漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種利用自然能量發(fā)電的裝置，特別是一種漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋中存儲著豐富的能源，其中風(fēng)能，波浪能是取之不盡用之不竭的綠色可再生能源。目前，單臺海上風(fēng)力機的發(fā)電功率達到MW級別，離岸越遠風(fēng)速越大，未來海上風(fēng)電將向著離岸更遠的海域發(fā)展。深海風(fēng)電一般采用漂浮式浮臺，風(fēng)力機安裝在浮臺上端面，然而浮臺容易受波浪影響而發(fā)生搖擺和垂蕩，風(fēng)力機由于振動導(dǎo)致產(chǎn)生的電力輸出不穩(wěn)定問題，輸出功率易波動，導(dǎo)致并網(wǎng)困難。
[0003]一般采用風(fēng)力機葉片的變漿控制，調(diào)節(jié)功率的輸出。然而，變漿控制雖然能在一定程度上使風(fēng)力機輸出功率趨于平穩(wěn)，但是它是依靠調(diào)節(jié)風(fēng)力機葉片漿矩角實現(xiàn)功率控制，需要一定的響應(yīng)時間，調(diào)節(jié)較為滯后。當來流參數(shù)變化較快時，對功率的調(diào)節(jié)效果并不明顯，依然會對接入電網(wǎng)造成沖擊。
[0004]目前海上風(fēng)電中應(yīng)用的漂浮式平臺有張力腿式，駁船式，和Spar式。其中，張力腿式和駁船式均有一個浮在海面上的平臺，與海面接觸面積較大，受海浪的影響較大，穩(wěn)定性較差，甚至風(fēng)力機會因重心過高而發(fā)生傾覆。Spar式雖然沒有浮臺，但是卻需要一個延伸到海面一下的浮筒，細長浮筒的強度較難保證，生產(chǎn)和運輸也較為困難，經(jīng)濟性較差。
[0005]在波浪能利用方面，由于其能量密度低，且波動性大，不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率低，如果單獨使用波浪能用來發(fā)電，需要大面積鋪設(shè)波浪能轉(zhuǎn)化裝置，即便如此，考慮波浪能能量轉(zhuǎn)換裝置發(fā)電效率低，占用空間大，需要規(guī)模化利用才能獲得有效收益，其實用性也較差。以上問題都導(dǎo)致了海洋能利用裝置的可靠性以及經(jīng)濟性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種能夠有效將波浪能結(jié)合到深海風(fēng)電中，提高風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定性，確保經(jīng)濟效益的漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置。
[0007]本實用新型的目的是通過以下途徑來實現(xiàn)的:
[0008]漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置，包括有風(fēng)力機和浮臺，風(fēng)力機位于浮臺上端面上，其結(jié)構(gòu)要點在于，浮臺截面呈上小下大的梯形構(gòu)造，在浮臺的兩側(cè)分別開具有進氣孔和出氣孔，二者均設(shè)置有單向氣閥；浮臺的內(nèi)腔中包括有復(fù)數(shù)個氣室，包括與進氣孔連通的進氣室以及與出氣孔連通的出氣室，進氣孔和出氣孔分別對應(yīng)位于進氣室和出氣室中，該復(fù)數(shù)個氣室以進氣室為首、出氣室為尾依次相連，相鄰兩個氣室之間開通有通氣孔，每個通氣孔均設(shè)置有通氣單向氣閥，該通氣單向氣閥能夠使依次相連的氣室中的氣流單向從進氣室向出氣室方向流動；在每個氣室下方均設(shè)置有一個水室，水室連通到海水中；氣室與水室之間開具有兩個換氣孔，該兩個換氣孔分別設(shè)置方向相反的換氣單向氣閥；復(fù)數(shù)個浮臺相連:前一個浮臺的出氣孔通過管道連接并連通到后一個浮臺的進氣孔；最后一個浮臺上安裝有空氣透平，該最后一個浮臺的出氣孔通過氣流通道連接到空氣透平，該空氣透平則連接交流發(fā)電機轉(zhuǎn)軸，而交流發(fā)電機的輸出端分別連接到風(fēng)力機機內(nèi)設(shè)備供電端以及補償蓄電池蓄電端。
[0009]最后一個浮臺的出氣孔的氣流通過氣流通道進入空氣透平，利用壓縮的空氣推動空氣透平旋轉(zhuǎn)，并帶動交流發(fā)電機發(fā)電。進氣孔和出氣孔處的單向氣閥用于保證進氣孔只能從外部進氣到進氣室，而出氣孔只能是從出氣室出氣到下一個浮臺或者空氣透平。而浮臺內(nèi)腔的各個氣室是依序相鄰接的，形成了一條氣室通道，氣室與氣室之間通過通氣孔連通，同時在通氣孔上設(shè)置有同一個方向的通氣單向氣閥，確保氣室之間的空氣只能朝一個方向，即進氣孔往出氣孔方向流動。每個氣室和其對應(yīng)水室之間設(shè)置了具有方向相反的換氣單向氣閥的換氣孔，這樣，就可以保證相對水室而言，一個換氣孔只能進氣，為進氣換氣孔，另一個換氣孔只能出氣，為出氣換氣孔。
[0010]上述波浪能輔助發(fā)電裝置的作用原理在于:由于水室與海水直接接觸，水室內(nèi)空氣的體積隨著海浪的高低波動而發(fā)生變化，例如當某個水室內(nèi)遇到海浪波峰時，海水擠壓該水室內(nèi)的空氣，使其壓強變大，水室進氣換氣孔關(guān)閉，出氣換氣孔開啟，空氣通過出氣孔流向?qū)?yīng)的氣室；此時，接收到來自水室空氣的氣室內(nèi)的空氣壓強變大，通過通氣單向閥將空氣壓入下一級氣室。當水室遇到海浪波谷時，水室內(nèi)空氣體積變大，壓強變小，于是水室出氣換氣孔關(guān)閉，進氣換氣孔開啟，水室所對應(yīng)的氣室內(nèi)空氣通過進氣換氣孔流入水室，補充水室內(nèi)空氣，同時外部空氣經(jīng)過進氣孔進入氣室通道內(nèi)補充，恢復(fù)空氣壓強。
[0011]由此，波浪能轉(zhuǎn)換成空氣的動能與壓力能，然后再由空氣的動能與壓力能轉(zhuǎn)換成電能，實現(xiàn)波浪能的輔助發(fā)電作用，波浪能發(fā)出的電一部分作為海上風(fēng)力機機內(nèi)設(shè)備:變槳偏航系統(tǒng)，空調(diào)，電梯等供電，另一部分存入補償蓄電池中。當風(fēng)力機發(fā)出的電力因波動而不足時，啟動蓄電池發(fā)電，迅速補償輸出功率，響應(yīng)快、調(diào)節(jié)及時，對風(fēng)力機的發(fā)電功率調(diào)節(jié)效果顯著，實現(xiàn)了風(fēng)電力輸出的穩(wěn)定，大大減少了對接入電網(wǎng)的沖擊，比變漿調(diào)節(jié)更加直接迅速。
[0012]本實用新型可以進一步具體為:
[0013]所述進氣孔連接有進氣通道，該進氣通道的進氣口位于海面之上。
[0014]為避免海水從進氣孔進入氣室，進氣通道要保證露出海面之上，可以在進氣口增加防護措施，例如透氣不透水的裝置等等。
[0015]進氣室和出氣室對稱分布于浮臺內(nèi)部的兩側(cè)邊，兩氣室的下部空間位于海水平面下。
[0016]這樣，進氣室和出氣室的外表面便有一部分是位于海水之中的，在海水的作用下，可以冷卻壓縮后的空氣，實現(xiàn)空氣多級壓縮的級間冷卻，提高空氣的壓縮效率。
[0017]浮臺下端面通過繩索錨定于海底，并保持張緊狀態(tài)。
[0018]由此，浮臺就可以受到繩索的限制，避免或減少發(fā)生垂直方向的位移，使之能夠與海水表面發(fā)生的相對運動。
[0019]每個水室側(cè)壁上設(shè)有兩個水位傳感器，分別為高水位傳感器和低水位傳感器。
[0020]高水位傳感器和低水位傳感器分別位于水室中設(shè)定的水位高點和水位低點；正常情況下，兩個氣孔處的單向閥正常運作。當水位高于高水位傳感器時，水室兩個換氣孔完全關(guān)閉。當水位下降至在高水位傳感器和低水位傳感器之間時，換氣孔依然處于關(guān)閉狀態(tài)。只有當水位下降至低水位傳感器以下時，兩換氣孔開啟，換氣單向氣閥才恢復(fù)工作。這樣可以有效避免海水通過換氣孔進入氣室，使氣室通道被破壞，無法壓縮并推動空氣氣流。
[0021 ] 所述浮臺為駁船式浮臺，或者為圓臺式浮臺。
[0022]這兩種浮臺能夠保證足夠的浮力，并提供較大的內(nèi)部空間，從而實現(xiàn)氣室和水室的構(gòu)建。
[0023]綜上所述，本實用新型的技術(shù)效果在于:
[0024]1、將波浪能轉(zhuǎn)換成電能，作為風(fēng)力發(fā)電的補充和輔助，實現(xiàn)了海上風(fēng)能，波浪能兩種發(fā)電形式綜合利用，有效將波浪能結(jié)合到深海風(fēng)電中，實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下電力的互補，保證功率輸出的穩(wěn)定，有利于并網(wǎng)。
[0025]2、采用蓄電池為輸出功率進行補償，響應(yīng)迅速，解決了因變漿機構(gòu)執(zhí)行緩慢導(dǎo)致的功率補償滯后的問題，提高了風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定性，確保了經(jīng)濟效益。
[0026]3、波浪能輔助發(fā)電裝置吸收了風(fēng)力機和浮臺周圍的波浪能，減少了波浪對浮臺的沖擊，使浮臺更加穩(wěn)定，不易傾覆，有效解決了風(fēng)力機由于振動導(dǎo)致產(chǎn)生的電力輸出不穩(wěn)定的問題，提高風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0027]圖1所示為本實用新型所述漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2所示為圖1中A部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3所示為本實用新型所述漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置的作用原理圖，其中實線表示能量流動途徑，即能量轉(zhuǎn)換及電能供電途徑，虛線表示信號流動途徑，即在進行控制時，控制信號的收發(fā)示意標識。
[0030]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步闡述。
【具體實施方式】
[0031]最佳實施例:
[0032]參照附圖1和附圖2，漂浮式海上風(fēng)電場波浪能輔助發(fā)電裝置，包括有風(fēng)力機I和浮臺2，風(fēng)力機I位于駁船式或圓臺式浮臺2上，利用海風(fēng)發(fā)電。浮臺2