内腔保持大气压。柔性软管的伸缩深度可随水面载具10深度自动调整。例如，通气室设于水面载具10底部，通气室底部设有取气口101，柔性软管的上端连通取气口101。

优选地，浮力球50内部包括多个独立的舱室，每个舱室上均设有注水口501和排水泵60，以将浮力球50内腔间隔开，避免漏水时海水溢满整个浮力球50而拉沉水面载具10。例如，浮力球50内部通过多个隔板间隔开。储能系统可根据储能功率需求开启不同台数的排水泵60或调节水泵的变频范围。

参见图1，环形缆绳40的竖向两边均穿过浮力球50，浮力球50上设有间隔件，间隔件包裹环形缆绳40以将环形缆绳40的竖向两边间隔开，防止缆绳缠绕，环形缆绳40竖向两边中的一边相对间隔件固定设置。可选地，间隔件贯穿浮力球50的高度方向设置形成钢缆运行的通道，参见图1，浮力球50宽度方向的两侧各设置一组间隔件，间隔件内设置抱索器90，左右两组抱索器90中一组抱索器90长期锁死、另一组抱索器90常开，遇到紧急情况左右两组抱索器90均锁死。

可选地，参见图1和图2，第一转动支撑机构20和第二转动支撑机构30均为定滑轮。水面载具10内部设有第一基座，第一转动支撑机构20可转动地设置在基座上，海基110上通过锚杆固定第二基座，第二转动支撑机构30可转动地设置在第二基座上。

参见图1，浮力储能系统还包括定位机构80，定位机构80一端连接水面载具10、另一端适于固定于海基110，以使水面载具10保持在目标位置。例如，固定机构为锚泊定位系统。

作为实施例的可替换实施方式，浮力球50内腔还可为整体结构；浮力球50还可设置多个，浮力球50与环形缆绳40一一对应设置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，包括：

水面载具(10)，适于飘浮在海面(100)上；

第一转动支撑机构(20)，可转动地设于所述水面载具(10)上；

第二转动支撑机构(30)，适于可转动地固定于海基(110)上；

环形缆绳(40)，两端分别绕设于所述第一转动支撑机构(20)和所述第二转动支撑机构(30)上；

电动机构，驱动端连接所述第一转动支撑机构(20)；

浮力球(50)，固定连接于所述环形缆绳(40)上；所述浮力球(50)内适于注水以自动下潜，或者所述电动机构驱动所述环形缆绳(40)运行以带动所述浮力球(50)下潜。

2.根据权利要求1所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述第一转动支撑机构(20)设有多个，所述第二转动支撑机构(30)、所述电动机构、所述环形缆绳(40)均与所述第一转动支撑机构(20)一一对应设置；所有所述环形缆绳(40)固定连接所述浮力球(50)。

3.根据权利要求2所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述第一转动支撑机构(20)与所述电动机构之间设有离合机构。

4.根据权利要求2或3所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述浮力球(50)设有一个，所述浮力球(50)的形状、大小分别与所述水面载具(10)的形状、大小相适应。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述浮力球(50)材质为刚性材质，所述浮力球(50)上设有注水口(501)，所述浮力球(50)上设有排水泵(60)，所述浮力球(50)的内腔通过通气管(70)连通大气。

6.根据权利要求5所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述水面载具(10)具有连通大气的通气室，所述通气管(70)为柔性软管，所述柔性软管的两端分别连通所述浮力球(50)的内腔和所述通气室。

7.根据权利要求5所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述浮力球(50)内部包括多个独立的舱室，每个所述舱室上均设有所述注水口(501)和所述排水泵(60)。

8.根据权利要求5所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述环形缆绳(40)的竖向两边均穿过所述浮力球(50)，所述浮力球(50)上设有间隔件，所述间隔件包裹所述环形缆绳(40)以将所述环形缆绳(40)的竖向两边间隔开，所述环形缆绳(40)竖向两边中的一边相对所述间隔件固定设置。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，所述第一转动支撑机构(20)和第二转动支撑机构(30)均为定滑轮。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的基于水面载具的浮力储能系统，其特征在于，还包括定位机构(80)，所述定位机构(80)一端连接所述水面载具(10)、另一端适于固定于海基(110)，以使所述水面载具(10)保持在目标位置。