一種海上能源綜合利用系統技術方案

本發明專利技術公開了一種海上能源綜合利用發電系統，包括風力機、波浪能轉換裝置和洋流能轉換裝置，波浪能轉換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個布置于風力機周圍的浮臺，每個浮臺與一固定于海底的立柱固定連接，浮臺之間通過安裝于浮臺側壁的連接管連通，有兩個浮臺的頂端各開有一個氣孔，分別安裝方向相反的單向通氣閥，一個只能進氣，另一個只能出氣，出氣的浮臺頂端安裝空氣透平，其輸出軸與洋流能轉換裝置的輸出軸通過齒輪系統實現動力合成，帶動所述發電機發電。該系統將海上風能、波浪能、洋流能三種發電形式綜合利用，實現復雜環境下電力的互補，保證了功率輸出的穩定，有利于并網。此外，波浪能裝置還減小了波浪對塔架的沖擊及洋流的湍流度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種海上能源綜合利用系統，尤其是一種近海打樁式海上風能、波浪能、洋流能綜合利用系統，該系統具有系統穩定性好和經濟效益高的特點。
技術介紹
海洋中存儲著豐富的能源，其中風能，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，單臺海上風力機的發電功率達到MW級別，但是由于風速不穩定，風力機輸出的電力容易波動，很難直接并入當地電網。波浪能也不穩定，且能量轉換裝置發電效率低，占用空間大，需要規模化利用才能獲得有效收益。洋流能相比之下較穩定，波動有規律性，周期較長。目前單臺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，降低了能量轉換裝置的效率和運行壽命。以上問題都導致了海洋能裝置的可靠性以及經濟性下降，是目前海洋能利用中急需解決的關鍵問題。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題為了解決海上風力機輸出電力不穩定，以及波浪能洋流能利用效率低，可靠性與經濟性差的問題，本專利技術提出一種海上能源綜合利用系統。該系統風力機為打樁式固定于海底，波浪能和洋流能發電裝置共用一套發電系統，固定于海底，布置在風力機周圍。該系統實現了三種發電形式的綜合利用，在復雜多變的海上發電環境中形成互補。(二)技術方案針對上述要解決的技術問題，本專利技術所采用的技術方案如下一種海上能源綜合利用發電系統，包括風力機、波浪能轉換裝置和洋流能轉換裝置，其特征在于，所述波浪能轉換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個浮臺、空氣透平和發電機，所述若干個浮臺布置于風力機周圍，每個浮臺與一固定于海底的立柱固定連接，其側壁設有氣孔，浮臺之間通過安裝于側壁上的與所述氣孔連接的軟管連通，軟管出口安裝單向通氣閥，限定空氣流動方向。波浪起伏時使浮臺下方的空氣壓縮或膨脹，沿著軟管流動。其中有兩個浮臺的頂端各開一個氣孔，分別安裝方向相反的單通氣閥，作為浮臺內氣室與外界的接口。一個單通氣閥只能進氣，另一個只能出氣。出氣的浮臺頂端安裝空氣透平，透平的進氣口，正對單向通氣閥的出口。空氣從浮臺下方流入透平機葉片，推動軸轉動。空氣透平的輸出軸與洋流能輸出軸通過齒輪系統實現動力合成，轉換為一個軸的轉動帶動一個交流電機發電。洋流能轉換裝置安裝于出氣浮臺下方，采用垂直軸水力渦輪，固連于海底。洋流推動該水力渦輪旋轉，輸出軸伸入浮臺頂部的齒輪系統，實現與波浪能的動力合成。動力合成齒輪系統包括一個錐齒輪系與一個行星輪系。空氣透平輸出軸通過錐齒輪系將水平方向轉動變為垂直方向轉動。行星輪系實現雙動力的合成。其中外齒圈由錐齒輪帶動，太陽輪由洋流能裝置的輸出軸帶動，行星輪繞太陽輪的公轉運動作為合成后動力的輸出，帶動交流電機發電。發出的電通過電纜從海底伸入風力機塔架底部，然后伸到塔筒以及機艙內。波浪與洋流能發出的電力一部分作為風力機內控制系統，變槳偏航系統，空調，電梯等供電，另一部分存入蓄電池中。當風力機發出的電力因波動而不足時，啟動蓄電池發電,迅速補償輸出功率,實現電力輸出的穩定。(四)有益效果該系統將海上風能，波浪能，洋流能三種發電形式綜合利用，實現復雜環境下電力的互補，保證了功率輸出的穩定，有利于并網。該系統利用波浪能與海洋能發出的電力進行風力機內輔助裝置的供電，節約部分能源。該系統采用蓄電池為輸出功率進行補償，響應迅速，解決了因變槳機構執行緩慢導致的功率補償滯后的問題。該系統波浪能與洋流能裝置共用一個發電平臺，共用一臺電機與輸電電纜，節約了成本。該系統中波浪能裝置吸收了風力機與洋流能裝置附近的波浪能，不但減小了波浪對塔架的沖擊，還減小了洋流來流的湍流度，使洋流能轉換裝置的發電效率與運行壽命增加。附圖說明圖1(a)為本專利技術的系統示意圖，圖1(b)為本專利技術的系統俯視圖。圖2為本專利技術的動力合成齒輪系示意圖。圖3為本專利技術能量與控制信號流動圖。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本專利技術進一步詳細說明。如圖1(a)、圖1(b)所示，風力機塔架固定于海底，海風推動風輪I旋轉發電。風力機周圍海面上布置著若干個浮臺2，通過一個與海底固連的立柱3固定，浮臺側壁上開有氣孔4，連接軟管5將各個浮臺連接相通，軟管出口都安裝單向通氣閥6，保證空氣流的單向流動。其中有兩個浮臺的頂端各開一個氣孔，分別安裝方向相反的單通氣閥7，8，作為浮臺內氣室與外界的接口。單通氣閥7只能出氣，單通氣閥8只能進氣。當波浪抬升，海水擠壓浮臺下方的氣室，使氣室容積變小，壓強增大，空氣沿軟管5流動，最終從單向通氣閥7流出氣室。當波浪下沉，氣室容積變大，壓強減小，大氣中的空氣從單通氣閥8流入氣室，沿軟管5流動進行空氣補充。出氣的浮臺頂端安裝空氣透平9，透平的進氣口，正對單向通氣閥7的出口。空氣從浮臺下方流入透平機葉片，推動軸轉動。空氣透平的輸出軸與洋流能輸出軸通過動力合成齒輪系統10實現動力合成,轉換為一個軸的轉動帶動一個交流電機發電。洋流能轉換裝置11安裝于出氣浮臺下方，采用垂直軸水力渦輪，固連于海底。洋流推動該水力渦輪旋轉，輸出軸伸入浮臺頂部的齒輪系統10，實現與波浪能的動力合成。發出的電通過電纜12從海底伸入風力機塔架底部，然后伸到塔筒以及機艙內。圖2所示為動力合成齒輪系示意圖，齒輪系統包括一個錐齒輪系與一個行星輪系。空氣透平輸出軸帶動錐齒輪13水平方向旋轉，13與行星輪系的外齒圈14外齒嚙合，驅動外齒圈14垂直方向旋轉。太陽輪15由洋流能裝置輸出軸帶動，垂直方向旋轉，行星輪16繞太陽輪15公轉，作為合成后動力的輸出，帶動交流電機17發電。圖3所示為該系統的能量與控制信號流動示意圖。粗線代表能量流動圖，細線代表控制信號流動圖。風驅動風輪旋轉，帶動交流發電機發電。海浪與洋流分別帶動空氣透平與垂直軸水輪機旋轉，通過動力合成齒輪箱合成為一個軸的旋轉再帶動交流發電機發電。發出的電一部分為風力機內的塔架電梯，機內空調，變槳偏航機構，控制器等設備供電，剩余的部分為蓄電池充電。風力機輸出的電功率與設定功率比較，當低于門限功率時，向控制器發出信號，一方面命令變槳機構啟動變槳，另一方面命令蓄電池啟動發電，將放出的電對輸出功率進行迅速補償，實現電力輸出的穩定。以上所述的具體實施例，對本專利技術的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。所應理解的是，以上所述僅為本專利技術的具體實施例而已，并不用于限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海上能源綜合利用發電系統，包括風力機、波浪能轉換裝置和洋流能轉換裝置，其特征在于，所述波浪能轉換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個浮臺、空氣透平和發電機，所述若干個浮臺布置于風力機周圍，每個浮臺與一固定于海底的立柱固定連接，其側壁設有氣孔，浮臺之間通過安裝于所述氣孔間的連接管連通，其中，有兩個浮臺的頂端各開有一個氣孔，分別安裝方向相反的單向通氣閥，一個只能進氣，另一個只能出氣，出氣的浮臺頂端安裝空氣透平，所述空氣透平的進氣口正對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換裝置的輸出軸通過齒輪系統實現動力合成，帶動所述發電機發電。

【技術特征摘要】
1.一種海上能源綜合利用發電系統，包括風力機、波浪能轉換裝置和洋流能轉換裝置，其特征在于， 所述波浪能轉換裝置包括頂部封閉下端開口的若干個浮臺、空氣透平和發電機，所述若干個浮臺布置于風力機周圍，每個浮臺與一固定于海底的立柱固定連接，其側壁設有氣孔，浮臺之間通過安裝于所述氣孔間的連接管連通，其中，有兩個浮臺的頂端各開有一個氣孔，分別安裝方向相反的單向通氣閥，一個只能進氣，另一個只能出氣，出氣的浮臺頂端安裝空氣透平，所述空氣透平的進氣口正對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換裝置的輸出軸通過齒輪系統實現動力合成，帶動所述發電機發電。2.根據權利要求1所述的海上能源綜合利用發電系統，其特征在于，所述洋流能轉換裝置安裝于出氣浮臺下方，其輸出軸伸入浮臺頂部的所述齒輪系統，實現與波浪能轉換裝置的動力合成。3.根據權利要求2所述的海上能源綜合利用發電系統，其特征在于，所述洋流能轉換裝置為固連于海底的垂直軸水力渦輪。4.根據權利要求1至3任一項所述的海上能源綜合利用發電系統，其特征在于，所述齒輪系統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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊科，吳蔚，徐建中，
申請(專利權)人：中國科學院工程熱物理研究所，
類型：發明
國別省市：