本申请公开了一种基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，属于发电设备领域，结局了现有技术中波浪能发电装置在海上摇晃幅度较大，安全稳定性不足，且发电途径单一，不能够综合利用风能和波浪能，且发电效率较低的不足。本申请的技术方案中，振荡浮子围绕Spar平台的侧部呈环形均匀间隔排布，振荡浮子在Spar平台的侧表面上滑动；振荡浮子的滑动方向平行于Spar平台圆筒轴线；所述能量转换系统转换振荡浮子的振荡能量并转换为电能；所述PTO系统通过调整能量转换系统的阻尼参数，对振荡浮子的运动状态进行调整。本申请的优点在于：兼顾获能总效率及安全稳定性，降低了波浪能的安全成本，易于实现运动补偿，提高机组稳定性。定性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置
[0001]本专利技术涉及一种基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，属于波浪发电设备领域。
技术介绍
[0002]近年来，随着能源问题和环境问题的日益突出，各国都不断重视对可再生能源的开发和利用。海洋可再生能源作为可再生能源的重要组成部分，包含了风能、波浪能和潮流能等多种可再生资源，其中海上风能和波浪能是最具有发展前途的可再生能源。
[0003]由于没有障碍物的影响，与陆上风电场相比，海上风电场具有高风速、高效率和高产出等优点。因此随着海洋可再生能源的不断开发，海上风能有向深海发展的趋势。而随着水深的不断加大，海上风电基础的建设成本也不断加大，Spar平台式海上风电基础成为了未来海上风电发展的新方向。相比于固定式基础，Spar平台式基础机动性更好、易拆卸，可满足较大水深要求，同时可以进行回收再利用，经济性更好。
[0004]作为海洋可再生能源的重要组成部分，波浪能具有对环境影响小，发电品质高等优点。但由于海水腐蚀与恶劣海况等原因，波浪能目前存在着发电成本较高、能量转换效率较低以及维护困难等问题。随着海洋能向深海发展的趋势，Spar平台式波浪能发电装置和波浪能发电装置阵列化将为成为研究的新趋势。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中大截面面积的电缆在敷设过程中的不便，本专利技术提供一种基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是，一种基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，包括Spar平台、若干振荡浮子、PTO系统和能量转换系统；振荡浮子安装于Spar平台的侧部表面上；所述振荡浮子围绕Spar平台的侧部呈环形均匀间隔排布，振荡浮子在Spar平台的侧表面上滑动；振荡浮子的滑动方向平行于Spar平台圆筒轴线；所述能量转换系统转换振荡浮子的振荡能量并转换为电能；所述PTO系统通过调整能量转换系统的阻尼参数，对振荡浮子的运动状态进行调整。
[0007]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，Spar平台为经典Spar平台、桁架式Spar平台或蜂巢式Spar平台；在Spar平台连接张紧式锚链并通过张紧式锚链与海床连接。
[0008]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，振荡浮子使用空心浮子并在振荡浮子的外表面涂抹防腐漆；所述Spar平台的侧部设置有若干导轨，每个振荡浮子分别与三个导轨配合设置；所述振荡浮子的两端内分别安装限制振荡浮子滑动范围的上限位和下限位；所述导轨的下段位于海面以下。
[0009]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，所述Spar平台上部安装塔筒，在塔筒顶部安装风力发电装置，风力发电装置安装风机叶片；
[0010]当风机叶片启动或停机时，PTO系统增大振荡浮子的PTO阻尼值，提高振荡浮子产生的作用力和扭矩，抵消风机叶片启动或停止时产生的力矩。
[0011]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，能量转换系统为液压传动系统，能量转换系统包括若干转换子系统，每个振荡浮子分别配置一套转换子系统。
[0012]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，转换子系统包括液压缸、低压蓄能器、高压蓄能器、液压马达和发电机，所述振荡浮子连接液压缸的活塞杆并推动液压缸的活塞杆运动；所述液压缸进油口通过管道与低压蓄能器相连接，液压缸出油口通过管道与高压蓄能器的进油口相连接，高压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低压蓄能器相连接，液压马达的动力输出端与发电机动力输入端传动连接。
[0013]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置PTO系统调节高压蓄能器的压力释放值、液压回路流量和介入工作液压缸的数量，对液压缸的PTO阻尼值进行调节；当增大高压蓄能器释放压力、减小液压缸回路流量、减小介入工作液压缸的数量时，提高PTO阻尼值；当减小高压蓄能器释放压力、增大液压缸回路流量、增大介入工作液压缸的数量时，降低PTO阻尼值。
[0014]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，PTO系统根据振荡浮子的运动响应，进行PTO复合控制策略，其过程为：
[0015]振荡浮子的振幅同波高成正比，根据我国南海实际海况，当海面有效波高小于2.5m时，PTO系统调节并降低PTO阻尼值；当海面有效波高大于2.5m且小于6.5m时，PTO系统调节并增加PTO阻尼值；当遇到极端海况，有效波高大于6.5m或波况超过装置正常工作所允许的最大波高时，PTO系统控制增大PTO阻尼值，使振荡浮子下潜避险。
[0016]优化的，上述基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，根据Spar平台运动响应，进行PTO复合控制策略；当Spar平台垂荡方向运动响应超过波高的1/10或纵摇方向运动响应超过10
°
时，PTO系统调节并增大平台迎浪面振荡浮子的PTO阻尼值，同时PTO系统调节并减小背浪面振荡浮子的PTO阻尼值。
[0017]本申请的有益效果为：
[0018](1)与单独的海上风电装置或者单独的波浪能发电装置相比，耦合发电装置可以同时利用风浪耦合进行发电，共用一条电缆，增加发电装置的能量利用率，降低发电成本；
[0019](2)与单独的海上风电装置相比，耦合发电装置可将波浪荷载转变为能量输入，多个振荡浮子阵列布置，进行不同的运动响应，消耗波浪力，增加装置整体的稳定性，提高浮子获能；同时由于分段微阵列振荡浮子的吸能，减小了平台的作用力，从而减小了锚固的张力，提高了锚固系统的安全性；
[0020](3)相对于固定式基础的发电装置，Spar平台式基础具有较好的稳定性及潮位自适应性，可直接进行装置PTO复合控制策略，无需为微阵列浮子保持同一水位而进行主动控制，降低了装置的复杂程度及安装成本，提高了装置的耐用性。同时Spar平台式基础可以适用的水深范围更广，适用性更强，满足装置深远海发展需求；
[0021](4)相比于其他形式的波浪能发电装置，振荡浮子以垂荡方向为获能主体，单自由度垂荡浮子可最大化吸收波浪能，提高发电效率；且装置活动及连接部件简单且较少，提高
发电装置的稳定性及耐用性，安装及维护难度减少，降低装置的成本；
[0022](5)各分段微阵列振荡浮子呈圆环形布置，可以充分利用各个方向的波浪能，提高了能量利用率，保证发电装置整体的发电稳定性；出现极端海况时，可迅速采用应急策略，将浮子通过滑轨升至液压缸行程范围内最高位置，并将装置进行锁定控制，使其不受极端海况的影响，提高装置的安全性；
[0023](6)风能发电和波浪能发电装置共用基础结构、电缆以及监测管理运维系统，与单纯的海上风机装置相比，仅需要增加波浪能装置的投入，提高了总体发电量，降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，包括Spar平台(1)和若干振荡浮子(7)，振荡浮子(7)安装于Spar平台(1)的侧部表面上；所述振荡浮子(7)围绕Spar平台(1)的侧部呈环形均匀间隔排布，振荡浮子(7)在Spar平台(1)的侧表面上滑动；振荡浮子(7)的滑动方向平行于Spar平台(1)圆筒轴线；其特征在于：还包括PTO控制策略和能量转换系统；所述PTO控制策略通过配置液压参量，对振荡浮子(7)的运动姿态进行调整；所述能量转换系统采用液压传动系统，将振荡浮子(7)的垂荡能量转换为电能。2.根据权利要求1所述的基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，其特征在于：Spar平台(1)为经典Spar平台、桁架式Spar平台或蜂巢式Spar平台；在Spar平台连接张紧式锚链(9)并通过张紧式锚链(9)与海床连接。3.根据权利要求1所述的基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，其特征在于：振荡浮子(7)使用空心浮子并在振荡浮子(7)的外表面涂抹防腐漆；所述Spar平台(1)的侧部设置有若干导轨(8)，每个振荡浮子(7)分别与三个导轨(8)配合设置；所述振荡浮子(7)的两端内分别安装限制振荡浮子(7)滑动范围的上限位和下限位；所述导轨(8)的下段位于海面以下。4.根据权利要求1所述的基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，其特征在于：所述Spar平台(1)上部安装塔筒，在塔筒顶部安装风力发电装置(3)，风力发电装置(3)安装风机叶片(4)；当风机叶片(4)启动或停机时，PTO系统增大振荡浮子(7)的PTO阻尼值，提高振荡浮子(7)产生的作用力和扭矩，抵消风机叶片(4)启动或停止时产生的力矩。5.根据权利要求1所述的基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，其特征在于：所述能量转换系统为液压传动系统，能量转换系统包括若干转换子系统，每个振荡浮子(7)分别配置一套转换子系统。6.根据权利要求5所述的基于Spar平台结合环形分段微阵列式风浪耦合发电装置，其特征在于：所述转换子系统包括液压缸(11)、低压...
【专利技术属性】
技术研发人员：史宏达，李德敏，王琦，黄鹤翱，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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