一种基于吸力筒的四桩固定式风能-波浪能集成发电系统的制作方法

本发明属于海上可再生能源利用技术领域，尤其涉及了一种风能-波浪能一体的发电系统，以四桩结构为基础将风能和振荡水柱式波浪能相结合的集成发电系统。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源。海上风电已成为国际风电发展的新方向，备受各国关注。我国沿海地区海上风能资源丰富，开发潜力巨大。另外，发展海上风能对于我国治理大气雾霾、调整能源结构具有重要意义。波浪能发电装置，由于能量转化效率低，发电成本较高，可靠性不高，在一定程度上限制了其商业化。基于吸力筒的四桩固定式风机基础是一种新型的海上风机支撑结构，具有良好的抗震性，广泛适用于地质相对复杂、水位较深的风场，便于安装和拆除；另外，与单桩支撑结构相比，四桩风机基础具有更好的抗冲刷性。随着我国安装设备的开发和安装技术的成熟，四桩基础在我国海上风电产业中的应用前景极为广泛。

将海上风电开发和波浪能资源利用相结合，实现多能互补，可以有效的提高海上风电场的发电能力，提高资源的利用率，是解决海洋可再生能源综合利用，降低可再生能源发电成本的有效途径。

技术实现要素：

本发明为了提供了一种基于吸力筒的四桩固定式风能-波浪能集成发电系统，利用四桩式支撑结构建立了风能、振荡水柱式波浪能系统于一体的集成系统，使二者共享支撑结构和电力传输系统。该发明可充分利用海上可再生资源，从而达到提高四桩基础利用率并降低总成本的目的，提高海上风电场的整体经济性，有效推动其在工业上的应用。

本发明的技术方案：

一种基于吸力筒的四桩固定式风能-波浪能集成发电系统，包括海上风力发电系统和振荡水柱式波浪能发电装置4；

所述的风力发电系统包括风机1、塔筒2、四桩基础6和电力传输系统；所述的风机1为兆瓦级水平轴风力发电机，其通过塔筒2与四桩基础6相连，四桩基础6通过吸力筒7固定于海床8；

所述的振荡水柱式波浪能发电装置4通过套筒3固定在四桩基础6上；所述的振荡水柱式波浪能发电装置4包括波浪能发电装置的外壳本体、波浪进口9、气室11以及空气透平发电机12；振荡水柱式波浪能发电装置4一侧设有波浪进口9，顶部设有三个圆形出气口，出气口处安装有空气透平发电机12；振荡水柱式波浪能发电装置4工作时，在波浪作用下，波浪经波浪进口9进入气室11而形成上下振动的水柱10，水柱10作上下振动运动使气室11内的气体往复通过气室11顶部的出气口，进而驱动空气透平发电机12发电；

所述的气室11，采用分舱设计，通过隔板13分成三个区域，每个区域为锥形，保证气流末端压强增大，更快的推动空气透平发电机12转动，提高发电效率。

所述的振荡水柱式波浪能发电装置4不包括底板，以使波浪更好地进入到气室11中，从而提高捕能效率。

所述的波浪进口9，根据所在海域海浪观测结果，选择波浪传来的主导方向，提高转换效率。

所述的空气透平发电机12采用双向空气透平发电机。

所述的吸力筒7为底端敞开，上端封闭的圆筒，圆筒上端封闭端开有抽气孔，与真空泵连接；安装时，通过真空泵抽水，从而形成负压，推动吸力筒7进入海床8，从而达到设计贯入深度。

所述的振荡水柱式波浪能发电装置4的外形采用倒圆台形，是为了减小波浪载荷对波能装置的作用，同时为了提高气室内的能量转换效率。波浪能装置的外形和气室形状可进一步优化。

所述的振荡水柱式波浪能发电装置4轴对称布置于四桩基础6上，可适当减小波浪载荷。

所述的吸力筒7为四桩式吸力筒，施工简单，使用安全可靠，便于调平，能够显著节约海上工程费用，具有良好的技术经济特性。

本发明的有益效果：

(1)基于吸力筒的四桩风机基础具有良好的抗震性，广泛适用于地质相对复杂、水位较深的风场，便于安装和拆除，能够显著节约海上工程费用，具有良好的技术经济特性。

(2)将海上风电同波浪能发电装置相结合，共用海上平台、变压、输电等设备，提高了系统的整体发电功率，增加了发电量和有效工作小时数，降低了投资成本。

(3)波浪能装置采用圆台外形，降低了波浪载荷，提高了系统的稳定性能。

(4)该基于吸力筒的四桩固定式风能-波浪能集成发电系统提高了海域的有效利用率，降低了建设成本和维修费用，充分利用现有的成熟风机技术，促进了波浪能装置商业化的应用，是一种可靠的海上可再生能源发电平台。

附图说明

图1是本发明的四桩式风能-波浪能集成系统结构正视图。

图2是本发明的四桩式风能-波浪能集成系统结构侧视图。

图3是本发明的基于吸力筒的四桩固定式基础三维图。

图4是本发明的振荡水柱式波浪能发电装置三维图。

图中：1风机；2塔筒；3套筒；4振荡水柱式波浪能发电装置；5海平面；

6四桩基础；7吸力筒；8海床；9波浪进口；10振荡水柱；11气室；12空气透平发电机；13隔板。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和技术方案，对本发明作进一步说明。

图1、图2、图3和图4出示了本发明所述的一种基于吸力筒的四桩固定式风能-波浪能集成发电系统的实施方式。

如图2所示，水平轴风机1通过塔筒2、四桩基础6、吸力筒7和海床8相连。波浪能发电装置是振荡水柱式波浪能发电装置4，波浪能发电装置设在四桩基础海平面附近，振荡水柱式波浪能发电装置4通过套筒3紧固在四桩基础6上，套筒起到保护四桩基础6的作用。风力发电机1在风力的推动下做旋转运动，将风力转换成机械能，再经过齿轮箱，驱动风力发电机1发电。另一方面，振荡水柱式波浪能发电装置4内的水柱10在波浪起伏的外力作用下做往复运动，进而转化为气室11内气体的往复运动，从而驱动空气透平发电机12发电。采用双向空气透平发电机，因而波浪起落过程均可用来发电，发电连续性较好，效率高。

该方法为：风力发电机1在风力作用下发出电能；振荡水柱式波浪能发电装置4通过套筒3和四桩基础6在海平面附近固连，涌向波浪进口9的波浪进入到振荡水柱式波浪能发电装置4内，在气室11中产生上下振动的水柱10，水柱10上下振动运动时使气室11内的气体往复通过气室上端的出气口，气体往复通过出气口时驱动空气透平发电机12发电，产生电能。风力发电机产生的电能和波浪能装置产生的电能汇集后，通过传输系统送至电网，供陆地用户使用。

基于吸力筒的四桩式风能-波浪能集成系统的施工安装流程如下：首先，利用重力将带有吸力筒的四桩基础沉入海中，然后用真空泵通过抽气孔抽出筒内留存的空气使筒形基础不断下沉，当筒形基础沉到海底后，由于自身重力作用会沉入海底泥土中，形成初始入泥，此时继续用真空泵抽取筒内的海水和泥土，当圆筒贯入到土层一定深度后，筒内形成密闭空间产生负压，筒内外的压力差克服圆筒内外壁与海底土层的摩擦将圆筒压入海床泥土中，直至圆筒空腔被泥土填满，达到设计贯入深度为止，进而将四桩基础安装在海床上；其次将套筒安装到四桩基础上；然后利用专业施工船将组装好的波浪能装置运到装机位置安装在套筒3上，最后安装塔筒2和顶部风机1，完成基于吸力筒的四桩固定式风能-波浪能集成发电系统的施工安装。

由此，本发明采用的基于吸力筒的四桩基础支撑结构加工、安装和施工方便，成本较低；风力发电、波浪能发电在同一个支撑结构上完成，使二者共享支撑平台和电力传输配套系统，很大程度上降低了发电的成本；结构稳定合理，更进一步证明了本发明的可实施性，具有显著的技术效果。