基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构的制作方法
【专利摘要】基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置，浮式张力腿风能发电结构包括风力机、塔架结构、张力腿式支撑平台结构和配套电力传输系统，波浪能发电装置设在塔架结构水面处，波浪能发电装置通过滑道式接触装置耦合联接在塔架结构外侧面上，有益效果是：结构设计合理、稳定，施工方案技术成熟；共享支撑平台结构和电力传输系统，减少了单独使用风力发电机和波浪能发电机的建造成本；张力腿结构有利于对运动的最优化控制，提高波浪能的利用效率；该新型集成发电结构系统可广泛应用于深水风能-波浪能资源的开发。
【专利说明】基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋能利用领域，尤其涉及风能和波浪能综合利用装置。
【背景技术】
[0002]海上风能和波浪能都是清洁可再生的海洋能源，可利用风力发电装置将风能转换成电能，利用波浪发电装置将波浪能转换成电能。我国东部沿海的海上可开发风能资源约达7.5亿千瓦，不仅资源潜力巨大，而且开发利用市场条件良好，更靠近中国的经济中心。海上风能开发具有节约宝贵土地资源、风力更稳定、风电机组单机容量更大、年有效利用小时数更高、受噪音标准限制更小、运输条件更为便利等优势。风能丰富水域的波浪能资源也很丰富。但是，相比于海上风力发电，波浪能发电装置能量转化率较低，单位发电成本较高，一定程度限制了其商业化应用。
[0003]现有技术中，近海风力发电装置的基础主要有单桩式、多桩式、重力式、导管架式、高桩承台式等固定式支撑平台结构，深水浮式海上风力机的研究还处于起步探索阶段，国外已建成了几座代表性浮式海上风力机示范项目，主要结构形式有:Spar式、张力腿式和半潜式等平台系统。波浪能发电装置主要有:海蛇式、垂荡式、摆动式和坝体式等发电装置类。
[0004]现有技术的不足是:波浪能发电装置能量转化率较低，单位发电成本较高，限制了其商业化应用。海上风力发电虽具有节约土地资源、单机容量大、年有效利用小时数高、噪音标准限制小、输送条件便利等优势，但是目前还非常缺少将风力发电和波浪发电集成为一体的海洋能源综合开发结构系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于提出一种深水风能和波浪能集成发电的浮式结构系统，使二者共享支撑平台结构和电力传输配套系统。
[0006]本发明的目的是这样实现的:基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置；浮式张力腿风能发电结构包括风力机、塔架结构、张力腿式支撑平台结构和配套电力传输系统，张力腿式支撑平台结构包括下浮体结构、伸臂结构和张力腿结构，其特征在于所述波浪能发电装置安装在塔架结构水面处，所述波浪能发电装置与塔架结构2通过滑道式接触装置耦合联接，所述滑道式接触装置包括滑轮、滑道和弹簧阻尼器，所述滑道固定在塔架结构外侧面上，滑轮通过滑轮轴安装在波浪能发电装置上，弹簧阻尼器安装在滑轮与安装滑轮位置的波浪能发电装置之间，弹簧阻尼器使滑轮压向滑道。
[0007]本发明所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述滑道式接触装置由4?8套的偶数套组成，沿塔架结构外侧面对称布置。
[0008]本发明所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述波浪能发电装置是垂荡式波浪能发电装置。[0009]本发明所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述垂荡式波浪能发电装置包括活塞结构、液压缸、单向入流阀1、单向出流阀1、单向入流阀
I1、单向出流阀I1、节流阀、储能器、液压马达和发电装置，活塞结构的活塞置于液压缸内，液压缸的活塞上侧和下侧分别由通道与液压马达连通，液压缸活塞上侧通道上设有单向入流阀I，液压缸活塞下侧通道上设有单向出流阀I，上侧通道单向入流阀I与液压缸之间的通道上设上侧支通道，上侧支通道与下侧通道单向出流阀I与液压马达之间的通道连通，上侧支通道上设有单向出流阀II，下侧通道单向出流阀I与液压缸之间的通道上设下侧支通道，下侧支通道与上侧通道单向入流阀I与液压马达之间的通道连通，下侧支通道上设有单向入流阀II，上侧通道单向入流阀I与液压马达之间通道和下侧通道单向出流阀I与液压马达之间通道之间连接一节流阀，上侧通道和下侧通道与液压马达连接端分别设有储能器，液压马达与发电装置连接。利用波浪能发电装置与塔架结构相对垂向运动带动活塞结构运动，活塞结构的往复运动使液压箱内的液体分别经单向入流阀I (反向时:经单向入流阀II )和节流阀进入液压马达，驱动其旋转，从而带动发电机发电，节流阀和蓄能器主要起到稳定液压系统压力及保护液压系统安全的作用。
[0010]本发明所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述顶部风力机是MW级变速变桨海上风力机。
[0011]本发明分别通过风力机和水面处的波浪能发电装置将风能和波浪能转变为电能，并共同利用张力腿式支撑平台结构和配套电力传输系统。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]1、结构设计合理、稳定，施工方案技术成熟。
[0014]2、风力发电机可以选用现有商用产品，选型简便。
[0015]3、波浪能转化装置可以有效利用液压缸内活塞结构的双向运动驱动液压马达旋转，并最终带动发电机发电，其主要性能参数可以结合选址场地的波浪特征进行优化设计。
[0016]4、顶部风力机与水面处波浪能发电装置共用张力腿浮式平台结构，共享支撑平台结构和电力传输系统，减少了单独使用风力发电机和波浪能发电机的建造成本。
[0017]5、张力腿结构能有效地控制浮式平台的纵摇和横摇，有利于顶部风机的良好运行，也有效地控制由于顶部大质量机舱惯性运动所引起的巨大塔架弯矩载荷。
[0018]6、张力腿结构和滑道式耦合连接装置有利于波浪能发电装置与平台主体相对运动的最优化控制，提高波浪能的利用效率。
[0019]7、本发明可有效地降低单位发电成本，可广泛应用于我国东部沿海丰富深水风能-波浪能资源的开发。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构示意图
[0021]图2a是波浪能发电装置与塔架连接剖面示意图
[0022]图2b是波浪能发电装置与塔架连接俯视示意图
[0023]图3是波浪能发电装置与塔架滑动连接局部示意图
[0024]图4是张力腿平台下浮体的俯视示意图
[0025]图5是波浪能发电装置系统示意图[0026]图中，1、风力机，2、塔架结构，3、波浪能发电装置，4、下浮体结构，5、伸臂结构，6、张力腿结构，7、滑道式接触装置，8、滑轮，9、滑道，10、弹簧阻尼器，11、活塞结构，12、液压缸，13、单向入流阀I , 14、单向出流阀I , 15、单向入流阀II, 16、单向出流阀II, 17、节流阀，18、储能器，19、液压马达，20、发电装置。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0028]基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置，波浪能发电装置3是垂荡式波浪能发电装置，风力机I是丽级变速变桨海上风力机；浮式张力腿风能发电结构包括风力机1、塔架结构2、张力腿式支撑平台结构和配套电力传输系统，张力腿式支撑平台结构包括下浮体结构4、伸臂结构5和张力腿结构6，波浪能发电装置3设在塔架结构2水面处的，波浪能发电装置3与塔架结构2通过滑道式接触装置7耦合联接，滑道式接触装置7包括滑轮8、滑道9和弹簧阻尼器10，滑道9固定在塔架结构2外侧面上，滑轮8通过滑轮轴安装在波浪能发电装置3上，弹簧阻尼器10安装在滑轮8与安装滑轮8位置的波浪能发电装置3之间，弹簧阻尼器10使滑轮8压向滑道9。滑道式接触装置7由4套组成，沿塔架结构2外侧面均匀布置。垂荡式波浪能发电装置3包括活塞结构11、液压缸12、单向入流阀I 13、单向出流阀I 14、单向入流阀II 15、单向出流阀II 16、节流阀17、储能器18、液压马达19和发电装置20，活塞结构11的活塞置于液压缸12内，液压缸12的活塞上侧和下侧分别由通道与液压马达19连通，液压缸12活塞上侧通道上设有单向入流阀I 13，液压缸12活塞下侧通道上设有单向出流阀I 14，上侧通道单向入流阀I 13与液压缸12之间的通道上设上侧支通道，上侧支通道与下侧通道单向出流阀I 14与液压马达19之间的通道连通，上侧支通道上设有单向出流阀II 16，下侧通道单向出流阀I 14与液压缸12之间的通道上设下侧支通道，下侧支通道与上侧通道单向入流阀I 13与液压马达19之间的通道连通，下侧支通道上设有单向入流阀II 15，上侧通道单向入流阀I 13与液压马达19之间通道和下侧通道单向出流阀I 14与液压马达19之间通道之间连接一节流阀17，上侧通道和下侧通道与液压马达19连接端分别设有储能器18，液压马达19与发电装置20连接。滑道式接触装置7可以确保垂荡式波浪能发电设备与塔架结构在除垂荡方向的其他五个自由度方向上的协调运动，有利于最优化利用二者的相对垂荡运动进行波浪能发电，浮式波浪能发电装置3与塔架2的相对垂向运动带动活塞结构11的垂向运动，使液压箱12内的液体经单向入流阀I 13(反向时:经单向入流阀1115)进入液压马达19,驱动其旋转,从而带动发电机20发电,实现波浪能向电能的转化。节流阀17和蓄能器18主要起到稳定液压系统压力和保护液压系统安全的目的。
[0029]本发明的产品设计要充分考虑以下因素:
[0030]I)根据装机地点的风资源特征，选取风力机1，依据风力机I的性能参数和空气动力学设计载荷，优化塔架结构2的高度和截面尺寸。
[0031]2)根据装机地点的波浪统计特征，选取垂荡式波浪能发电装置，并依据垂荡式波浪能发电装置的性能参数，设计滑道式接触装置7，将波浪能发电装置与水面处塔架结构进行耦合联接。
[0032]3)根据风力机、塔架结构和波浪能发电装置的质量，及波浪能发电装置和张力腿平台的水动力特征，设计下浮体结构4和伸臂结构5的几何尺寸和压载质量，保证浮式张力腿结构系统的良好自稳性。
[0033]基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构的施工安装流程如下:首先，选用现有张力腿平台施工工艺，将张力腿结构6固定于海底；其次，将水面处波浪能发电装置3、水面处塔架结构2、下浮体结构4和伸臂结构5进行岸上组装，用专业施工船将组装结构与已锚泊好的张力腿结构进行对接安装；最后，依次安装塔架2和顶部风力机1，完成基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构的施工安装。
【权利要求】
1.基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，包括浮式张力腿风能发电结构和波浪能发电装置；浮式张力腿风能发电结构包括风力机(I)、塔架结构(2)、张力腿式支撑平台结构和配套电力传输系统，张力腿式支撑平台结构包括下浮体结构(4)、伸臂结构(5)和张力腿结构(6)，其特征在于所述波浪能发电装置(3)安装在塔架结构水面处；所述波浪能发电装置(3)与塔架结构(2)通过滑道式接触装置(7)耦合联接，所述滑道式接触装置(7)包括滑轮(8)、滑道(9)和弹簧阻尼器(10)，所述滑道(9)固定在塔架结构(2)外侧面上，滑轮(8)通过滑轮轴安装在波浪能发电装置(3)上，弹簧阻尼器(10)安装在滑轮(8)与安装滑轮⑶位置的波浪能发电装置(3)之间，弹簧阻尼器(10)使滑轮⑶压向滑道(9)。
2.根据权利要求1所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述滑道式接触装置(7)由4?8套的偶数套组成，沿塔架结构(2)外侧面对称布置。
3.根据权利要求1所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述波浪能发电装置(3)是垂荡式波浪能发电装置。
4.根据权利要求3所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述垂荡式波浪能发电装置(3)包括活塞结构(11)、液压缸(12)、单向入流阀I (13)、单向出流阀I (14)、单向入流阀II (15)、单向出流阀II (16)、节流阀(17)、储能器(18)、液压马达(19)和发电装置(20)，活塞结构(11)的活塞置于液压缸(12)内，液压缸(12)的活塞上侧和下侧分别由通道与液压马达(19)连通，液压缸(12)活塞上侧通道上设有单向入流阀I (13)，液压缸(12)活塞下侧通道上设有单向出流阀I (14)，上侧通道单向入流阀I (13)与液压缸(12)之间的通道上设上侧支通道，上侧支通道与下侧通道单向出流阀I (14)与液压马达(19)之间的通道连通，上侧支通道上设有单向出流阀II (16)，下侧通道单向出流阀I (14)与液压缸(12)之间的通道上设下侧支通道，下侧支通道与上侧通道单向入流阀I (13)与液压马达(19)之间的通道连通，下侧支通道上设有单向入流阀II (15)，上侧通道单向入流阀I (13)与液压马达(19)之间通道和下侧通道单向出流阀I (14)与液压马达(19)之间通道之间连接一节流阀(17)，上侧通道和下侧通道与液压马达(19)连接端分别设有储能器(18)，液压马达(19)与发电装置(20)连接。
5.根据权利要求1所述基于浮式张力腿平台的风能-波浪能集成发电结构，其特征在于所述风力机(I)是MW级变速变桨海上风力机。
【文档编号】F03D11/00GK103967713SQ201410203676
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】任年鑫, 李玉刚, 马哲, 程勇 申请人:大连理工大学