一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型可再生能源技術(shù)和海洋裝備領(lǐng)域，特別是一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質(zhì)能等。宄其成因，潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力變化，其他均源于太陽輻射。海洋能源按儲存形式又可分為機(jī)械能、熱能和化學(xué)能。其中，潮汐能、海流和波浪為機(jī)械能，海水溫差為熱能，海水鹽差為化學(xué)能。
[0003]在這眾多的海洋能源種類中，波浪能與海上風(fēng)能在地域分布上具有一定的相似性，二者在深海海域的能量密度均比近海海域大。由此，開展海上波浪能-風(fēng)能綜合利用技術(shù)研宄存在可觀的產(chǎn)業(yè)前景，對于我國能源結(jié)構(gòu)總體布局也具有重要戰(zhàn)略意義。目前，海上波浪能-風(fēng)能綜合利用技術(shù)還處于探索階段，鮮見較為成熟的設(shè)計(jì)方案。結(jié)合較為常見的三種海上漂浮式平臺:Spar平臺、TLP平臺和駁船式平臺，部分學(xué)者和工程師提出了一些設(shè)計(jì)方案。其中一種是基于海上油氣田平臺技術(shù)的三浮體漂浮式風(fēng)力機(jī)WindFloat，在其浮體基礎(chǔ)上加入振蕩水柱式發(fā)電設(shè)計(jì)或者在其中間位置加入振蕩浮子式點(diǎn)吸收波浪能裝置。一種是美國ITI Energy公司提出的一種基于駁船式漂浮式平臺的波浪能-風(fēng)能綜合利用技術(shù):在長方體的漂浮式平臺中間位置設(shè)計(jì)了用于振蕩水柱式發(fā)電裝置的氣室。另外，結(jié)合桅桿Spar式海上風(fēng)機(jī)Hywind和振蕩浮子式波浪能裝置WaveBob，挪威科技大學(xué)也提出了一種波浪能-風(fēng)能綜合利用概念STC。然而，這些技術(shù)仍然處于概念模型設(shè)計(jì)階段，還沒有得到充分的論證和測試。同時(shí)，考慮裝置的穩(wěn)定性和安全性，需保證能量轉(zhuǎn)換裝置能適應(yīng)不同的天氣狀況，具有在極端天氣條件下的生存能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，它利用半潛式漂浮平臺為波浪能裝置和風(fēng)能裝置提供安裝基礎(chǔ)，能夠在利用波浪水體水平方向上動能的同時(shí)為海上風(fēng)力機(jī)提供穩(wěn)定的平臺，適用于深水區(qū)域，同時(shí)具有較高的可靠性，易于安裝和移動。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，包括浮筒、風(fēng)力機(jī)、擺板、壓水板、錨鏈、塔架、橫撐、斜撐、轉(zhuǎn)軸和發(fā)電機(jī)。其特征是:浮筒間采用橫撐和斜撐相互連接固定；浮筒底部通過錨鏈連接抓力錨固定于海底；兩個(gè)擺板分別安裝于浮筒之間，并迎向波浪來波方向；擺板通過轉(zhuǎn)軸連接并驅(qū)動發(fā)電機(jī)；風(fēng)力機(jī)和塔架安裝于四個(gè)浮筒的中間位置。
[0007]所述的一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征是:前擺板和后擺板之間的距離為裝置布放海域特征波長的一半。
[0008]所述的一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征是:四個(gè)浮筒的底部都安裝有壓水板。
[0009]所述的一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征是:每一個(gè)浮筒內(nèi)部都安裝有發(fā)電機(jī)，并通過轉(zhuǎn)軸與擺板連接。
[0010]所述的一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征是:錨鏈為懸鏈線，分4組共8根，一組內(nèi)2根錨鏈間夾角為60度。
[0011]風(fēng)力機(jī)采用NREL5麗水平軸三葉片變速變槳海上風(fēng)力機(jī)，安裝于塔架頂部，風(fēng)力機(jī)直徑126m，切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速分別為3.0，11.4和25.0m/s。漂浮式平臺設(shè)計(jì)水深80m，半潛式平臺構(gòu)件參數(shù)為:4個(gè)浮筒直徑均為10.5m，中心塔架直徑6.0m,橫撐直徑1.5m，斜撐直徑1.0m，相鄰浮筒圓心間距離60m，型深30m，吃水22.5m ;壓水板直徑25.0m，厚度1.0m。浮筒內(nèi)部為中空設(shè)計(jì)，其底部填充重物和安裝有發(fā)電機(jī)以降低重心位置增強(qiáng)漂浮式平臺的穩(wěn)定性；同時(shí)，在每一個(gè)浮筒的下方安裝有壓水板，其可以提高浮筒的附加質(zhì)量和粘性阻尼，從而增強(qiáng)漂浮式平臺的穩(wěn)定性。波浪能擺板高20m，長30m，寬1.5m，采用中空的浮力擺式設(shè)計(jì)，內(nèi)部可填充重物改變其轉(zhuǎn)動慣量。系泊系統(tǒng)采用懸鏈線系泊方式并在錨鏈頂部施加預(yù)張力，錨鏈線分4組共8根，錨鏈線長度450m，各組錨鏈分布角度90°，單組錨鏈內(nèi)部夾角60°，錨鏈直徑92mm，錨鏈單位長度質(zhì)量185.4kg/m，有效彈性模量 5.45xl07kN/m2,斷裂強(qiáng)度為 6080kN。
[0012]當(dāng)波浪經(jīng)過漂浮式平臺，前、后擺板在波浪力的作用以轉(zhuǎn)軸為軸發(fā)生單一自由度的轉(zhuǎn)動，驅(qū)動與轉(zhuǎn)軸連接的發(fā)電機(jī)工作，與風(fēng)力機(jī)在風(fēng)力作用下發(fā)出的電力實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。同時(shí)，由于前、后擺板的間距為半個(gè)特征波長，這使得前、后擺板所受到的波浪力正好相反，前、后擺板的運(yùn)動方向和加速度方向也正好相反，這有助于最小化波浪作用下的擺板對于漂浮式平臺的穩(wěn)定性的影響。特別地，當(dāng)極端天氣來臨漂浮式平臺遭遇破壞性波浪時(shí)，可以將擺板沿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動至水平位置，并將其固定在平臺下部的橫撐上，這樣可以最小化擺板受到的波浪力。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明適用于波浪能資源和海上風(fēng)能資源較為豐富的深水區(qū)域，采用前后擺板同時(shí)工作的設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)海域波浪特征參數(shù)設(shè)計(jì)擺板間距以提高漂浮式平臺的穩(wěn)定性；采用壓水板的設(shè)計(jì)，可以提高浮筒的附加質(zhì)量和粘性阻尼，從而增強(qiáng)漂浮式平臺的穩(wěn)定性；采用4組8根懸鏈線將整體系統(tǒng)固定于海底，安全性高；同時(shí)，本設(shè)計(jì)主體采用了漂浮式基礎(chǔ)，形式簡單，便于安裝和轉(zhuǎn)移。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的側(cè)面示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的正面面示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明采用的系纜分布示意圖。
[0019]圖中，1-塔架，2-斜撐，3-浮筒，4-轉(zhuǎn)軸，5-擺板，6_壓水板，7_橫撐，8_風(fēng)力機(jī)，9-錨鏈，10-海底，11-發(fā)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]如圖1所示，浮筒3間采用橫撐7和斜撐2相互連接固定；擺板5通過轉(zhuǎn)軸4安裝固定于浮筒3之間，并迎向波浪來波方向，前后兩個(gè)擺板間距為海域特征波長的一半；塔架I安裝于四個(gè)浮筒3的中間位置；每一個(gè)浮筒3底部都安裝有壓水板6。
[0023]如圖2所示，浮筒3通過錨鏈9進(jìn)行固定，錨鏈9的另外一端固定于海底10 ;漂浮式平臺和風(fēng)力機(jī)8均迎向來波方向，風(fēng)力機(jī)8安裝于塔架I的頂部。
[0024]如圖3所示，擺板5通過轉(zhuǎn)軸4與發(fā)電機(jī)11連接；發(fā)電機(jī)11安裝于浮筒3的內(nèi)部。
[0025]如圖4所示，錨鏈線9分4組共8根，各組錨鏈分布角度90°，單組錨鏈內(nèi)部夾角60。。
[0026]本實(shí)施例的工作原理:
[0027]實(shí)際使用時(shí)，漂浮式平臺處于漂浮狀態(tài)，擺板5的頂部表面接近于水平面位置。當(dāng)波浪經(jīng)過漂浮式平臺，前、后擺板5在波浪力的作用以轉(zhuǎn)軸4為軸發(fā)生單一自由度的轉(zhuǎn)動，驅(qū)動與轉(zhuǎn)軸4連接的發(fā)電機(jī)11工作，與風(fēng)力機(jī)8在風(fēng)力作用下發(fā)出的電力實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。同時(shí)，由于前、后擺板5的間距為半個(gè)特征波長，這使得前、后擺板5所受到的波浪力正好相反，前、后擺板5的運(yùn)動方向和加速度方向也正好相反，這有助于最小化波浪作用下的擺板5對于漂浮式平臺的穩(wěn)定性的影響。特別地，當(dāng)極端天氣來臨漂浮式平臺遭遇破壞性波浪時(shí)，可以將擺板5沿轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動至水平位置，并將其固定在平臺下部的橫撐7上，這樣可以最小化擺板5受到的波浪力。
[0028]風(fēng)力機(jī)8安裝于塔架I頂部，根據(jù)切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速對其運(yùn)行進(jìn)行控制。漂浮式平臺設(shè)的浮筒3內(nèi)部為中空設(shè)計(jì)，其底部填充重物和安裝有發(fā)電機(jī)11以降低重心位置增強(qiáng)漂浮式平臺的穩(wěn)定性；同時(shí)，在每一個(gè)浮筒3的下方安裝有壓水板6，其可以提高浮筒的附加質(zhì)量和粘性阻尼，從而增強(qiáng)漂浮式平臺的穩(wěn)定性。波浪能擺板5采用中空的浮力擺式設(shè)計(jì)，內(nèi)部可填充重物改變其轉(zhuǎn)動慣量。在風(fēng)、浪和漂浮式平臺、波浪能裝置及風(fēng)力機(jī)作用過程中，錨鏈9提供了豎向和橫向的拉力，對于減小漂浮式平臺在垂蕩、縱蕩和縱搖等自由度上的運(yùn)動幅度有重要意義。
[0029]盡管上面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，包括浮筒、風(fēng)力機(jī)、擺板、壓水板、錨鏈、塔架、橫撐、斜撐、轉(zhuǎn)軸和發(fā)電機(jī)，其特征在于:浮筒間采用橫撐和斜撐相互連接固定；浮筒底部通過錨鏈連接抓力錨固定于海底；兩個(gè)擺板分別安裝于浮筒之間，并迎向波浪來波方向；擺板通過轉(zhuǎn)軸連接并驅(qū)動發(fā)電機(jī)；風(fēng)力機(jī)和塔架安裝于四個(gè)浮筒的中間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征在于:前擺板和后擺板之間的距離為裝置布放海域特征波長的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征在于:四個(gè)浮筒的底部都安裝有壓水板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征在于:每一個(gè)浮筒內(nèi)部都安裝有發(fā)電機(jī)，并通過轉(zhuǎn)軸與擺板連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置，其特征在于:錨鏈為懸鏈線，分4組共8根，一組內(nèi)2根錨鏈間夾角為60度。
【專利摘要】本發(fā)明屬于新型可再生能源技術(shù)和海洋裝備領(lǐng)域，特別涉及一種半潛式波浪能-風(fēng)能綜合利用裝置。它包括浮筒、風(fēng)力機(jī)、擺板、壓水板、錨鏈、塔架、橫撐、斜撐、轉(zhuǎn)軸和發(fā)電機(jī)。其特征是：浮筒間采用橫撐和斜撐相互連接固定；浮筒底部通過錨鏈連接抓力錨固定于海底；兩個(gè)擺板分別安裝于浮筒之間，并迎向波浪來波方向；擺板通過轉(zhuǎn)軸連接并驅(qū)動發(fā)電機(jī)；風(fēng)力機(jī)和塔架安裝于四個(gè)浮筒的中間位置。本發(fā)明采用前后擺板同時(shí)工作的設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)海域波浪特征參數(shù)設(shè)計(jì)擺板間距以提高漂浮式平臺的穩(wěn)定性；采用壓水板的設(shè)計(jì)，可以提高漂浮式平臺的穩(wěn)定性；采用8根懸鏈線將整體系統(tǒng)固定于海底，安全性高；形式簡單，便于安裝和轉(zhuǎn)移。
【IPC分類】B63B35-44
【公開號】CN104743073
【申請?zhí)枴緾N201510145758
【發(fā)明人】彭偉
【申請人】長沙理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月31日