CN220395895U - 一种漂浮式风力水力联合发电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种漂浮式风力水力联合发电***，包括漂浮式浮体、支撑结构、汲水装置、蓄水装置、水能发电装置、风轮***和锚链***，风轮***通过支撑结构安装于漂浮式浮体上，漂浮式浮体通过锚链***固定，漂浮式浮体的中心处形成有贯穿其底部的汲排水口，汲水装置的上部与风轮***连接，其下部的取水活塞位于汲排水口处，蓄水装置设置于漂浮式浮体上，并位于汲排水口的外侧，水能发电装置安装于漂浮式浮体上，并与蓄水装置连接。本实用新型将风轮***安装在支撑结构顶部，将水能发电装置设置在低处，大幅降低了塔顶质量，增加了整个漂浮式结构的稳定性，方便建造与运维，有效降低机组的总体造价，提高机组的安全性，增加电能质量。

Description

一种漂浮式风力水力联合发电***

技术领域

本实用新型涉及风力发电、水力发电的技术领域，尤其是指一种漂浮式风力水力联合发电***。

背景技术

风力发电是绿色能源的重要组成部分。一般风力发电机由风轮***、主机***、支撑***、基础结构组成。其中，风轮***与主机***位于支撑结构顶部，以尽量充分利用高空优质风资源。随着风电行业的飞速发展，陆上优质风资源已经利用殆尽，风电行业向深远海发展，探索充分利用海上风资源。由于海上风电机组基础造价非常高，漂浮式风机是利用深远海风资源的必由之路。

为降低单位发电成本，海上风电机组优先选用大容量、大风轮机组。目前海上漂浮式风电机组总体构造与陆上机组相似，仍然采用支撑***将风轮***与主机***支撑到高处，主机***在高空将风能转化为电能，通过电缆将电能输送下来。目前海上大型风力发电机的风轮直径已经接近300m，主机与风轮***的重量达到900t，支撑高度要求至少在海面以上160m。海上漂浮式风电机组塔顶质量大，结构承载工况恶劣，对支撑结构、浮体结构要求很高。由于主机***处于支撑结构顶端，整个漂浮式结构的稳定性较弱。当机组运行时，风载与波浪载荷引起的浮体晃动在塔顶位置表现的尤为明显，严重影响机组的寿命。同时，主机***设置在支撑结构顶部，运行工况恶劣，容易发生故障，运维困难，并会大幅增加支撑结构的造价，以及增加电缆等部件造价。对于漂浮式结构，将如此大的质量点支撑如此高度，在工程实际中实现难度大，安全风险高，经济性差，并且运维困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种漂浮式风力水力联合发电***，将风轮***安装在支撑结构顶部，充分利用海洋中的水资源，将主机***更换为水能发电装置并设置在低处，大幅降低了塔顶质量，增加了整个漂浮式结构的稳定性，方便了建造与运维，有效降低漂浮式风力发电机组的总体造价，提高发电机组的安全性，增加电能质量。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种漂浮式风力水力联合发电***，包括漂浮式浮体、支撑结构、汲水装置、蓄水装置、水能发电装置、风轮***和锚链***，所述风轮***通过支撑结构安装于漂浮式浮体上，所述漂浮式浮体通过锚链***固定，所述漂浮式浮体的中心处形成有贯穿其底部的汲排水口，所述汲水装置的上部与风轮***连接，其下部的取水活塞位于汲排水口处，通过风轮***转动带动吸水装置的取水活塞上下移动，从而将汲排水口处的海水提高，所述蓄水装置设置于漂浮式浮体上，并位于汲排水口的外侧，用于储存由汲水装置的取水活塞提升的海水，并临时保存海水重力势能，所述水能发电装置安装于漂浮式浮体上，并与蓄水装置连接，用于利用释放的海水重力势能进行发电。

进一步，所述漂浮式浮体采用钢材或混凝土材料制成。

进一步，所述支撑结构采用钢管式结构或桁架式结构。

进一步，所述支撑结构采用单侧支撑结构或双侧支撑结构。

进一步，所述风轮***为三叶片风轮、两叶片风轮、单叶片风轮或多叶片风轮。

进一步，所述汲水装置有两个，对称安装于风轮***的转轴的两侧，每个吸水装置包括转盘、连杆和取水活塞，所述转盘与转轴连接，所述连杆的顶部与转盘活动连接，其底部与取水活塞活动连接，利用风轮***带动转盘转动，进而带动下方的取水活塞上下移动。

进一步，所述蓄水装置为高于海平面的环形水池，其海水输出口与水能发电装置连通。

进一步，所述水能发电装置包括水轮发电机和管路，所述水轮发电机设置于漂浮式浮体上，并位于蓄水装置的内侧，且其安装位置低于蓄水装置，其通过管路与蓄水装置的海水输出口连接。

进一步，所述水轮发电机有多个，并沿周向间隔布置于蓄水装置的内侧。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型将风轮***与主机***(即水能发电装置)进行分离，即将风轮***安装在支撑结构顶部，并将水能发电装置设置在低处，大幅降低了塔顶质量，增加了整体结构的稳定性，更利于降低整体造价。

2、本实用新型将主机***(即水能发电装置)设置在低处，更利于精密部件的检查维护，同时优化了工况条件，降低风险。

3、本实用新型充分利用漂浮式浮体所处位置的海水资源，在利用海水发电的同时，储存的水源可以增加结构的阻尼，对结构抗振、浮体稳定性起到有利作用。

4、本实用新型利用风轮转动将海水提升到高处并存储海水势能，接着再利用海水势能发电，电能的稳定性相比直接利用风能发电更好，风能利用率更高。

附图说明

图1为本实用新型的联合发电***的整体结构示意图。

图2为本实用新型的汲水装置与风轮***的连接示意图。

图3为本实用新型的支撑结构在漂浮式浮体上的结构示意图。

图4为本实用新型的蓄水装置和水能发电装置在漂浮式浮体上的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1至图4所示，本实施例提供了一种漂浮式风力水力联合发电***，包括漂浮式浮体1、支撑结构2、汲水装置3、蓄水装置4、水能发电装置5、风轮***6和锚链***(图中未示出)，所述风轮***6安装于支撑结构2的顶部，用于将风能转化为机械能，所述支撑结构2安装于漂浮式浮体1上，通过漂浮式浮体1和支撑结构2承载所有的结构和设备，并将风轮***6支撑到高空获取风能，所述漂浮式浮体1通过锚链***固定，通过锚链***限制漂浮式浮体1移动范围，并实现被动偏航，所述漂浮式浮体1的中心处形成有贯穿其底部的汲排水口101，所述汲水装置3的上部与风轮***6连接，其下部的取水活塞303位于汲排水口处，通过风轮***6转动带动吸水装置的取水活塞303上下移动，从而将汲排水口处的海水提高，将风轮转动机械能转化为海水势能，所述蓄水装置4设置于漂浮式浮体1上，并位于汲排水口的外侧，用于储存由汲水装置3的取水活塞303提升的海水，并临时保存海水重力势能，所述水能发电装置5安装于漂浮式浮体1上，并与蓄水装置4连接，用于利用释放的海水重力势能进行发电，水能发电装置5发出的电能通过调配后，输出到电网。

具体的，汲水装置3有两个，对称安装于风轮***6的转轴601的两侧。本实施例的吸水装置采用曲柄滑块机构，即每个吸水装置包括转盘301、连杆302和取水活塞303，所述转盘301与转轴连接，所述连杆302的顶部与转盘301活动连接，其底部与取水活塞303活动连接，利用风轮***6带动转盘301作为曲柄，进而带动下方的取水活塞303上下移动。

进一步的，汲水装置的实现方式包含但不限于连杆机构、凸轮机构、棘轮结构、齿轮机构、链传动或带传动等实现方式。

具体的，蓄水装置4为高于海平面的环形水池，其海水输出口与水能发电装置5连通。

具体的，水能发电装置5包括水轮发电机501和管路502，所述水轮发电机501设置于漂浮式浮体1上，并位于蓄水装置4的内侧，且其安装位置低于蓄水装置4，以便尽量增大海水可用势能，其通过管路与蓄水装置4的海水输出口连接。

进一步的，为平衡总体结构载荷，可以设置多个水轮发电机501，多个水轮发电机501沿周向间隔布置于蓄水装置4的内侧。

具体的，支撑结构可以采用钢管式、桁架式等结构样式。支撑结构不限于单侧支撑结构或双侧支撑结构等实现方式。

具体的，漂浮式浮体可以采用钢材、混凝土或其它材料制成。

具体的，风轮***的样式包含但不限于三叶片风轮、两叶片风轮、单叶片风轮或多叶片风轮。

本实用新型充分利用海洋中的水资源将高空中风轮产生的能量转化成电能。首先，利用风轮转动将海水提升到高处，并储存到容器中，待容器中水位达到一定高度，通过管道放水，利用管道中水的能量，推动水轮发电机进行发电，其能量转化过程为：

空气动能(风)->风轮转动动能->海水重力势能->海水流动动能->机组电能

通过利用风能增加水的势能，最终由水能发电。

总之，本实用新型的风力水力联合发电***能够有效降低漂浮式风力发电机组的总体造价，提高发电机组的安全性，增加电能质量。同时通过将发电机由风力直接驱动，更换为由水力直接驱动，充分利用了海洋资源优势，经济性更好。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型专利构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：包括漂浮式浮体、支撑结构、汲水装置、蓄水装置、水能发电装置、风轮***和锚链***，所述风轮***通过支撑结构安装于漂浮式浮体上，所述漂浮式浮体通过锚链***固定，所述漂浮式浮体的中心处形成有贯穿其底部的汲排水口，所述汲水装置的上部与风轮***连接，其下部的取水活塞位于汲排水口处，通过风轮***转动带动吸水装置的取水活塞上下移动，从而将汲排水口处的海水提高，所述蓄水装置设置于漂浮式浮体上，并位于汲排水口的外侧，用于储存由汲水装置的取水活塞提升的海水，并临时保存海水重力势能，所述水能发电装置安装于漂浮式浮体上，并与蓄水装置连接，用于利用释放的海水重力势能进行发电。

2.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述漂浮式浮体采用钢材或混凝土材料制成。

3.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述支撑结构采用钢管式结构或桁架式结构。

4.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述支撑结构采用单侧支撑结构或双侧支撑结构。

5.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述风轮***为三叶片风轮、两叶片风轮、单叶片风轮或多叶片风轮。

6.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述汲水装置有两个，对称安装于风轮***的转轴的两侧，每个吸水装置包括转盘、连杆和取水活塞，所述转盘与转轴连接，所述连杆的顶部与转盘活动连接，其底部与取水活塞活动连接，利用风轮***带动转盘转动，进而带动下方的取水活塞上下移动。

7.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述蓄水装置为高于海平面的环形水池，其海水输出口与水能发电装置连通。

8.根据权利要求1所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述水能发电装置包括水轮发电机和管路，所述水轮发电机设置于漂浮式浮体上，并位于蓄水装置的内侧，且其安装位置低于蓄水装置，其通过管路与蓄水装置的海水输出口连接。

9.根据权利要求8所述的漂浮式风力水力联合发电***，其特征在于：所述水轮发电机有多个，并沿周向间隔布置于蓄水装置的内侧。