申请/专利权人：国电联合动力技术有限公司

申请日：2018-12-12

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN109322780B

主分类号：F03B13/18

分类号：F03B13/18;F03D9/25;F03D13/25

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2019.03.08#实质审查的生效;2019.02.12#公开

摘要：本发明是有关于一种海上风能波浪能联合发电系统。该系统包括：固定式支撑结构，固定于海底，用于支撑所述联合发电系统；风能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的顶端，用于将风能转化为电能；波浪能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的海平面位置，用于将波浪能转化为电能。本发明提供的海上风能波浪能联合发电系统能够实现海上风能和波浪能的互补利用，有效降低综合开发利用成本。

主权项：1.一种海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，包括：固定式支撑结构，固定于海底，用于支撑所述联合发电系统；风能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的顶端，用于将风能转化为电能；以及波浪能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的海平面位置，用于将波浪能转化为电能；所述波浪能发电子系统包括：球形浮体，漂浮在海平面上，并随波浪的上升与下降而浮动；连接结构，将所述球形浮体活动连接至所述固定式支撑结构，并且通过所述活动连接将所述球形浮体上下浮动的机械能传递至液压油缸；液压油缸，连接至液压发电机，用于通过内部液压推动所述液压发电机的转子转动；以及液压发电机，用于在所述液压油缸的推动下产生电能；所述连接结构包括：滑轨，布设在所述固定式支撑结构上；环形框架，与所述滑轨之间保持滑动连接；以及摆臂结构，与环形框架摆动连接，并且所述摆臂结构连接至所述球形浮体；所述滑轨包括：垂直滑轨，包括沿垂直方向延伸的数个垂直滑轨，并且沿周向在所述固定式支撑结构的杆体外侧均匀设置；以及环形滑轨，套接在所述垂直滑轨上，可沿所述垂直滑轨上升及下降；所述环形滑轨包括上层环形滑轨及下层环形滑轨，所述上层环形滑轨及所述下层环形滑轨均套接在所述垂直滑轨上，所述环形框架包括上层环形框架及下层环形框架，上层环形框架与上层环形滑轨连接，下层环形框架与下层环形滑轨连接，可沿垂直滑轨上下移动，并可相对于环形滑轨发生水平面内相对旋转运动；所述球形浮体包括呈180°对称设置的两个球形浮体；所述摆臂结构包括三根主杆件，两侧的主杆件一端与球形浮体边缘固接，另一端与环形框架下部铰接；中间的主杆件指向上层环形框架，其通过液压油缸与安装在环形框架上部的液压发电机相连；所述摆臂结构还包括三根斜撑，所述三根斜撑分别固定连接在三根主杆件之间。

全文数据：海上风能波浪能联合发电系统技术领域本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种海上风能波浪能联合发电系统。背景技术风力发电是目前技术成熟度最高、发展前景最好的可再生能源利用方式之一。海上风电因资源条件好、不占用土地及靠近负荷中心等优点，近年来在全球范围内发展迅猛。海上风电支撑结构分为固定式和漂浮式，目前应用中固定式支撑结构占绝对主导，其中大多数采用单桩基础和重力式基础，少数采用导管架基础。波浪能发电在我国属于新兴技术领域，目前仍处于海试样机或工程示范阶段。其发电原理是通过不同形式的波浪能俘获机构将波浪能转换为气动能、液压能或机械能，再利用相应的能量摄取系统转换为电能输出。按照波浪能俘获原理，可将波浪能发电装置分类为振荡水柱式、振荡体式和收缩波道式等。现有的电力能源系统基本上都是风能和波浪能分别进行利用的分立系统，还没有一种系统能够将风能和波浪能进行有机整合。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种海上风能波浪能联合发电系统，使得海上风能和波浪能能够被互补利用，从而有效降低综合开发利用成本。为解决上述技术问题，本发明提供了一种海上风能波浪能联合发电系统，所述系统包括：固定式支撑结构，固定于海底，用于支撑所述联合发电系统；风能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的顶端，用于将风能转化为电能；以及波浪能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的海平面位置，用于将波浪能转化为电能。作为本发明的一种改进，所述固定式支撑结构包括：单桩基础、重力式基础、导管架或者高桩承台。作为本发明的一种改进，所述波浪能发电子系统包括：球形浮体，漂浮在海平面上，并随波浪的上升与下降而浮动；连接结构，将所述球形浮体活动连接至所述固定式支撑结构，并且通过所述活动连接将所述球形浮体上下浮动的机械能传递至所述液压油缸；液压油缸，连接至液压发电机，用于通过内部液压推动所述液压发电机的转子转动；以及液压发电机，用于在所述液压油缸的推动下产生电能。作为本发明的一种改进，所述连接结构包括：滑轨，布设在所述固定式支撑结构上；环形框架，与所述滑轨之间保持滑动连接；以及摆臂结构，与环形框架摆动连接，并且所述摆臂结构连接至所述球形浮体。作为本发明的一种改进，所述滑轨包括：垂直滑轨，包括沿垂直方向延伸的数个垂直滑轨，并且沿周向在所述固定式支撑结构的杆体外侧均匀设置；以及环形滑轨，套接在所述垂直滑轨上，可沿所述垂直滑轨上升及下降。作为本发明的一种改进，所述垂直滑轨两端设有限位装置，所述环形滑轨上设有锁止机构。作为本发明的一种改进，所述环形滑轨包括上层环形滑轨及下层环形滑轨，所述上层环形滑轨及所述下层环形滑轨均套接在所述垂直滑轨上，所述环形框架包括上层环形框架及下层环形框架，上层环形框架与上层环形滑轨连接，下层环形框架与下层环形滑轨连接，可沿垂直滑轨上下移动，并可相对于环形滑轨发生水平面内相对旋转运动。作为本发明的一种改进，球形浮体包括呈180°对称设置的两个球形浮体。作为本发明的一种改进，所述摆臂结构包括三根主杆件，两侧的主杆件一端与球形浮体边缘固接，另一端与环形框架下部铰接；中间的主杆件指向上层环形框架，其通过液压油缸与安装在环形框架上部的液压发电机相连。作为本发明的一种改进，所述摆臂结构还包括三根斜撑，所述三根斜撑分别固定连接在三根主杆件之间。采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：能够使得海上风能和波浪能能够被互补利用，从而有效降低综合开发利用成本。附图说明上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明海上风能波浪能联合发电系统的整体设计结构图；图2是本发明支撑结构与波浪能发电子系统之间的集成连接示意图。附图标记说明：1风能发电子系统2固定式支撑结构3连接结构4波浪能发电子系统5滑轨6环形框架7球形浮体8多杆件摆臂结构9液压油缸10液压发电机具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。参见图1，本发明为一种适用于固定式支撑结构的海上风能-波浪能联合发电系统，该系统由风能发电子系统1、固定式支撑结构2、连接结构3和波浪能发电子系统4组成。其中，固定式支撑结构2不限于单桩基础形式，也可以是重力式基础、导管架、高桩承台或其他固定式基础；固定式支撑结构2通过连接结构3与波浪能发电子系统4连接，风能发电子系统1与波浪能发电子系统4产生的电力通过一套共有的并网设施输送至岸上。参见图2，连接结构3由围绕固定式支撑结构2的滑轨5和环形框架结构6组成。滑轨5包括四条垂直滑轨和上下两层水平环形滑轨，其中四条垂直滑轨在水平圆周内均布，固定在支撑结构2上；两层环形滑轨套在垂直滑轨外侧并与其连接。环形框架结构6由上下两层圆环和支撑杆件组成，其中下层圆环相隔180°的两端凸出，每一端凸出部分沿切线方向探出两个铰接接口。上层圆环与上层水平滑轨连接，下层圆环与下层水平滑轨连接。环形框架结构6可通过两层水平滑轨沿四条垂直滑轨5一起上下移动，并可与两层水平滑轨发生水平面内相对旋转运动。垂直滑轨两端设有限位装置，水平滑轨上设有锁止机构。如图2所示，本发明的波浪能发电系统基于点吸收式波浪能发电技术，主要由前后成180°对称的两个球形浮体7、两套多杆件摆臂结构8、两组液压油缸9和两套液压发电机10组成。每套摆臂结构7包含三根主杆件和三根斜撑，其中两侧的主杆件一端与球形浮体7边缘固接，另一端与环形框架结构6的下层接口铰接；中间的一根主杆件指向环形框架结构6的上层圆环，其内部安装有液压油缸9；液压油缸9与安装在环形框架结构6上层圆环的液压发电机10相连。海上风电机组1通过叶轮将风能转换为机械能，再通过机舱内部的传动链和发电机将机械能转换为电能输送到固定式支撑结构2的塔筒底部；波浪能发电子系统4通过两个球形浮体7吸收波浪能，球形浮体7在波浪作用下做垂荡运动，带动两套多杆件摆臂结构8摇荡，分别驱动两组液压油缸9将机械能转换为液压能，高压液压油通过液压发电机10将液压能转换为电能，也输送到塔筒底部；海上风能和波浪能产生的电力通过一套并网送出系统输送至岸上。另外，波浪能发电子系统4在运行过程中，可通过环形框架结构6沿滑轨5上下移动以适应潮位的变化。本发明的目的是基于现有的海上风电固定式支撑结构形式，融合成熟的波浪能发电技术及装置，提出一种新型的集成式发电系统，以实现海上风能和波浪能的互补利用，有效降低综合开发利用成本。本发明为海上风能与波浪能的协同开发利用提供了一种合理、经济、有效的发电系统。通过本发明的集成化设计，使海上风电机组和波浪能发电装置共用固定式支撑结构和并网基础设施，并可共享海上运行维护和后勤保障，二者的结合在增加项目年发电量、增强并网稳定性和降低运行维护成本等方面将发挥明显的协同效应，为海上风电产业发展及波浪能技术应用提供了新思路。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，包括：固定式支撑结构，固定于海底，用于支撑所述联合发电系统；风能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的顶端，用于将风能转化为电能；以及波浪能发电子系统，固设于所述固定式支撑结构的海平面位置，用于将波浪能转化为电能。2.根据权利要求1所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述固定式支撑结构包括：单桩基础、重力式基础、导管架或者高桩承台。3.根据权利要求1所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述波浪能发电子系统包括：球形浮体，漂浮在海平面上，并随波浪的上升与下降而浮动；连接结构，将所述球形浮体活动连接至所述固定式支撑结构，并且通过所述活动连接将所述球形浮体上下浮动的机械能传递至所述液压油缸；液压油缸，连接至液压发电机，用于通过内部液压推动所述液压发电机的转子转动；以及液压发电机，用于在所述液压油缸的推动下产生电能。4.根据权利要求3所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述连接结构包括：滑轨，布设在所述固定式支撑结构上；环形框架，与所述滑轨之间保持滑动连接；以及摆臂结构，与环形框架摆动连接，并且所述摆臂结构连接至所述球形浮体。5.根据权利要求4所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述滑轨包括：垂直滑轨，包括沿垂直方向延伸的数个垂直滑轨，并且沿周向在所述固定式支撑结构的杆体外侧均匀设置；以及环形滑轨，套接在所述垂直滑轨上，可沿所述垂直滑轨上升及下降。6.根据权利要求5所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述垂直滑轨两端设有限位装置，所述环形滑轨上设有锁止机构。7.根据权利要求5所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述环形滑轨包括上层环形滑轨及下层环形滑轨，所述上层环形滑轨及所述下层环形滑轨均套接在所述垂直滑轨上，所述环形框架包括上层环形框架及下层环形框架，上层环形框架与上层环形滑轨连接，下层环形框架与下层环形滑轨连接，可沿垂直滑轨上下移动，并可相对于环形滑轨发生水平面内相对旋转运动。8.根据权利要求3所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，球形浮体包括呈180°对称设置的两个球形浮体。9.根据权利要求4所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述摆臂结构包括三根主杆件，两侧的主杆件一端与球形浮体边缘固接，另一端与环形框架下部铰接；中间的主杆件指向上层环形框架，其通过液压油缸与安装在环形框架上部的液压发电机相连。10.根据权利要求9所述的海上风能波浪能联合发电系统，其特征在于，所述摆臂结构还包括三根斜撑，所述三根斜撑分别固定连接在三根主杆件之间。

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