一种海上联合发电装置制造方法及图纸

一种海上联合发电装置，主要包括海上风力发电子系统、潮流能发电子系统、支撑基础系统、电能输送系统和控制系统。其中海上风力发电系统选用较为常用的水平轴型式，发电机为永磁直流发电机。潮流能发电子系统为采用近些年发展较快的垂直轴型式。支撑基础系统为单桩式基础，风力发电子系统与潮流能发电子系统共用一个支撑基础桩，支撑桩的底部深入海底固定。控制系统起到实时通讯以及控制各子系统工作状态作用。电能输送系统将海上风力发电机和潮流发电机发出的电一并输送至电网中。本实用新型专利技术充分挖掘清洁高效的海洋资源，提高海洋资源利用率，提高设备的发电率，降低建造、维护成本，延长使用寿命，增加海上风电场经济效益。

A joint power plant at sea

A joint marine power generation device mainly includes the offshore wind generator system, the power flow electronic system, the supporting basic system, the electric energy transport system and the control system. Among them, offshore wind power generation system adopts more commonly used horizontal axis type, and the generator is permanent magnet DC generator. The tidal current energy generation system is developed in recent years. The support base system is a single pile foundation, and the wind power electronic system and the power flow electronic system share a supporting foundation pile, and the bottom of the supporting pile is deeply fixed to the bottom of the sea. The control system plays the role of real-time communication and controlling the working state of each subsystem. The electric energy transmission system delivers the electricity generated by the offshore wind turbine and the tidal current generator to the power grid. The utility model fully excavate the clean and efficient marine resources, improve the utilization of marine resources, improve the generating rate of equipment, reduce the cost of construction and maintenance, prolong the service life, and increase the economic benefit of the offshore wind farm.

【技术实现步骤摘要】
一种海上联合发电装置
本技术属于海上风电与海洋能发电
，特别涉及一种海上联合发电装置。
技术介绍
近20多年来，受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动，可再生新型能源在全球越来越受到重视。我国正在实施海洋资源开发和可再生能源等发展战略，海洋能的开发和利用将是我国未来能源结构中的重要组成部分。我国海上风电也开始进行大规模的项目前期建设中，海上风电技术已开始得到广泛运用，未来具有很大的发展前景。另一方面在海湾湾口、岛屿之间的水道存在着强潮流运动，具有广阔的潮流能开发前景与商业价值。如何充分高效利用各种不同空间海洋资源，降低建造、维护成本，利用各自优势取长补短，提高发电能力是目前亟待解决的难题。潮流能发电装置是将潮流动能转换为电能的装置，垂直轴水轮机因自身优越性越来越受到人们的重视。但是垂直轴式潮流能发电装置水轮机存在很多缺点：一是启动性通常较差，需要辅助启动设备，从而增加设计难度降低能量利用效率。另一方面由于结构形式决定，垂直轴水轮机叶片会受到周期性载荷影响，加快动力部件老化，降低叶片及主轴的使用寿命。并且作为一种海洋工程，垂直轴式潮流能发电装置发电机的海水密封问题也受到人们越来越多的关注。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种海上联合发电装置，充分利用海洋资源空间，共用一套支撑基础及电能传输系统，降低了开发成本。同时利用风力发电系统自身舱体设计结构及风力发电机工作特性的特点解决潮流能发电装置发电机密封及低转矩不易自启动的难题。为了减少水轮机叶片受到周期性载荷影响，设计一种导流挡板新型结构，并通过配有偏航装置保证潮流能发电设备的发电效率。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种海上联合发电装置，包括：用于实现风力发电的海上风力发电子系统1；用于实现潮流能发电的垂直轴式潮流能发电子系统2；用于将所述海上风力发电子系统1固定于海平面以上且将所述垂直轴式潮流能发电子系统2固定于海平面以下的支撑基础系统3；以及，用于将所述海上风力发电子系统1和/或垂直轴式潮流能发电子系统2所发的电输送到电网中的电能输送系统4。所述海上风力发电子系统1主要包括叶片1-1、转轴1-2、齿轮箱1-3、发电机一1-4和机舱1-5；其中转轴1-2、齿轮箱1-3和发电机一1-4安装在机舱1-5内；转轴1-2两端连接叶片1-1与齿轮箱1-3，齿轮箱1-3与发电机一1-4连接，工作时海上风能动力带动叶片1-1的转动，通过转轴1-2和齿轮箱1-3将叶片1-1的旋转机械能传递至发电机一1-4前端旋转轴，从而带动发电机一1-4进行发电，所发电力通过电缆4-3向外输送。所述垂直轴式潮流能发电子系统2包括叶轮2-1、箱体2-2、发电机二2-3和连接叶轮2-1与发电机二2-3的转轴2-4；所述箱体2-2由上、下、左、右、四个导流挡板组成，前、后两面为潮流进出口，置于水下，转轴2-4贯穿支撑基础3至海上风力发电子系统1内部；发电机二2-3安装在海上风力发电子系统1的机舱1-5内，使发电机二2-3工作状态不受外部海洋环境影响，发电机二2-3所发电力通过电缆4-3向外输送。所述叶轮2-1为四叶片垂直型，即叶轮的旋转轴与水流方向垂直。所述发电机一1-4输出端增加一条与发电机二2-3连接的电力线路，通过继电器1-6随时切换电流输送线路，以随时给发电机二2-3提供瞬时输入电流。所述垂直轴式潮流能发电子系统2上方设有用来获取潮流流向的信息的潮流方向传感器2-5，上方设有用来获取潮流流速信息的潮流流速传感器2-6，转轴2-4上设置有用来获取叶轮2-1转速的叶轮转速传感器2-7，所述箱体2-2内设置有用于改变箱体2-2方向的偏航装置2-8。所述支撑基础系统3为单桩式基础结构，固定于海床。所述电能输送系统4包括逆变器4-1、变压器4-2和电缆4-3，其中电缆4-3将所述海上风力发电子系统1和垂直轴式潮流能发电子系统2输出的电力送至与之相连的逆变器4-1前端，逆变器4-1和变压器4-2对电流进行整合处理，并通过海底电缆一并输送至岸上电网。本技术还包括：用于控制联合发电运行工作状态的控制系统5，所述控制系统5包括岸上控制单元5-1、工控机5-2、快速路由器5-3、海上风机控制卡5-4、潮流能控制卡5-5、环境控制卡5-6、变压器开关控制卡5-7以及相应参数传感器。所述岸上控制单元5-1，与工控机5-2连接，提供远程控制指令；所述工控机5-2，与快速路由器5-3的第四输入/输出连接，接收信息并提供控制指令；所述快速路由器5-3，实现通信功能，其第一输入/输出与海上风机控制卡5-4连接，第二输入/输出连接与潮流能控制卡5-5连接，第三输入/输出与环境控制卡5-6连接；所述海上风机控制卡5-4，接收海上风力发电子系统1的含有风速、发电机转速、功率的参数信息并根据控制策略算法作出反应；所述潮流能控制卡5-5，接收垂直轴式潮流能发电子系统2的含有潮流方向、流速、叶片转速的参数信息并根据控制策略算法作出反应；所述环境控制卡5-6，与变压器开关控制卡5-7连接，接收周边环境信息，并联合控制变压器4-2的启停；所述海上风机控制卡5-4根据风速、发电机转速、功率参数信息，调整风机的运行模式，以处于最佳运行状态，获取最高捕获效率，输出功率平稳；海上风机控制卡5-4同时接收机舱1-5内环境信息，监测机舱1-5内的工作环境状态；所述潮流能控制卡5-5根据潮流方向信息，与目标值进行对比，调整垂直轴式潮流能发电子系统箱体2-2的位置，使更多的潮流流向叶轮2-1中，从而获取最大的能量；当潮流流速不为零而叶轮转速为零时，控制继电器1-6动作，使发电机一1-4产生的电流输出至发电机二2-3，为其提供瞬时启动电流，使之转动；当所述环境控制卡5-6接收的环境信息判定为环境恶劣，则发出指令使变压器开关控制卡5-7动作，实现整个系统的停机以进行保护。与现有技术相比，本技术的有益效果是：与现有技术相比，本技术采用了一种新型设计结构，具有偏航功能、高吸收率的潮流能转换装置，并且采用了海上风力发电装置和潮流能发电装置联合发电系统，具有以下优点：(1)海上风力发电装置与潮流能发电装置作为一套整体发电装置共用支撑基础及电能转换输送设备，减少固定设备投入，降低成本。同时充分利用海洋不同空间能量资源形式，提高海域使用率，提高单位面积的装机容量和发电量，增加经济效益，提高海上能源综合利用开发能力。(2)潮流能发电子系统的发电机安装于风力发电机组机舱内，合理利用设备结构空间，降低潮流能发电机侧密封难度，提高设备安全性。(3)风力发电子系统发电机为潮流能发电子系统电机提供启动电流，充分合理利用已有电能，减少辅助设备使用，降低购销维护成本，提高潮流能发电装置启动性能，改善启动性能，提高发电量。(4)新型、高吸收率潮流能发电结构形式与传统的潮流能发电形式相比：配有上、下、左、右配有导流板，加速潮流流动，提高潮流能量吸收率。同时减少载荷波动对水轮机叶片影响，提高部件使用寿命，减少维护费用。(5)新型、高吸收率潮流能发电结构形式与传统的潮流能发电形式相比：具有偏航功能，可以调整潮流能发电设备装置箱体入口方向，从而提高设备的发电效率。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上联合发电装置，其特征在于，包括：用于实现风力发电的海上风力发电子系统(1)；用于实现潮流能发电的垂直轴式潮流能发电子系统(2)；用于将所述海上风力发电子系统(1)固定于海平面以上且将所述垂直轴式潮流能发电子系统(2)固定于海平面以下的支撑基础系统(3)；以及，用于将所述海上风力发电子系统(1)和/或垂直轴式潮流能发电子系统(2)所发的电输送到电网中的电能输送系统(4)。

【技术特征摘要】
1.一种海上联合发电装置，其特征在于，包括：用于实现风力发电的海上风力发电子系统(1)；用于实现潮流能发电的垂直轴式潮流能发电子系统(2)；用于将所述海上风力发电子系统(1)固定于海平面以上且将所述垂直轴式潮流能发电子系统(2)固定于海平面以下的支撑基础系统(3)；以及，用于将所述海上风力发电子系统(1)和/或垂直轴式潮流能发电子系统(2)所发的电输送到电网中的电能输送系统(4)。2.根据权利要求1所述海上联合发电装置，其特征在于，所述海上风力发电子系统(1)主要包括叶片(1-1)、转轴(1-2)、齿轮箱(1-3)、发电机一(1-4)和机舱(1-5)；其中转轴(1-2)、齿轮箱(1-3)和发电机一(1-4)安装在机舱(1-5)内；转轴(1-2)两端连接叶片(1-1)与齿轮箱(1-3)，齿轮箱(1-3)与发电机一(1-4)连接，工作时海上风能动力带动叶片(1-1)的转动，通过转轴(1-2)和齿轮箱(1-3)将叶片(1-1)的旋转机械能传递至发电机一(1-4)前端旋转轴，从而带动发电机一(1-4)进行发电，所发电力通过电缆(4-3)向外输送。3.根据权利要求1所述海上联合发电装置，其特征在于，所述垂直轴式潮流能发电子系统(2)包括叶轮(2-1)、箱体(2-2)、发电机二(2-3)和连接叶轮(2-1)与发电机二(2-3)的转轴(2-4)；所述箱体(2-2)由上、下、左、右、四个导流挡板组成，前、后两面为潮流进出口，置于水下，转轴(2-4)贯穿支撑基础(3)至海上风力发电子系统(1)内部；发电机二(2-3)安装在海上风力发电子系统(1)的机舱(1-5)内，使发电机二(2-3)工作状态不受外部海洋环境影响，发电机二(2-3)所发电力通过电缆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李腾，杨剑，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，华能集团技术创新中心，
类型：新型
国别省市：北京,11