一种海上风电导管架基础的波浪能捕获及储能系统的制作方法

本发明涉及海上风电，具体涉及一种海上风电导管架基础的波浪能捕获及储能系统。

背景技术：

1、在海上风电的基础上研制“以风带浪”的综合能源利用装置，顺应当前多能综合开发的技术前景，是实现能源优势互补，突破规模化应用技术瓶颈，强化工程示范效应的举措。海上风能与波浪能存在较强伴生关系，海上风能资源丰富的地区，波浪能资源亦相对丰富，这使风浪联合发电具有得天独厚的优势。此外，风浪联合开发过程中，可实现海上支撑结构、输电装备与电源管理共享，设施投入的增加极为有限，推动“海上风能+波浪能”互补开发模式，对促进我国海洋资源可持续发展具有重要意义。由于波浪能的随机性较高，其直接输出的电能具有很高的波动性，捕获的波浪能如何实现高效率的存储及稳定输出是波浪能开发面临的关键技术难题。

2、为适应新能源为主体的新型电力系统发展需求，在全国范围内推进海上风电侧配置储能，明确储能配置及并网标准，解决海上风电消纳问题，提升电力系统安全可靠运行水平迫在眉睫。各省市相继出台了新能源储能配比相关政策要求。

3、通过储能将波浪能量汇集，可实现波浪发电的稳定输出，未来可应用于海上风电场多个风机基础上以达到一定规模增容的装机容量，波浪能发电与储能融合有望成为海上风电配比储能的辅助，替换传统储能，节省海上风电场储能投资。

4、公告号：cn116146424a，公开了基于压缩空气储能的海上风电系统，以解决现有海上风力发电并网调峰的技术问题；其中的波浪能收集模块，所述波浪能收集模块与导管架基础固定连接，且所述波浪能收集模块包括多个能够弹性变形的集能气囊，所述集能气囊通过空气输入管路与储能气罐连通，且所述空气输入管路上设有允许集能气囊内空气流向储能气罐的第一进气单向阀；所需的储能单元设备多，气囊所能存储的能量有限，而且气囊的膨胀和收缩使气囊在恶劣环境下，寿命缩短，设备维护不便捷，储能成本高，储能转化效率低，损耗大；

5、公布号为cn110206679a的专利文献公开了一种利用潮汐、波浪和风能的储能综合发电系统，该系统通过海水的水位变化驱动空气压缩发电机，实现了潮汐能和波浪能的利用；对于如何存储和大批量转化，缺乏有效技术措施，无法解决存储成本问题，以及内能太低无法启动发电，或者因转化能量的储备量不足而无法达到利用与开发的最低要求；

6、上述现有技术的，无法实现海上风电导管架基础的波浪能捕获及储能的有效利用开发，无法连续或者阶段性的持续转化波浪能。

技术实现思路

1、有鉴于此，面对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种海上风电导管架基础的波浪能捕获及储能系统，实现分布式存储能量，节约存储设备和空间，通过捕获波浪能，将机械能转化为媒介内能，再将媒介内能转化为机械能，随后将机械能再次转化为气体媒介的内能，也可将机械能直接转化为电能；将机械能转化为气体媒介的内能后，可以对该部分气体媒介进行存储，而且还可以在用于发电的机械能不足时，通过持续提供气体媒介进行蓄能，蓄能后再次进行发电，通过这种阶段性的蓄能和释放转化，提高利用率，而且通过分布式存储，充分利用海上风电导管架基础用于存储气体媒介。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种海上风电导管架基础的波浪能捕获及储能系统，包括风力发电模块和风电导管架基础，包括波浪获能系统、液压系统、储能系统、压力媒介内能交换装置和膨胀发电机系统；波浪获能系统包括获能浮子、摇杆，获能浮子漂浮于水面上，在自重、浮力和波浪力的作用下，带动摇杆上下摆动，摇杆连接液压系统；液压系统包含有压力媒介存储容器和摆动压缩媒介机构，摆动的摇杆对液压系统做功，驱动液压系统的摆动压缩媒介机构，液压系统用于把摇杆的摆动的机械能转化为一次压力媒介的内能，液压系统的摆动压缩媒介机构输出一次压力媒介进入压力媒介存储容器或/和输送管道；输送管道连接有压力媒介内能交换装置，压力媒介内能交换装置用于把一次压力媒介的内能转化为机械能，再把机械能转化为二次压力媒介的内能；压力媒介内能交换装置输出二次压力媒介进入存储管道或/和膨胀发电机系统，存储管道用于存储二次压力媒介，存储管道的输出端连接膨胀发电机系统；膨胀发电机系统用于转化二次压力媒介的内能为机械能，膨胀发电机系统把得到的机械能转化为电能输出。

3、本技术提供的一种技术方案，还具有以下技术特征：

4、优选的，导管架主弦杆的内腔用于存储二次压力媒介。

5、优选的，储能系统为分布式设置，储能系统包括存储管道。

6、优选的，储能系统包括压力媒介存储容器。

7、优选的，存储管道布置在导管架主弦杆的内部，且相邻的存储管道之间并列，即每个存储管道和压力媒介内能交换装置之间单独连通，存储管道和膨胀发电机系统之间单独连通，存储管道的输入端和输出端均连接有独立的阀门，阀门用于控制二次压力媒介输入或输出存储管道。

8、优选的，摇杆包括竖摇杆、横摇杆、输出摇杆；导管架主弦杆和液压系统连接的竖摇杆、横摇杆、输出摇杆组成一个四连杆机构，使竖摇杆、横摇杆、输出摇杆被获能浮子驱动而做往复摆动。

9、优选的，横摇杆一端与竖摇杆的中部铰接，横摇杆的另一端与导管架主弦杆铰接；获能浮子连接竖摇杆的下端；竖摇杆的上端和输出摇杆的一端铰接连接，输出摇杆的另一端与液压系统连接。

10、优选的，平台在导管架主弦杆的顶部位置设置主弦杆顶部孔，用于将输送管道连接存储管道，存储管道布设在导管架主弦杆的内部。

11、优选的，液压系统和膨胀发电机系统设置在风机塔筒的外部，压力媒介内能交换装置设置在风机塔筒的内部，输送管道穿过风机塔筒连接压力媒介内能交换装置，压力媒介内能交换装置的输出端通过输送管道连接存储管道或/和膨胀发电机系统。

12、优选的，导管架主弦杆内布置的存储管道至少为两个，且每个存储管道中，用于输出和输入的输送管道均相互独立。

13、优选的，每个导管架主弦杆内至少两个存储管道，存储管道与导管架主弦杆通过环板连接，环板间隔设置使相邻的环板之间留有间隙；

14、环板的内壁与存储管道的外壁相连，环板的外壁与导管架主弦杆的外壁平齐，导管架主弦杆的一端留有与环板相邻的间隙匹配的凸起，使两个导管架主弦杆通过环板衔接后连接紧密。

15、优选的，压力媒介内能交换装置上设置有减振装置。

16、优选的，导管架主弦杆与存储管道之间设置有孔隙，且空隙内充填海水。

17、优选的，液压系统和膨胀发电机系统设置在集装箱内。

18、优选的，风力发电模块和膨胀发电机系统输出的电能经过并网变流器输出并入风机内部的交流母线。

19、优选的，风机塔筒设置在平台上，平台的下方设置导管架主弦杆用于支撑平台，导管架主弦杆上设置有导管架叉撑。

20、优选的，膨胀发电机系统包括有膨胀装置和发电机。

21、优选的，一次压力媒介为气体或者液体，二次压力媒介为气体。

22、优选的，液压系统包括活塞、缸体、阀门，摆动运动使活塞在气压缸或液压缸体内产生压力，对一次压力媒介做功，并输出一次压力媒介。

23、优选的，液压系统为摆动压缩机，使用摆动运动压缩气体或者液体，液压系统也可以用来压缩气体，而并非只能压缩液体；

24、液压系统的工作原理：

25、摆动活塞：摆动压缩机中有一个摆动活塞，它连接到一个驱动机构，如波浪获能系统，摆动活塞开始做往复运动；

26、媒介吸入：在摆动活塞的一个运动阶段，媒介被吸入到压缩机的缸体中；摆动运动导致缸体的容积有增大趋势，从而降低缸体内的媒介压力，使得外部媒介被吸入；

27、气体压缩：在摆动活塞的另一个运动阶段，缸体的容积逐渐减小，导致媒介被压缩；这个压缩过程使得媒介的压力升高；

28、排放高压媒介：压缩后的高压媒介用于驱动、转化或者输送气体至目标区域；

29、循环过程：压缩机持续进行摆动运动，使得媒介循环输出。

30、膨胀发电机系统的工作原理：

31、膨胀装置：包括一个容器或管道，内部充满了高压气体；气体可以是通过外部压缩系统获得的，也可以是通过化学反应产生的，本技术是通过外部输入气体；

32、膨胀过程：当高压气体通过喷嘴或阀门等装置从高压区域流向低压区域时，气体会发生膨胀；在膨胀的过程中，气体的体积增大，同时温度降低；

33、驱动发电机：膨胀过程中产生的气体动能被用来驱动发电机；膨胀过程中的气体流经一个涡轮或叶轮，使其旋转；这种旋转运动被机械地转化为发电机转子的旋转运动，从而产生电流；

34、电能产生：发电机的转子运动产生的机械能被转化为电能；这种电能可以直接输出，用于供应电力需求，或者存储在电池中以备后用。

35、优选的，压力媒介内能交换装置包括液压马达和空压机，液压马达用于将液压能转化为机械运动，机械运动包括旋转运动；空压机用于机械能转化为气体内能，机械运动驱动空压机的机械结构对二次压力媒介做功，二次压力媒介内能增加。

36、本发明的有益效果：

37、本技术和现有技术相比，通过持续的波浪驱动摆动，转化为压力能，然后通过阶段性的持续性释放，完成吸收波浪能、转化为压力能、储存压力能、释放压力能转化为电能输出的连续循环，波浪能利用率高，而且存储、释放阶段性的完成，有利于电能转化及并网输出；

38、本技术通过导管架基础现有的空间作为储气室，即导管架主弦杆的内腔用于存储二次压力媒介，二次压力媒介携带的内能由此得到存储，有效利用现有设备，减少储能设备，节约资源；

39、（1）导管架基础已成为我国深远海风能资源开发最具经济性、安全性的海上风电固定式基础型式，该结构应用广泛，而本技术在此基础上可以实现大面积推广和应用；本发明对原有海上风电导管架基础进行小幅改造，形成海上风能、波浪能一体化开发装备，在实现基础支撑结构共享的同时，最大限度地减少了对原有支撑结构的破坏，保障了风电结构的安全；

40、（2）本发明以导管架基础波浪能发电装置支撑结构，实现波浪发电装置与海上风机基础结构融合，实现海洋能源分层立体开发，从而提高能源开发效率；

41、（3）本发明实现波浪能发电高效存储及稳定输出，实现波浪能的规模化开发；

42、（4）本发明应用于多个海上风机基础上以达到一定规模的装机容量，代替海上风电配比储能，节省储能投资；

43、（5）本发明通过将导管架基础主弦杆空腔作为储气空间或者储能空间，在导管架主弦杆内套设存储管道作为储气设备，避免了额外建造压缩空气储气室的经济和工程投入，实现了现有资源的价值跃升；

44、（6）本发明设置多个并列的存储管道作为压力容器，可实现压缩空气“只充不放，只放不充，边充边放”的功能；

45、（7）本发明导管架主弦杆与存储管道连接的环板留有间隙，有利于温度的均匀传递；

46、（8）本发明导管架主弦杆与存储管道空隙充填海水，可平衡深水区域的海水压差；

47、（9）液压系统和膨胀发电机系统位于集装箱内，液压马达空压机系统位于塔筒内部，可有效避免海洋环境腐蚀；

48、（10）液压系统和膨胀发电机系统输出的电能经过并网变流器输出并入风机内部交流母线，与风电机组发电一同送出，可实现波浪能发电与风力发电的电力输出设施共享，节约投资。