CN109441703A - 一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置 - Google Patents

一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109441703A
CN109441703A CN201811590783.8A CN201811590783A CN109441703A CN 109441703 A CN109441703 A CN 109441703A CN 201811590783 A CN201811590783 A CN 201811590783A CN 109441703 A CN109441703 A CN 109441703A
Authority
CN
China
Prior art keywords
float
energy
wave energy
buoyancy tank
heaving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811590783.8A
Other languages
English (en)
Inventor
程勇
唐练洋
柏玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN201811590783.8A priority Critical patent/CN109441703A/zh
Publication of CN109441703A publication Critical patent/CN109441703A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

本发明公开一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能‑风能一体化发电装置，包括浮体结构和发电结构，发电结构包括波浪能发电装置和风力发电装置，波浪能发电装置采用液压能‑机械能一体化设计，将纵摇和垂荡运动进行耦合，包括两种能量俘获方式，第一种是利用浮子的垂荡运动将俘获的波浪能转换为机械能进行发电，第二种是利用双摆桶结构的摆动将俘获的波浪能转换为液压能，浮体结构既为整个装置提供浮力，又为风力发电装置的安装提供了足够的甲板空间，实现波浪能‑风能一体化发电。本发明有效地利用海上的波浪能和风能发电，高效地利用到海上的波浪能资源，解决海上波浪能发电不稳定的缺点，将波浪能发电装置与浮体结构的相对运动最大化，保证发电效率。

Description

一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，具体涉及一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置。
背景技术
当今社会，不可再生资源日趋减少，传统能源日益枯竭，环境保护渐渐得到越来越多的重视，对于新能源的研发利用越来越重要。海洋面积占地球总面积的百分之七十以上，因此研究者们开始考虑如何充分利用海洋资源，海上中存在着多种可再生能源，例如：风能、太阳能、海流能、潮汐能、波浪能等等。研究者们对于利用风能和太阳能发电技术的研发已经趋于成熟，但是对于海洋中其他能源的开发利用仍然存在很多技术难点。
近年来，研究者们对于波浪能的研究越来越多，波浪能发电装置的能量传递形式趋于固定，分别有气动式、液压式、机械式，国内外学者提出了很多种波浪能发电装置的结构形式，目前已经研制出的波浪能发电装置的结构有振荡水柱、摆式、振荡浮子式、越浪式、筏式等等，但是它们都只是单一的发电模块，并且存在着转换效率低、极易损坏、发电不稳定等一系列问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其中发电结构包括波浪能发电装置和风力发电装置，波浪能发电装置采用液压能-机械能一体化设计，将纵摇和垂荡运动进行耦合，包括两种能量俘获方式，第一种是直线发电机，利用浮子的垂荡运动将俘获的波浪能转换为机械能进行发电，第二种是利用液压发电机发电，利用摆桶结构的摆动将俘获的波浪能转换为液压能，有效地利用海上的波浪能和风能发电，解决海上波浪能发电不稳定的缺点，极大地提高发电效率。
技术方案：本发明的一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，包括浮体结构和发电结构；所述浮体结构包括第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱，第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱之间依次连接使得整体呈正三角形分布；每个浮箱的正下方均竖直连接有压载箱；所述发电结构包括波浪能发电装置和风力发电装置，风力发电装置设置于对应浮箱的上表面；所述波浪能发电装置包括浮子、圆柱桶、摆桶和液压发电机，浮子垂直安装于圆柱桶外周且能够沿圆柱桶外壁上下滑动，浮子上端悬挂有动子永磁铁，动子永磁铁伸入圆柱桶内部，圆柱桶内底部安装有定子线圈；且圆柱桶顶部通过液压杆与液压发电机相连，液压发电机通过连接杆与浮箱连接，圆柱桶底部与摆桶顶端固定(例如可以采用焊接方式)，摆桶底端通过活动连接于铰接杆，铰接杆的两端分别安装于浮体结构底部；波浪带动浮子沿圆柱桶外侧壁上下往复运动，进而带动动子永磁铁在圆柱桶内上下往复运动，从而使得定子线圈进行切割磁感线发电；同时，摆桶在波浪的作用下，在铰接杆上摆动或旋转，带动与之连接的圆柱桶也跟着转动，进而对液压发电机施加压力，将波浪能转换为电能。
也就是浮体结构包括上部的圆柱型浮箱结构和下部的圆柱型压载箱结构，第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱为海上多种类发电装置提供浮力，这三个浮箱既为整个装置提供浮力，又为风力发电装置的安装提供足够的甲板空间；而对应的三个负重的压载箱则为发电装置的工作提供稳定性。上述的发电结构包括波浪能发电装置和风力发电装置，其中波浪能发电装置是液压能-机械能一体化波浪能发电装置，包括两种能量俘获方式，第一种是利用直线发电机将波浪能转换为机械能进行发电，第二种是利用液压发电机发电。
进一步的，所述第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱均呈圆柱形，各个浮箱之间通过平面桁架依次连接；所述压载箱呈圆柱形且各个压载箱之间通过平面桁架依次连接；各个浮箱与对应的压载箱之间通过空间桁架相连。三个浮箱和以及对应的三个压载箱均呈正三角形分布，既降低整提结构的重心，又保证波浪能发电装置能够在海洋中定位以及装置的稳固性。
进一步的，所述第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱中安装有电能存储控制中心，电能存储控制中心包括储能箱、控制***和变流器，储能器分别波浪能发电装置和风力发电装置相连，将波浪能发电装置和风力发电装置所发的电能进行存储，且为控制***的工作提供电能，变流器与储能器连接，对发电装置所发电进行整合并网；波浪能发电装置、风力发电装置、储能箱以及变流器均与控制***连接，控制***控制储能箱、变流器以及整个发电结构的工作运行，采集各发电结构的各项电流和电压数据，并实时对发电结构行监视。并且三个箱内部空间能够保证电能存储控制***的密封性，防止受到侵蚀。
进一步的，所述各个压载箱中装有配重(例如装入混凝土等)，且压载箱的底部安装有与海底固定的锚链(至少三根)，使得将整个浮体结构的重心降低，且防止整个装置发生漂移，为发电装置的工作提供稳定性，使得波浪能发电装置与浮体结构的相对运动最大化。
进一步的，所述圆柱桶和摆桶分别有两个且各自对应固连，即包括有第一圆柱型摆桶和第二圆柱型摆桶；所述液压杆呈倒置的Y型，液压杆顶部一端与液压发电机连接，液压杆人字型两端分别与两个圆柱桶的外壁相连；所述两个摆桶的底端均通过铰接器与铰接杆相连，两个铰接器分别套于铰接杆。此处液压杆人字型两端夹角与两个摆桶之间距离向对应。
进一步的，所述液压发电机另一端通过连接杆与第一浮箱连接，第一浮箱放置于背浪面，第二浮箱和第三浮箱放置于迎浪面；所述铰接杆两端分别固定于浮体结构底层的两个平面桁架，且使铰接杆处于正三角形的重心部位，进而第一圆柱型摆桶和第二圆柱型摆桶处于整个正三角形框架的重心处，保证整个装置能够稳定工作。其中，第一圆柱型摆桶和第二圆柱型摆桶平行安装于铰接杆，保证两个摆桶均能够通过铰接器在铰接杆上进行旋转运动。
进一步的，所述圆柱桶呈中空状且开口朝上，为防止海浪过大淹没圆柱桶，圆柱桶上端面与最大波高之间的空气隙C取决于设计波高(H设)和天文潮高(H潮)，使其满足下列公式：
C＝0.1(H设+H潮)。
所述浮子顶部水平架设有横杆，横杆上通过连接器垂直悬挂动子永磁铁，且动子永磁铁位于圆柱桶内部的中心位置，整体呈螺纹型的浮子在波浪作用下带动动子永磁铁在圆柱桶内上下往复运动，从而使得定子线圈进行切割磁感线发电。
进一步的，所述圆柱桶的外侧壁上设有滑轨(例如设置两个对称滑轨，且两个滑轨均呈矩形凸起)，对应的浮子上设有滑道(例如设置两个对称滑道，且两个滑道呈矩形凹槽)，滑道内壁设置有若干滚珠，滑轨与滑动相适配，使得浮子能够沿对应圆柱桶的外壁上下滑动；
进一步的，所述浮子上半部分呈圆柱型，其该部分的外周侧壁上开有若干均匀分布的环形凹槽，使其整体呈螺纹型；浮子下半部分为圆弧状；这种结构设计能够最大程度增加与海浪的接触面积，波浪在运动过程中带动螺纹型的浮子沿圆柱桶侧壁做上下往复运动。
进一步的，所述圆柱桶的半径与对应浮子的内半径r相适配，采用间隙配合，间隙不超过浮子内半径r的0.01倍(这样既能使其顺利上下往复运动，又可避免缝隙过大导致装置密封性能差)；所述浮子的垂荡与波浪的垂荡采用共振涉及，即浮子的振荡周期接近波浪的振荡周期，则浮子的内半径r和外半径R满足下述公式：
其中，ω为浮子振动频率，ρ为海水密度，m为浮子的质量。
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的浮体上部由三个圆柱型浮箱组成，浮箱既为整个装置提供浮力，又为风力发电装置的安装提供充足的外部甲板空间，波浪能发电装置位于整个浮体结构的重心部位，实现波浪能-风能的一体化设计，三个圆柱型浮箱的内部空间可以用于安装电能存储控制***，保证电能存储控制***密封性，防止受到侵蚀而损坏，解决了传统波浪能发电装置发电不稳定，对电网造成冲击的问题。
2、本发明的浮体结构中的第一、第二、第三浮箱之间采用平面桁架连接，压载箱之间也采用平面桁架连接，浮箱与压载箱之间采用空间桁架连接，既不影响波浪场的运动，又节约材料以及成本，减轻结构的重量，大幅度的提高了浮体装置的结构稳定性，使得波浪能发电装置与浮体之间的相对运动最大化。
3、本发明浮体构型采用正三角形结构，第一、第二、第三浮箱成正三角形分布，浮箱的下部各连接一块压载箱，压载箱成正三角形分布，压载箱内部装有混凝土块，外侧与锚链的一端连接，锚链的另一端固定在海底，既降低整个装置的重心，使得重心在浮心一下，又保证了波浪能发电装置能够在海洋中定位，防止装置在海上发生漂移，提高浮体结构的稳定性。
4、本发明的波浪能发电装置采用两种不同的俘能方式，且将纵摇和垂荡运动相耦合，纵摇发电装置采用液压发电机进行发电，垂荡发电装置采用直线发电机进行发电，充分的利用波浪的运动规律进行发电，大大提高了波浪能发电模块的发电效率。
5、本发明的直线发电装置采用了螺纹型浮子，在浮子的外侧设计有均匀分布环形螺纹凹槽，增大了与海浪的接触面积，更好的利用波浪在垂直方向的动能和势能，螺纹型浮子的内外半径根据波浪的运动周期进行设计，使得螺纹型浮子与波浪的运动达到共振的效果，使得发电的效率最大化。
6、本发明的第二种发电方式采用了双圆柱型摆桶的结构，能够更好的与直线发电机的圆柱桶相连接，从而达到将纵摇和垂荡运动进行耦合，实现了液压能-机械能一体化的设计。
7、本发明的螺纹型浮子内侧与圆柱桶外侧分别设置有滑道和滑轨，保证能够沿着圆柱桶的外侧壁上下往复运动，减少了因螺纹型浮子与圆柱桶之间的摩擦碰撞导致的波浪能的损失。
附图说明
图1为本发明的总体结构三维简图；
图2为本发明的迎浪面结构布局二维图；
图3为本发明的浮体构型示意图；
图4为本发明中波浪能发电装置结构设计简图；
图5为本发明的整体结构俯视图；
图6为本发明中直线发电装置结构剖视图；
图7为本发明中直线发电装置的轴测图；
图8为本发明的螺纹型浮子俯视图；
图9为本发明螺纹型浮箱的内部结构布局图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1和图2所示，本实施例的一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，包括浮体结构和发电结构，浮体结构包括上部圆柱型浮箱结构(分为第一浮箱3、第二浮箱2、第三浮箱4)和下部圆柱型压载箱结构。发电结构包括波浪能发电装置8和风力发电装置1，其中波浪能发电装置8是液压能-机械能一体化波浪能发电装置，包括两种能量俘获方式，第一种是利用直线发电机(分为第一直线发电装置6和第二直线发电装置7)将波浪能转换为机械能进行发电，第二种是利用液压发电机11发电，其中风力发电装置1采用的是现有风力发电机进行发电。
如图2、图3所示，浮体结构包括上部的圆柱型浮体结构和下部的圆柱型压载箱5结构组成，上部浮体漂浮在水面上，包括第一浮箱3、第二浮箱2和第三浮箱4且整体呈正三角形分布，三个浮箱之间采用平面桁架9相互连接，第一浮箱3、第二浮箱2和第三浮箱4既为整个装置提供浮力，又为风力发电装置1的安装提供充足的外部甲板空间，三个浮箱内部空间均可安装电能存储控制***26(如图8所示)，保证电能存储控制***的密封性；浮体结构的下部负重位于海水中，是由三个相同的圆柱型压载箱5组成且三个压载箱5之间成正三角形分布，为整个发电装置的工作提供稳定性，压载箱5之间也采用平面桁架9相互连接。第一浮箱3、第二浮箱2和第三浮箱4采用空间桁架10分别与对应的压载箱5垂直连接，每一块压载箱5外侧面均与三根锚链29一端相连，三根锚链29的另一端固定在海底，既降低整个装置的重心，又保证了波浪能发电装置8能够在海洋中定位，防止装置在海上发生漂移。
如图2和图4所示，上述发电结构包括波浪能发电装置8和风力发电装置1，其中波浪能发电装置8采用液压能-机械能一体化设计，包括两种能量俘获方式，第一种能量俘获方式采用直线发电机(分为第一直线发电装置6和第二直线发电装置7)，该发电方式利用螺纹型的浮子16的垂荡运动将俘获的波浪能转换为机械能，第二种能量俘获方式采用液压发电机11发电，该发电方式主要利用双摆桶结构(包括第一圆柱型摆桶17和第二圆柱型摆桶19)的旋转运动将俘获的波浪能转换为液压能。
如图2、图4和图6所示，直线发电装置分为第一直线发电装置6和第二直线发电装置7，两个直线发电装置在结构上是相同的，均包括动子永磁铁13、定子线圈24、螺纹型的浮子16、横杆18、连接器23和圆柱桶15，圆柱桶15内部为透空状且上端开口，为防止海浪过大淹没圆柱桶15，圆柱桶15上端面与最大波高之间的空气隙C取决于设计波高(H设)和天文潮高(H潮)，使其满足下列公式：
C＝0.1(H设+H潮)
圆柱桶15的外侧壁两端设置有矩形滑轨14，圆柱桶15的外半径根据浮子16的内径决定。如图7所示，定子线圈24安装在圆柱桶15壁内的下半部，动子永磁铁13的上端面通过连接器23垂直安装在一根水平放置的横杆18中心处，横杆18水平悬空架设于螺纹型的浮子16上端，使得动子永磁铁13位于螺纹型浮子16的中心位置处。
如图6至图8所示，本实施例中的浮子16上半部为圆柱形，下半部呈圆弧形，浮子16的内侧壁上开有两个对称放置的矩形滑道31，滑道31内壁竖直方向设置有若干滚珠25，整个螺纹型浮子16的外侧表面开有若干均匀分布的环形凹槽(使得整个浮子呈螺纹型)，用于增加与海浪的接触面积，波浪在运动过程中带动螺纹型浮子16在圆柱桶15上做上下往复运动。螺纹型浮子16垂直安装在圆柱桶15壁外侧，通过矩形滑轨14和矩形滑道31相互连接，螺纹型浮子16与圆柱桶15之间采用间隙配合，间隙不超过螺纹型浮子16内半径r的0.01倍，保证能够沿着圆柱桶15的外侧壁上下往复运动，减少了因螺纹型浮子16与圆柱桶15之间的摩擦碰撞导致的波浪能的损失，使动子永磁铁13处于圆柱桶14内部的中心位置，保证螺纹型浮子16在波浪的作用下能够带动动子永磁铁13在圆柱桶15内上下往复运动，从而使得定子线圈21进行切割磁感线发电。
螺纹型浮子16的垂荡与波浪的垂荡要达到共振效果，使得两个直线发电装置的发电效率最大化，螺纹型浮子16的振荡周期需接近波浪的振荡周期(此处波浪的入射周期T大约在5s到15s之间)，对螺纹型浮子16的内半径r和外半径R通过公式：
(ω为浮子振动频率，ρ为海水的密度，m为螺纹型浮子的质量)进行验算。
如图4和图5所示，第二种能量俘获方式采用液压发电机发电11，即双摆桶结构的前后摆动将俘获的波浪能转换为液压能，其结构包括第一圆柱型摆桶17、第二圆柱型摆桶19、铰接器20、铰接杆21、倒置Y型液压杆12、连接杆22、液压发电装置11，第一圆柱型摆桶17和第二圆柱型摆桶19的下端面分别连接有铰接器20，铰接器20与铰接杆21进行铰接，使得第一圆柱型摆桶17和第二圆柱型摆桶19相互平行安装在铰接杆21上，保证两个圆柱型摆桶能够通过铰接器20在铰接杆21上进行旋转运动，铰接杆21固定在浮体结构下部的两个平面桁架9上，且使铰接杆21处于其正三角形的重心部位，使得第一圆柱型摆桶17和第二圆柱型摆桶19处于整个正三角形框架的重心处，保证保证整个装置能够稳定工作。
如图2和图4所示，两种波浪能发电方式进行结合，将纵摇和垂荡运动进行耦合，直线发电装置的第一直线发电装置6安装在第一圆柱型摆桶17上端，通过焊接将圆柱桶15与第一圆柱型摆桶17连接，第二直线发电装置7安装在第二圆柱型摆桶19上端，通过焊接将圆柱桶15与第二圆柱型摆桶19连接，实现液压能-机械能一体化。上述倒置的Y型液压杆12包括一端长头和两端短头，两端短头之间的夹角根据第一圆柱型摆桶17和第二圆柱型摆桶19之间的距离确定，且分别与两个圆柱桶15上端部固定连接，而一端长头则与液压发电机11的内部相连，液压发电机11的另一端与连接杆22相连，连接杆22再与第一浮箱3相连，第一浮箱3处于背浪面，第二浮箱2和第三浮箱4处于迎浪面，使得第一圆柱型摆桶17、第二圆柱型摆桶19在波浪的作用下能够同时对液压发电机11施加压力，将波浪能转换为电能。
如图9所示，本实施例中的电能存储控制中心26可以分别安装在第一浮箱3、第二浮箱2和第三浮箱4内部，其中电能存储控制中心26内部元器件包括储能箱28、控制***27和变流器29，储能器28(例如蓄电池)通过导线孔30与外部发电装置(波浪能发电装置8和风力发电装置1)相连，作用是将波浪能发电装置8和风力发电装置1所发的电能进行存储，且为控制***27的工作提供电能，变流器29与储能器28连接，对各个发电装置的电流进行整合并网。同时，波浪能发电装置8、风力发电装置1、储能箱28以及变流器29均与控制***27连接，其中波浪能发电装置8和风力发电装置1均通过导线孔30与控制***27相连，控制***27控制储能箱28、变流器29以及整个发电结构的工作运行，并采集各发电装置的各项数据，并实时对发电模块进行监视，当发电***出现故障时控制***27即时的报告陆地维修人员，实现对输出功率的控制。
本实施例中，控制***采用Xeon E7系列，其具体参数为:十核、二十线程、2.8GHz以及32G内存；变流器将对应发电机工作电源频率进行改变进而来控制交流发电机。
本发明同时利用海上的波浪能和风能进行发电，并且在波浪能发电装置8的发电结构上进行改进，结合两种不同的发电结构，将纵摇与垂荡浮子式发电装置结合为一体，采用了液压式和机械式两种发电方式，充分利用了波浪的横向和纵向运动进行发电，并且在浮体结构上方安装有风力发电机，充分利用海上风力进行发电。对海上波浪能和风能的利用解决了海上发电不稳定问题，解决了波浪能发电转换效率低的问题。本发明的浮体结构中采用正三角形结构，且浮箱与浮箱之间、压载箱与压载箱之间、浮箱与压载箱之间均采用相应的桁架进行连接，既不影响海上波浪能在发电过程中的传递，又保证风力发电装置稳定性要求，有效地利用波浪能-风能进行发电，保证发电效率，解决了传统结构易损坏的问题。

Claims (10)

1.一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：包括浮体结构和发电结构；
所述浮体结构包括第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱，第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱之间依次连接使得整体呈正三角形分布；每个浮箱的正下方均竖直连接有压载箱；
所述发电结构包括波浪能发电装置和风力发电装置，风力发电装置设置于对应浮箱的上表面；所述波浪能发电装置包括浮子、圆柱桶、摆桶和液压发电机，浮子垂直安装于圆柱桶外周且能够沿圆柱桶外壁上下滑动，浮子上端悬挂有动子永磁铁，动子永磁铁伸入圆柱桶内部，圆柱桶内底部安装有定子线圈；且圆柱桶顶部通过液压杆与液压发电机相连，液压发电机通过连接杆与浮箱连接，圆柱桶底部与摆桶顶端固定，摆桶底端通过活动连接于铰接杆，铰接杆的两端分别安装于浮体结构底部；
波浪带动浮子沿圆柱桶外侧壁上下往复运动，进而带动动子永磁铁在圆柱桶内上下往复运动，从而使得定子线圈进行切割磁感线发电；同时，摆桶在波浪的作用下，在铰接杆上进行旋转运动，进而对液压发电机施加压力，将波浪能转换为电能。
2.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱均呈圆柱形，各个浮箱之间通过平面桁架依次连接；所述压载箱呈圆柱形且各个压载箱之间通过平面桁架依次连接；各个浮箱与对应的压载箱之间通过空间桁架相连。
3.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述第一浮箱、第二浮箱和第三浮箱中安装有电能存储控制中心，电能存储控制中心包括储能箱、控制***和变流器，储能器分别波浪能发电装置和风力发电装置相连，将波浪能发电装置和风力发电装置所发的电能进行存储，且为控制***的工作提供电能，变流器与储能器连接，对发电装置所发电进行整合并网；波浪能发电装置、风力发电装置、储能箱以及变流器均与控制***连接，控制***控制储能箱、变流器以及整个发电结构的工作运行，采集各发电结构的电流和电压数据，并实时对发电结构进行监视。
4.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述各个压载箱内部负中配重，且压载箱的底部安装有与海底固定的锚链。
5.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述圆柱桶和摆桶分别有两个且各自对应固连，即包括有第一圆柱型摆桶和第二圆柱型摆桶；所述液压杆呈倒置的Y型，液压杆顶部一端与液压发电机连接，液压杆人字型两端分别与两个圆柱桶的外壁相连；所述两个摆桶的底端均通过铰接器与铰接杆相连，两个铰接器分别套于铰接杆。
6.根据权利要求5所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述液压发电机另一端通过连接杆与第一浮箱连接，第一浮箱放置于背浪面，第二浮箱和第三浮箱放置于迎浪面；所述铰接杆两端分别固定于浮体结构底层的两个平面桁架，且使铰接杆处于正三角形的重心部位，进而第一圆柱型摆桶和第二圆柱型摆桶处于整个正三角形框架的重心处。
7.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述圆柱桶呈中空状且开口朝上，圆柱桶上端面与最大波高之间的空气隙C取决于设计波高H设和天文潮高H潮，使其满足下列公式：
C＝0.1(H设+H潮)
所述浮子顶部水平架设有横杆，横杆上通过连接器垂直悬挂动子永磁铁，且动子永磁铁位于圆柱桶内部的中心位置，整体呈螺纹型的浮子在波浪作用下带动动子永磁铁在圆柱桶内上下往复运动，从而使得定子线圈进行切割磁感线发电。
8.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述圆柱桶的外侧壁上设有滑轨，对应的浮子上设有滑道，滑道内壁设置有若干滚珠，滑轨与滑动相适配，使得浮子能够沿对应圆柱桶的外壁上下滑动。
9.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述浮子上半部分呈圆柱型，其该部分的外周侧壁上开有若干均匀分布的环形凹槽，使其整体呈螺纹型；浮子下半部分为圆弧状。
10.根据权利要求1所述的海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置，其特征在于：所述圆柱桶的半径与对应浮子的内半径r相适配，采用间隙配合，间隙不超过浮子内半径r的0.01倍；所述浮子的垂荡与波浪的垂荡采用共振涉及，即浮子的振荡周期接近波浪的振荡周期，则浮子的内半径r和外半径R满足下述公式：
其中，ω为浮子振动频率，ρ为海水密度，m为浮子的质量。
CN201811590783.8A 2018-12-25 2018-12-25 一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置 Pending CN109441703A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811590783.8A CN109441703A (zh) 2018-12-25 2018-12-25 一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811590783.8A CN109441703A (zh) 2018-12-25 2018-12-25 一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109441703A true CN109441703A (zh) 2019-03-08

Family

ID=65538019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811590783.8A Pending CN109441703A (zh) 2018-12-25 2018-12-25 一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109441703A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110513238A (zh) * 2019-09-09 2019-11-29 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置
CN111425334A (zh) * 2020-02-25 2020-07-17 江苏科技大学 一种自导向式多自由度波浪能发电装置
CN111765039A (zh) * 2020-07-22 2020-10-13 唐德和 一种波浪能发电监测设备
CN112727675A (zh) * 2021-01-11 2021-04-30 江苏科技大学 一种海上风浪一体化发电装置
CN112796927A (zh) * 2021-03-05 2021-05-14 江苏科技大学 一种发电实验平台强迫运动控制***及发电检测***
CN113202699A (zh) * 2021-06-01 2021-08-03 江苏科技大学 一种基于浮式平台的风能-波浪能发电装置及其工作方法
CN113236496A (zh) * 2021-05-20 2021-08-10 兰州理工大学 一种垂直轴双转子的风能和洋流能发电装置
CN113335467A (zh) * 2021-05-28 2021-09-03 哈尔滨工业大学（深圳） 一种基于波浪能和太阳能组合发电的海洋浮式平台
CN115871874A (zh) * 2022-02-15 2023-03-31 中国科学院赣江创新研究院 一种海洋能浮标
CN117365846A (zh) * 2023-11-28 2024-01-09 江苏青大海洋风电研究有限公司 风能、洋流能发电装置及风能、洋流能、波浪能发电装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007162669A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Shozo Nanba 波エネルギー変換装置
CN102575444A (zh) * 2009-09-01 2012-07-11 生物能源***股份有限公司 从摆动式从动构件收集能量的装置
CN102606375A (zh) * 2012-04-06 2012-07-25 上海海洋大学 单向阻尼波浪能发电装置
CN102705145A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 国家海洋技术中心 适应小波浪发电的波浪能发电***
CN103195642A (zh) * 2013-04-02 2013-07-10 上海海洋大学 一种波浪能吸收转换装置
RU2540525C1 (ru) * 2013-10-28 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Установка для преобразования энергии волн
CN104912727A (zh) * 2015-05-26 2015-09-16 浙江海洋学院 一种上下振荡与摇摆组合式高效波浪能发电装置
CN205559154U (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 山东科技大学 一种新型波浪能转化装置
CN106014862A (zh) * 2016-05-19 2016-10-12 哈尔滨工程大学 一种新型浮式多浮子风浪能混合发电装置
CN106677973A (zh) * 2017-02-28 2017-05-17 青岛理工大学 一种steward型万向波浪能转换装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007162669A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Shozo Nanba 波エネルギー変換装置
CN102575444A (zh) * 2009-09-01 2012-07-11 生物能源***股份有限公司 从摆动式从动构件收集能量的装置
CN102606375A (zh) * 2012-04-06 2012-07-25 上海海洋大学 单向阻尼波浪能发电装置
CN102705145A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 国家海洋技术中心 适应小波浪发电的波浪能发电***
CN103195642A (zh) * 2013-04-02 2013-07-10 上海海洋大学 一种波浪能吸收转换装置
RU2540525C1 (ru) * 2013-10-28 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Установка для преобразования энергии волн
CN104912727A (zh) * 2015-05-26 2015-09-16 浙江海洋学院 一种上下振荡与摇摆组合式高效波浪能发电装置
CN205559154U (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 山东科技大学 一种新型波浪能转化装置
CN106014862A (zh) * 2016-05-19 2016-10-12 哈尔滨工程大学 一种新型浮式多浮子风浪能混合发电装置
CN106677973A (zh) * 2017-02-28 2017-05-17 青岛理工大学 一种steward型万向波浪能转换装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110513238A (zh) * 2019-09-09 2019-11-29 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置
CN111425334A (zh) * 2020-02-25 2020-07-17 江苏科技大学 一种自导向式多自由度波浪能发电装置
CN111765039A (zh) * 2020-07-22 2020-10-13 唐德和 一种波浪能发电监测设备
CN112727675A (zh) * 2021-01-11 2021-04-30 江苏科技大学 一种海上风浪一体化发电装置
CN112796927A (zh) * 2021-03-05 2021-05-14 江苏科技大学 一种发电实验平台强迫运动控制***及发电检测***
CN113236496A (zh) * 2021-05-20 2021-08-10 兰州理工大学 一种垂直轴双转子的风能和洋流能发电装置
CN113335467A (zh) * 2021-05-28 2021-09-03 哈尔滨工业大学（深圳） 一种基于波浪能和太阳能组合发电的海洋浮式平台
CN113202699A (zh) * 2021-06-01 2021-08-03 江苏科技大学 一种基于浮式平台的风能-波浪能发电装置及其工作方法
CN115871874A (zh) * 2022-02-15 2023-03-31 中国科学院赣江创新研究院 一种海洋能浮标
CN117365846A (zh) * 2023-11-28 2024-01-09 江苏青大海洋风电研究有限公司 风能、洋流能发电装置及风能、洋流能、波浪能发电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109441703A (zh) 一种海上纵摇垂荡耦合式波浪能-风能一体化发电装置
CN102146890B (zh) 用于深海的系泊浮式风能波浪能联合发电平台
CN101718247B (zh) 一种鱼形筏式液态金属磁流体波浪能直接发电装置
CN106368891A (zh) 一种风能、海洋能综合发电装置
CN106050540A (zh) 一种多浮杆波浪能发电装置
CN109185025A (zh) 一种风浪结合的多自由度振荡浮子发电装置及发电方法
CN103485972A (zh) 一种潮流波浪能发电装置
CN107387327A (zh) 一种新型浮式风能‑波浪能联合发电***
CN105626363A (zh) 一种多维度单浮筒式波浪能转换装置
CN104763579B (zh) 阵列化海洋能发电装置
CN107575337A (zh) 基于张力腿平台垂直轴风力机与垂向‑水平两向波浪能发电集成结构
CN109737009A (zh) 基于海上浮式平台的风能—波浪能联合发电装置及发电方法
CN109162861A (zh) 一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备及其应用
CN202991334U (zh) 洋流发电装置
CN110118150A (zh) 一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置
CN104728046A (zh) 一种新型的风浪发电***
CN104454357A (zh) 风能联合波浪能发电装置
CN108223253B (zh) 多浮体海浪二级转换发电装置
CN114645817B (zh) 多自由度波浪能浮子与半潜浮式风机耦合发电***及方法
CN110344994A (zh) 一种双浮子波浪发电装置
CN207111309U (zh) 一种新型浮式风能‑波浪能联合发电***
CN109209743A (zh) 一种结合固定式海上风机的浮力摆式综合发电装置及发电方法
CN205714561U (zh) 一种新型绿色发电装置
CN107893732A (zh) 一种可移动漂浮式海洋能发电装置
CN209553441U (zh) 一种基于波浪能的argo浮标

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190308