本實用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及一種利用潮汐、太陽能、海浪浮體發(fā)電站。

背景技術(shù)：

海洋波浪是一種無窮無盡的可再生綠色能源，其利用方式主要是發(fā)電。開發(fā)利用潮汐動能，全球已有一百多年的歷史，利用波浪能發(fā)電英國也早有報道，上述報道的潮汐、海浪發(fā)電裝置或發(fā)電站均為單一發(fā)電模式，或是潮汐發(fā)電或是浪涌發(fā)電，其優(yōu)點是所用部件少，維護費用低，不足之處是海洋波浪利用不充分，發(fā)電量有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種集風(fēng)能、太陽能、浪涌、水流為一體發(fā)電量高的浮體發(fā)電站。

實現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案：

一種浮體發(fā)電站，包括浮體、風(fēng)力發(fā)電裝置、壓電發(fā)電機和水輪發(fā)電機，所述浮體由若干個浮體元件組合而成，浮體上平面上有用六根工字鋼制作的大梁，大梁一端分別焊接在浮體平面的六個角內(nèi)側(cè)，另一端向浮體中心傾斜，上面交匯于一點，構(gòu)成六棱錐形架結(jié)構(gòu)，六棱錐形架用塑料板包裝起來，形成一個六面錐形體，六面錐形體的表面鋪裝有光電板，頂端安裝有風(fēng)輪發(fā)電機，光電板與風(fēng)輪發(fā)電機組成利用太陽能、風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電裝置；浮體上面安裝有潮汐發(fā)電機，浮體下面安裝有利用涌壓發(fā)電的涌壓發(fā)電機，浮體底部安裝有利用潮流發(fā)電的水輪發(fā)電機，風(fēng)力發(fā)電裝置、潮汐發(fā)電機、水輪發(fā)電機分別與配電裝置連接通過電纜輸送至電網(wǎng)。

進一步，浮體元件是由鋼筋混凝土澆筑而成的六面柱形體，頂面為六邊形平面，六邊形平面上設(shè)有孔，樁柱從孔中穿過插入海底，控制在預(yù)定的海域，浮體元件的底部平面中間有一個半球體。

進一步，所述的六棱錐形架結(jié)構(gòu)的頂端下垂一根連桿，該連桿與潮汐發(fā)電機組觸接，潮汐發(fā)電機組漲潮時浮體沿著樁柱向上運動，連桿拉動潮汐發(fā)電機組的齒桿運動，齒桿帶動潮汐發(fā)電機組，將潮汐的勢能轉(zhuǎn)化為電能。

進一步，所述的浮體元件分為A、B、C三種元件， A元件中間自上而下設(shè)有便于樁柱穿過的塑料圓管，B元件中間設(shè)有電纜穿線管，頂部裝有接線盒，底部有便于水輪發(fā)電機組吊裝的三只卡榫柱， C元件是接收波浪發(fā)電的浮體元件安裝在浮體邊緣。

進一步，在浮體元件C元件的兩個側(cè)面吃水線處，橫向開有口，水輪發(fā)電機安裝在開口內(nèi)角頂端。

進一步，在三個浮體元件之間的平面上安裝壓力發(fā)電裝置。

采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的浮體受浮力和重力的作用，在潮汐中上下運動發(fā)電；在六棱形支撐架的上面鋪裝光電板，使其成為錐形體，光照角度合適，能見度高，比陸地節(jié)省占地費、支架線路、輸配電設(shè)備，發(fā)電效果顯著。同時鋪滿光電板的坡道光滑無阻，被增大的風(fēng)力順著坡道直沖頂端的風(fēng)輪發(fā)電機利用風(fēng)力發(fā)電效果顯著。由于壓電發(fā)電機的導(dǎo)線安放空間比一般繞線發(fā)電機安放導(dǎo)線的空間大得多，通過加長以及加強永磁鐵的強度來彌補涌壓頻率獲取更多的電能，而且涌壓至少要幾十噸、數(shù)百噸，壓力受力面大頻率高晝夜不停，壓電發(fā)電效果顯著。在浮體的底部安裝水輪發(fā)電機利用水流發(fā)電簡便易行造價低。除此之外，本實用新型集潮汐、光伏、風(fēng)能、浪涌壓電、水流為一體發(fā)電，實現(xiàn)了資源充分利用，造福于民。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2、圖3是A元件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4、圖5是B元件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6、圖7是C元件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8浮體原件組合示意圖。

圖9浮體插入樁柱的示意圖。

圖10浮體表面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11、圖12是潮汐發(fā)電機布置圖。

圖13是風(fēng)輪發(fā)電機示意圖。

圖14是安裝壓電裝置的示意圖。

圖15、16是壓電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：風(fēng)輪發(fā)電機1，光電板2，六棱錐體3，潮汐發(fā)電機4，浮體5，水輪發(fā)電機6，連桿7，孔8，塑料圓管9，半球體10，電纜穿線管11, 吃水線12，卡榫柱13，卯榫14，柱樁15，大梁16，潮汐發(fā)電機房17，風(fēng)輪18，壓力發(fā)電機19，底盤20，圓孔21，線圈22，瓷杯23。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步的描述。

以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的保護范圍。實施例中的條件可以根據(jù)具體條件做進一步的調(diào)整。

見圖1，一種浮體發(fā)電站，該系統(tǒng)由浮體5、風(fēng)輪發(fā)電機1、潮汐發(fā)電機4和水輪發(fā)電機6等組成，本實用新型利用浮體5及光電板2將風(fēng)、光、浪、涌和潮汐等多種可再生能源有機的結(jié)合在一起發(fā)電。浮體5由若干個浮體元件組合而成，浮體元件是由鋼筋混凝土澆筑而成的六面柱形體，每面高5m、寬2m，頂面為六邊形平面，底部平面中間有一個直徑2m的空心的半球體10，面板和六壁厚為100mm,底部厚度150mm，中間空洞填充泡沫塑料。浮體元件體積約為52m3，比重小于0.5。

見圖10，圖11，浮體平面上有六根足夠強度的工字鋼制作的大梁16，大梁16一端焊接在浮體平面的六個角內(nèi)側(cè)，另一端以適當(dāng)?shù)慕嵌认蚋◇w平面中心傾斜，上面交匯于一點，構(gòu)成圖1所示的六棱錐形架結(jié)構(gòu)。

見圖1，圖12，六棱錐形架用塑料板包裝起來，形成一個六面錐形體即六棱錐體3，為太陽能發(fā)電提供搭載平臺。六棱錐體3的表面鋪裝光電板2，頂端安裝有風(fēng)輪發(fā)電機1，光電板2與風(fēng)輪發(fā)電機1組成利用太陽能、風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電裝置；浮體5的上面安裝有利用潮汐發(fā)電的潮汐發(fā)電機4。浮體底部安裝有利用水流發(fā)電的水輪發(fā)電機6，水輪發(fā)電機6吊裝在浮體元件的半球體10外部，風(fēng)力發(fā)電裝置、潮汐發(fā)電機4、水輪發(fā)電機6分別通過各自的輸出線纜與配電裝置連接通過電纜輸送至電網(wǎng)。

浮體元件分為A、B、C三種元件，見圖2 、圖3和圖9，浮體A元件的中間有孔8，孔8內(nèi)自上而下固定有塑料圓管9，樁柱15從塑料圓管9內(nèi)穿過插入海底，將浮體5控制在預(yù)定的海域。

B元件中間設(shè)有電纜穿線管11，頂部裝有接線盒，底部有三只卡榫柱13，以便水輪發(fā)電機組吊裝。

C元件是接收波浪發(fā)電的浮體元件安裝在浮體邊緣。見圖6，圖7，在浮體元件C元件的兩個側(cè)面吃水線12處，橫向開一道長4m口，再沿對角線向上開到頂板以 下200mm處，并以30°角向兩側(cè)放射到邊墻，裁成一個張開的大嘴，最后沿水平線30°角向?qū)卿佋O(shè)厚度為100㎜的鋼筋混凝土面板。水輪發(fā)電機6安裝在開口內(nèi)角頂端。當(dāng)海浪沖擊時，水流順著張開的嘴往內(nèi)，越走越窄水流越急，水推動水輪旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。

由若干個A、B、C三種浮體元件組合而成的浮體結(jié)構(gòu)如圖8，圖9，A元件位于前部，B元件位于中間，C元件位于邊緣。三種元件其組合方法：上頂面由預(yù)埋的角鐵焊接牢固，下底面由卯榫14插接，浮體的頂面為六邊形平面，六邊形平面上設(shè)有孔8，樁柱15從孔8中穿過插入海底，由若干個插入海底的樁柱15控制在預(yù)定的海域。

見圖1、圖11、圖12，在六棱錐形架頂端內(nèi)下垂一個連桿7，連桿7直達位于樁柱中心的潮汐發(fā)電機房17與潮汐發(fā)電機4連接。潮汐發(fā)電機4呈行星輪排列，當(dāng)漲潮時浮體5沿著樁柱向上運動，連桿7拉動潮汐發(fā)電機4的齒桿運動，齒桿帶動以行星輪排列的發(fā)電機組，加速旋轉(zhuǎn)，從而將潮汐的勢能轉(zhuǎn)化為電能。潮差越大發(fā)電效率越高。

按照太陽每天東升西落，每年由北向南又由南向北偏轉(zhuǎn)的運行規(guī)律，六面錐形體無論太陽如何運動，均比單一平面的光照面積大，海上日照充足，大量的太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能并輸送至中央的配電裝置及輸送端，由海底電纜輸送至電網(wǎng)。

浮體5底部除安裝水輪發(fā)電機組外，在浮體下面，在三個浮體元件之間的平面上還可安裝壓力發(fā)電裝置，本實施例的壓力發(fā)電裝置采用涌壓發(fā)電機19。涌壓發(fā)電機19的結(jié)構(gòu)如圖14、15和16，取20mm厚的塑料板，按直徑2m裁成圓形做底盤20。以中心120°角邊緣內(nèi)側(cè)打三個圓孔21，以便將其安裝在榫柱上。將塑封好的線圈22固定在中央，在中心點打一圓孔，將線圈22導(dǎo)線穿出底盤20外，并將空洞密封保持氣密。最后在底盤20中心固定一個吊環(huán)，以便安裝限位索防止振動模脫落。用0.5mm厚的橡膠布，以2.5m直徑裁成圓形作為振動膜。將磁杯23固定在振動膜中心位置。再將限位索下端固定在磁杯中心。上端固定在底盤中心的吊環(huán)上如圖16, 最后將橡膠膜邊緣固定在底盤外緣，向橡膠膜內(nèi)充入0.3個大氣壓（機身置于海水中3m的預(yù)應(yīng)力）。

涌壓發(fā)電機19的工作原理：當(dāng)海水被涌動時，振動膜便隨之波動固定在振動膜上的磁杯，就被插入或拔出線圈，線圈便切割磁感線產(chǎn)生電動勢，從而發(fā)電。涌動頻率低，可由加長導(dǎo)線和增強磁場強度來彌補，好在涌動力量足夠大。

為了減少海上施工的麻煩，浮體發(fā)電站盡量在工廠內(nèi)組裝。由拖船整體托運至施工現(xiàn)場。用浮體發(fā)電站內(nèi)自備打樁設(shè)備，將樁柱打入海底(樁柱僅為淺海使用，若深度超過百米的海面應(yīng)采取錨定方式）。潮汐發(fā)電機房與整體發(fā)電站同時建造，整體吊裝在樁柱上調(diào)試并使用。

浮體發(fā)電的經(jīng)濟效益分析

投資一個一萬平發(fā)米的浮體發(fā)電站，按現(xiàn)行建材價格估算要用4000-5000萬元人民幣。使用壽命50年。年效益按現(xiàn)有的發(fā)電效能和上網(wǎng)電價測算。

一，電費收入：

1、風(fēng)力發(fā)電，立柱式一萬平方米的風(fēng)輪發(fā)電機，3個扇葉受力面積：半徑50m*寬5m*3=750㎡，日發(fā)電約2000度。而一萬平米浮體坡道的面積約1.2萬㎡÷4=3000㎡，是立柱式的4倍，最少發(fā)電量6000度以上。

2、光電，現(xiàn)有的光伏發(fā)電（陸地）一般每平米在0.2-0.3度每日，浮體上最少鋪設(shè)1.2萬㎡日產(chǎn)電約4000度。

3、波浪發(fā)電，按美國標(biāo)準(zhǔn)，在浪高2米時每平方米每小時可發(fā)電30度。浮體周邊有300多㎡÷4=75㎡，按10小時計算：浪高1米發(fā)10度電就是7500度。

4、涌壓發(fā)電，按以色列馬路壓電標(biāo)準(zhǔn)每平方米每小時產(chǎn)電0.01度測算。浮體底部按3000㎡*20小時=600度。

5、潮流發(fā)電，按國際標(biāo)準(zhǔn)，在潮差10米時，每平方米可發(fā)電100度。浮體底部可以安裝水輪800個以上。每個水輪有1.5米葉展，寬0.3米的葉片6個=2.7㎡*800個=2160㎡按1米潮差水流計算是21600度。

6、潮汐勢能發(fā)電。按2米潮差計算，依照牛頓定律，每秒把75kg的物體提高1米就是1馬力，相當(dāng)于735瓦電能。一萬平米的浮體就按每平米1噸測算：1萬噸*2米潮差*漲落行程各4米就是16萬噸/米，除以24小時大約400度。

六電合計：400度+21600度+600度+7500度+400度+6000度=40100度

按河北省風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價1元估算，日收電費4萬元，一年收入1400萬元。

二、房租收入：

一萬平米的浮體高80米，就是40萬立方米的空間?？梢苑指畛啥鄬哟?，滿足各種需求的房間、廠房、會議廳、寫字樓等。雖然不比城市用途廣，但是也具有特殊性。是一般城市無法滿足的。例如：海上度假村、養(yǎng)老院、海上旅游樂園、辦學(xué)、科研、培訓(xùn)、海產(chǎn)品加工、物流倉儲、海水淡化、提取海洋礦產(chǎn)、生物制藥甚至海上醫(yī)療事業(yè)等。都有一定的發(fā)展前景。

養(yǎng)殖業(yè)收入：

一萬平方米的浮體下面有15畝的海水。若用網(wǎng)箱圍起來就是一個挺好的海水養(yǎng)殖場。再加上燈光補照，按現(xiàn)有類似的養(yǎng)殖場。一般每畝都在幾十萬，上百萬的產(chǎn)值。

根據(jù)計算檢測，一萬平方米的浮體六棱錐形架高80-90米，根據(jù)需要可將六棱錐形架內(nèi)設(shè)計成多層結(jié)構(gòu)的房間。

本實用新型的工作原理

本實用新型利用浮體在潮汐中上下運動帶動機械設(shè)備發(fā)電，浮體上面的空心錐形體鋪滿光電板，光照角度合適，能見度優(yōu)于陸地，且錐形體的面積大。而且浮體上面的空心錐形體鋪滿光電板后形成光滑無阻的坡道，將風(fēng)力增大，見圖13，風(fēng)，是空氣流動的現(xiàn)象。起因是氣溫和氣壓。特點是：一般為水平方向流動。但是，當(dāng)遇到山隘或海峽等地形時，風(fēng)不僅會改變氣流的方向，還能使風(fēng)速增大。而遇丘陵、山地卻由于摩擦力大，使風(fēng)速減少，甚至于消失。孤立的山峰卻因海拔高，使風(fēng)速增加。

浮體上面的六棱錐形體正好為風(fēng)力發(fā)電提供了極佳的環(huán)境條件。而鋪滿光電板的坡道光滑無阻，被增大的風(fēng)力順著坡道直沖頂端的風(fēng)輪18發(fā)電，被增大的風(fēng)力順著坡道直沖頂端的風(fēng)輪發(fā)電機，風(fēng)光互補最大限度的發(fā)電。這種坡道式的風(fēng)力發(fā)電裝置優(yōu)于目前所有的風(fēng)力發(fā)電裝置，而且不需要多大的投資。

若將壓電發(fā)電設(shè)置在三個浮體之間，浮體周邊承受波浪的沖擊形成涌壓，涌壓至少要幾十噸數(shù)百噸，壓力受力面大頻率高晝夜不停，依據(jù)法拉第定律，利用涌壓在浮體中間放置壓電發(fā)電機采用壓電發(fā)電機發(fā)電，能夠獲取更多的電能。水輪發(fā)電機利用水流發(fā)電簡便易行造價低。