浮式风浪太阳能一体发电装置及使用该装置的发电系统的制作方法

[0001]
本发明涉及一种浮式风浪太阳能一体发电装置及使用改装的发电系统，是能同时利用风、波浪、太阳能发电的发电装置。


背景技术：

[0002]
我国有着丰富的海洋风能和波浪能资源，开发利用近海风能和波浪能，对我国环境保护、传统资源节约和海洋经济可持续发展具有重要意义。就目前开发利用风能和波浪能的发电装置而言，大部分发电装置只能利用风能或波浪能中的其中一种能量进行发电。随着海洋空间的不断开发利用，即安装风能发电装置又安装波浪能发电装置势必占用更多的空间资源和增加开发成本。因此，研制能够同时利用风能和波浪能发电的一体化发电装置是一个有效的解决途径。我国关于多能源一体化发电装置研究的成果还较少，已有的一体化发电装置虽然在一定程度上充分利用了海洋风能和波浪能等，但是也存在结构复杂、建设成本高、材料利用率低等问题。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是针对现有风浪一体化发电装置的不足，提供一种结构简单，成本较低，且能够充分利用多种海上能量的风、浪、太阳能综合发电装置。
[0004]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种浮式风浪太阳能一体发电装置，由上至下包括太阳能发电单元、风力发电单元、水力发电单元和锚定设备，所述太阳能发电单元包括顶层平板、太阳能发电机和太阳能薄膜电池，所述太阳能发电机和所述太阳能薄膜电池均置于所述顶层平板上，所述太阳能薄膜电池连接所述太阳能发电机；所述风力发电机单元包括中层平板、风轮叶片、风轮连接杆、垂直轴、第一变速齿轮和风力发电机，所述中层平板平行设置在所述顶层平板的下方，所述垂直轴安装在所述顶层平板和所述中层平板之间，所述垂直轴相对于所述顶层平板和所述中层平板可转动，所述垂直轴的上端设有所述第一变速齿轮，所述第一变速齿轮与所述风力发电机传动连接，所述风力发电机安装在所述顶层平板上，至少两个所述风轮叶片通过所述风轮连接杆与所述垂直轴连接；所述水力发电单元包括环形浮板、立柱、外浮板、内浮板、外浮板连接杆、内浮板连接杆、支撑架、第二变速齿轮和水力发电机，所述环形浮板通过所述立柱设置在所述中层平板下方，所述环形浮板上沿圆周方向上设有若干个所述支撑架，每个所述支撑架上朝所述环形浮板的外侧铰接有所述外浮板连接杆，朝所述环形浮板的内侧铰接有所述内浮板连接杆，所述外浮板连接杆连接有所述外浮板，所述内浮板连接杆接连有所述内浮板，所述外浮板连接杆和所述内浮板连接杆上均装有所述第二变速齿轮，并通过所述第二变速齿轮与所述水力发电机传动连接，所述水力发电机安装在所述环形浮板上；所述锚定设备连接在所述环形浮板的下方。
[0005]
所述太阳能薄膜电池吸收太阳能进而由所述太阳能发电机转化为电能，所述风轮叶片在风力的作用下带动所述垂直轴转动进而驱动所述风力发电机发电，所述海浪带动所
述内浮板和所述外浮板上下摆动，进而驱动所述水力发电机发电。
[0006]
进一步，所述风轮叶片置于所述顶层平板下，可采用对称翼型，绕垂直轴旋转。所述风轮叶片数量不少于2个，所述风轮叶片的叶片展长可依据整个装置高度确定，所述风轮叶片的叶片弦长可依据密实度确定。
[0007]
进一步，所述环形浮板的厚度为浪高的一半，所述环形浮板的外径为整个发电装置的高度1至4倍。所述环形浮板为整个装置提供浮力，使装置一直浮于水面，并保持整个装置的稳定。所述环形浮板的厚度为波高的一半，以减少溅浪对发电设备的影响，所述环形浮板的环宽根据水力发电机尺寸等确定，一般大于2米。
[0008]
进一步，所述环形浮板上对应所述外浮板连接杆和所述内浮板连接杆处均设有凹槽，所述凹槽处设有护板。以避免与所述外浮板连接杆和所述内浮板连接杆发生撞击损伤。
[0009]
进一步，所述外浮板和所述内浮板均为圆形，所述外浮板的直径大于1米，所述内浮板连接杆的长度大于所述内浮板的直径，所述外浮板连接杆的长度为浪高的一半，所述内浮板直径由所述环形浮板内水域面积确定。
[0010]
进一步，所述顶层平板和所述中层平板为圆形钢平板，与所述环形浮板的直径相同。
[0011]
进一步，所述环形浮板的下方沿其圆周方向均匀设有若干扣环，所述锚定设备通过所述扣环系泊。
[0012]
进一步，所述顶层平板和所述中层平板之间也设有若干所述立柱。
[0013]
进一步，所述外浮板连接杆、所述内浮板连接杆、所述支撑架、所述顶层平板、所述中层平板、所述风轮叶片、所述风轮连接杆采用不锈钢材料，所述环形浮板、所述外浮板和所述内浮板采用高密度聚乙烯材料。
[0014]
本发明还提供一种采用上述浮式风浪太阳能一体发电装置的离网发电系统，还包括第一逆变器、第二逆变器和第一能量互补控制器，所述水力发电机通过所述第一逆变器、所述风力发电机通过所述第二逆变器将电力转换为之后与所述太阳能发电机联机后，通过所述第一能量互补控制器进行调节、整合，最终以直流电的形式输出。
[0015]
本发明还提供一种采用上述浮式风浪太阳能一体发电装置的并网发电系统，还包括第三逆变器、第二能量互补控制器、变压器和集中式蓄电池储能系统，若干个所述浮式风浪太阳能一体发电装置的所述太阳能发电机的电力通过各自的所述第三逆变器将直流电转换给交流电后与各自的所述风力发电机和所述水力发电机并联，而后通过所述第二能量互补控制器、所述变压器为所述集中式蓄电池储能系统充电，在外部电网需要时为外部电网供电。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017]
本发明在现有技术基础上，建立一个近海风、浪、太阳能综合发电装置，其对海上风能、波浪能和太阳能进行了充分的互补利用，供电稳定、可靠，且绿色、环保。另外，本发明结构简单，建设周期短，可根据供电需要增加发电装置的数量、规模；结构预制、安装方便，易于维护，造价较低；为沿海、海岛、海船等提供了一种经济合理的供电方式。
附图说明
[0018]
图1为本发明实施例浮式风浪太阳能一体发电装置的立体图；
[0019]
图2为本发明实施例浮式风浪太阳能一体发电装置的局部放大图；
[0020]
图3为本发明实施例浮式风浪太阳能一体发电装置的剖视图；
[0021]
图4为本发明实施例离网发电系统框图；
[0022]
图5为本发明实施例并网发电系统框图；
[0023]
图中：1.顶层平板、2.中层平板、3.环形浮板、4.钢柱、5.锚定设备、6.太阳能发电机、7.风轮叶片、8.风轮连接杆、9.垂直轴、10.第一变速齿轮、11.风力发电机、12.端盖、13.外浮板、14.内浮板、15.外浮板连接杆、16.内浮板连接杆、17.支撑架、18.第二变速齿轮、19.水力发电机、20.凹槽、21.扣环、22.第一逆变器、23.第二逆变器、24.第一能量互补控制器、25.第三逆变器、26.第二能量互补控制器、27.变压器、28.、集中式蓄电池储能系统。
具体实施方式
[0024]
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细叙述。应理解，该实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明保护范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员对本发明所做的各种等价形式的改动和修改，均落于本申请专利权利要求书所限定的范围。
[0025]
如图1、图2和图3所示，为本发明的一种浮式风浪太阳能一体发电装置，由上至下包括太阳能发电单元、风力发电单元、水力发电单元和锚定设备5，所述太阳能发电单元包括顶层平板1、太阳能发电机6和太阳能薄膜电池，所述太阳能发电机6和所述太阳能薄膜电池均置于所述顶层平板1上，所述太阳能薄膜电池连接所述太阳能发电机6，所述太阳能薄膜电池根据需要串并联起来，并搭配适当的支架及接线盒，构成太阳能电池阵列。所述风力发电机单元包括中层平板2、风轮叶片7、风轮连接杆8、垂直轴9、第一变速齿轮10和风力发电机11，所述中层平板2平行设置在所述顶层平板1的下方，所述垂直轴9安装在所述顶层平板1和所述中层平板2之间，所述垂直轴9相对于所述顶层平板1和所述中层平板2可转动，所述垂直轴9的上端设有所述第一变速齿轮10，所述第一变速齿轮10与所述风力发电机11传动连接，所述风力发电机11安装在所述顶层平板1上，至少两个所述风轮叶片7通过所述风轮连接杆8与所述垂直轴9连接，所述垂直轴9的下部还设有端盖12；所述水力发电单元包括环形浮板3、立柱4、外浮板13、内浮板14、外浮板连接杆15、内浮板连接杆16、支撑架17、第二变速齿轮18和水力发电机19，所述环形浮板3通过所述立柱4设置在所述中层平板2下方，所述环形浮板3上沿圆周方向上设有若干个所述支撑架17，每个所述支撑架17上朝所述环形浮板3的外侧铰接有所述外浮板连接杆15，朝所述环形浮板3的内侧铰接有所述内浮板连接杆16，所述外浮板连接杆15的末端连接有所述外浮板13，所述内浮板连接杆16的末端接连有所述内浮板14，所述外浮板连接杆15和所述内浮板连接杆16上均装有所述第二变速齿轮18，并通过所述第二变速齿轮18与所述水力发电机19传动连接，所述水力发电机19安装在所述环形浮板3上，所述内浮板14和所述外浮板13的数量一致，所述内浮板14和所述外浮板13两个浮板为一组，共用一个所述支撑架17，所述内浮板连接杆16和所述外浮板连接杆15并列布置，所述内浮板连接杆16和所述外浮板连接杆15可绕所述支撑架17上下转动，所述内浮板14和所述外浮板13在波浪作用下上下浮动，分别带动与其相传动连接的所述水力发电机19发电，所述水力发电机19的数量与所述内浮板14和所述外浮板13的数量相等，所述水力发电机19构成水力发电机组，所述锚定设备5连接在所述环形浮板3的下方。
[0026]
所述风轮叶片7置于所述顶层平板1下，可采用对称翼型，绕所述垂直轴9旋转。所述风轮叶片7数量不少于2个，所述风轮叶片7的叶片展长可依据整个装置高度确定，所述风轮叶片7的叶片弦长可依据密实度确定。
[0027]
所述环形浮板3为整个装置提供浮力，使装置一直浮于水面，并保持整个装置的稳定，所述环形浮板3的厚度为浪高的一半，所述环形浮板3的外径为整个发电装置的高度1至4倍。所述环形浮板3上需要安装所述支撑架17和所述水力发电机19等，由此所述环形浮板3的环宽根据所述水力发电机19的尺寸确定，一般大于2米。
[0028]
所述环形浮板3上对应所述外浮板连接杆15和所述内浮板连接杆16处均设有凹槽20，所述凹槽20处设有护板。
[0029]
所述外浮板13和所述内浮板14均为圆形，所述外浮板13的直径大于1米，所述内浮板连接杆16的长度大于所述内浮板14的直径，所述外浮板连接杆15的长度为浪高的一半。所述外浮板连接杆15活动范围为一个波高，即所述外浮板连接杆15从水平位置上扬不超过45
°
。所述内浮板连接杆16长度从水平位置上扬不超过45
°
，由此所述中层平板2到静水面距离要大于h/2与所述内浮板连接杆16长度之和，h为波高。
[0030]
所述顶层平板1和所述中层平板2为圆形钢平板，与所述环形浮板3的直径相同。
[0031]
所述环形浮板3的下方沿其圆周方向均匀设有四个扣环21，所述锚定设备5通过所述扣环21系泊。
[0032]
所述顶层平板1和所述中层平板2之间设有四个所述立柱4。
[0033]
所述外浮板连接杆15、所述内浮板连接杆16、所述支撑架17、所述顶层平板1、所述中层平板2、所述风轮叶片7、所述风轮连接杆8采用不锈钢材料，所述环形浮板3、所述外浮板13和所述内浮板14采用高密度聚乙烯材料。
[0034]
如图4所示，为本发明的一种采用上述浮式风浪太阳能一体发电装置的离网发电系统，还包括第一逆变器22、第二逆变器23和第一能量互补控制器24，所述水力发电机19通过所述第一逆变器22、所述风力发电机11通过所述第二逆变器23将电力转换为之后后与所述太阳能发电机6联机后，通过所述第一能量互补控制器24进行调节、整合，最终以直流电的形式输出。此时从所述第一能量互补控制器24末端输出的直流电有三个去处，一是直接供给所需的直流负载，二是通过逆变器将直流电转换成频率恒定的交流电，然后通过输电线输送到用户负载处，三是可以将多余的直流形式的电能给蓄电池进行充电。蓄电池可消除由于天气等原因引起的供电量不足，若需要其进行放电向外输送电能时，需要经过逆变器将直流电转换成交流电，最终输送到用户末端。蓄电池可放置于所述顶层平板1或所述环形浮板3上。
[0035]
如图5所示，为本发明的一种采用上述浮式风浪太阳能一体发电装置的并网发电系统，还包括第三逆变器25、第二能量互补控制器26、变压器27和集中式蓄电池储能系统28，若干个所述浮式风浪太阳能一体发电装置的所述太阳能发电机6的电力通过各自的所述第三逆变器25将直流电转换给交流电后与各自的所述风力发电机11和所述水力发电机19并联，而后通过所述第二能量互补控制器26、所述变压器27为所述集中式蓄电池储能系统28充电，在外部电网需要时为外部电网供电。
[0036]
多个发电装置可同时发电，每个发电装置间相互独立，每个发电装置的太阳能发电机组的电力通过逆变器转换成交流电，各发电装置产生的电能可以通过所述第二能量互
补控制器26进行调节、整合，以交流电接至变压器，电压升高后，利用所述集中式蓄电池储能系统28稳定地为电网供电。并网发电系统的所述变压器27和所述集中式蓄电池储能系统28可置于陆上，通过电缆进行电力传输、连接。
[0037]
本发明提供的一种浮式风浪太阳能一体发电装置，其主体结构通过系泊方式浮在海面上，与主体结构相连的所述外浮板13和所述内浮板14在波浪作用下起伏运动，从而带动配套的所述水力发电机19发电，同时主体结构也可进行风力发电和太阳能发电，是综合考虑海上风能、波浪能和太阳能在季节性、时间性等多方面资源的互补而建立起来的综合发电装置。其充分利用了海上多种能源，供电稳定、可靠，实现了绿色、环保、无污染的发电；结构简单，建设周期短，可根据供电需要增加发电装置的数量、规模；结构预制、安装方便，易于维护，拆装、移动便利，降低了发电系统的造价；适用于海岸、海岛、养殖场所及渔船等断电或缺电地区，为其提供一种经济合理的供电方式。