一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置及其发电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置及其发电方法，该装置包括三个以上的漂浮式平台，各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在各漂浮式平台所围成区域内设置底座，该底座与各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在底座的顶部安装风力发电机，在各漂浮式平台的浮筒筒身上远离底座的一侧均并排设置两条以上的竖向导轨，在导轨上安装可沿导轨滑动的滑块，在滑块上固定安装振荡浮子，振荡浮子通过能量转换系统与发电机传动连接，风力发电机和各漂浮式平台上发电机发出的电均汇入控制中心后通过海底电缆输出。本发明专利技术所公开的发电方法，与本发明专利技术的发电装置相配合，发电效率高，运行稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置及其发电方法
本专利技术属于波浪能发电领域，特别涉及该领域中的一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置及其发电方法。
技术介绍
近年来，随着传统化石燃料的供需矛盾加剧和温室气体过量排放引起的全球变暖，世界各国越来越重视可再生能源的开发和利用。海洋可再生能源作为可再生和清洁能源的重要组成部分，已成为众多沿海国家能源战略的重要内容。而在海洋可再生能源中，海上风能和波浪能分别是最有发展前景和最有潜力的能种。由于没有障碍物的影响，海上风资源比陆上风资源更优质，发电效率也相应提高。随着近海资源的开发逐步深入，海上风能和波浪能都有向深远海区域发展的趋势。其中，海上风能利用装置随着水深和风机发电功率的不断增大，投资建设成本也在不断加大，特别是固定式基础的成本较大，因此开发适用于更深海域的漂浮式海上风电技术是未来的必然趋势。漂浮式基础结构机动性好、易拆卸，对地质要求不高，可满足较大水深使用要求，服役期满可进行回收利用，但漂浮式基础要面临的主要挑战是如何维持基础的稳定性，在保证安全的前提下降低成本。
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基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置及其发电方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，包括三个以上的漂浮式平台，各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在各漂浮式平台所围成区域内设置底座，该底座与各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在底座的顶部安装风力发电机，其改进之处在于：在各漂浮式平台的浮筒筒身上远离底座的一侧均并排设置两条以上的竖向导轨，在导轨上安装可沿导轨滑动的滑块，在滑块上固定安装振荡浮子，振荡浮子通过能量转换系统与发电机传动连接，风力发电机和各漂浮式平台上发电机发出的电均汇入控制中心后通过海底电缆输出。进一步的，漂浮式平台为单柱式平台、半潜式平台或张力腿式平台。进一步的，在各漂浮式平台上均设置锚链。进一步的，底座设置在各漂浮式平台所围成区域的中心。进一步的，振荡浮子的立面采用锥形底，断面为弧形；同一漂浮式平台浮筒筒身上的振荡浮子组合成环形分段振荡浮子；各环形分段振荡浮子相对底座呈中心对称分布。进一步的，风力发电机包括塔筒，在塔筒的顶部安装机舱，在机舱的前端安装轮毂，在轮毂上安装风机叶片。进一步的，能量转换系统为液压传动系统，各振荡浮子的顶部分别与一个液压缸的活塞杆固定连接，同一漂浮式平台浮筒筒身上的振荡浮子共用一套油箱、蓄能器、液压马达和发电机，同一漂浮式平台浮筒筒身上的各液压缸的进油口分别通过管道与油箱相连接，出油口分别通过管道与蓄能器的进油口相连接，蓄能器的出油口通过管道与液压马达的进油口相连接，液压马达的出油口通过管道与油箱相连接，液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端传动连接。进一步的，能量转换系统为机械传动系统，各振荡浮子内均嵌入一个螺母并插入一个滚珠丝杠，螺母可沿滚珠丝杠上下滑动，滚珠丝杠通过螺母座和长套筒与振荡浮子固接，滚珠丝杠的顶部与齿轮箱传动连接，齿轮箱内有两个单向离合器，将滚珠丝杠的双向旋转转化为齿轮箱输出轴的单向旋转，齿轮组将同一漂浮式平台浮筒筒身上的各齿轮箱输出轴的旋转转化为中央齿轮的旋转，中央齿轮与发电机的动力输入端传动连接。一种发电方法，使用上述发电装置，发电装置安装就位并启用后，风力发电机在海风的驱动下旋转发电，其改进之处在于：将各振荡浮子释放至海面上使其随着波浪沿浮筒筒身上下滑动，通过能量转换系统驱动发电机发电，风力发电机和各漂浮式平台上发电机发出的电均汇入控制中心后通过海底电缆输出。进一步的，能量转换系统为液压传动系统时，随着振荡浮子的运动，固定在振荡浮子上的液压缸往复做功将液压油压入蓄能器，将振荡浮子运动的机械能转换为液压能，高压油储存在蓄能器中，当蓄能器中的压力达到设定目标压力时，蓄能器放油释放压力，液压油带动液压马达转动从而带动发电机发电；能量转换系统为机械传动系统时，随着振荡浮子的运动，其内嵌的螺母可沿滚珠丝杠上下滑动从而使滚珠丝杠双向旋转，通过齿轮箱将滚珠丝杠的双向旋转转化为齿轮箱输出轴的单向旋转，通过齿轮组将同一漂浮式平台浮筒筒身上的各齿轮箱输出轴的旋转转化为中央齿轮的旋转，通过中央齿轮驱动发电机发电。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的发电装置，将漂浮式风机与振荡浮子波浪能发电装置集成为一体，兼具漂浮式风机和振荡浮子波浪能发电装置的优点：（1）与单独的漂浮式风机相比，当波浪到达平台时，可将波浪荷载转变为能量输入，多个振荡浮子吸收波浪能，可减小波浪对平台的作用力，增加发电装置整体的稳定性，保证发电装置安全运行，还可以同时利用波浪能和风能发电，增加发电装置的能量利用率，降低发电成本；（2）漂浮式基础受波浪影响整体吃水始终保持小范围波动，相比于固定式基础的发电装置，振荡浮子具有自适应潮位的特征，无需人为调整，静水时的浮子可始终保持在同一位置，可去除为主动控制振荡浮子保持适应水位位置而附加的控制系统，降低发电装置复杂性，减少后期出现故障的可能性，同时降低研发、制造、安装、运维等成本；（3）相对于外伸摆臂加振荡浮子的结构形式，单自由度垂荡振荡浮子的活动部件、连接件少，受力简单，发电装置安全性更高；（4）多个振荡浮子相对浮筒呈环状布置，可适应各种来波方向，保证发电装置整体发电效率；且各浮筒上的振荡浮子相对平台呈中心对称分布，增加了发电装置整体的稳定性；当出现极端波况时，可启用应急系统，将振荡浮子升至最高处并锁死，使之脱离海水，从而保证振荡浮子的安全性，延长使用寿命，增加经济效益；（5）通过振荡浮子吸能可减少平台运动，并进一步减小锚链受力，增强锚固系统的安全性；可以依据具体吸能情况，选用更低强度的锚链，进一步降低制造成本；（6）风机和波浪能发电装置拥有共同的基础结构、共用电缆和监测管理运维系统，与单纯的浮式风机相比，仅需增加波浪能发电装置的投入，可降低风能与波浪能的发电成本。而由于波浪发生的频率远高于风，波浪能发电装置的有效运行时间也将远高于风机，故可以增加能量的保证率，提高发电量；（7）漂浮式平台相对于固定式平台结构简单、施工成本低且适用水深范围更广。除了兼具漂浮式风机与振荡浮子波浪能发电装置的优点之外，本发电装置的显著特点在于用多个小型环形分段振荡浮子替代传统单个较大的环形浮子，其优点有：（1）多个小振荡浮子做垂荡运动，行程叠加，相对于单个振荡浮子可极大缩短蓄能时间；（2）环形分段振荡浮子的体积、质量均比整体环状大振荡浮子要小，转动和摇摆幅度也更小，更易启动，有利于振荡浮子与平台连接处的结构稳定，并且制造、运输、安装成本低，当某个振荡浮子出故障时，不会对发电装置造成太大影响，后期检修更加方便，运维成本也更低；（3）每个振荡浮子均带有一套液压传动装置，比单浮子的运动行程大；（4）环形分段小振荡浮子的受力情况更合理，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，包括三个以上的漂浮式平台，各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在各漂浮式平台所围成区域内设置底座，该底座与各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在底座的顶部安装风力发电机，其特征在于：在各漂浮式平台的浮筒筒身上远离底座的一侧均并排设置两条以上的竖向导轨，在导轨上安装可沿导轨滑动的滑块，在滑块上固定安装振荡浮子，振荡浮子通过能量转换系统与发电机传动连接，风力发电机和各漂浮式平台上发电机发出的电均汇入控制中心后通过海底电缆输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，包括三个以上的漂浮式平台，各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在各漂浮式平台所围成区域内设置底座，该底座与各漂浮式平台之间通过连杆固定连接，在底座的顶部安装风力发电机，其特征在于：在各漂浮式平台的浮筒筒身上远离底座的一侧均并排设置两条以上的竖向导轨，在导轨上安装可沿导轨滑动的滑块，在滑块上固定安装振荡浮子，振荡浮子通过能量转换系统与发电机传动连接，风力发电机和各漂浮式平台上发电机发出的电均汇入控制中心后通过海底电缆输出。


2.根据权利要求1所述基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，其特征在于：漂浮式平台为单柱式平台、半潜式平台或张力腿式平台。


3.根据权利要求1所述基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，其特征在于：在各漂浮式平台上均设置锚链。


4.根据权利要求1所述基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，其特征在于：底座设置在各漂浮式平台所围成区域的中心。


5.根据权利要求4所述基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，其特征在于：振荡浮子的立面采用锥形底，断面为弧形；同一漂浮式平台浮筒筒身上的振荡浮子组合成环形分段振荡浮子；各环形分段振荡浮子相对底座呈中心对称分布。


6.根据权利要求1所述基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，其特征在于：风力发电机包括塔筒，在塔筒的顶部安装机舱，在机舱的前端安装轮毂，在轮毂上安装风机叶片。


7.根据权利要求1所述基于漂浮式平台结合环形分段振荡浮子的风浪一体发电装置，其特征在于：能量转换系统为液压传动系统，各振荡浮子的顶部分别与一个液压缸的活塞杆固定连接，同一漂浮式平台浮筒筒身上的振荡浮子共用一套油箱、蓄能器、液压马达...

【专利技术属性】
技术研发人员：史宏达，高人杰，曹飞飞，李妍妮，魏志文，李月萌，陈震，杨金培，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37