一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺的製作方法
2023-04-24 12:57:06 1
一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺的製作方法
【專利摘要】本發明屬於新型可再生能源技術和海洋裝備領域，特別涉及一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺。它包括漂浮式基礎、風力機、擺板、阻尼板、錨鏈、導軌、轉軸和發電機。漂浮式基礎主體通過張力腿式錨鏈連接抓力錨固定於海底；前擺板和後擺板對稱安裝在漂浮式基礎上，並迎向波浪來波方向；風力機和塔架安裝於漂浮式平臺的中心位置。其特徵是：漂浮式平臺迎向波浪來波方向，前、後擺板在波浪作用下往復轉動帶動發電機發電，與風力機在風力作用下發出的電力實現互補。本發明採用雙導軌固定、前後擺板同時工作的設計，能夠根據波浪條件調整擺板間距以提高漂浮式平臺的穩定性，適用於深水區域，同時具有較高的可靠性，易於安裝和移動。
【專利說明】一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺
【技術領域】
[0001]本發明屬於新型可再生能源技術和海洋裝備領域，特別是一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺。
【背景技術】
[0002]地球表面有70%的面積被海水所覆蓋，海水中蘊藏巨大的波浪能，作為可再生能源，波浪能具有巨大的開發潛力。隨著海洋對人類社會的意義日趨重要，水中人工系統的研究發展對國家安全、經濟利益、科學研究的重要性也越來越大，海洋可再生能源的利用問題也越來越受到廣大研究者們的重視。與波浪能相比，我國的風能資源更為豐富，分布更為廣泛，風能發電技術也更為成熟。近幾年來，海上風能由於資源豐富、風速穩定、對環境負面影響較小等特點，得到了迅速的發展。然而，我國的海上風電開發還限於潮間帶和淺海區域，風機基礎採用重力式基礎和樁式基礎，對於風力資源更為豐富的深海地區研究較少。而據美國國家能源局統計分析，深水海域的風能資源具有極大的開發潛力和價值，其開發利用技術將會是未來世界風電技術發展中的一個重要方向。綜上所述，我國波浪能和海上風能資源都非常豐富，開發波浪能和海上風能綜合利用技術是勢在必行的，綜合考慮波浪能與海上風能在地域分布特點上的相似性，開展海上波浪能-風能綜合利用技術研究存在可觀的產業前景，對於我國節能減排總體戰略布局也具有重要戰略意義。
[0003]目前，海上波浪能-風能綜合利用技術還處於探索階段，鮮見較為成熟的設計方案。其中一種是基於海上油氣田平臺技術的三浮體漂浮式風力機WindFloat，在其浮體基礎上加入振蕩水柱式發電設計或者在其中間位置加入振蕩浮子式點吸收波浪能裝置。另一種是美國ITI Energy公司提出的一種基於駁船式漂浮式平臺的波浪能-風能綜合利用技術:在長方體的漂浮式平臺中間位置設計了用于振蕩水柱式發電裝置的氣室。挪威科技大學也提出了一種結合桅杆Spar)式海上風機Hywind和振蕩浮子式波浪能裝置WaveBob的波浪能-風能綜合利用概念STC (Spar-Torus Combination)。然而,這些技術在波浪能利用方面均主要捕獲波浪能在垂直方向上的動能或勢能。同時，考慮裝置的穩定性和安全性，需保證能量轉換裝置能適應不同的天氣狀況，具有在極端天氣條件下的生存能力。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是:克服上述現有技術的不足，提供一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，它利用漂浮式平臺為波浪能裝置和風能裝置提供安裝基礎，能夠在利用波浪水體水平方向上動能的同時為海上風力機提供穩定的平臺，適用於深水區域，同時具有較高的可靠性，易於安裝和移動。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0006]一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，包括漂浮式基礎、風力機、擺板、阻尼板、錨鏈、導軌、轉軸和發電機。漂浮式基礎主體通過張力腿式(繃腿式)錨鏈連接抓力錨固定於海底；前擺板和後擺板對稱安裝在漂浮式基礎上，並迎向波浪來波方向；風力機和塔架安裝於漂浮式平臺的中心位置。其特徵是:漂浮式平臺迎向波浪來波方向，並由傾斜和垂直兩種張力腿式錨鏈固定於海底，前、後擺板在波浪作用下往復轉動帶動發電機發電，與風力機在風力作用下發出的電力實現互補。
[0007]所述的一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵是:前擺板和後擺板之間的距離為布放海域特徵波長的一半。
[0008]所述的一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵是:漂浮式基礎下方沿來波方向對稱安裝阻尼板。
[0009]所述的一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵是:漂浮式基礎在沿來波方向安裝有對稱的垂直和傾斜張力腿式錨鏈固定裝置。
[0010]所述的一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵是:漂浮式基礎上安裝有兩條導軌與前、後擺板相連接。
[0011]所述的一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵是:擺板通過轉軸與發電機連接，且發電機固定於轉軸上。。
[0012]當波浪經過漂浮式平臺，前、後擺板在波浪力的作用以轉軸為軸發生單一自由度的轉動，驅動與轉軸連接的發電機工作。同時，由於前、後擺板的間距為半個特徵波長，這使得前、後擺板所受到的波浪力正好相反，前、後擺板的運動方向和加速度方向也正好相反，這有助於最小化波浪作用下的擺板對於漂浮式平臺的穩定性的影響。特別地，在漂浮式平臺上設置有兩條平行的導軌，擺板、轉軸以及發電機可以沿著導軌移動並採用螺栓固定，這一設計有助於根據不同地區、海況來調整前、後擺板的間距以滿足距離為特徵波長一半的要求。
[0013]在漂浮式平臺的下方沿來波方向安裝有對稱的阻尼板，其可以促進波浪與平臺作用時波浪的爬升和變形，從而增大波浪力以提高波浪能發電輸出。同時，其可以在水平方向上形成有效的附加阻尼效應，增強漂浮式平臺在水平方向上的穩定性。類似地，在漂浮式平臺下方沿來波方向安裝有對稱的垂直和傾斜張力腿式錨鏈用於固定整體漂浮式平臺。其中垂直張力腿主要提供豎直方向的拉力，限制漂浮式平臺的上下運動(垂蕩)；傾斜張力腿提供水平和垂直方向的拉力，主要限制漂浮式平臺的前後運動(縱蕩)和轉動(縱搖)。
[0014]本發明的有益效果是:
[0015]本發明適用于波浪能資源和海上風能資源較為豐富的深水區域，採用雙導軌固定、前後擺板同時工作的設計，能夠根據波浪條件調整擺板間距以提高漂浮式平臺的穩定性；採用前後阻尼板的設計，提高了波浪能發電輸出和增強了裝置在水平方向上的平衡性；採用傾斜和垂直張力腿錨鏈將整體系統固定於海底，安全性高；同時，本設計主體採用了漂浮式基礎，形式簡單，便於安裝和轉移。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的整體結構示意圖。
[0017]圖2是漂浮式平臺上的各機構安裝示意圖。
[0018]圖3是本發明採用傾斜阻尼板的整體結構示意圖。
[0019]圖中，1-風力機，2-塔架，3-後擺板，4-漂浮式基礎，5-傾斜錨鏈，6-前擺板，7-阻尼板，8-垂直錨鏈,9-轉軸，10-導軌，11-發電機。【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0021]實施例1:
[0022]如圖1所示，漂浮式基礎4通過垂直錨鏈8和傾斜錨鏈5進行固定，錨鏈的另外一端固定於海底；漂浮式基礎4迎向來波方向，前擺板6和後擺板3分別安裝於漂浮式基礎4的前部和後部；前擺板6和後擺板3的頂面接近海平面位置；塔架2安裝於漂浮式基礎4的中部，風力機I安裝於塔架2的頂部；阻尼板7對稱安裝於漂浮式基礎4的前後兩端。
[0023]如圖2所示，擺板6和3通過轉軸9和發電機11連接；在漂浮式基礎4上布放有兩個相互平行的導軌10，轉軸9可以沿導軌10移動並通過螺栓固定；塔架2安裝於兩個平行導軌的中間。。
[0024]本實施例的工作原理:
[0025]實際使用時，漂浮式基礎4處於漂浮狀態，前擺板6和後擺板3的上部表面接近於水平面位置。根據布放海域的特徵波長調整前擺板6和後擺板3的間距為半波長，使擺板在漂浮式基礎4上對稱放置並採用螺栓將其固定於導軌10上。在波浪的作用下，擺板6和3以轉軸9為軸轉動並帶動發電機工作,其發出電力可以和風力機在風力作用下的電力輸出整合起來對海上設施供電或進行存儲。同時，當波峰通過前擺板6時，波谷位於後擺板3的位置；當波谷通過前擺板6時，波峰位於後擺板3的位置，前擺板和後擺板的運動參數剛好相反，這有助於最小化前、後擺板所受到的波浪力總和，進一步提高了漂浮式平臺的穩定性。
[0026]當波浪傳遞到漂浮式基礎4時，阻尼板7促使水體爬升，增強了漂浮式基礎上的波浪力，提高了波浪能轉換輸出。同時，前後對稱分布的阻尼板7和漂浮式基礎4 一起形成了一個位於漂浮式平臺下方的半封閉水體，其增大了整體裝置的附加質量，提高了系統在水平方向的穩定性。在風、浪和漂浮式平臺、波浪能裝置及風力機作用過程中，垂直錨鏈8和傾斜錨鏈5提供了豎向和橫向的拉力，對於減小漂浮式平臺在垂蕩、縱蕩和縱搖等自由度上的運動幅度有重要意義。
[0027]實施例2:
[0028]請參閱圖1和圖3，與實施例1不同僅在於:阻尼板7為傾斜布放，傾斜錨鏈5與阻尼板7連接，垂直錨鏈8與漂浮式基礎4直接連接，以至於阻尼板7對于波浪爬升的促進作用更加明顯。
[0029]儘管上面對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的。
【權利要求】
1.一種漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，包括漂浮式基礎、風力機、擺板、阻尼板、錨鏈、導軌、轉軸和發電機；漂浮式基礎主體通過張力腿式(繃腿式)錨鏈連接抓力錨固定於海底；前擺板和後擺板對稱安裝在漂浮式基礎上，並迎向波浪來波方向；風力機和塔架安裝於漂浮式平臺的中心位置，其特徵在於:漂浮式平臺迎向波浪來波方向，並由傾斜和垂直兩種張力腿式錨鏈固定於海底，前、後擺板在波浪作用下往復轉動帶動發電機發電，與風力機在風力作用下發出的電力實現互補。
2.根據權利要求1所述的漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵在於:前擺板和後擺板之間的距離為布放海域特徵波長的一半。
3.根據權利要求1所述的漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵在於:漂浮式基礎下方沿來波方向對稱安裝阻尼板。
4.根據權利要求1所述的漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵在於:漂浮式基礎在沿來波方向安裝有對稱的垂直和傾斜張力腿式錨鏈固定裝置。
5.根據權利要求1所述的漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵在於:漂浮式基礎上安裝有兩條導軌與前、後擺板相連接。
6.根據權利要求1所述的漂浮式波浪能-風能綜合利用平臺，其特徵在於:擺板通過轉軸與發電機連接，且發電機固定於轉軸上。
【文檔編號】F03D9/00GK103832557SQ201410108417
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】彭偉 申請人:長沙理工大學