集成式高效海洋风力发电站
阅读说明：本技术 集成式高效海洋风力发电站 (Integrated high-efficiency ocean wind power station ) 是由 陈为雄 曹威伦 曹以南 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及集成式高效海洋风力发电站,该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架(11)；所述的发电装置设置在集风装置内部；所述的支架(11)稳定设置在漂浮装置之上；所述的集风装置设置在支架(11)架体内部,集风装置通过支架(11)与漂浮装置固定连接；所述的集风装置包括集风壳(1)、塔筒(3)。本发明施工简单、周期短、造价低、风险低,能适应深远海域等优点,且突破贝茨极限控制,具有更高的应用推广价值。(The invention relates to an integrated high-efficiency ocean wind power station, which comprises a wind collecting device, a power generation device, a floating device and a bracket (11); the power generation device is arranged in the wind collecting device; the bracket (11) is stably arranged above the floating device; the wind collecting device is arranged in the bracket body of the bracket (11), and is fixedly connected with the floating device through the bracket (11); the wind collecting device comprises a wind collecting shell (1) and a tower barrel (3). The method has the advantages of simple construction, short period, low manufacturing cost, low risk, capability of adapting to deep and distant sea areas and the like, breaks through Betz limit control, and has higher application and popularization values.)
技术领域
本发明属于风力发电
技术领域
，尤其是属于适合与海上使用的集成式高效海洋风力发电站技术领域
。背景技术
风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕,我国沿海海域面积辽阔，可开发风力发电资源约十亿千瓦，深远海可开发资源更加巨大，而且距离电力负荷中心(沿海经济发达电力紧缺区)很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国沿海地区可持续发展的重要能源来源。
目前近海发电均采用原陆地发电机组，如图10所示，主要存在以下五个问题：1)风机基础勘探需要专门的设备，如勘探船等；2)风机基础施工难度极大，代价高；3)风机吊装需要大型吊装设备，周期长，代价大，风险高；4)陆地风力发电只适用于吊装近岸浅海滩涂；5)陆地三桨叶风机发电效率受贝茨极限控制，实际发电效率仅为50％左右。
传统海上风力发电技术存在施工难度大、周期长、代价大、风险高，发电效率低，且不能适应深远海域等缺点，为获得深、远海风能，国外已提出漂浮式发电方式，但仍局限于采用传统陆地风机，创新程度不发，如图11和图12所示。
综上，无论国内还是国外，需要研发一套新型的海洋风力发电站，以满足发展需要。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题缺陷，针对现有海上风力发电技术的不足，提供一种集成式高效海洋风力发电站。该风力发电站施工简单、周期短、造价低、风险低，能适应深远海域等优点，且突破贝茨极限控制，具有更高的应用推广价值。
本发明采用如下技术方案实现。
集成式高效海洋风力发电站，本发明该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架11；
所述的发电装置设置在集风装置内部；
所述的支架11稳定设置在漂浮装置之上；
所述的集风装置设置在支架11架体内部，集风装置通过支架11与漂浮装置固定连接；
所述的集风装置包括集风壳1、塔筒3；
所述的集风壳1设置为筒形的中空腔体；在集风壳1下底部固定连接有塔筒3，塔筒3穿过或延伸至集风壳1腔体中心位置[所述的集风壳1腔体中心位置指的是当集风壳1垂直摆放时的中心线位置]；
所述的发电装置；固定设置在集风壳1的中心轴位置，固定设置在塔筒3上；所述的发电装置包括风机桨叶4；风机桨叶4固定设置在集风壳1内部；
所述的漂浮装置包括浮台7。
进一步为，本发明所述的集风壳1依序包括进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6；所述的渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5内径依序增大设置。
进一步为，本发明所述的集风壳1水平设置；发电装置中的风机桨叶4设置在集风壳1的水平段1.5；所述的集风装置还包括开口撑架12，所述的开口撑架12设置在进风口1.1位置处或分别设置在进风口1.1位置处和出风口1.6位置处。
进一步为，本发明所述的开口撑架12由多个撑片13构成，所述的撑片13形状设置为鱼型，撑片的鱼头部分集中固定为一处，撑片的鱼尾部分分别固定设置在集风壳1内壁上。
进一步为，本发明所述的集风装置还包括集风壳加劲环2；所述的集风壳加劲环2数量设置为若干，分别固定设置在进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6上。
进一步为，本发明所述的塔筒3垂直设置；当所述的集风壳1水平设置时，集风壳1的重心线与垂直设置的塔筒3吻合。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括发电机5、风力发电机组部件8、电线、电缆和容纳仓体13；风力发电机组部件8包括控制部件等常规现有部件；
所述的容纳仓体13设置为梭型；所述的发电机5、风力发电机组部件8设置在梭型的容纳仓体13之内；风机桨叶4固定设置在梭型的容纳仓体13尾端，风机桨叶4以容纳仓体13尾端为圆心转动运动，风机桨叶4的桨叶数量设置为5-6片；风机桨叶4通过电线与发电机5连接；发电机5通过电线与风力发电机组部件8连接；风力发电机组部件8通过电缆将电力输出；所述的电缆设置在塔筒3筒体内排布后连出。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2；所述的太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2均固定设置在浮台7或/和支架11顶部；所述的第一支杆14.1的长度短于第二支杆14.2的长度；第一支杆14.1固定设置在太阳能光伏板6中部；第二支杆14.2固定设置在太阳能光伏板6端部；太阳能光伏板6另一端部接触浮台7或/和支架11顶部设置；太阳能光伏板6与水平形成的斜面朝向太阳。
进一步为，本发明所述的漂浮装置还包括浮筒9和平衡浮筒10；所述的浮筒9设置为椭圆形空腔结构，其边缘处设置圆滑，固定均匀对称设置在浮台7底部；所述的平衡浮筒10设置为立方体中空腔体或圆筒形中空腔体，固定均匀对称设置在浮台7底部的侧边位置。
进一步为，本发明该风力发电站还包括固定装置；所述的固定装置包括绳索和锚；绳索一端固定与漂浮装置连接；绳索另一端固定与锚连接；锚设置在水底。
本发明的有益效果为，其创新及价值如下：
1)集成式高效海洋风力发电站，采用漂浮平台，不需要专门的基础，因此适用范围可扩大到深远海；
2)设置集风壳，并采用多桨叶(五～六片)使风发电机的发电效率提高60％，达到80％以上，此外，可以突破陆地风力风机最小间距要求，可实现紧凑层叠布置，节约大量电缆；
3)可在岸边陆地制造，大大降低建设风险，缩短建设工期。建造完成后再拖运或自航到指定海域投产发电；
4)由于浮台平面尺度较大，可进一步利用与铺设太阳能电池板，为实现风、光一台化发电创造了必要条件；
5)运行维护管理方便，成本低于目前常规海上风力发电方案。
下面结合附图和
具体实施方式
本发明做进一步解释。
附图说明
图1是本发明单个高效海洋风力发电机的三维视图。
图2是本发明单个高效海洋风力发电机的侧(垂直风向)视图。
图3是本发明单个高效海洋风力发电机的后(逆风向)视图。
图4是本发明的三维视图。
图5是本发明浮台的俯视图。
图6是本发明的侧(垂直风向)视图。
图7是本发明的前(顺风向)视图。
图8是本发明的后(逆风向)视图。
图9是本发明的底视图。
图10是传统海上风力发电机组部件示意图。
图11是国外提出的漂浮式海上风力发电方式示意图。
图12是国外提出另一漂浮式发电方式示意图。
图中部件标记为：集风壳(1)，进风口(1.1)、渐大段(1.2)、扩增段(1.3)、渐平段(1.4)、水平段(1.5)、出风口(1.6)、集风壳加劲环(2)、塔筒(3)、风机桨叶(4)、发电机(5)、太阳能光伏板(6)、浮台(7)、风力发电机组部件(8)、浮筒(9)、平衡浮筒(10)、支架(11)、开口撑架(12)、撑片(13)、第一支杆(14.1)、第一支杆(14.2)。箭头为风的流向。
具体实施方式
见图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9所示。
集成式高效海洋风力发电站，本发明该风力发电站包括集风装置、发电装置、漂浮装置和支架11；
所述的发电装置设置在集风装置内部；
所述的支架11稳定设置在漂浮装置之上；
所述的集风装置设置在支架11架体内部，集风装置通过支架11与漂浮装置固定连接；
所述的集风装置包括集风壳1、塔筒3；
所述的集风壳1设置为筒形的中空腔体；在集风壳1下底部固定连接有塔筒3，塔筒3穿过或延伸至集风壳1腔体中心位置[所述的集风壳1腔体中心位置指的是当集风壳1垂直摆放时的中心线位置]；
所述的发电装置；固定设置在集风壳1的中心轴位置，固定设置在塔筒3上；所述的发电装置包括风机桨叶4；风机桨叶4固定设置在集风壳1内部；
所述的漂浮装置包括浮台7。
进一步为，本发明所述的集风壳1依序包括进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6；所述的渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5内径依序增大设置。
进一步为，本发明所述的集风壳1水平设置；发电装置中的风机桨叶4设置在集风壳1的水平段1.5；所述的集风装置还包括开口撑架12，所述的开口撑架12设置在进风口1.1位置处或分别设置在进风口1.1位置处和出风口1.6位置处。
进一步为，本发明所述的开口撑架12由多个撑片13构成，所述的撑片13形状设置为鱼型，撑片的鱼头部分集中固定为一处，撑片的鱼尾部分分别固定设置在集风壳1内壁上。
进一步为，本发明所述的集风装置还包括集风壳加劲环2；所述的集风壳加劲环2数量设置为若干，分别固定设置在进风口1.1、渐大段1.2、扩增段1.3、渐平段1.4、水平段1.5和出风口1.6上。
进一步为，本发明所述的塔筒3垂直设置；当所述的集风壳1水平设置时，集风壳1的重心线与垂直设置的塔筒3吻合。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括发电机5、风力发电机组部件8、电线、电缆和容纳仓体13；
所述的容纳仓体13设置为梭型；所述的发电机5、风力发电机组部件8设置在梭型的容纳仓体13之内；风机桨叶4固定设置在梭型的容纳仓体13尾端，风机桨叶4以容纳仓体13尾端为圆心转动运动，风机桨叶4的桨叶数量设置为5-6片；风机桨叶4通过电线与发电机5连接；发电机5通过电线与风力发电机组部件8连接；风力发电机组部件8通过电缆将电力输出；所述的电缆设置在塔筒3筒体内排布后连出。
进一步为，本发明所述的发电装置还包括太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2；所述的太阳能光伏板6、第一支杆14.1、第二支杆14.2均固定设置在浮台7或/和支架11顶部；所述的第一支杆14.1的长度短于第二支杆14.2的长度；第一支杆14.1固定设置在太阳能光伏板6中部；第二支杆14.2固定设置在太阳能光伏板6端部；太阳能光伏板6另一端部接触浮台7或/和支架11顶部设置；太阳能光伏板6与水平形成的斜面朝向太阳。
进一步为，本发明所述的漂浮装置还包括浮筒9和平衡浮筒10；所述的浮筒9设置为椭圆形空腔结构，其边缘处设置圆滑，固定均匀对称设置在浮台7底部；所述的平衡浮筒10设置为立方体中空腔体或圆筒形中空腔体，固定均匀对称设置在浮台7底部的侧边位置。
进一步为，本发明该风力发电站还包括固定装置；所述的固定装置包括绳索和锚；绳索一端固定与漂浮装置连接；绳索另一端固定与锚连接；锚设置在水底。
本发明在工程设计及建造过程中，充分考虑了多种情况及可能发生的因素，最后集大成为一体，形成了本发明的集成式高效海洋风力发电站。具体为：1)不同于传统海上风力发电机直接采用陆地风力发电机的形式，本发明的风力发电机带有集风罩，桨叶的数量也由三桨叶的形式变为多桨叶(五～六片)，有了集风罩的帮助，风发电机的发电效率可突破贝茨极限控制，提高60％，达到80％以上。
2)为进一步降低工程造价，浮台的整体结构可由轻型钢桁架组成，浮台的浮力由浮筒提供。
3)集风罩采用分瓣安装，综合实用性、可行性及经济性考虑，可选用玻璃钢作为集风罩的制作材料。
4)为使风力发电站能适应不同风向的风，可在辅导平台上安装动力推进装置。
5)风力发电和光伏发电的其它配套设备采用常规设备即可。
6)为保证整个发电站平台的稳定，在头部和尾部分别设立平衡浮筒，顺风向前端的平衡浮筒内充有水，顺风向尾端的平衡浮筒内充有空气，用以提供风机工作时的抗倾覆平衡力矩；
7)为充分利用浮台平面空间，可在平台上铺设太阳能电池板，实现风、光一台化发电；
8)为降低建设风险，缩短建设工期，风力发电站可在建造完成后再拖运或自航到指定海域投产发电；
9)集成式高效海洋风力发电站不仅适用于近海海域，对于深远海同样适用；
10)为缩短建造周期，方便检修维护，整个浮台可采用装配式方式建造。
以上所述的仅是本发明的具体实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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