阅读说明：本技术 基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统 (Wave energy-wind energy integrated power generation system based on multi-air-chamber oscillating water column device ) 是由 丛培文 李玉刚 任年鑫 于 2019-12-07 设计创作，主要内容包括：本发明属于波浪能与风能综合利用发电技术领域,一种基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统,包括塔筒、水面处振荡水柱装置、单桩支撑结构及安装在塔筒顶部的风力机部分,所述风力机部分,包括风力机叶片、风力机机舱及风力机转子轮毂。与单一功能的海上波浪能以及风能发电装置相比,本发明提出的基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统具有单位发电量成本低、发电稳定性好以及发电质量高等优势,可有效降低海洋可再生能源的开发成本,可为海上可再生能源的综合利用提供有效解决方案。(The invention belongs to the technical field of wave energy and wind energy comprehensive utilization power generation, and discloses a wave energy-wind energy integrated power generation system based on a multi-air-chamber oscillating water column device. Compared with a single-function offshore wave energy and wind energy power generation device, the wave energy-wind energy integrated power generation system based on the multi-air-chamber oscillating water column device has the advantages of low unit power generation cost, good power generation stability, high power generation quality and the like, can effectively reduce the development cost of ocean renewable energy sources, and can provide an effective solution for comprehensive utilization of the ocean renewable energy sources.)

基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统

技术领域

本发明涉及一种基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统，属于波浪能与风能的综合利用发电技术领域。

背景技术

目前，大力开发不同形式的波浪能以及风能发电装置，受到了广泛的关注。波浪能发电装置通常可分为海蛇式、振荡浮子式、摆动式以及振荡水柱式等结构形式。振荡水柱式波浪能发电是目前研究和应用较广的波浪能发电方式之一，是波浪能利用的一个重要技术分支。振荡水柱装置利用波浪起伏形成的振荡水柱在气室中压缩及抽吸空气产生气流驱动空气透平，进而带动发电机发电。风机基础作为风电机组的支撑体系，在海上风电建设中地位十分重要。国内外已建成的海上风电场主要采用单桩支撑结构、重力式支撑结构、三脚架支撑结构、导管架支撑结构及承台式支撑结构等形式。其中，单桩支撑结构形式简单，成本较低，施工速度简便、快捷，在海上风电场中得到广泛应用。但是，单一海上波浪能发电装置或风能发电装置，具有以下不足：一是单位发电量成本高，二是发电稳定性较差，三是发电质量不高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统。该系统是将风力机部分以及水面处振荡水柱装置集成于同一单桩支撑结构并共用同一电力传输系统，不仅可以有效地降低单位发电量的成本，而且由于风能和波浪能不同能源之间具有互补性，还可以有效提高整体发电系统的供电稳定性和供电质量，降低海洋可再生能源的开发成本。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统，包括塔筒、水面处振荡水柱装置、单桩支撑结构及安装在塔筒顶部的风力机部分，所述风力机部分，包括风力机叶片、风力机机舱及风力机转子轮毂，所述风力机叶片通过螺栓固定在风力机转子轮毂上，风力机转子轮毂与风力机机舱主轴通过螺栓固定连接，水面处振荡水柱装置的外壁面焊接有4道对称布置的竖条状滑槽，塔筒的外壁面焊接有4道对称布置的竖条状滑轨，并在滑轨及滑槽上分别开设有多个一一对应的螺栓孔，沿着水深方向选择螺栓孔的不同位置并通过螺栓将塔筒与水面处振荡水柱装置固定连接；所述单桩支撑结构通过焊接与塔筒内壁固定连接，单桩支撑结构底部固定于水底。

水面处振荡水柱装置中的总气室横截面呈环状形式，并采用不锈钢板将总气室分隔出4个扇形气室，不锈钢板的底边缘与扇形气室底边缘平齐，不锈钢板的侧边缘与顶边缘分别与扇形气室侧壁以及顶部焊接连接，每个扇形气室的底部开敞并浸没在流体中，其顶部开设有与外界大气相连通的输气管道，所述输气管道内安装有空气透平以及发电机，每个扇形气室外壁面焊接有滑槽，滑槽上开设有多个螺栓孔；外部波浪经由每个扇形气室的底部入口传递进入每个扇形气室并形成振荡水柱，振荡水柱的往复运动将驱动每个扇形气室内外气体进行交换进而带动空气透平进行旋转运动，安装在每个扇形气室顶部的发电机在空气透平的带动下旋转发电。

本发明有益效果是：一种基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统，包括塔筒、水面处振荡水柱装置、单桩支撑结构及安装在塔筒顶部的风力机部分，所述风力机部分，包括风力机叶片、风力机机舱及风力机转子轮毂，所述风力机叶片通过螺栓固定在风力机转子轮毂上，风力机转子轮毂与风力机机舱主轴通过螺栓固定连接，水面处振荡水柱装置的外壁面焊接有4道对称布置的竖条状滑槽，塔筒的外壁面焊接有4道对称布置的竖条状滑轨，并在滑轨及滑槽上分别开设有多个一一对应的螺栓孔，沿着水深方向选择螺栓孔的不同位置并通过螺栓将塔筒与水面处振荡水柱装置固定连接；所述单桩支撑结构通过焊接与塔筒内壁固定连接，单桩支撑结构底部固定于水底。与单一功能的海上波浪能以及风能发电装置相比，本发明提出的集成发电系统具有单位发电量成本低、发电稳定性好以及发电质量高等优势，可有效降低海洋可再生能源的开发成本，可为海上可再生能源的综合利用可提供有效解决方案。

附图说明

图1是本发明正视图。

图2是本发明侧视图。

图3是本发明中的水面处振荡水柱装置俯视示意图。

图4是本发明中的水面处振荡水柱装置扇形气室内部构造图。

图5是本发明中的水面处振荡水柱装置与塔筒连接细部示意图。

图中：1、风力机叶片，2、风力机机舱，3、风力机转子轮毂，4、塔筒，5、单桩支撑结构，6、水面处振荡水柱装置，7、发电机，8、空气透平，9、输气管道，10、扇形气室，11、螺栓，12、螺栓孔，13、滑槽，14、滑轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3、4、5所示，一种基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统，包括塔筒4、水面处振荡水柱装置6、单桩支撑结构5及安装在塔筒4顶部的风力机部分，所述风力机部分，包括风力机叶片1、风力机机舱2及风力机转子轮毂3，所述风力机叶片1通过螺栓固定在风力机转子轮毂3上，风力机转子轮毂3与风力机机舱2主轴通过螺栓固定连接，水面处振荡水柱装置6的外壁面焊接有4道对称布置的竖条状滑槽13，塔筒4的外壁面焊接有4道对称布置的竖条状滑轨14，并在滑轨14及滑槽13上分别开设有多个一一对应的螺栓孔12，沿着水深方向选择螺栓孔12的不同位置并通过螺栓11将塔筒4与水面处振荡水柱装置6固定连接；所述单桩支撑结构5通过焊接与塔筒4内壁固定连接，单桩支撑结构5的底部固定于水底。

水面处振荡水柱装置6中的总气室横截面呈环状形式，并采用不锈钢板将总气室分隔出4个扇形气室10，不锈钢板的底边缘与扇形气室10底边缘平齐，不锈钢板的侧边缘与顶边缘分别与扇形气室10侧壁以及顶部焊接连接，每个扇形气室10的底部开敞并浸没在流体中，其顶部开设有与外界大气相连通的输气管道9，所述输气管道9内安装有空气透平8以及发电机7，每个扇形气室10外壁面焊接有滑槽13，滑槽13上开设有多个螺栓孔12；外部波浪经由每个扇形气室10的底部入口传递进入每个扇形气室10并形成振荡水柱，振荡水柱的往复运动将驱动每个扇形气室10内外气体进行交换进而带动空气透平8进行旋转运动，安装在每个扇形气室10顶部的发电机7在空气透平8的带动下旋转发电。

具体工作过程如下：在风力的作用下，风力机叶片将发生旋转，将风的动能转化为风力机机舱内风轮轴的机械能，风力机机舱内的发电机在风轮轴的带动下旋转发电。海上的波浪能以及风能具有良好的天然相关性，在风力资源丰富的地方通常伴有良好的波浪能资源。在外海来浪的影响，水面处振荡水柱装置气室内俘获流体将发生周期性的运动并形成振荡水柱，各气室内的振荡水柱运动可压缩和抽吸气室内的气体通过输气管道进行往复运动，进而驱动空气透平进行发电。

本发明通过采用安全可靠的单桩支撑结构、技术成熟的风力机以及高性能的水面处振荡水柱装置分别获取海上的风能以及波浪能，实现对海上波浪能-风能的集成开发以及降低单位发电量成本，从而达到提高供电稳定性和供电质量的目的。