專利名稱：一種海上能源綜合利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種海上能源綜合利用系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種海上能源綜合利用系統(tǒng)，尤其是一種近海打樁式海上風(fēng)能、波浪能、洋流能綜合利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有系統(tǒng)穩(wěn)定性好和經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
[0002]海洋中存儲(chǔ)著豐富的能源，其中風(fēng)能，波浪能，洋流能是取之不盡用之不竭的綠色可再生能源。目前，單臺(tái)海上風(fēng)力機(jī)的發(fā)電功率達(dá)到MW級(jí)別，但是由于風(fēng)速不穩(wěn)定，風(fēng)力機(jī)輸出的電力容易波動(dòng)，很難直接并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。波浪能也不穩(wěn)定，且能量轉(zhuǎn)換裝置發(fā)電效率低，占用空間大，需要規(guī)?；貌拍塬@得有效收益。洋流能相比之下較穩(wěn)定，波動(dòng)有規(guī)律性，周期較長(zhǎng)。目前單臺(tái)垂直軸洋流能渦輪的功率為10-100KW。但是洋流能的來流速度容易受海面波浪影響，增大了湍流度，降低了能量轉(zhuǎn)換裝置的效率和運(yùn)行壽命。以上問題都導(dǎo)致了海洋能裝置的可靠性以及經(jīng)濟(jì)性下降，是目前海洋能利用中急需解決的關(guān)鍵問題。發(fā)明內(nèi)容[0003](一)要解決的技術(shù)問題[0004]為了解決海上風(fēng)力機(jī)輸出電力不穩(wěn)定，以及波浪能洋流能利用效率低，可靠性與經(jīng)濟(jì)性差的問題，本實(shí)用新型提出一種海上能源綜合利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)為打樁式固定于海底，波浪能和洋流能發(fā)電裝置共用一套發(fā)電系統(tǒng)，固定于海底，布置在風(fēng)力機(jī)周圍。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三種發(fā)電形式的綜合利用，在復(fù)雜多變的海上發(fā)電環(huán)境中形成互補(bǔ)。[0005](二)技術(shù)方案[0006]針對(duì)上述要解決的技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:[0007]—種海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、波浪能轉(zhuǎn)換裝置和洋流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個(gè)浮臺(tái)、空氣透平和發(fā)電機(jī)，所述若干個(gè)浮臺(tái)布置于風(fēng)力機(jī)周圍，每個(gè)浮臺(tái)與一固定于海底的立柱固定連接，浮臺(tái)之間通過安裝于浮臺(tái)側(cè)壁的連接管連通，其中，有兩個(gè)浮臺(tái)的頂端各開有一個(gè)氣孔，分別安裝方向相反的單向通氣閥，一個(gè)只能進(jìn)氣，另一個(gè)只能出氣，出氣的浮臺(tái)頂端安裝空氣透平，所述空氣透平的進(jìn)氣口正對(duì)只能出氣的單向通氣閥的出口 ；所述空氣透平的輸出軸與洋流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸通過齒輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力合成，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。[0008]優(yōu)選地，所述洋流能轉(zhuǎn)換裝置安裝于出氣浮臺(tái)下方，其輸出軸伸入出氣浮臺(tái)頂部的所述齒輪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與波浪能轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)力合成。[0009]優(yōu)選地，所述洋流能轉(zhuǎn)換裝置為固連于海底的垂直軸水力渦輪。[0010]優(yōu)選地，所述齒輪系統(tǒng)包括一錐齒輪系與一行星輪系，所述空氣透平的輸出軸通過錐齒輪系將水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榇怪狈较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，行星輪系實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)力的合成，其外齒圈由錐齒輪帶動(dòng)，太陽(yáng)輪由洋流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸帶動(dòng)，行星輪帶動(dòng)交流電機(jī)發(fā)電。[0011 ] 優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)發(fā)出的電通過電纜伸到所述風(fēng)力機(jī)的塔筒以及機(jī)艙內(nèi)。優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)為交流發(fā)電機(jī)。[0012]優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)發(fā)出的電一部分供應(yīng)至風(fēng)力機(jī)耗電部件，另一部分存入蓄電池中，當(dāng)風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電力因波動(dòng)而不足時(shí)，啟動(dòng)所述蓄電池，以補(bǔ)償輸出功率，實(shí)現(xiàn)電力輸出的穩(wěn)定。實(shí)際安裝時(shí)，發(fā)出的電可通過電纜從海底伸入風(fēng)力機(jī)塔架底部，然后伸到塔筒以及機(jī)艙內(nèi)。波浪與洋流能發(fā)出的電力一部分作為風(fēng)力機(jī)內(nèi)控制系統(tǒng)，變槳偏航系統(tǒng)，空調(diào)，電梯等供電，另一部分存入蓄電池中。當(dāng)風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電力因波動(dòng)而不足時(shí)，啟動(dòng)蓄電池發(fā)電,迅速補(bǔ)償輸出功率,實(shí)現(xiàn)電力輸出的穩(wěn)定。[0013]優(yōu)選地，所述風(fēng)力機(jī)為部署于近海的固定于海底的打樁式風(fēng)力機(jī)。[0014]優(yōu)選地，所述若干個(gè)浮臺(tái)均勻布置于風(fēng)力機(jī)周圍。[0015]優(yōu)選地，所述連接管為軟管，其出口安裝單向通氣閥。[0016](四)有益效果[0017]該系統(tǒng)將海上風(fēng)能，波浪能，洋流能三種發(fā)電形式綜合利用，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下電力的互補(bǔ)，保證了功率輸出的穩(wěn)定，有利于并網(wǎng)。[0018]該系統(tǒng)利用波浪能與海洋能發(fā)出的電力進(jìn)行風(fēng)力機(jī)內(nèi)輔助裝置的供電，節(jié)約部分能源。[0019]該系統(tǒng)采用蓄電池為輸出功率進(jìn)行補(bǔ)償，響應(yīng)迅速，解決了因變槳機(jī)構(gòu)執(zhí)行緩慢導(dǎo)致的功率補(bǔ)償滯后的問題。[0020]該系統(tǒng)波浪能與洋流能裝置共用一個(gè)發(fā)電平臺(tái)，共用一臺(tái)電機(jī)與輸電電纜，節(jié)約了成本。[0021]該系統(tǒng)中波浪能裝置吸收了風(fēng)力機(jī)與洋流能裝置附近的波浪能，不但減小了波浪對(duì)塔架的沖擊，還減小了洋流來流的湍流度，使洋流能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電效率與運(yùn)行壽命增加。


[0022]圖1 (a)為本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖，圖1 (b)為本實(shí)用新型的系統(tǒng)俯視圖。[0023]圖2為本實(shí)用新型的動(dòng)力合成齒輪系示意圖。[0024]圖3為本實(shí)用新型能量與控制信號(hào)流動(dòng)圖。
具體實(shí)施方式
[0025]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0026]如圖1 (a)、圖1(b)所示，風(fēng)力機(jī)塔架固定于海底，海風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪I旋轉(zhuǎn)發(fā)電。風(fēng)力機(jī)周圍海面上布置著若干個(gè)浮臺(tái)2，通過一個(gè)與海底固連的立柱3固定，浮臺(tái)2側(cè)壁上開有氣孔4，連接軟管5將各個(gè)浮臺(tái)2連接相通，軟管5出口都安裝單向通氣閥6，保證空氣流的單向流動(dòng)。其中有兩個(gè)浮臺(tái)2的頂端各開一個(gè)氣孔，分別安裝方向相反的單通氣閥7、8，作為浮臺(tái)內(nèi)氣室與外界的接口。單通氣閥7只能出氣，單通氣閥8只能進(jìn)氣。當(dāng)波浪抬升，海水?dāng)D壓浮臺(tái)下方的氣室，使氣室容積變小，壓強(qiáng)增大，空氣沿軟管5流動(dòng)，最終從單向通氣閥7流出氣室。當(dāng)波浪下沉，氣室容積變大，壓強(qiáng)減小，大氣中的空氣從單通氣閥8流入氣室，沿軟管5流動(dòng)進(jìn)行空氣補(bǔ)充。出氣的浮臺(tái)頂端安裝空氣透平9，透平9的進(jìn)氣口，正對(duì)單向通氣閥7的出口。空氣從浮臺(tái)下方流入透平機(jī)葉片，推動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。空氣透平9的輸出軸與洋流能轉(zhuǎn)換裝置11輸出軸通過動(dòng)力合成齒輪系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)動(dòng)力合成，轉(zhuǎn)換為一個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)一個(gè)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電。洋流能轉(zhuǎn)換裝置11安裝于出氣浮臺(tái)下方，采用垂直軸水力渦輪，固連于海底。洋流推動(dòng)該水力渦輪旋轉(zhuǎn)，輸出軸伸入浮臺(tái)頂部的齒輪系統(tǒng)10，實(shí)現(xiàn)與波浪能的動(dòng)力合成。發(fā)出的電通過電纜12從海底伸入風(fēng)力機(jī)塔架底部，然后伸到塔筒以及機(jī)艙內(nèi)。[0027]圖2所示為動(dòng)力合成齒輪系示意圖,齒輪系統(tǒng)10包括一個(gè)錐齒輪系與一個(gè)行星輪系?？諝馔钙?輸出軸帶動(dòng)錐齒輪13水平方向旋轉(zhuǎn)，13與行星輪系的外齒圈14外齒嚙合，驅(qū)動(dòng)外齒圈14垂直方向旋轉(zhuǎn)。太陽(yáng)輪15由洋流能裝置輸出軸帶動(dòng)，垂直方向旋轉(zhuǎn)，行星輪16繞太陽(yáng)輪15公轉(zhuǎn)，作為合成后動(dòng)力的輸出，帶動(dòng)交流電機(jī)17發(fā)電。[0028]圖3所示為該系統(tǒng)的能量與控制信號(hào)流動(dòng)示意圖。粗線代表能量流動(dòng)圖，細(xì)線代表控制信號(hào)流動(dòng)圖。風(fēng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電。海浪與洋流分別帶動(dòng)空氣透平與垂直軸水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過動(dòng)力合成齒輪箱合成為一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)再帶動(dòng)另一交流發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)出的電一部分為風(fēng)力機(jī)內(nèi)的塔架電梯，機(jī)內(nèi)空調(diào)，變槳偏航機(jī)構(gòu)，控制器等設(shè)備供電，剩余的部分為蓄電池充電。風(fēng)力機(jī)輸出的電功率與設(shè)定功率比較，當(dāng)?shù)陀陂T限功率時(shí)，向控制器發(fā)出信號(hào)，一方面命令變槳機(jī)構(gòu)啟動(dòng)變槳，另一方面命令蓄電池啟動(dòng)發(fā)電，將放出的電對(duì)輸出功率進(jìn)行迅速補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)電力輸出的穩(wěn)定。[0029]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、波浪能轉(zhuǎn)換裝置和洋流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個(gè)浮臺(tái)、空氣透平和發(fā)電機(jī)，所述若干個(gè)浮臺(tái)布置于風(fēng)力機(jī)周圍，每個(gè)浮臺(tái)與一固定于海底的立柱固定連接，浮臺(tái)之間通過安裝于浮臺(tái)側(cè)壁的連接管連通，其中，有兩個(gè)浮臺(tái)的頂端各開有一個(gè)氣孔，分別安裝方向相反的單向通氣閥，一個(gè)只能進(jìn)氣，另一個(gè)只能出氣，出氣的浮臺(tái)頂端安裝空氣透平，所述空氣透平的進(jìn)氣口正對(duì)只能出氣的單向通氣閥的出口， 所述空氣透平的輸出軸與洋流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸通過齒輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力合成，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述洋流能轉(zhuǎn)換裝置安裝于出氣浮臺(tái)下方，其輸出軸伸入出氣浮臺(tái)頂部的所述齒輪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與波浪能轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)力合成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述洋流能轉(zhuǎn)換裝置為固連于海底的垂直軸水力渦輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述齒輪系統(tǒng)包括一錐齒輪系與一行星輪系，所述空氣透平的輸出軸通過錐齒輪系將水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榇怪狈较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，行星輪系實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)力的合成，其外齒圈由錐齒輪帶動(dòng)，太陽(yáng)輪由洋流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸帶動(dòng)，行星輪帶動(dòng)交流電機(jī)發(fā)電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)發(fā)出的電通過電纜伸到所述風(fēng)力機(jī)的塔筒以及機(jī)艙內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)發(fā)出的電一部分供應(yīng)至風(fēng)力機(jī)，另一部分存入蓄電池中，當(dāng)風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電力因波動(dòng)而不足時(shí)，啟動(dòng)所述蓄電池，以補(bǔ)償輸出功率，實(shí)現(xiàn)電力輸出的穩(wěn)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力機(jī)為部署于近海的固定于海底的打樁式風(fēng)力機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述若干個(gè)浮臺(tái)均勻布置于風(fēng)力機(jī)周圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述連接管為軟管，其出口安裝單向通氣閥。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種海上能源綜合利用發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、波浪能轉(zhuǎn)換裝置和洋流能轉(zhuǎn)換裝置，波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個(gè)布置于風(fēng)力機(jī)周圍的浮臺(tái)，每個(gè)浮臺(tái)與一固定于海底的立柱固定連接，浮臺(tái)之間通過安裝于浮臺(tái)側(cè)壁的連接管連通，有兩個(gè)浮臺(tái)的頂端各開有一個(gè)氣孔，分別安裝方向相反的單向通氣閥，一個(gè)只能進(jìn)氣，另一個(gè)只能出氣，出氣的浮臺(tái)頂端安裝空氣透平，其輸出軸與洋流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸通過齒輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力合成，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。該系統(tǒng)將海上風(fēng)能、波浪能、洋流能三種發(fā)電形式綜合利用，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下電力的互補(bǔ)，保證了功率輸出的穩(wěn)定，有利于并網(wǎng)。此外，波浪能裝置還減小了波浪對(duì)塔架的沖擊及洋流的湍流度。
文檔編號(hào)F03D11/00GK202971029SQ20122071751
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月22日
發(fā)明者楊科, 吳蔚, 徐建中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所