一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别涉及一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台。它包括漂浮式基础、风力机、摆板、阻尼板、锚链、导轨、转轴和发电机。漂浮式基础主体通过张力腿式锚链连接抓力锚固定于海底；前摆板和后摆板对称安装在漂浮式基础上，并迎向波浪来波方向；风力机和塔架安装于漂浮式平台的中心位置。其特征是：漂浮式平台迎向波浪来波方向，前、后摆板在波浪作用下往复转动带动发电机发电，与风力机在风力作用下发出的电力实现互补。本实用新型采用双导轨固定、前后摆板同时工作的设计，能够根据波浪条件调整摆板间距以提高漂浮式平台的稳定性，适用于深水区域，同时具有较高的可靠性，易于安装和移动。
【专利说明】一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台
【技术领域】
[0001]本实用新型属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别是一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台。
【背景技术】
[0002]地球表面有70%的面积被海水所覆盖，海水中蕴藏巨大的波浪能，作为可再生能源，波浪能具有巨大的开发潜力。随着海洋对人类社会的意义日趋重要，水中人工系统的研究发展对国家安全、经济利益、科学研究的重要性也越来越大，海洋可再生能源的利用问题也越来越受到广大研究者们的重视。与波浪能相比，我国的风能资源更为丰富，分布更为广泛，风能发电技术也更为成熟。近几年来，海上风能由于资源丰富、风速稳定、对环境负面影响较小等特点，得到了迅速的发展。然而，我国的海上风电开发还限于潮间带和浅海区域，风机基础采用重力式基础和桩式基础，对于风力资源更为丰富的深海地区研究较少。而据美国国家能源局统计分析，深水海域的风能资源具有极大的开发潜力和价值，其开发利用技术将会是未来世界风电技术发展中的一个重要方向。综上所述，我国波浪能和海上风能资源都非常丰富，开发波浪能和海上风能综合利用技术是势在必行的，综合考虑波浪能与海上风能在地域分布特点上的相似性，开展海上波浪能-风能综合利用技术研究存在可观的产业前景，对于我国节能减排总体战略布局也具有重要战略意义。
[0003]目前，海上波浪能-风能综合利用技术还处于探索阶段，鲜见较为成熟的设计方案。其中一种是基于海上油气田平台技术的三浮体漂浮式风力机WindFloat，在其浮体基础上加入振荡水柱式发电设计或者在其中间位置加入振荡浮子式点吸收波浪能装置。另一种是美国ITI Energy公司提出的一种基于驳船式漂浮式平台的波浪能-风能综合利用技术:在长方体的漂浮式平台中间位置设计了用于振荡水柱式发电装置的气室。挪威科技大学也提出了一种结合桅杆Spar)式海上风机Hywind和振荡浮子式波浪能装置WaveBob的波浪能-风能综合利用概念STC (Spar-Torus Combinat1n)。然而,这些技术在波浪能利用方面均主要捕获波浪能在垂直方向上的动能或势能。同时，考虑装置的稳定性和安全性，需保证能量转换装置能适应不同的天气状况，具有在极端天气条件下的生存能力。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:克服上述现有技术的不足，提供一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，它利用漂浮式平台为波浪能装置和风能装置提供安装基础，能够在利用波浪水体水平方向上动能的同时为海上风力机提供稳定的平台，适用于深水区域，同时具有较高的可靠性，易于安装和移动。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，包括漂浮式基础、风力机、摆板、阻尼板、锚链、导轨、转轴和发电机。其特征是:漂浮式基础主体通过张力腿式锚链连接抓力锚固定于海底；前摆板和后摆板对称安装在漂浮式基础上，并迎向波浪来波方向；风力机和塔架安装于漂浮式平台的中心位置；摆板转轴连接发电机；塔架上安装风力机。
[0007]所述的一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征是:前摆板和后摆板之间的距离为布放海域特征波长的一半。
[0008]所述的一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征是:漂浮式基础下方沿来波方向对称安装阻尼板。
[0009]所述的一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征是:漂浮式基础在沿来波方向安装有对称的垂直和倾斜张力腿式锚链固定装置。
[0010]所述的一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征是:漂浮式基础上安装有两条导轨与前、后摆板相连接。
[0011]所述的一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征是:摆板通过转轴与发电机连接，且发电机固定于转轴上。。
[0012]当波浪经过漂浮式平台，前、后摆板在波浪力的作用以转轴为轴发生单一自由度的转动，驱动与转轴连接的发电机工作。同时，由于前、后摆板的间距为半个特征波长，这使得前、后摆板所受到的波浪力正好相反，前、后摆板的运动方向和加速度方向也正好相反，这有助于最小化波浪作用下的摆板对于漂浮式平台的稳定性的影响。特别地，在漂浮式平台上设置有两条平行的导轨，摆板、转轴以及发电机可以沿着导轨移动并采用螺栓固定，这一设计有助于根据不同地区、海况来调整前、后摆板的间距以满足距离为特征波长一半的要求。
[0013]在漂浮式平台的下方沿来波方向安装有对称的阻尼板，其可以促进波浪与平台作用时波浪的爬升和变形，从而增大波浪力以提高波浪能发电输出。同时，其可以在水平方向上形成有效的附加阻尼效应，增强漂浮式平台在水平方向上的稳定性。类似地，在漂浮式平台下方沿来波方向安装有对称的垂直和倾斜张力腿式锚链用于固定整体漂浮式平台。其中垂直张力腿主要提供竖直方向的拉力，限制漂浮式平台的上下运动(垂荡)；倾斜张力腿提供水平和垂直方向的拉力，主要限制漂浮式平台的前后运动(纵荡)和转动(纵摇)。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]本实用新型适用于波浪能资源和海上风能资源较为丰富的深水区域，采用双导轨固定、前后摆板同时工作的设计，能够根据波浪条件调整摆板间距以提高漂浮式平台的稳定性；采用前后阻尼板的设计，提高了波浪能发电输出和增强了装置在水平方向上的平衡性；采用倾斜和垂直张力腿锚链将整体系统固定于海底，安全性高；同时，本设计主体采用了漂浮式基础，形式简单，便于安装和转移。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0017]图2是漂浮式平台上的各机构安装示意图。
[0018]图3是本实用新型采用倾斜阻尼板的整体结构示意图。
[0019]图中，1-风力机，2-塔架，3-后摆板，4-漂浮式基础，5-倾斜锚链，6-前摆板，7-阻尼板，8-垂直锚链,9-转轴，10-导轨，11-发电机。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
[0021]实施例1:
[0022]如图1所示，漂浮式基础4通过垂直锚链8和倾斜锚链5进行固定，锚链的另外一端固定于海底；漂浮式基础4迎向来波方向，前摆板6和后摆板3分别安装于漂浮式基础4的前部和后部；前摆板6和后摆板3的顶面接近海平面位置；塔架2安装于漂浮式基础4的中部，风力机I安装于塔架2的顶部；阻尼板7对称安装于漂浮式基础4的前后两端。
[0023]如图2所示，摆板6和3通过转轴9和发电机11连接；在漂浮式基础4上布放有两个相互平行的导轨10，转轴9可以沿导轨10移动并通过螺栓固定；塔架2安装于两个平行导轨的中间。。
[0024]本实施例的工作原理:
[0025]实际使用时，漂浮式基础4处于漂浮状态，前摆板6和后摆板3的上部表面接近于水平面位置。根据布放海域的特征波长调整前摆板6和后摆板3的间距为半波长，使摆板在漂浮式基础4上对称放置并采用螺栓将其固定于导轨10上。在波浪的作用下，摆板6和3以转轴9为轴转动并带动发电机工作,其发出电力可以和风力机在风力作用下的电力输出整合起来对海上设施供电或进行存储。同时，当波峰通过前摆板6时，波谷位于后摆板3的位置；当波谷通过前摆板6时，波峰位于后摆板3的位置，前摆板和后摆板的运动参数刚好相反，这有助于最小化前、后摆板所受到的波浪力总和，进一步提高了漂浮式平台的稳定性。
[0026]当波浪传递到漂浮式基础4时，阻尼板7促使水体爬升，增强了漂浮式基础上的波浪力，提高了波浪能转换输出。同时，前后对称分布的阻尼板7和漂浮式基础4 一起形成了一个位于漂浮式平台下方的半封闭水体，其增大了整体装置的附加质量，提高了系统在水平方向的稳定性。在风、浪和漂浮式平台、波浪能装置及风力机作用过程中，垂直锚链8和倾斜锚链5提供了竖向和横向的拉力，对于减小漂浮式平台在垂荡、纵荡和纵摇等自由度上的运动幅度有重要意义。
[0027]实施例2:
[0028]请参阅图1和图3，与实施例1不同仅在于:阻尼板7为倾斜布放，倾斜锚链5与阻尼板7连接，垂直锚链8与漂浮式基础4直接连接，以至于阻尼板7对于波浪爬升的促进作用更加明显。
[0029]尽管上面对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的。
【权利要求】
1.一种漂浮式波浪能-风能综合利用平台，包括漂浮式基础、风力机、摆板、阻尼板、锚链、导轨、转轴和发电机，其特征是:漂浮式基础主体通过张力腿式锚链连接抓力锚固定于海底；前摆板和后摆板对称安装在漂浮式基础上，并迎向波浪来波方向；风力机和塔架安装于漂浮式平台的中心位置；摆板转轴连接发电机；塔架上安装风力机。
2.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征在于:前摆板和后摆板之间的距离为布放海域特征波长的一半。
3.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征在于:漂浮式基础下方沿来波方向对称安装阻尼板。
4.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征在于:漂浮式基础在沿来波方向安装有对称的垂直和倾斜张力腿式锚链固定装置。
5.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征在于:漂浮式基础上安装有两条导轨与前、后摆板相连接。
6.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能-风能综合利用平台，其特征在于:摆板通过转轴与发电机连接，且发电机固定于转轴上。
【文档编号】F03B13/14GK203958556SQ201420131465
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】彭伟 申请人:长沙理工大学