一种垂直振荡式波浪能发电与海上升压站集成装置的制作方法

本发明涉及海洋可再生能源开发利用的技术领域，尤其是指一种垂直振荡式波浪能发电与海上升压站集成装置。

背景技术：

随着海上风电场的大规模开发，每个风电场至少配备一座升压站，但升压站与波浪能发电装置往往单独建设，且波浪能发电的开发成本较高，目前尚未形成将二者相结合的开发模式。

海上升压站为海上风电场的电能汇聚中心，所有海上风力发电机所发电能汇聚于此，通过升压站完成升压过程，并通过海底电缆将电能输送到陆地电网，以减小传输过程中的电能损耗。

波浪能发电是将波浪能转换为电能的装置，一般先通过波浪能采集系统捕获波浪能，再通过机械能转换装置将捕获的波浪能转换为机械能，最终通过发电系统将机械能转换为电能。近年来，波浪能发电技术发展迅速，出现各式各样的波浪能发电装置，但一般都需要单独支撑平台、升压设备及电力输送系统，增大了制造与施工安装成本，降低了工程实际应用价值。

若将海上升压站和波浪能发电相结合，波浪能发电装置与升压站共享一座支撑基础和一套升压及输送设备，可大幅降低波浪能发电的开发成本，提升波浪能发电的整体收益。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种垂直振荡式波浪能发电与海上升压站集成装置，将海上波浪能与海上升压站结合起来，二者共享支撑结构、升压设备及电力输送设备，降低了波浪能发电开发成本，实现了资源的合理配置与利用。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种垂直振荡式波浪能发电与海上升压站集成装置，包括导管架基础、升压站模块及液压系统和发电系统；所述导管架基础的顶部形成有双层支撑平台，所述升压站模块安装在第一层，所述液压系统和发电系统安装在第二层，所述发电系统的发电机与液压系统的液压马达相连，由该液压马达驱动进行发电，即将液压马达的机械能转换为电能；所述导管架基础的底部通过钢管桩固定在海底上，所述导管架基础的两个相对侧面对称安装有两个波浪能转化单元，每个波浪能转化单元包括多个浮体模块及分别与该多个浮体模块一一对应的连杆和双作用液压缸，即一个浮体模块配套一个连杆和一个双作用液压缸，所有连杆的长度并不一致，其一端分别通过铰接轴承并排铰接在导管架基础的同一条横撑杆上，其另一端连接有浮体模块，在波浪作用下，所述浮体模块做垂荡运动，带动连杆绕铰接轴承摆动，所述连杆的中部与双作用液压缸的活塞杆相连，使得活塞杆能够随连杆的摆动做往复运动，进而驱动液压缸内活塞做功，将浮体模块捕获的波浪能转换为液压油的高压能，且在出现恶劣海况时，能够通过转动连杆，使浮体模块抬出水面以避免损坏；所有双作用液压缸的缸体呈倾斜并排铰接在导管架基础的同一条横撑杆上，并位于连杆上方，所述双作用液压缸通过高压油管与液压系统的蓄能器连接，使其高压能储存于蓄能器，即蓄能器中储存有高压油，进而由该蓄能器驱动液压马达转动；所述液压系统、发电系统和两个波浪能转化单元构成了一个波浪能发电装置，在电网断电时，能够作为升压站后备电源使用，在电网不断电时，能够为升压站相关电力负载供电，而多余电量经升压站模块升压后，最终通过海底电缆输送至陆地电网。

进一步，所述液压系统包括桥式单向阀组、蓄能器、液压马达、油箱、溢流阀、节流阀；其中，所述双作用液压缸通过与桥式单向阀组的联合作用，始终使其被挤压侧液压油腔内的高压油流向蓄能器，其另一侧液压油腔从油箱流入低压油，以提高双作用液压缸的做功效率；所述蓄能器通过节流阀与液压马达连接，使得高压油经过节流阀来驱动液压马达转动；所述蓄能器通过溢流阀与油箱连接，当蓄能器所蓄高压能达到其能力限值后，多余的高压油会通过溢流阀变为低压油流入油箱；所述液压马达与油箱连接，使得高压油驱动液压马达后变为低压油流入油箱，再通过桥式单向阀组流回双作用液压缸，形成循环回路。

进一步，所述升压站模块包括升压设备及与该升压设备相连的高压配电设备和与该高压配电设备相连的高压输送电缆，用于风电场的电压升高、高压配电和电力输送，高压输送能够减小电力传输过程中的能量损失。

进一步，所述导管架基础为桁架结构。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明将波浪能发电装置与海上升压站相结合，共用一套导管架基础，无需建造新的支撑平台，且与海上风电场共用一套升压设备及电力输送设备，大幅降低了施工建设成本与波浪能发电成本，提升了海上发电场的经济效益。

2、本发明将波浪能发电装置设置于海上升压站，电网断电时作为升压站后备电源，升压站无需专门配置后备电源，同时可以就地将波浪能发电装置发出的电能供给升压站相关电力负载消纳，多余电量升压后通过海底电缆输送至陆地电网，达到资源的相互协调与合理利用。

3、本发明设计有独特的波浪能转化单元，其浮体模块通过不同长度连杆对称布置于导管架基础的两个相对侧面，可充分捕获波浪能量，提升波浪能捕获效率。

4、本发明的波浪能发电装置的液压系统，将桥式单向阀组与双作用液压缸相结合，使得液压缸内活塞杆双向往复运动时都可以将机械能转化为液压油的高压能(始终使被挤压侧液压油腔内的高压油流向蓄能器)，大幅提高双作用液压缸的做功效率。

5、当出现恶劣海况时，波浪能发电装置可通过转动连杆，使浮体模块抬出水面，避免在恶劣海况下的结构损坏。

附图说明

图1为本发明的垂直振荡式波浪能发电与海上升压站集成装置结构示意图。

图2为浮体模块、连杆和双作用液压缸的连接示意图。

图3为本发明的波浪能发电装置发电原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图3所示，本实施例所提供的垂直振荡式波浪能发电与海上升压站集成装置，包括导管架基础1、升压站模块及液压系统7和发电系统8；所述导管架基础1为桁架结构，其顶部形成有双层支撑平台2，所述升压站模块安装在第一层，所述液压系统7和发电系统8安装在第二层，所述发电系统8的发电机17与液压系统7的液压马达16相连，由该液压马达16驱动进行发电，即将液压马达16的机械能转换为电能；所述导管架基础1的底部通过钢管桩3固定在海底上，所述导管架基础1的两个相对侧面对称安装有两个波浪能转化单元，每个波浪能转化单元包括多个浮体模块9及分别与该多个浮体模块9一一对应的连杆10和双作用液压缸11，即一个浮体模块9配套一个连杆10和一个双作用液压缸11，所有连杆10的长度并不一致(利于浮体模块充分捕获波浪能量)，其一端分别通过铰接轴承12并排铰接在导管架基础1的同一条横撑杆13上，其另一端连接有浮体模块9，在波浪作用下，所述浮体模块9做垂荡运动，带动连杆10绕铰接轴承12摆动，所述连杆10的中部与双作用液压缸11的活塞杆相连，使得活塞杆能够随连杆10的摆动做往复运动，进而驱动液压缸内活塞做功，将浮体模块9捕获的波浪能转换为液压油的高压能，过程是：浮体模块9可有效吸收波浪能并转换为连杆10的机械能，进一步通过双作用液压缸11将连杆10的机械能转化为液压油的高压能；此外，当出现恶劣海况时，可通过转动连杆10，使浮体模块9抬出水面，避免在恶劣海况下的结构损坏；所有双作用液压缸11的缸体呈倾斜并排铰接在导管架基础1的同一条横撑杆上，并位于连杆10上方，所述双作用液压缸11通过高压油管与液压系统7的蓄能器15连接，使其高压能储存于蓄能器15，即蓄能器15中储存有高压油，进而由该蓄能器15驱动液压马达16转动；上述液压系统7、发电系统8和两个波浪能转化单元构成了一个波浪能发电装置，在电网断电时，可作为升压站后备电源使用，在电网不断电时，能够为升压站相关电力负载供电，而多余电量经升压站模块升压后，最终通过海底电缆输送至陆地电网，提高了波浪能发电的经济性。

所述液压系统7包括桥式单向阀组14、蓄能器15、液压马达16、油箱18、溢流阀19、节流阀20；其中，所述双作用液压缸11通过与桥式单向阀组14的联合作用，始终使其被挤压侧液压油腔内的高压油流向蓄能器15，其另一侧液压油腔从油箱18流入低压油，大幅提高双作用液压缸11的做功效率；所述蓄能器15通过节流阀20与液压马达16连接，使得高压油经过节流阀20来驱动液压马达16转动；所述蓄能器15通过溢流阀19与油箱18连接，当蓄能器15所蓄高压能达到其能力限值后，多余的高压油会通过溢流阀19变为低压油流入油箱18；所述液压马达16与油箱18连接，使得高压油驱动液压马达16后变为低压油流入油箱18，再通过桥式单向阀组14流回双作用液压缸11，形成循环回路。

所述升压站模块包括升压设备4及与该升压设备4相连的高压配电设备5和与该高压配电设备5相连的高压输送电缆6，用于风电场的电压升高、高压配电和电力输送，高压输送可减小电力传输过程中的能量损失。

综上所述，本发明将波浪能发电装置的液压系统与发电系统安装于导管架基础的双层支撑平台上，同时波浪能发电的主要机械执行机构(即波浪能转化单元)悬挂安装于导管架基础的横撑杆上，且通过特别设计的波浪能转化单元，可充分捕获波浪能量，提升波浪能捕获效率，并且波浪能发电装置发出的电能在电网断电时可作为升压站后备电源，无需专门配置后备电源，同时可就地供给升压站相关电力负载消纳，多余电量经升压站模块升压后，经海底电缆输送至陆地电网，另外，整个波浪能发电装置与升压站模块共用一套导管架基础，无需建造新的支撑平台，且与海上风电场共用一套升压设备及电力输送设备，在大幅降低施工建设成本与波浪能发电成本的同时，也提升了波浪能发电及整个风电场的经济效益，实现了资源的合理配置与利用，值得推广。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。