一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台

1.本发明涉及波浪发电和海洋设备技术领域，具体为一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台。


背景技术：

2.随着全球化石能源的枯竭，人类面临着严峻的能源危机，而且污染物的排放又引起了严重的环境和气候问题。因此，发展可再生能源是应对解决能源与环境问题的最佳选择，这也是各个国家采取的共同战略之一。风力发电是目前最具大规模工业化发展前景的可再生能源，海上风电已经成为国际风电发展的新方向，备受各国关注。随着陆上风电的利用逐渐饱和，海上风电在整个能源架构中的占比逐年上升，发展海上风能对我国的能源结构调整和可持续发展具有重要意义。相较于陆上，海上具有更加丰富和稳定的风能资源，因此适用于海上环境的浮式风机技术也越发受到关注。
3.海上浮式风机属于带有较大顶部集中质量的高耸海洋结构，浮式基础的微幅运动会造成风力机的剧烈运动，不利于整体的稳定运行，如何提高浮式风机的稳定性是浮式风机发展的关键。
4.海上蕴藏着巨大的波浪能资源，波浪能的开发是当今的研究热点之一，波浪能利用技术日渐成熟，但是波浪能发电装置转换率较低，单位发电成本较高，限制了其工业化的应用。把海上风电开发和波浪能资源利用结合起来，可以有效提高海上风电场的发电能力并通过波浪能装置提高浮式风机的可靠性与安全性。风能-波浪能多能互补利用的方法是解决海洋可再生能源综合利用的有效途径。
5.本发明设计了一种减载减摇的浮式风能-波浪能集成平台，巧妙的将平台结构设计与波浪能与风能发电装置相结合，达到一种高效率、低成本、安全可靠的发电系统。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，解决了上述背景技术中提出的现存浮式平台减摇技术不足、耐波性差等特点问题。
7.本发明提供如下技术方案：一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，采用半潜式平台基础，平台采用的桁架式支撑结构，具有较好的波浪透射性，且可以减少平台的运动响应，在平台的每条桩腿内嵌有振荡水柱式波能装置，振荡水柱波能装置主要由气室、气孔和涡轮发电装置组成，三者沿空间垂向分布，在气室内波浪的振荡下，挤压气室内气体，使涡轮机旋转做功，将波能转换成机械能，有效减少桩腿受到的波浪荷载，实现对平台减载减摇的作用，且可将波能装置并入电网，实现波能的提取。
8.一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，包括主体结构、垂直轴风机模块和振荡水柱式波能装置，所述主体结构通过锚链与海底锚固结构相连，所述主体结构包括上部桁架和底部桁架，所述上部桁架和底部桁架通过圆立柱进行连接，且相邻的两根圆立柱通过侧边桁架进行连接，所述圆立柱的内腔内设有振荡水柱式波能装置，所述圆立柱的
底部均固定连接有透射板结构，所述透射板结构的中部设有圆形开口；所述垂直轴风机模块的底部与一个圆立柱顶部的中部固定连接；所述振荡水柱式波能装置包括气室、涡轮发电装置和气孔，所述气室内腔的顶端设有涡轮发电装置，所述气室内腔的顶部设有气孔；所述圆形开口与气室同圆心。
9.优选的，所述透射板结构的外圈均匀设有安装孔，所述透射板结构的外径大于气室的内径。
10.优选的，所述气室和气孔均与圆立柱同圆心，所述气室的内径大于气孔的内径。
11.优选的，所述圆立柱有三个，三个圆立柱呈三角形分布。
12.优选的，所述锚链与圆立柱的外表面固定连接，且相邻的两个锚链的方向不同。
13.优选的，所述涡轮发电装置位于水面以上。
14.与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：1、该减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，利用浮式平台巧妙地将波浪能和风能相结合，高效率低成本地实现海洋可再生能源捕获，每个圆立柱内安装有独立的振荡水柱波能俘获装置，在提取波能的同时，减少平台的运动响应，提高平台的稳定性和耐波性。
15.2、该减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，通过平台底部（气室开口处）安装有透射板结构的设置，能够在不影响波能装置工作的同时，降低平台运动响应，增加平台稳定性，此外该透射板结构还可应用于其它结构形式的浮式风机。
附图说明
16.图1为本发明减载减摇的风浪能互补发电浮式平台结构示意图。
17.图2为圆立柱二和第二底部透射板剖面示意图。
18.图3为第二底部透射板的剖面示意图。
19.图中：1、上部桁架；2、圆立柱一；3、圆立柱二；4、圆立柱三；8、垂直轴风机模块；9、第一底部透射板；10、第二底部透射板；11、第三底部透射板；12、气孔；13、涡轮发电装置；14、气室；15、安装孔；16、虚线；17、第一锚链；18、第二锚链；19、第三锚链；20、第四锚链。
实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明提供了一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，包括主体结构、垂直轴风机模块8和振荡水柱式波能装置。
22.由于本发明拟应用于深远海域，本发明采用半潜式平台基础，平台的主体结构采用桁架式支撑结构，具有较好的波浪透射性，且可以减少平台的运动响应。
23.主体结构包括上部桁架1和底部桁架，上部桁架1和底部桁架通过圆立柱进行连接，本技术中圆立柱有三个，三个圆立柱呈三角形分布状态，相邻的两个圆立柱通过侧边桁架进行连接，且在本技术中三个圆立柱分别记做圆立柱一2、圆立柱二3和圆立柱三4。
24.通过上述描述可知，桁架与圆立柱形成了该平台的主体结构，具有较好的波浪透射性，可以减少平台的运动响应，使该平台具体较好的耐波性和稳定性。
25.该平台的锚泊系统主要由四根锚链组成，四根锚链记为第一锚链17、第二锚链18、第三锚链19和第四锚链20，锚链与海底锚固结构相连，在一定范围内限制平台的运动，锚链与圆立柱的外表面固定连接，且相邻的两个锚链的锚固方向不同。
26.圆立柱二3顶部的中部固定连接有垂直轴风机模块8，在风荷载的作用下，垂直轴风机模块8中风机的叶片开始转动并提供风能，风力发电机在叶片的旋转作用下产生电力，并存储在其电力存储系统或通过电网直接传输至近岸电站中。
27.对于所述的振荡水柱式波能装置，振荡水柱式波能装置设置在本平台的每条桩腿内，即圆立柱一2、圆立柱二3和圆立柱三4三者的内腔内均设有振荡水柱式波能装置。
28.振荡水柱式波能装置主要由气室14、气孔12和涡轮发电装置13组成，三者沿空间垂向分布。气室14是与桩腿同圆心的空心腔体结构，在气室14上部有一定尺寸的气孔12作为气流出入口，气室14的内径大于气孔12的内径。振荡水柱式波能装置以气室14中空气作为能量转换的中间载体，涡轮发电装置13位于水面以上，有效避免了海水腐蚀、海洋生物附着等问题，保证了其机械机组可靠性和稳定性，减少额外的维护成本。在气室14内波浪的振荡下，挤压气室14内气体，使涡轮机旋转做功，将波能转换成机械能，有效减少桩腿受到的波浪荷载，实现对平台减载减摇的作用。且可将波能装置并入电网，实现波能的提取。
29.在振荡水柱式波能装置的气室14底部安装有透射板结构，在不影响波能装置提取的同时，可以减少浮式平台运动响应和所受荷载，大大提高了波浪能和风能的提取效率。透射板结构呈圆盘状，板内有圆形开口使得海水可以进入气室14内，几乎不影响波能装置对能量的俘获。
30.透射板结构，可以增加集成平台的附加阻尼，提高了平台整体稳定性。在保证了集成平台的能量提取效率的同时，降低了锚链、锚固装置等系泊系统的损耗，减少维护成本，提高了使用寿命。
31.透射板结构的外圈均匀设有安装孔15，通过安装孔15的设置，可以把透射板结构与该平台的圆立柱的底部固定连接，此时透射板结构有三个，三个透射板结构分别记为第一底部透射板9、第二底部透射板10和第三底部透射板11，透射板结构的剖视图如图3所示，气室内边界的位置为虚线16处。
32.综上所述：该减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台使用时，在波浪的作用下，气室14内的水柱上下振荡迫使气室内部空气在通气管道处形成上下往复流动的气流。高速流动的气体推动气孔内的涡轮发电装置13旋转，从而把波浪能转换成机械能，有效地消耗桩腿受到的波浪荷载，达到对浮式平台减载减摇的作用。
33.本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，在此不再详述，本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，包括主体结构、垂直轴风机模块（8）和振荡水柱式波能装置，其特征在于：所述主体结构通过锚链与海底锚固结构相连，所述主体结构包括上部桁架（1）和底部桁架，所述上部桁架（1）和底部桁架通过圆立柱进行连接，且相邻的两根圆立柱通过侧边桁架进行连接，所述圆立柱的内腔内设有振荡水柱式波能装置，所述圆立柱的底部均固定连接有透射板结构，所述透射板结构的中部设有圆形开口；所述垂直轴风机模块（8）的底部与一个圆立柱顶部的中部固定连接；所述振荡水柱式波能装置包括气室（14）、涡轮发电装置（13）和气孔（12），所述气室（14）内腔的顶端设有涡轮发电装置（13），所述气室（14）内腔的顶部设有气孔（12）；所述圆形开口与气室（14）同圆心。2.根据权利要求1所述的一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，其特征在于：所述透射板结构的外圈均匀设有安装孔（15），所述透射板结构的外径大于气室（14）的内径。3.根据权利要求1所述的一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，其特征在于：所述气室（14）和气孔（12）均与圆立柱同圆心，所述气室（14）的内径大于气孔（12）的内径。4.根据权利要求1所述的一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，其特征在于：所述圆立柱有三个，三个圆立柱呈三角形分布。5.根据权利要求1所述的一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，其特征在于：所述锚链与圆立柱的外表面固定连接，且相邻的两个锚链的方向不同。6.根据权利要求1所述的一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，其特征在于：所述涡轮发电装置（13）位于水面以上。

技术总结
本发明公开了一种减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，涉及波浪发电和海洋设备技术领域，具体包括主体结构、垂直轴风机模块和振荡水柱式波能装置，所述主体结构通过锚链与海底锚固结构相连，所述主体结构包括上部桁架和底部桁架，所述上部桁架和底部桁架通过圆立柱进行连接，且相邻的两根圆立柱通过侧边桁架进行连接，所述圆立柱的内腔内设有振荡水柱式波能装置。该减载减摇的风能-波浪能互补发电浮式平台，利用浮式平台巧妙地将波浪能和风能相结合，高效率低成本地实现海洋可再生能源捕获，每个圆立柱内安装有独立的振荡水柱波能俘获装置，在提取波能的同时，减少平台的运动响应，提高平台的稳定性和耐波性。提高平台的稳定性和耐波性。提高平台的稳定性和耐波性。


技术研发人员：宁德志 傅磊 张翔宇 周宇 陈丽芬
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/5/4