一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统

：本发明涉及一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统。

背景技术

0、背景技术：

1、面对日益严峻的能源危机、环境问题，发展利用可再生能源，逐步替代传统化石燃料，满足日益增长的能源需求，已经成为普遍共识；当前，以风力发电、水力发电等为代表的可再生能源开发多集中于大陆，受储量、空间等因素限制，陆地可再生能源开发趋于饱和，正逐渐转向海洋。

2、海洋可再生能源中风能和波浪能储量十分巨大，且资源分布呈紧密的相关性，风能资源丰富的地方，波浪能储量也十分可观；随着深远海能源开发的推进，漂浮式风力机展现出比固定式风力机更好的经济性，漂浮式波浪能发电技术的可行性也得到了行业认可。

3、由于现有的漂浮式风力机和漂浮式波浪能发电装置都是单独布置，存在系泊成本和输电成本较高、发电有效时长短的问题，进而使深海海洋能单能种开发获能保证率较低，制约了海洋可再生能源的深度开发，而在现有的浮式风电平台上直接集成波浪能发电装置会影响浮式风电平台的性能，会造成严重的能源损失。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明实施例提供了一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，结构设计合理，将漂浮式风能发电装置和波浪能发电装置进行有序结合，能够调节平台中心，改善海上平台因风力机气动力造成的固定倾角，提高风能发电装置和波浪能发电装置的发电效率，进而调节波浪能发电装置的pto系统阻尼，抑制漂浮式平台纵摇，提高平台的耐波性，降低疲劳损伤，降低结构载荷，同时共享系泊系统、电力基础设施和风电场的其他组件来降低整体项目成本，波浪能的产生可以弥补海上风电的间歇性，经由风浪互补来深度开发海洋可再生资源，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，所述集成发电系统包括共用半潜平台的漂浮式风能发电装置和波浪能发电装置，所述半潜平台既可作为漂浮式风能发电装置的浮式基础，也可作为波浪能发电装置的浮子；

4、所述半潜平台包括一个中心立柱和三个主浮筒，所述主浮筒分布在等边三角形的三个顶点，彼此间成60°夹角，所述中心立柱设置在等边三角形的中心位置，所述中心立柱和主浮筒之间通过横撑和斜撑连接；

5、所述漂浮式风能发电装置包括风力发电机、塔筒和半潜平台构成，所述风力发电机安装在塔筒顶端，所述塔筒的底端固定在半潜平台的中心立柱上；

6、所述波浪能发电装置包括半潜平台、pto系统、液压发电系统和垂荡板，所述半潜平台和垂荡板之间通过垂向导桩和液压缸相连，所述垂向导桩的底端通过法兰固定在垂荡板上，所述垂向导桩穿过主浮筒底部延伸到主浮筒内部，确保半潜平台可沿垂向导桩进行垂向运动；所述液压缸安装在半潜平台主浮筒和垂荡板之间，以通过半潜平台和垂荡板的相对运动推动液压杆运动，将液压缸内的液压油通过液压管路压进液压发电系统中，将波浪能转换为液压能，进而驱动发电机进行发电。

7、在垂向导桩上半部分安装有限位块，防止半潜平台和垂荡板相对位移超出液压缸的行程范围。

8、在垂荡板的内部划分为固定压载舱和可调压载舱，在垂荡板的底端设有系泊缆的导缆孔，以提升波浪能的发电效率。

9、所述液压发电系统包括相连接的液压缸、单向阀、蓄能器、球阀、节流阀、变排量液压马达、发电机、溢流阀、油箱和吸油滤油器，以通过半潜平台和垂荡板的相对运动将液压油压进液压管路中，当液压管路中压力高于预定压力时，部分液压油流进蓄能器使液压油能量储存起来；当能量存储满达到溢流阀压力后，溢流阀打开，多余的液压油经溢流阀返回油箱；当液压管路内压力低于预定压力时，蓄能器的液压油流入管路，补充管路内的压力；进而通过蓄能器和溢流阀稳定液压管路内的压力，通过控制节流阀来控制液压马达转速，使发电机保持较高的效率发电。

10、在集成发电系统还设有压载水调节系统，包括潜水泵、压载水管路、数据采集系统、压力传感器、控制器、姿态传感器、蓄电池、风速传感器和压载舱，所述潜水泵位于垂荡板的可调压载舱中，所述压载水管路沿着垂向导桩、横撑将三个垂荡板中的可调压载舱连接起来；压力传感器安装在可调压载舱底部，以监测可调压载舱中压载水的体积；

11、所述姿态传感器安装在中心立柱底端，实时测量集成发电系统姿态；所述数据采集系统和控制器位于中心立柱底部，所述数据采集系统采集气象数据、集成发电系统姿态数据和可调压载舱压力数据，所述控制器用于重新分配压载水，发出控制指令，控制潜水泵、截止阀的开关，完成压载水调整，进而调整三个垂荡板中可调压载水的质量，抵消因平均风载荷造成的半潜平台固定倾角，改善漂浮式风能发电装置和波浪能发电装置的发电效果。

12、一种使用漂浮式波浪能-风能集成发电系统的重心调节方法包括以下步骤：

13、s1，根据气象数据或者风速传感器获取风浪集成系统附近的风场的平均风速，并以此为初始输入；

14、s2，通过风力发电机推力曲线计算风载荷，根据半潜平台水线上迎风面积计算半潜平台风载荷的大小和方向；

15、s3，根据计算的风载荷，通过力矩平衡，分配计算出三个可变压载舱的容量；

16、s4，控制器开启相对应的潜水泵和截止阀，将压载水调整平衡；

17、s5，对每小时的平均纵摇角进行判断，以进一步调整压载水。

18、一种使用漂浮式波浪能-风能集成发电系统的减摇方法包括以下步骤：

19、s1，设定pto系统减摇调节时波高范围，hs为启动波高，hf为终止波高；

20、s2，实时检测获取波高h、集成发电系统的纵摇角、每个主浮筒的垂向位移以及主浮筒内液压杆的位移；

21、s3，判定实时检测波高h与波高范围的相对关系，当h＜hs时，根据最优阻尼调节节流阀开度和pto系统，实现波浪能发电装置功率最大；当hs＜h＜hf时，如果主浮筒的垂荡位移与其内部液压杆的位移同相位时，则打开节流阀，反之，关闭节流阀；当h＞hf时，将液压缸向下运动到底端，使垂荡板与半潜平台间距最大，关闭节流阀。

22、本发明采用上述结构，通过半潜平台作为漂浮式风能发电装置的浮式基础和波浪能发电装置的浮子，以将漂浮式风能发电装置和波浪能发电装置进行有序结合；通过共享系泊系统、电力基础设施和风电场的其他组件来降低整体项目成本，通过波浪能的产生来弥补海上风电的间歇性，以进行风浪互补来深度开发海洋可再生能源；通过调节pto系统引入额外的恢复力矩和正阻尼计，提高平台的耐波性，减低疲劳损伤；通过调节压载，改善平台因风力机气动力造成的固定倾角，提高风力发电机和波浪能发电装置的发电效率，具有成本低廉、稳定实用的优点。

技术特征：

1.一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于：所述集成发电系统包括共用半潜平台的漂浮式风能发电装置和波浪能发电装置，所述半潜平台既可作为漂浮式风能发电装置的浮式基础，也可作为波浪能发电装置的浮子；

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于：在垂向导桩上半部分安装有限位块，防止半潜平台和垂荡板相对位移超出液压缸的行程范围。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于：在垂荡板的内部划分为固定压载舱和可调压载舱，在垂荡板的底端设有系泊缆的导缆孔，以提升波浪能的发电效率。

4.根据权利要求1所述的一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于：所述液压发电系统包括相连接的液压缸、单向阀、蓄能器、球阀、节流阀、变排量液压马达、发电电机、溢流阀、油箱和吸油滤油器，以通过半潜平台和垂荡板的相对运动将液压油压进液压管路中，当液压管路中压力高于预定压力时，部分液压油流进蓄能器使液压油能量储存起来；当能量存储满达到溢流阀压力后，溢流阀打开，多余的液压油经溢流阀返回油箱；当液压管路内压力低于预定压力时，蓄能器的液压油流入管路，补充管路内的压力；进而通过蓄能器和溢流阀稳定液压管路内的压力，通过控制节流阀来控制液压马达转速，使发电机保持较高的效率发电。

5.根据权利要求3所述的一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于：在集成发电系统还设有压载水调节系统，包括潜水泵、压载水管路、数据采集系统、压力传感器、控制器、姿态传感器、蓄电池、风速传感器和压载舱，所述潜水泵位于垂荡板的可调压载舱中，所述压载水管路沿着垂向导桩、横撑将三个垂荡板中的可调压载水舱连接起来；压力传感器安装在可调压载水舱底部，以监测可调压载水舱中压载水的体积；

6.根据权利要求5所述的一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于，一种使用漂浮式波浪能-风能集成发电系统的重心调节方法包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种漂浮式波浪能-风能集成发电系统，其特征在于，一种使用漂浮式波浪能-风能集成发电系统的减摇方法包括以下步骤：

技术总结一种漂浮式波浪能‑风能集成发电系统，所述集成发电系统包括共用半潜平台的漂浮式风能发电装置和波浪能发电装置，所述半潜平台既可作为漂浮式风能发电装置的浮式基础，也可作为波浪能发电装置的浮子；所述半潜平台包括一个中心立柱和三个主浮筒，所述主浮筒分布在等边三角形的三个顶点，彼此间成60°夹角，所述中心立柱设置在等边三角形的中心位置，所述中心立柱和主浮筒之间通过横撑和斜撑连接；所述漂浮式风能发电装置包括风力发电机、塔筒和半潜平台构成，所述风力发电机安装在塔筒顶端，所述塔筒的底端固定在半潜平台的中心立柱上。技术研发人员：刘延俊,刘铁生,薛钢,王登帅,黄淑亭,周忠海,郑波受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11