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Title:
SINGLE PILE PLATFORM-BASED VERTICAL AXIS WIND TURBINE AND VERTICAL-HORIZONTAL BIDIRECTIONAL WAVE ENERGY POWER GENERATION INTEGRATED STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/075655
Kind Code:
A1
Abstract:
A single pile platform-based vertical axis wind turbine and vertical-horizontal bidirectional wave energy power generation integrated structure comprises a vertical axis wind turbine (1), a bidirectional wave energy power generation device (2), a bidirectional hydraulic power generation system located in the bidirectional wave energy power generation device, a tower structure (3), a single pile supporting platform structure (4), and an auxiliary power transmission system. The bidirectional wave power generation device can generate power by using bidirectional motion driving hydraulic transmission systems that are relatively vertical and horizontal to the tower structure, the wave energy utilization efficiency is effectively improved, and the unit wave energy power generation cost is reduced. By arranging the relatively-horizontal motion wave energy hydraulic power generation system, the horizontal action load of a wave energy floating body on the single pile foundation tower structure can be effectively reduced, and the building cost of the tower structure can be reduced.

Inventors:
REN, Nianxin (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
MA, Zhe (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
ZHU, Ying (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
OU, Jinping (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
SHI, Wei (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
XU, Shizheng (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
WU, Hongbo (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
Application Number:
CN2017/106677
Publication Date:
April 25, 2019
Filing Date:
October 18, 2017
Export Citation:
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Assignee:
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY (Patent Agency Center of DLUT, No.2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
International Classes:
F03D9/00; F03B13/00; F03B13/18
Foreign References:
CN103967714A2014-08-06
CN106979372A2017-07-25
CN103967712A2014-08-06
CN103967713A2014-08-06
CN205744290U2016-11-30
CN104533698A2015-04-22
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 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, 其特征在于, 所述的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 统包括多个结构相同、 并联连接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; 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;

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;

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)和节流飼 (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)和节流飼 (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飼 (15)回流至液压缸 (8)内; 节流阀 (1 0)和储能器 (16)起稳定液压系统压力及保护液压系统安全的目的。

2.根据权利要求 1所述的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, 其特征在于, 所述的垂直轴风力机 (1)的叶片 为 2-6个, 呈中心对称分布。

[权利要求 3] 根据权利要求 1或 2所述的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, 其特征在于, 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。

Description:
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

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。