一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置及发电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置及发电方法，包括安装在海底的桩基，在桩基的顶部安装塔筒，在塔筒的顶部安装直驱式永磁发电机，在该直驱式永磁发电机的转轴上固定安装水平轴式风机叶片，风机叶片转动驱动直驱式永磁发电机发出的电通过输电电路并入电网，在桩基与海面相交的位置套设浮筒，在桩基上位于浮筒之上的位置安装液压装置，该液压装置中液压缸的活塞杆与浮筒固定连接，在漂浮在海面上的浮子侧面设置铰链，该液压装置中液压缸的活塞杆与上钢臂固定连接，在液压装置内设直驱式永磁发电机，其发出的电通过输电电路并入电网。本发明专利技术所公开的发电装置，将波浪能发电装置与风机相结合，同时利用浮筒将波浪能发电装置固定在桩基上，这样做不仅可以有效地降低成本，增加空间利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置及发电方法
本专利技术属于风能与波浪能综合利用发电领域，特别涉及该领域中的一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置及发电方法。
技术介绍
近年来，随着全球能源和环境问题的日益突出，各国都在不断加大对可再生能源的研究和推广。海洋中蕴藏着丰富的风能、波浪能、潮流能等多种清洁可再生资源，开发和利用海洋能势在必行。作为新能源领域中最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的风力发电，近年来获得了快速发展，尤其是风力发电技术正日益由陆地向海洋延伸，海上风力发电正成为新能源领域发展的重点。由于海上风电场具有低风切变，低湍流，高风速，高产出等优点，因此使得其与陆上风电场相比具有显著优势。近年来，海洋可再生能源作为一种绿色清洁可再生的能源形式正吸引着越来越多国家的注意，在各种形式的海洋能中，波浪能因其对环境影响小，发电品质较高等优点，在海洋能利用中所占比例较大。但波浪能与海上风力发电相比，发电成本较高，能量转化效率较低，限制了其大规模的商业应用推广。在现有的波浪能发电装置中，浮子与中间桩柱部分的套筒之间采用的是钢臂连接，钢臂属于刚性材料，不但会对中间桩柱部分产生较大的集中荷载，造成发电系统的整体稳定性降低，而且还不能有效地随波运动以释放更多的自由度，不能充分利用各个方向的波浪能，对波浪能的利用效率较低，同时中间的套筒不能够上下移动，不能很好地适应潮差变化，也会造成发电系统的整体稳定性降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置及发电方法。本专利技术采用如下技术方案：一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，包括安装在海底的桩基，在桩基的顶部安装塔筒，在塔筒的顶部安装直驱式永磁发电机，在该直驱式永磁发电机的转轴上固定安装水平轴式风机叶片，风机叶片转动驱动直驱式永磁发电机发出的电通过输电电路并入电网，其改进之处在于：在桩基与海面相交的位置套设浮筒，在桩基上位于浮筒之上的位置安装液压装置，该液压装置中液压缸的活塞杆与浮筒固定连接，在漂浮在海面上的浮子侧面设置铰链，两根下钢臂的一端共同与浮子侧面的铰链相铰接，另一端则分别与浮筒侧面下部的铰链相铰接，一根上钢臂的一端与浮子侧面的铰链相铰接，另一端则经过液压装置与浮筒侧面上部的铰链相铰接，该液压装置中液压缸的活塞杆与上钢臂固定连接，在液压装置内设直驱式永磁发电机，其发出的电通过输电电路并入电网。进一步的，所述风机叶片的数量有三片。进一步的，在桩基上位于浮筒之上的位置安装两个液压装置，两个液压装置对称分布在桩基的两侧，位于上钢臂与浮筒间铰链的正上方。进一步的，漂浮在海面上的浮子数量为两个，两个浮子对称分布在浮筒的两侧。进一步的，液压装置包括液压缸、蓄能器、液压泵站和直驱式永磁发电机，其中浮筒在浮子的带动下随海浪上下滑动和浮子随海浪摆动均可带动活塞杆运动，将液压缸内的液压油通过油路泵送到蓄能器中进行蓄能稳压，随后用液压油冲击液压泵站，即可由液压泵站驱动直驱式永磁发电机发电。进一步的，所述的输电电路包括与风机直驱式永磁发电机的输出端相连接的整流器，将独立式电池储能装置DC/DC变换器并联到整流器的电路两端；与液压装置内的直驱式永磁发电机输出端相连接的AC/DC整流器和DC/AC整流器，将独立式电池储能装置DC/DC变换器并联到整流器的电路两端；将风机与液压装置的母线连接到一起形成一根母线后，该母线经海底电缆连接到逆变器，最后通过升压控制器升压后并入电网。一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电方法，使用上述的发电装置，其改进之处在于：发电装置安装就位并启动后，水平轴式风机叶片迎风转动，从而驱动直驱式永磁发电机发电；漂浮在海面上的浮子随海浪上下起伏，可以通过上钢臂和下钢臂带动浮筒沿桩基上下滑动，从而带动与之相连接的活塞杆运动，漂浮在海面上的浮子随海浪摆动，可以通过上钢臂带动与之相连接的活塞杆运动，活塞杆运动可将液压缸内的液压油通过油路泵送到蓄能器中进行蓄能稳压，随后用液压油冲击液压泵站，即可由液压泵站驱动直驱式永磁发电机发电；风机直驱式永磁发电机和液压装置内设直驱式永磁发电机发出的电为不稳定的交流电，输电电路先将该不稳定的交流电转化成直流电，再将直流电转化成交流电后并入电网。进一步的，液压装置内的直驱式永磁发电机输出端连接AC/DC整流器和DC/AC整流器，将独立式电池储能装置DC/DC变换器并联到整流器的电路两端，液压装置内直驱式永磁发电机的输出功率由独立式电池储能装置DC/DC变换器达到平滑并保持相对不变。进一步的，液压装置内设直驱式永磁发电机发出的电还供给风机的蓄电池。进一步的，蓄电池储能控制器检测输电电路内的直流母线电压，维持直流母线电压恒定，从而平滑发电装置输出功率的短期波动。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的发电装置，将波浪能发电装置与风机相结合，同时利用浮筒将波浪能发电装置固定在桩基上，这样做不仅可以有效地降低成本，增加空间利用率；并且能够同时利用海上风能与波浪能，增加能量转换效率，实现较好的经济效益，通过以大带小，实现海上风能与波浪能的稳定输出，起到多能互补的作用。本专利技术所公开的发电装置，上钢臂经过液压装置与浮筒侧面上部的铰链相铰接，利用液压装置中液压缸的可移动性增加上钢臂的可动性和收缩性，不仅减小了浮子对桩基的集中荷载，增加了发电装置的稳定性，延长其使用寿命，同时利用液压装置中液压缸的收缩性来进行捕能，将浮子对桩基较大的集力转化为挤压液压缸的作用力，将机械能转化为电能，实现高效捕能。本专利技术所公开的发电装置，套设在桩基上的浮筒可沿桩基上下滑动，浮筒的可移动性使得发电装置能够更好的适应潮差变化，不但可以减小潮差对发电装置的破坏，还能使其根据潮差的变化捕获更多的能量。利用浮子带动浮筒上下滑动使得浮筒挤压液压缸进行上下方向的捕能，使得浮子不仅具有钢臂上的捕能，同时具有上下方向上的捕能，增加浮子获能的自由度；同时由于浮筒的可移动性使得浮子对桩基的集中作用力进一步减小，增加了发电装置的稳定性。本专利技术所公开的发电装置，钢臂与浮子之间是通过铰链连接在一起的，铰接具有良好的移动性，使浮子可更好的适应海浪的方向变化并能够随海浪朝各个方向自由摆动，这样不仅可以减小海浪通过钢臂对浮筒传递的荷载，减小对浮筒的集中力破坏；同时还能够充分利用各个方向的波浪能，将其转化成供发电装置使用的机械能，实现浮子的多自由度获能，提高浮子的捕能效率。本专利技术所公开的发电装置，两个液压装置对称分布在桩基的两侧，位于上钢臂与浮筒间铰链的正上方，便于与上钢臂上的液压装置进行电路整合。风机与波浪能发电装置通过同一条海底电缆进行输送电，节约了电气连接系统的成本。通过整流器的使用使得电流输出稳定，保证并网发电量稳定。本专利技术所公开的发电方法，利用海风与海浪具有天然相关性的特点（在风能丰富的水域，波浪能资源存储量也极为可观），将海上风机与波浪能发电装置进行科学集成，使二者共享支撑平台结构和配套电力传输系统，不仅可以有效地降低单位发电成本，而且可以提高海洋可再生能源的利用效率，获得较高的能源生产密度。实现以大带小，利用成熟的海上风电优势产业资源带动波浪能发展，实现海上风能与波浪能的高效稳定输出。波浪能发电装置可将其发出的电供给风机蓄电池，通过清洁能源来稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，包括安装在海底的桩基，在桩基的顶部安装塔筒，在塔筒的顶部安装直驱式永磁发电机，在该直驱式永磁发电机的转轴上固定安装水平轴式风机叶片，风机叶片转动驱动直驱式永磁发电机发出的电通过输电电路并入电网，其特征在于：在桩基与海面相交的位置套设浮筒，在桩基上位于浮筒之上的位置安装液压装置，该液压装置中液压缸的活塞杆与浮筒固定连接，在漂浮在海面上的浮子侧面设置铰链，两根下钢臂的一端共同与浮子侧面的铰链相铰接，另一端则分别与浮筒侧面下部的铰链相铰接，一根上钢臂的一端与浮子侧面的铰链相铰接，另一端则经过液压装置与浮筒侧面上部的铰链相铰接，该液压装置中液压缸的活塞杆与上钢臂固定连接，在液压装置内设直驱式永磁发电机，其发出的电通过输电电路并入电网。

【技术特征摘要】
1.一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，包括安装在海底的桩基，在桩基的顶部安装塔筒，在塔筒的顶部安装直驱式永磁发电机，在该直驱式永磁发电机的转轴上固定安装水平轴式风机叶片，风机叶片转动驱动直驱式永磁发电机发出的电通过输电电路并入电网，其特征在于：在桩基与海面相交的位置套设浮筒，在桩基上位于浮筒之上的位置安装液压装置，该液压装置中液压缸的活塞杆与浮筒固定连接，在漂浮在海面上的浮子侧面设置铰链，两根下钢臂的一端共同与浮子侧面的铰链相铰接，另一端则分别与浮筒侧面下部的铰链相铰接，一根上钢臂的一端与浮子侧面的铰链相铰接，另一端则经过液压装置与浮筒侧面上部的铰链相铰接，该液压装置中液压缸的活塞杆与上钢臂固定连接，在液压装置内设直驱式永磁发电机，其发出的电通过输电电路并入电网。2.根据权利要求1所述风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，其特征在于：所述风机叶片的数量有三片。3.根据权利要求1所述风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，其特征在于：在桩基上位于浮筒之上的位置安装两个液压装置，两个液压装置对称分布在桩基的两侧，位于上钢臂与浮筒间铰链的正上方。4.根据权利要求1所述风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，其特征在于：漂浮在海面上的浮子数量为两个，两个浮子对称分布在浮筒的两侧。5.根据权利要求1所述风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，其特征在于：液压装置包括液压缸、蓄能器、液压泵站和直驱式永磁发电机，其中浮筒在浮子的带动下随海浪上下滑动和浮子随海浪摆动均可带动活塞杆运动，将液压缸内的液压油通过油路泵送到蓄能器中进行蓄能稳压，随后用液压油冲击液压泵站，即可由液压泵站驱动直驱式永磁发电机发电。6.根据权利要求1所述风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置，其特征在于：所述的输电电路包括与风机直驱式永磁发电机的输出端相连接的整流器，将独立...

【专利技术属性】
技术研发人员：史宏达，董晓晨，韩治，李德敏，刘尚泽，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37