集成结构

技术领域

[0001] 本发明属于海洋能利用领域， 涉及风能-波浪能综合利用装置， 尤其涉及一种 基于单桩平台垂直轴风力机与垂向-水平两向� �浪能发电集成结构。

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 ， 可利用风力发电机将风力能转 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幵 发风能资源约达 7.5亿千瓦， 不仅资源潜力巨大， 而且幵发利用市场条件良好， 更靠近中国的经济中心。 海上风能幵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、 年有效利用小吋数更高、 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， 其中， 单桩式平台以其施工便利、 建造成本低、 适用性强等优势， 应用最为广泛。 波浪能发电装置的种类繁多， 不拘一格， 有点头鸭式、 波面筏式、 波力发电船式、 环礁式、 整流器式、 海蚌 式、 软袋式、 振荡水柱式、 多共振荡水柱式、 波流式、 摆式、 结合防波堤的振 荡水柱式、 收缩水道式等十余种。

[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， 且 缺少同吋利用两向及多向相对运动获取波浪能 的发电装置结构系统。 目前还非 常缺少将垂直轴风力机与多向波浪能发电装置 集成为一体的海洋能源综合幵发 结构系统。

技术问题

[0005] 本发明的目的在于提出一种基于单桩基础结构 的垂向及水平向两向波浪能发电 装置结构系统， 提高波浪能的综合利用效率。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 基于单桩平台垂直轴风力机与垂向 -水平两向波浪能发电集成结构， 包括垂直 轴风力机 1、 两向波浪能发电装置 2、 位于两向波浪能发电装置 2内的两向液压发 电系统、 塔架结构 3、 单桩支撑平台结构 4和配套电力传输系统。 所述的两向液 压发电系统包括结构相同的垂向液压系统与水 平液压系统； 两向液压发电系统 为多个， 各两向液压发电系统并联连接。 垂直轴风力机 1设置于塔架结构 3上方 ， 单桩支撑平台结构 4设于塔架结构 3下方。 该发电集成结构利用垂直轴风力机 1 获取风能， 利用设在塔架结构 3水面处的垂向和水平两向波浪能发电装置 2获取 波浪能。

[0007] 所述的两向波浪能发电装置 2通过水平活塞结构 7与滑道式接触装置 5连接， 滑 道式接触装置 5与塔架结构 3耦合连接， 两向波浪能发电装置 2通过滑道式接触装 置 5沿塔架结构 3发生垂向运动。 水平活塞结构 7—端连接滑道式接触装置 5， 另 一端深入水平液压系统的液压缸 8中； 垂向活塞结构 6上端与套筒固接， 垂向活 塞结构 6的下端深入垂向液压系统的液压缸 8中， 斜支撑杆两端分别与塔架结构 3 和套筒固接。

[0008] 所述的两向液压发电系统包括两个闭合回路， 第一闭合回路由液压缸 8、 第一 单向入流阀 9、 节流阀 10、 液压马达 11、 发电装置 12、 第一单向出流阀 13依次连 接构成； 第二闭合回路由液压缸 8、 第二单向入流阀 14、 节流阀 10、 液压马达 11 、 发电装置 12、 第二单向出流阀 15构成。 所述的两向波浪能发电装置 2与塔架结 构 3之间能够进行相对垂向运动和相对水平运动� � 进而带动垂向活塞结构 6及水 平活塞结构 7做压缩或拉伸运动。 当垂向活塞结构 6及水平活塞结构 7做压缩运动 吋， 带动液压缸 8内的液体经第一单向入流阀 9和节流阀 10进入液压马达 11， 驱 动其旋转， 从而带动发电装置 12发电， 最终液体经第一单向出流阀 13回流至液 压缸 8; 当垂向活塞结构 6及水平活塞结构 7做拉伸运动吋， 带动液压缸 8内的液 体经第二单向入流阀 14和节流阀 10进入液压马达 11驱动其旋转， 从而带动发电 装置 12发电， 最终液体经第二单向出流阀 15回流至液压缸 8内； 节流阀 10和储能 器 16主要起到稳定液压系统压力及保护液压系统� ��全的目的。

[0009] 所述的垂直轴风力机 1的叶片为 2-6个， 呈中心对称分布。

[0010] 所述的滑道式接触装置 5为 4套， 沿塔架结构 3外侧面对称布置。

[0011] 与普通垂向单向波浪能发电装置不同， 新增加的水平向波浪能液压发电系统不 仅可以利用同一浮体增加波浪能的发电量， 而且可以有效降低滑道式接触装置 5 对塔架结构 3的水平作用力载荷。

[0012] 所述的波浪能装置的双向液压发电系统的具体 工作原理及流程如下： 两向波浪 能发电装置 2与塔架结构 3的相对垂向运动带动垂向式活塞 6 (或相对水平运动带 动水平式活塞 7) 压缩液压箱 8内的液体， 使其经第一单向入流阀 9 (或反向吋： 经第二单向入流阀 14进入液压马达 11， 驱动其旋转， 从而带动发电装置 12发电 ， 节流阀 10和储能器 16主要起到稳定液压系统压力及保护液压系统� ��全的目的 ； 所述滚轮式接触装置 5通过水平式活塞杆 7与两向波浪能发电装置 2连接， 两向 波浪能发电装置 2可以通过滚轮式接触装置 5沿塔架结构 3发生垂向相对运动。 发明的有益效果

有益效果

[0013] 本发明的有益效果：

[0014] (1) 单桩平台结构施工便利、 建造成本低， 适用范围广。

[0015] (2) 波浪能装置可以同吋利用与塔架结构相对垂向 和相对水平向两向运动驱 动液压传动系统进行发电， 有效提高了波浪能的利用效率并降低了单位波 浪能 发电成本。 通过设置水平相对运动波浪能液压发电系统， 可以有效降低了波浪 能浮体对单桩基础塔架结构的水平作用载荷， 降低塔架结构建造成本。

[0016] (3) 波浪能转化装置采用双向液压驱动发电系统， 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。

[0017] (4) 垂直轴风力发电机组、 两向波浪发电装置和潮流能发电装置共享单桩 支 撑结构和电力传输系统， 可以提高海洋能源利用效率并有效降低单位发 电成本

[0018] (5) 结构设计合理、 稳定， 施工方案技术成熟。

对附图的简要说明 附图说明

[0019] 图 1是本发明基于单桩平台垂直轴风力机与垂向-� ��平两向波浪能发电集成结构 的正视图。

[0020] 图 2是本发明波浪能发电装置与塔架结构连接的� �面示意图。

[0021] 图 3是本发明波浪能发电装置与塔架结构连接的� �视示意图。

[0022] 图 4a是本发明单个波浪能发电装置系统示意图。

[0023] 图 4b是本发明并联波浪能发电装置系统示意图。

[0024] 图中： 1垂直轴风力机； 2两向波浪能发电装置； 3塔架结构； 4单桩支撑平台结 构； 5滑道式接触装置； 6垂向活塞结构； 7水平活塞结构； 8液压缸； 9第一单向 入流阀； 10节流阀； 11液压马达； 12发电装置； 13第一单向出流阀； 14第二单 向入流阀； 15第二单向出流阀； 16储能器。

本发明的实施方式

[0025] 以下结合附图和具体实施例， 对本发明作进一步说明。

[0026] 基于单桩平台垂直轴风力机与垂向 -水平两向波浪能发电集成结构， 包括垂直 轴风力机 1、 两向波浪能发电装置 2、 两向液压发电系统、 塔架结构 3、 单桩支撑 平台结构 4和配套电力传输系统。 所述的两向液压发电系统包括结构相同的垂向 液压系统与水平液压系统； 两向液压发电系统为多个， 各两向液压发电系统并 联连接。 垂直轴风力机 1设置于塔架结构 3上方， 单桩支撑平台结构 4设于塔架结 构 3下方。 该发电集成结构利用垂直轴风力机 1获取风能， 利用设在塔架结构 3水 面处的垂向和水平两向波浪能发电装置 2获取波浪能。

[0027] 所述的两向波浪能发电装置 2通过水平活塞结构 7与滑道式接触装置 5连接， 滑 道式接触装置 5与塔架结构 3耦合连接， 两向波浪能发电装置 2通过滑道式接触装 置 5沿塔架结构 3发生垂向运动。 水平活塞结构 7—端连接滑道式接触装置 5， 另 一端深入水平液压系统的液压缸 8中； 垂向活塞结构 6上端与套筒固接， 垂向活 塞结构 6的下端深入垂向液压系统的液压缸 8中， 斜支撑杆两端分别与塔架结构 3 和套筒固接。

[0028] 所述的两向液压发电系统包括两个闭合回路， 第一闭合回路由液压缸 8、 第一 单向入流阀 9、 节流阀 10、 液压马达 11、 发电装置 12、 第一单向出流阀 13依次连 接构成； 第二闭合回路由液压缸 8、 第二单向入流阀 14、 节流阀 10、 液压马达 11 、 发电装置 12、 第二单向出流阀 15构成。 所述的两向波浪能发电装置 2与塔架结 构 3之间能够进行相对垂向运动和相对水平运动� � 进而带动垂向活塞结构 6及水 平活塞结构 7做压缩或拉伸运动。 当垂向活塞结构 6及水平活塞结构 7做压缩运动 吋， 带动液压缸 8内的液体经第一单向入流阀 9和节流阀 10进入液压马达 11， 驱 动其旋转， 从而带动发电装置 12发电， 最终液体经第一单向出流阀 13回流至液 压缸 8; 当垂向活塞结构 6及水平活塞结构 7做拉伸运动吋， 带动液压缸 8内的液 体经第二单向入流阀 14和节流阀 10进入液压马达 11驱动其旋转， 从而带动发电 装置 12发电， 最终液体经第二单向出流阀 15回流至液压缸 8内； 节流阀 10和储能 器 16主要起到稳定液压系统压力及保护液压系统� ��全的目的。

[0029] 本发明产品设计要结合以下因素：

[0030] (1) 根据装机地点的风资源特征， 优化选取垂直轴风力机 1的性能参数， 依据 风力机 1的空气动力学载荷特征， 优化塔架结构 3的高度和截面尺寸。

[0031] (2) 根据选址地点的波浪统计特征， 优化选取波浪能发电装置垂向和水平向 液压传动发电系统的性能参数， 并优化设计滚轮式耦合接触装置 5;

[0032] (3) 结合波浪能发电装置的水动力特征和选址地点 的水深及地质条件， 优化 设计单桩式平台支撑结构 4和塔架结构 3的截面尺寸， 确保单桩基础支撑结构的 安全性及耐久性。

[0033] 基于单桩平台垂直轴风力机与垂向 -水平两向波浪能发电集成结构的施工安装 流程如下： 首先， 用现有单桩平台施工工艺， 将单桩平台固定于海底； 其次， 在岸上将两向波浪能发电装置 2组装在塔架结构 3的水面处， 并利用专业施工船 将组装好的两向波浪能发电装置 2和塔架结构 3运到装机位置整体安装在单桩支 撑结构 4上， 最后， 依次安装塔架 2和顶部垂直轴风力机 1， 完成基于单桩平台垂 直轴风力机 -两向波浪能装置-潮流能装置集成结构的施工� ��装。