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CN108716448B - 远洋能量综合利用平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远洋能量综合利用平台，包括圆形平台、平铺在所述圆形平台上表面的太阳能电池板、轴向穿过所述圆形平台中央通孔且可沿中央通孔轴向滑动的海上浮筒、多个沿圆周均匀设置在所述圆形平台外周缘的中空杆、多个沿圆周均匀设置在所述圆形平台底表面的中空浮筒、多个沿所述海上浮筒轴向方向均匀设置在所述海上浮筒上且位于所述中空浮筒下方的水平轴洋流放电机及设置在所述海上浮筒上且位于所述中空浮筒下方的尾舵。将太阳能发电、波浪发电和洋流发电相结合，形成了三种发电体系结合的综合发电平台，改善了目前平台发电单一性的问题，对发电功率与充分利用海洋能资源有重要意义。

Description

远洋能量综合利用平台
技术领域
本发明涉及海流发电技术领域，具体涉及一种远洋能量综合利用平台。
背景技术
现存洋流发电机可分为水平轴洋流发电机和垂直轴洋流发电机。水平轴洋流发电机需洋流流向垂直穿过叶片旋转面以获得最大发电功率，这些叶片环绕着同一根垂直旋转轴，因此，径向穿过涡轮机的洋流有两次与叶片交会的机会，大大降低了主机的发电功率。而且现有的水平轴洋流发电机多为将装置通过大型不锈钢骨架固定在海底等较深的海域，但是洋流的流速最快为在海平面附近，海底洋流流速较为缓慢，在一定程度上限制了水平轴洋流发电机的发电功率；而且通过大型装置固定在海底的这种方式，前期需要投入成本太高，且由于是将固定装置架设在海洋底部，因此其架设地点需要在海洋大陆架附近，对于广阔的远洋的海域的海洋能源则无法利用。
垂直轴洋流发电机则是发电机主轴垂直于安放平台，垂直轴洋流发电机相对于水平轴洋流发电机而言最为明显的一个优势为：垂直轴洋流发电机能接收各个方向的来流，但是其未能够拦截流过其叶片的大部分能量，因为绝大多数洋流流经叶片时都是与叶片成一定角度，而不是垂直冲击桨叶，不能做到充分利用洋流的能量，影响了主机的发电功率.而且两侧桨叶同时受到水流冲击，有可能造成两侧受力差较小而不能起到发电的作用。
因此，如何提供一种发电平台，该平台的洋流发电机既有水平轴洋流发电机发电效率高的优势，又有垂直轴洋流发电机能捕获各方面来流的优势，且该平台又能将多种发电综合在一起能在远洋海况下运行，成为本领域技术人员亟待解决的重要问题
目前国际上已有的洋流发电装置的水轮机主要有：英国MCT公司研制的水平轴洋流水轮机Seaflow和SeaGen；Lunar Energy公司设计的多叶片转子的水轮机Rotech TidalTurbine；2011年10月，西门子公司在北爱尔兰成功将一个商用级别的洋流发电机组装完成，确立了在海洋能源方面的领先地位。西门子能源的CEO，Ted Scheidegger表示，西门子将进一步推进洋流发电机的商业化运作。
70年代末，中国舟山的何世钧先生曾进行过海流能开发研究，建造了一个试验装置并得到了6.3kW的电力输出。80年代初，哈尔滨工程大学开始研究一种直叶片的新型海流发电装置，获得较高的效率并于1984年完成60W模型的实验室研究，之后开发出千瓦级装置在河流中进行试验。
90年代以来，中国开始计划建造海流能示范应用电站，在“八五”、“九五”科技攻关中均对海流能进行连续支持。目前，哈尔滨工程大学正在研建75kW的潮流电站。意大利与中国合作，在舟山地区开展了联合海流能资源调查，计划开发发电功率为140kW的示范电站。并且我国已经出台了一个由潮汐，海浪和温度差异发展海洋能源的五年计划。厦门和汕头之间正在规划由荷兰工程师提出的400亿美元动态潮汐发电项目。目标是建造一个长达60到100公里的大坝，其中包含4000个涡轮机机，以产生15GW的电力。
由此，无论是国外还是国内的技术，都未将各种发电平台综合设计一种多能量利用平台，而且现有的技术都是基于沿海范围内浅海域洋流发电，尚未有远洋发电平台的出现，而由于沿海附近航线密集且洋流方向复杂，洋流发电机的安装尚存在较大问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种将太阳能发电、波浪发电和洋流发电相结合的远洋能量综合利用平台。
为实现上述目的，本发明所设计的远洋能量综合利用平台，包括圆形平台、平铺在所述圆形平台上表面的太阳能电池板、轴向穿过所述圆形平台中央通孔且可沿中央通孔轴向滑动的海上浮筒、多个沿圆周均匀设置在所述圆形平台外周缘的中空杆、多个沿圆周均匀设置在所述圆形平台底表面的中空浮筒、多个沿所述海上浮筒轴向方向均匀设置在所述海上浮筒上且位于所述中空浮筒下方的水平轴洋流发电机及设置在所述海上浮筒上且位于所述中空浮筒下方的尾舵，其中，每个所述中空杆上沿所述中空杆的轴向方向均设置有多个可沿所述中空杆径向滑动的浮子，每个所述浮子对应连接一个发电机。
进一步地，所述海上浮筒包括圆柱本体及设置在圆柱本体顶部中间的圆柱伸出杆，且所述圆柱伸出杆的外径小于所述圆柱本体的外径；其中，所述圆柱伸出杆的中间部位外周缘轴向方向设置有海上浮筒滑块，所述圆形平台的中央通孔内壁设置有与所述海上浮筒滑块相配合的圆形平台滑座，且所述圆形平台滑座的两端均设置有海上浮筒限位板。
进一步地，所述中空杆内部径向方向设置有与所述浮子个数相同且与所述浮子安装位置对应的中空杆滑座，每个所述浮子上设置有与对应的所述中空杆滑座相配合的浮子滑块，所述中空杆滑座的两端均设置有中空杆限位板，且每个所述浮子上的所述浮子滑块通过连接杆与所述浮子对应的发电机相连。
进一步地，所述圆柱本体顶面中间部位固定一个内齿轮，同时，所述圆柱伸出杆的中间部位开有用于安装外齿轮轴的轴孔，所述外齿轮的轴插入所述圆柱伸出杆的轴孔内且所述外齿轮与所述内齿轮啮合。
进一步地，每个所述中空杆的外端部均连有链条。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明远洋能量综合利用平台将太阳能发电、波浪发电和洋流发电相结合，形成了三种发电体系结合的综合发电平台，改善了目前平台发电单一性的问题，对发电功率与充分利用海洋能资源有重要意义；
2、本发明远洋能量综合利用平台在连接处均采用滑动连接，一方面使得发电机随着浮子的上下滑动而上下滑动进行波浪发电；另一方面，上下相对滑动可最大程度的消除因海面以上部分随着波浪的上下浮动而带动下部装置上下浮动的不稳定现象，从而保证海面以下装置在海面以下位置的恒定与不变；
3、通过根据洋流冲击力度大小进行被动转向的方式实现本发明的水平轴洋流发电机的转向，弥补了水平轴洋流发电机不能接收各个方向来流的缺点，对提高水平轴洋流发电机的发电功率有着重要作用，对洋流能的拦截效率高于同型洋流发电机。
附图说明
图1为本发明远洋能量综合利用平台结构示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图1中中空杆的剖视示意图；
图4为图1中圆形平台安装示意图；
图5为图1中链条安装示意图；
图6为图1中圆柱本体与圆柱伸出杆的啮合结构示意图。
图中各部件标号如下：
海上浮筒1、水平轴洋流发电机2、尾舵3、圆柱伸出杆4、中空浮筒5、中空杆6、圆形平台7、圆柱本体8、浮子9、太阳能电池板10、链条11、发电机12、浮子滑块13、中空杆滑座14、连接杆15、中央通孔16、圆形平台滑座17、海上浮筒滑块18、内齿轮19、外齿轮20、轴21。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2所示为远洋能量综合利用平台，该综合利用平台分为海面以上和海面以下两部分，海面以下部分为水平轴洋流发电机，海面以上包括太阳能发电和波浪发电。包括圆形平台7、平铺在圆形平台7上表面的太阳能电池板10、轴向穿过圆形平台7中央通孔16且可沿中央通孔16轴向滑动的海上浮筒1、多个沿圆周均匀设置在圆形平台7外周缘的中空杆6、多个沿圆周均匀设置在圆形平台7底表面的中空浮筒5、多个沿海上浮筒1轴向方向均匀设置在海上浮筒1上且位于中空浮筒5下方的水平轴洋流发电机2及设置在海上浮筒1上且位于中空浮筒5下方的尾舵3，以及连接在每个中空杆6外端部的链条11(如图5所示)，并且，每个中空杆6上沿中空杆6的轴向方向均设置有多个可沿中空杆6径向滑动的浮子9，每个浮子9对应连接一个发电机12，如图3所示。
其中，安装在圆形平台7上的太阳能电池板10收集太阳能进行太阳能发电，圆形平台7底表面的中空浮筒5保证安装有太阳能电池板10的圆形平台7由于中空浮筒5的浮力作用始终位于海面以上；圆形平台7的外圆周设有多个均匀设置的中空杆6(本实施例中均匀设置八个中空杆6，足够浮起本综合利用平台)，中空杆6由于中空浮筒5的浮力作用在正常海况条件下始终位于海面以上。
由于水平轴洋流发电机每年需要定期检测与维护，因此，本发明的远洋能量综合利用平台采用海上浮筒，在需要维修时，海上浮筒1排水上浮至海平面以上，在维修结束后，海上浮筒1进水下潜至海平面以下的预定位置。本实施例中，再次如图1所示，海上浮筒1为阶梯状浮筒，包括圆柱本体8及设置在圆柱本体8顶部中间的圆柱伸出杆4，且圆柱伸出杆4的外径小于圆柱本体8的外径，多个水平轴洋流发电机2和尾舵3均设置在圆柱本体8上且位于中空浮筒5下方；结合图4所示，圆柱伸出杆4的中间部位外周缘轴向方向设置有海上浮筒滑块18，圆形平台7的中央通孔16内壁设置有与海上浮筒滑块18相配合的圆形平台滑座17，且圆形平台滑座17的两端均设置有海上浮筒限位板(图中未示出)，圆柱伸出杆4插入中央通孔16后海上浮筒滑块18卡入圆形平台滑座17内，在圆柱伸出杆4外周缘轴向方向设置海上浮筒滑块18滑动保证圆柱伸出杆4与圆形平台7只发生上下(即轴向方向)移动而不能发生水平方向的移动。
同理，再次如图3所示，中空杆6内部径向方向设置有与浮子9个数相同且与浮子9安装位置对应的中空杆滑座14，每个浮子9上设置有与对应的中空杆滑座14相配合的浮子滑块13，中空杆滑座14的两端均设置有中空杆限位板(图中未示出)，且每个浮子9上的浮子滑块13通过连接杆15与该浮子9对应的发电机12相连，浮子9径向穿过中空杆6后浮子滑块13卡入中空杆滑座14内，在中空杆6内部的径向方向设置中空杆滑座14保证浮子9与中空杆6只发生上下(即径向方向)移动而不能发生水平方向的移动。
本发明远洋能量综合利用平台在连接处均采用滑动连接，即海上浮筒1与圆形平台7、中空杆6与浮子9均采用滑座、滑块连接，一方面，浮子9随着波浪的上升与下降而发生对应的上升与下降，从而浮子9上的浮子滑块13相对于中空杆滑座14上下滑动，又由于浮子滑块13通过连接杆15与对应的发电机12相连，使得发电机12也随着浮子的上下滑动而上下滑动，从而使得发电机12进行波浪发电；另一方面，上下相对滑动可最大程度的消除因海面以上部分随着波浪的上下浮动而带动下部装置上下浮动的不稳定现象，从而保证海面以下装置在海面以下位置的恒定与不变。
另外，如图6所示，在圆柱本体8顶面中间部位固定一个内齿轮19，同时，圆柱伸出杆4的中间部位开有用于安装外齿轮20轴21的轴孔，外齿轮20的轴21插入圆柱伸出杆4的轴孔内且外齿轮20与内齿轮19啮合。当洋流方向与水平轴洋流发电机2的桨叶方向不垂直时，桨叶受到一个洋流的侧向冲击力，这个冲击力会推动圆柱本体8发生转动，由于内齿轮19固定在圆柱本体8的顶面，外齿轮20通过轴21与圆柱伸出杆4的轴孔相配合且内齿轮19与外齿轮20拟合，当洋流的侧向冲击力较大时，圆柱本体8会带动内齿轮19转动，从而实现圆柱本体8转向的目的，使桨叶方向与洋流流向垂直。通过根据洋流冲击力度大小进行被动转向的方式实现本发明的水平轴洋流发电机的转向，弥补了水平轴洋流发电机不能接收各个方向来流的缺点，对提高水平轴洋流发电机的发电功率有着重要作用，对洋流能的拦截效率高于同型洋流发电机。
由于远洋时深度较深，采用从海底连接至海面的大型固定结构成本太高且施工难度大，本发明采用锚定的方式，即链条11的一端固定在中空杆6的外端部，链条11另一端与锚相连，施工简单、固定牢靠，从而实现了远洋安装的同时又大大减少了基础设施的建设花费，减少了成本，对海流发电的大型化、规模化有着重要作用。
本发明远洋能量综合利用平台将太阳能发电、波浪发电和洋流发电相结合，形成了三种发电体系结合的综合发电平台，改善了目前平台发电单一性的问题，对发电功率与充分利用海洋能资源有重要意义。本综合利用平台产生的电力可通过海底电缆输送到陆上供电站或者海上的海洋石油钻井平台，亦可直接将部分电能传送至附近的海上定位、气候监测浮标。

Claims (5)

1.一种远洋能量综合利用平台，其特征在于：包括圆形平台(7)、平铺在所述圆形平台(7)上表面的太阳能电池板(10)、轴向穿过所述圆形平台(7)中央通孔(16)且可沿中央通孔(16)轴向滑动的海上浮筒(1)、多个沿圆周均匀设置在所述圆形平台(7)外周缘的中空杆(6)、多个沿圆周均匀设置在所述圆形平台(7)底表面的中空浮筒(5)、多个沿所述海上浮筒(1)轴向方向均匀设置在所述海上浮筒(1)上且位于所述中空浮筒(5)下方的水平轴洋流发电机(2)及设置在所述海上浮筒(1)上且位于所述中空浮筒(5)下方的尾舵(3)，其中，每个所述中空杆(6)上沿所述中空杆(6)的轴向方向均设置有多个可沿所述中空杆(6)径向滑动的浮子(9)，每个所述浮子(9)对应连接一个发电机(12)。
2.根据权利要求1所述远洋能量综合利用平台，其特征在于：所述海上浮筒(1)包括圆柱本体(8)及设置在圆柱本体(8)顶部中间的圆柱伸出杆(4)，且所述圆柱伸出杆(4)的外径小于所述圆柱本体(8)的外径；其中，所述圆柱伸出杆(4)的中间部位外周缘轴向方向设置有海上浮筒滑块(18)，所述圆形平台(7)的中央通孔(16)内壁设置有与所述海上浮筒滑块(18)相配合的圆形平台滑座(17)，且所述圆形平台滑座(17)的两端均设置有海上浮筒限位板。
3.根据权利要求1所述远洋能量综合利用平台，其特征在于：所述中空杆(6)内部径向方向设置有与所述浮子(9)个数相同且与所述浮子(9)安装位置对应的中空杆滑座(14)，每个所述浮子(9)上设置有与对应的所述中空杆滑座(14)相配合的浮子滑块(13)，所述中空杆滑座(14)的两端均设置有中空杆限位板，且每个所述浮子(9)上的所述浮子滑块(13)通过连接杆(15)与所述浮子(9)对应的发电机(12)相连。
4.根据权利要求2所述远洋能量综合利用平台，其特征在于：所述圆柱本体(8)顶面中间部位固定一个内齿轮(19)，同时，所述圆柱伸出杆(4)的中间部位开有用于安装外齿轮(20)轴(21)的轴孔，所述外齿轮(20)的轴(21)插入所述圆柱伸出杆(4)的轴孔内且所述外齿轮(20)与所述内齿轮(19)啮合。
5.根据权利要求1所述远洋能量综合利用平台，其特征在于：每个所述中空杆(6)的外端部均连有链条(11)。
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