基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，包括浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)和波浪能發(fā)電裝置，浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)包括風(fēng)力機(jī)、塔架結(jié)構(gòu)、張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)和配套電力傳輸系統(tǒng)，波浪能發(fā)電裝置設(shè)在塔架結(jié)構(gòu)水面處，波浪能發(fā)電裝置通過滑道式接觸裝置耦合聯(lián)接在塔架結(jié)構(gòu)外側(cè)面上，有益效果是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定，施工方案技術(shù)成熟；共享支撐平臺結(jié)構(gòu)和電力傳輸系統(tǒng)，減少了單獨(dú)使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)和波浪能發(fā)電機(jī)的建造成本；張力腿結(jié)構(gòu)有利于對運(yùn)動的最優(yōu)化控制，提高波浪能的利用效率；該新型集成發(fā)電結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于深水風(fēng)能-波浪能資源的開發(fā)。
【專利說明】基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋能利用領(lǐng)域，尤其涉及風(fēng)能和波浪能綜合利用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海上風(fēng)能和波浪能都是清潔可再生的海洋能源，可利用風(fēng)力發(fā)電裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，利用波浪發(fā)電裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成電能。我國東部沿海的海上可開發(fā)風(fēng)能資源約達(dá)7.5億千瓦，不僅資源潛力巨大，而且開發(fā)利用市場條件良好，更靠近中國的經(jīng)濟(jì)中心。海上風(fēng)能開發(fā)具有節(jié)約寶貴土地資源、風(fēng)力更穩(wěn)定、風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量更大、年有效利用小時(shí)數(shù)更高、受噪音標(biāo)準(zhǔn)限制更小、運(yùn)輸條件更為便利等優(yōu)勢。風(fēng)能豐富水域的波浪能資源也很豐富。但是，相比于海上風(fēng)力發(fā)電，波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)化率較低，單位發(fā)電成本較高，一定程度限制了其商業(yè)化應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，近海風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)主要有單樁式、多樁式、重力式、導(dǎo)管架式、高樁承臺式等固定式支撐平臺結(jié)構(gòu)，深水浮式海上風(fēng)力機(jī)的研究還處于起步探索階段，國外已建成了幾座代表性浮式海上風(fēng)力機(jī)示范項(xiàng)目，主要結(jié)構(gòu)形式有:Spar式、張力腿式和半潛式等平臺系統(tǒng)。波浪能發(fā)電裝置主要有:海蛇式、垂蕩式、擺動式和壩體式等發(fā)電裝置類。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的不足是:波浪能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)化率較低，單位發(fā)電成本較高，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。海上風(fēng)力發(fā)電雖具有節(jié)約土地資源、單機(jī)容量大、年有效利用小時(shí)數(shù)高、噪音標(biāo)準(zhǔn)限制小、輸送條件便利等優(yōu)勢，但是目前還非常缺少將風(fēng)力發(fā)電和波浪發(fā)電集成為一體的海洋能源綜合開發(fā)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于提出一種深水風(fēng)能和波浪能集成發(fā)電的浮式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使二者共享支撐平臺結(jié)構(gòu)和電力傳輸配套系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，包括浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)和波浪能發(fā)電裝置；浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)包括風(fēng)力機(jī)、塔架結(jié)構(gòu)、張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)和配套電力傳輸系統(tǒng)，張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)包括下浮體結(jié)構(gòu)、伸臂結(jié)構(gòu)和張力腿結(jié)構(gòu)，其特征在于所述波浪能發(fā)電裝置安裝在塔架結(jié)構(gòu)水面處，所述波浪能發(fā)電裝置與塔架結(jié)構(gòu)2通過滑道式接觸裝置耦合聯(lián)接，所述滑道式接觸裝置包括滑輪、滑道和彈簧阻尼器，所述滑道固定在塔架結(jié)構(gòu)外側(cè)面上，滑輪通過滑輪軸安裝在波浪能發(fā)電裝置上，彈簧阻尼器安裝在滑輪與安裝滑輪位置的波浪能發(fā)電裝置之間，彈簧阻尼器使滑輪壓向滑道。
[0007]本發(fā)明所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述滑道式接觸裝置由4?8套的偶數(shù)套組成，沿塔架結(jié)構(gòu)外側(cè)面對稱布置。
[0008]本發(fā)明所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述波浪能發(fā)電裝置是垂蕩式波浪能發(fā)電裝置。[0009]本發(fā)明所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述垂蕩式波浪能發(fā)電裝置包括活塞結(jié)構(gòu)、液壓缸、單向入流閥1、單向出流閥1、單向入流閥
I1、單向出流閥I1、節(jié)流閥、儲能器、液壓馬達(dá)和發(fā)電裝置，活塞結(jié)構(gòu)的活塞置于液壓缸內(nèi)，液壓缸的活塞上側(cè)和下側(cè)分別由通道與液壓馬達(dá)連通，液壓缸活塞上側(cè)通道上設(shè)有單向入流閥I，液壓缸活塞下側(cè)通道上設(shè)有單向出流閥I，上側(cè)通道單向入流閥I與液壓缸之間的通道上設(shè)上側(cè)支通道，上側(cè)支通道與下側(cè)通道單向出流閥I與液壓馬達(dá)之間的通道連通，上側(cè)支通道上設(shè)有單向出流閥II，下側(cè)通道單向出流閥I與液壓缸之間的通道上設(shè)下側(cè)支通道，下側(cè)支通道與上側(cè)通道單向入流閥I與液壓馬達(dá)之間的通道連通，下側(cè)支通道上設(shè)有單向入流閥II，上側(cè)通道單向入流閥I與液壓馬達(dá)之間通道和下側(cè)通道單向出流閥I與液壓馬達(dá)之間通道之間連接一節(jié)流閥，上側(cè)通道和下側(cè)通道與液壓馬達(dá)連接端分別設(shè)有儲能器，液壓馬達(dá)與發(fā)電裝置連接。利用波浪能發(fā)電裝置與塔架結(jié)構(gòu)相對垂向運(yùn)動帶動活塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動，活塞結(jié)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動使液壓箱內(nèi)的液體分別經(jīng)單向入流閥I (反向時(shí):經(jīng)單向入流閥II )和節(jié)流閥進(jìn)入液壓馬達(dá)，驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，節(jié)流閥和蓄能器主要起到穩(wěn)定液壓系統(tǒng)壓力及保護(hù)液壓系統(tǒng)安全的作用。
[0010]本發(fā)明所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述頂部風(fēng)力機(jī)是MW級變速變槳海上風(fēng)力機(jī)。
[0011]本發(fā)明分別通過風(fēng)力機(jī)和水面處的波浪能發(fā)電裝置將風(fēng)能和波浪能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⒐餐脧埩ν仁街纹脚_結(jié)構(gòu)和配套電力傳輸系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定，施工方案技術(shù)成熟。
[0014]2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以選用現(xiàn)有商用產(chǎn)品，選型簡便。
[0015]3、波浪能轉(zhuǎn)化裝置可以有效利用液壓缸內(nèi)活塞結(jié)構(gòu)的雙向運(yùn)動驅(qū)動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，并最終帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，其主要性能參數(shù)可以結(jié)合選址場地的波浪特征進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0016]4、頂部風(fēng)力機(jī)與水面處波浪能發(fā)電裝置共用張力腿浮式平臺結(jié)構(gòu)，共享支撐平臺結(jié)構(gòu)和電力傳輸系統(tǒng)，減少了單獨(dú)使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)和波浪能發(fā)電機(jī)的建造成本。
[0017]5、張力腿結(jié)構(gòu)能有效地控制浮式平臺的縱搖和橫搖，有利于頂部風(fēng)機(jī)的良好運(yùn)行，也有效地控制由于頂部大質(zhì)量機(jī)艙慣性運(yùn)動所引起的巨大塔架彎矩載荷。
[0018]6、張力腿結(jié)構(gòu)和滑道式耦合連接裝置有利于波浪能發(fā)電裝置與平臺主體相對運(yùn)動的最優(yōu)化控制，提高波浪能的利用效率。
[0019]7、本發(fā)明可有效地降低單位發(fā)電成本，可廣泛應(yīng)用于我國東部沿海豐富深水風(fēng)能-波浪能資源的開發(fā)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)示意圖
[0021]圖2a是波浪能發(fā)電裝置與塔架連接剖面示意圖
[0022]圖2b是波浪能發(fā)電裝置與塔架連接俯視示意圖
[0023]圖3是波浪能發(fā)電裝置與塔架滑動連接局部示意圖
[0024]圖4是張力腿平臺下浮體的俯視示意圖
[0025]圖5是波浪能發(fā)電裝置系統(tǒng)示意圖[0026]圖中，1、風(fēng)力機(jī)，2、塔架結(jié)構(gòu)，3、波浪能發(fā)電裝置，4、下浮體結(jié)構(gòu)，5、伸臂結(jié)構(gòu)，6、張力腿結(jié)構(gòu)，7、滑道式接觸裝置，8、滑輪，9、滑道，10、彈簧阻尼器，11、活塞結(jié)構(gòu)，12、液壓缸，13、單向入流閥I , 14、單向出流閥I , 15、單向入流閥II, 16、單向出流閥II, 17、節(jié)流閥，18、儲能器，19、液壓馬達(dá)，20、發(fā)電裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)包括浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)和波浪能發(fā)電裝置，波浪能發(fā)電裝置3是垂蕩式波浪能發(fā)電裝置，風(fēng)力機(jī)I是麗級變速變槳海上風(fēng)力機(jī)；浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)包括風(fēng)力機(jī)1、塔架結(jié)構(gòu)2、張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)和配套電力傳輸系統(tǒng)，張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)包括下浮體結(jié)構(gòu)4、伸臂結(jié)構(gòu)5和張力腿結(jié)構(gòu)6，波浪能發(fā)電裝置3設(shè)在塔架結(jié)構(gòu)2水面處的，波浪能發(fā)電裝置3與塔架結(jié)構(gòu)2通過滑道式接觸裝置7耦合聯(lián)接，滑道式接觸裝置7包括滑輪8、滑道9和彈簧阻尼器10，滑道9固定在塔架結(jié)構(gòu)2外側(cè)面上，滑輪8通過滑輪軸安裝在波浪能發(fā)電裝置3上，彈簧阻尼器10安裝在滑輪8與安裝滑輪8位置的波浪能發(fā)電裝置3之間，彈簧阻尼器10使滑輪8壓向滑道9?；朗浇佑|裝置7由4套組成，沿塔架結(jié)構(gòu)2外側(cè)面均勻布置。垂蕩式波浪能發(fā)電裝置3包括活塞結(jié)構(gòu)11、液壓缸12、單向入流閥I 13、單向出流閥I 14、單向入流閥II 15、單向出流閥II 16、節(jié)流閥17、儲能器18、液壓馬達(dá)19和發(fā)電裝置20，活塞結(jié)構(gòu)11的活塞置于液壓缸12內(nèi)，液壓缸12的活塞上側(cè)和下側(cè)分別由通道與液壓馬達(dá)19連通，液壓缸12活塞上側(cè)通道上設(shè)有單向入流閥I 13，液壓缸12活塞下側(cè)通道上設(shè)有單向出流閥I 14，上側(cè)通道單向入流閥I 13與液壓缸12之間的通道上設(shè)上側(cè)支通道，上側(cè)支通道與下側(cè)通道單向出流閥I 14與液壓馬達(dá)19之間的通道連通，上側(cè)支通道上設(shè)有單向出流閥II 16，下側(cè)通道單向出流閥I 14與液壓缸12之間的通道上設(shè)下側(cè)支通道，下側(cè)支通道與上側(cè)通道單向入流閥I 13與液壓馬達(dá)19之間的通道連通，下側(cè)支通道上設(shè)有單向入流閥II 15，上側(cè)通道單向入流閥I 13與液壓馬達(dá)19之間通道和下側(cè)通道單向出流閥I 14與液壓馬達(dá)19之間通道之間連接一節(jié)流閥17，上側(cè)通道和下側(cè)通道與液壓馬達(dá)19連接端分別設(shè)有儲能器18，液壓馬達(dá)19與發(fā)電裝置20連接。滑道式接觸裝置7可以確保垂蕩式波浪能發(fā)電設(shè)備與塔架結(jié)構(gòu)在除垂蕩方向的其他五個(gè)自由度方向上的協(xié)調(diào)運(yùn)動，有利于最優(yōu)化利用二者的相對垂蕩運(yùn)動進(jìn)行波浪能發(fā)電，浮式波浪能發(fā)電裝置3與塔架2的相對垂向運(yùn)動帶動活塞結(jié)構(gòu)11的垂向運(yùn)動，使液壓箱12內(nèi)的液體經(jīng)單向入流閥I 13(反向時(shí):經(jīng)單向入流閥1115)進(jìn)入液壓馬達(dá)19,驅(qū)動其旋轉(zhuǎn),從而帶動發(fā)電機(jī)20發(fā)電,實(shí)現(xiàn)波浪能向電能的轉(zhuǎn)化。節(jié)流閥17和蓄能器18主要起到穩(wěn)定液壓系統(tǒng)壓力和保護(hù)液壓系統(tǒng)安全的目的。
[0029]本發(fā)明的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要充分考慮以下因素:
[0030]I)根據(jù)裝機(jī)地點(diǎn)的風(fēng)資源特征，選取風(fēng)力機(jī)1，依據(jù)風(fēng)力機(jī)I的性能參數(shù)和空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)載荷，優(yōu)化塔架結(jié)構(gòu)2的高度和截面尺寸。
[0031]2)根據(jù)裝機(jī)地點(diǎn)的波浪統(tǒng)計(jì)特征，選取垂蕩式波浪能發(fā)電裝置，并依據(jù)垂蕩式波浪能發(fā)電裝置的性能參數(shù)，設(shè)計(jì)滑道式接觸裝置7，將波浪能發(fā)電裝置與水面處塔架結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合聯(lián)接。
[0032]3)根據(jù)風(fēng)力機(jī)、塔架結(jié)構(gòu)和波浪能發(fā)電裝置的質(zhì)量，及波浪能發(fā)電裝置和張力腿平臺的水動力特征，設(shè)計(jì)下浮體結(jié)構(gòu)4和伸臂結(jié)構(gòu)5的幾何尺寸和壓載質(zhì)量，保證浮式張力腿結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的良好自穩(wěn)性。
[0033]基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)的施工安裝流程如下:首先，選用現(xiàn)有張力腿平臺施工工藝，將張力腿結(jié)構(gòu)6固定于海底；其次，將水面處波浪能發(fā)電裝置3、水面處塔架結(jié)構(gòu)2、下浮體結(jié)構(gòu)4和伸臂結(jié)構(gòu)5進(jìn)行岸上組裝，用專業(yè)施工船將組裝結(jié)構(gòu)與已錨泊好的張力腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行對接安裝；最后，依次安裝塔架2和頂部風(fēng)力機(jī)1，完成基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)的施工安裝。
【權(quán)利要求】
1.基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，包括浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)和波浪能發(fā)電裝置；浮式張力腿風(fēng)能發(fā)電結(jié)構(gòu)包括風(fēng)力機(jī)(I)、塔架結(jié)構(gòu)(2)、張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)和配套電力傳輸系統(tǒng)，張力腿式支撐平臺結(jié)構(gòu)包括下浮體結(jié)構(gòu)(4)、伸臂結(jié)構(gòu)(5)和張力腿結(jié)構(gòu)(6)，其特征在于所述波浪能發(fā)電裝置(3)安裝在塔架結(jié)構(gòu)水面處；所述波浪能發(fā)電裝置(3)與塔架結(jié)構(gòu)(2)通過滑道式接觸裝置(7)耦合聯(lián)接，所述滑道式接觸裝置(7)包括滑輪(8)、滑道(9)和彈簧阻尼器(10)，所述滑道(9)固定在塔架結(jié)構(gòu)(2)外側(cè)面上，滑輪(8)通過滑輪軸安裝在波浪能發(fā)電裝置(3)上，彈簧阻尼器(10)安裝在滑輪(8)與安裝滑輪⑶位置的波浪能發(fā)電裝置(3)之間，彈簧阻尼器(10)使滑輪⑶壓向滑道(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述滑道式接觸裝置(7)由4?8套的偶數(shù)套組成，沿塔架結(jié)構(gòu)(2)外側(cè)面對稱布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述波浪能發(fā)電裝置(3)是垂蕩式波浪能發(fā)電裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述垂蕩式波浪能發(fā)電裝置(3)包括活塞結(jié)構(gòu)(11)、液壓缸(12)、單向入流閥I (13)、單向出流閥I (14)、單向入流閥II (15)、單向出流閥II (16)、節(jié)流閥(17)、儲能器(18)、液壓馬達(dá)(19)和發(fā)電裝置(20)，活塞結(jié)構(gòu)(11)的活塞置于液壓缸(12)內(nèi)，液壓缸(12)的活塞上側(cè)和下側(cè)分別由通道與液壓馬達(dá)(19)連通，液壓缸(12)活塞上側(cè)通道上設(shè)有單向入流閥I (13)，液壓缸(12)活塞下側(cè)通道上設(shè)有單向出流閥I (14)，上側(cè)通道單向入流閥I (13)與液壓缸(12)之間的通道上設(shè)上側(cè)支通道，上側(cè)支通道與下側(cè)通道單向出流閥I (14)與液壓馬達(dá)(19)之間的通道連通，上側(cè)支通道上設(shè)有單向出流閥II (16)，下側(cè)通道單向出流閥I (14)與液壓缸(12)之間的通道上設(shè)下側(cè)支通道，下側(cè)支通道與上側(cè)通道單向入流閥I (13)與液壓馬達(dá)(19)之間的通道連通，下側(cè)支通道上設(shè)有單向入流閥II (15)，上側(cè)通道單向入流閥I (13)與液壓馬達(dá)(19)之間通道和下側(cè)通道單向出流閥I (14)與液壓馬達(dá)(19)之間通道之間連接一節(jié)流閥(17)，上側(cè)通道和下側(cè)通道與液壓馬達(dá)(19)連接端分別設(shè)有儲能器(18)，液壓馬達(dá)(19)與發(fā)電裝置(20)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于浮式張力腿平臺的風(fēng)能-波浪能集成發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述風(fēng)力機(jī)(I)是MW級變速變槳海上風(fēng)力機(jī)。
【文檔編號】F03D11/00GK103967713SQ201410203676
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】任年鑫, 李玉剛, 馬哲, 程勇 申請人:大連理工大學(xué)