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CN105129038A - 一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置及其使用方法 Download PDF

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CN105129038A
CN105129038A CN201510496081.3A CN201510496081A CN105129038A CN 105129038 A CN105129038 A CN 105129038A CN 201510496081 A CN201510496081 A CN 201510496081A CN 105129038 A CN105129038 A CN 105129038A
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CN
China
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power generation
tower
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floating
submersible
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林焰
张志康
于雁云
裴斐
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Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
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Abstract

一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置及其使用方法，属于海洋可再生能源开发利用和海洋工程装备技术领域。该发电平台装置包括发电装置、控制单元、锚泊系统、潜浮体、浮塔、连接构件和阻荡板。潜浮体采用方形浮箱。浮塔采用外侧设有阻荡板的椭圆柱形结构，四个浮塔以潜浮体的中心呈对称布置，并通过连接构件与潜浮体固定连接成一体；发电装置采用被波浪推动的摆板驱动液压缸，液压缸向液压马达提供液压油驱动发电机发电。该发电平台装置结构简单，布置合理，功能完善，重量轻，具有优良的稳定性和阻荡性，有利于降低平台对波浪的遮蔽影响，最大限度地提高波浪运动穿透性，提高波浪能收集效率。

Description

一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置及其使用方法，属于海洋可再生能源开发利用和海洋工程装备技术领域。
背景技术
海洋波浪能是一种清洁的可再生能源，开发和利用海洋波浪能对缓解能源危机和环境污染问题具有重要的意义。我国海域辽阔、岛屿众多，能源供应问题始终制约着海洋经济开发和国防建设需求，所以利用波浪能发电向深远海发展有着非常广阔的市场价值和重大的国防意义。
目前，国内外波浪能发电装置基本还处于试验阶段，商业化不强，主要是由于波浪能发电装置存在着如下一些问题：安装维修困难，水下安装技术要求高，成本昂贵，同时装置的可靠性与效率难以兼顾，抵御大风浪能力差，若采用大型浮式装置，又存在重量过大导致造价昂贵而不具备经济性的弊端，另外，浮式平台对波浪能传递有阻碍作用。在此背景下，本发明研制了一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置。本平台充分考虑功能性、可靠性和经济性，采用一种组合式结构设计概念，作业海域广阔，不受水深及海底地形限制，另外便于定位安装及海上迁移作业，机动灵活；定位系统采用辐射状锚泊系统，简单经济，应用阻荡板以减少摇荡运动，有良好的抗风浪能力；采用桁架及凹槽式简化结构，以降低平台对波浪的遮蔽影响，提高摆板的工作效率，同时减小平台钢料重量，降低造价；本平台具有形式新颖、结构简单、经济可靠、工程应用性强等特点，有良好的商业化应用空间。
发明内容
本发明提供了一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，该平台充分考虑了工程实际应用要求及经济性，结构简单新颖，功能完善，操作方便，抗风浪流能力强，能够保证平台的发电效率，具有安全、可靠和高效等优点，极具商业化价值。
本发明采用的技术方案是：一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置,它包括发电装置、控制单元和锚泊系统，它还包括潜浮体、浮塔、连接构件和阻荡板；所述潜浮体采用方形浮箱，其主甲板上设置人孔和摆板支座；所述发电装置包括摆板、液压缸、蓄能器、液压马达、发电机、蓄电池和发配电装置，所述摆板与摆板支座铰链连接，所述液压缸一端与摆板铰链连接，另一端与平台主体铰链连接，所述蓄能器、液压马达、发电机、蓄电池和发配电装置均设置在潜浮体内,所述摆板驱动液压缸，液压缸通过管道连接储存压力的蓄能器，所述蓄能器通过管道连接液压马达，液压马达驱动产生电能的发电机，发电机电连接蓄电池和经输电缆传输到岸上的发配电装置；所述浮塔采用外侧设有阻荡板的椭圆柱形结构，四个浮塔以潜浮体的中心呈对称布置，并通过连接构件与潜浮体固定连接成一体；所述锚泊系统包括分别设置在浮塔中的四台锚机，每台锚机通过各自的锚链连接重力锚。
所述连接构件采用桁架结构，由多个纵向杆件、横向杆件和斜向杆件搭接而成，杆件截面均为圆形，斜向杆件交汇处采用球型节点结构。
所述液压缸一端与摆板铰链连接，另一端与桁架结构的纵向杆件铰链连接。
所述浮塔内分隔成泵舱、锚机舱、锚链舱和压载水舱，泵舱和锚机舱在安全甲板以上，阻荡板设置在浮塔来浪方向的水下部位，顶端设置控制舱室，内含控制单元，浮塔与连接构件之间设置浮塔斜撑。
所述锚链舱内设置锚链筒，其上开口在浮塔外侧下部，下开口在锚链舱底部，锚链穿过锚链筒与锚机舱内的锚机相连。
所述连接构件采用箱形桥结构，箱形桥结构与浮塔之间设置浮塔斜撑，与潜浮体之间设置箱形桥结构斜撑。
所述液压缸一端与摆板铰链连接，另一端与潜浮体的主甲板铰链连接。
所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置的使用方法：
（a）安装过程：首先利用半潜驳船或拖轮将平台运至作业地点，然后向各个压载水舱内加载压载水使平台下沉，应保证其摆板达到工作水深，以及平台具有良好的浮态；随后，利用工程辅助船进行四角抛放重力锚，使整个平台迎着波浪传递方向，通过锚机调整锚链长度，即改变其预张紧力，减少平台因风浪流联合作用引起的运动响应；
（b）工作过程：利用发电装置收集波浪能并转换成电能，一部分储存到蓄电池供平台日常使用，另一部分通过输电缆输送到岸上；
（c）维修过程：发电平台在工作过程中出现故障需要维修或是日常调试，工作人员进入浮塔顶端控制舱室进行维修；如果是潜浮体上的发电装置出现故障，通过锚机松开锚链，使其呈松弛，然后调节压载水舱内的压载水量，潜浮体的主甲板浮出水面，工作人员通过主甲板上的人孔进入内部进行维修作业。
本发明的有益效果是：这种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，包括潜浮体、浮塔、连接构件、发电装置、控制单元、阻荡装置和锚泊系统。方案采用组合式结构设计，将潜浮体作为发电装置的载体，四周对称布置浮塔以提供浮力及保证稳性，它们之间采用轻型的连接构件，平台形式简单新颖，在满足功能要求的基础上最大限度地降低了发电支撑平台的重量，降低造价，同时减少结构物对波浪的遮蔽影响，提高波浪运动穿透性，提高波浪能收集效率；浮塔内设置压载水舱和泵舱，结合浮塔顶部控制舱室内的控制系统，可以调节吃水及浮态，保证摆板的最佳工作水深，也可以满足平台浮起维修和拖航的要求；浮塔外侧设置阻荡板，有利于减少平台摇荡运动；连接构件与浮塔、潜浮体交接处设置斜撑，保证平台强度及安全；采用辐射状锚泊系统，经济可靠，操作简便，使平台具有良好的抗风浪流能力。该平台结构形式简单新颖，布置合理，功能完善，经济高效，工程应用性强，极具商业化空间。
附图说明
图1是一种连接构件采用桁架结构的发电平台装置的立体结构图。
图2是一种连接构件采用桁架结构的发电平台装置的结构正视图。
图3是一种连接构件采用桁架结构的发电平台装置的结构俯视图。
图4是图3中的A向视图。
图5是图2中的A-A剖视图。
图6是图3中的B-B剖视图。
图7是图3中的C-C剖面图。
图8是一种连接构件采用箱形桥结构的发电平台装置的立体结构图。
图9是一种连接构件采用箱形桥结构的发电平台装置的结构正视图。
图10是发电平台装置的作业流程图。
图中：1、潜浮体，1a、主甲板，1b、人孔，2、摆板支座，3、发电装置，3a、摆板，3b、液压缸，3c、蓄能器，3d、液压马达，3e、发电机，3f、蓄电池，3g、发配电装置，4、浮塔，4a、安全甲板，4b、浮塔斜撑，5、控制舱室，5a、控制单元，6、泵舱，7、锚机舱，8、锚链舱，9、压载水舱，10、阻荡板，11、连接构件，11a、纵向杆件，11b、横向杆件，11c、斜向杆件，11d、球型节点，11e、箱形桥结构，11f、箱形桥结构斜撑，12、锚机，13、锚链筒，13a、上开口，13b、下开口，14、锚链，15、重力锚，16、输电缆。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。
图1、2、3、4示出了一种连接构件采用桁架结构的发电平台装置的结构图。该平台包括潜浮体1、浮塔4、连接构件11、发电装置3、控制单元5a、阻荡装置和锚泊系统，潜浮体1为箱型浮箱，作为发电装置3的载体，其主甲板1a上设置人孔1b，并装有摆板支座2，用来安装摆板3a，液压缸3b一端与摆板3a铰接，另一端与纵向构件11a铰接；椭圆柱形的浮塔4以潜浮体1为中心呈对称分布，通过连接构件11与潜浮体1相连接，保证平台浮性和稳性；连接构件11采用桁架结构，由多组截面为圆形的纵向杆件11a、横向杆件11b和斜向杆件11c搭接而成，斜向杆件交汇处采用球型节点结构加固；浮塔4在波浪方向一侧下部设置阻荡板10，以减少平台摇荡运动，保证波浪能转换效率；浮塔4顶端设置控制舱室5，内含控制单元5a，以及救生、通导和消防设备等，浮塔4与连接构件11之间设置浮塔斜撑4b，以保证平台结构强度；锚泊系统呈辐射状式，呈中心对称分布，采用锚链14和重力锚12配合的方式。
图5、6示出了发电平台装置的内部布置。潜浮体1内装有部分发电装置3，包括蓄能器3c、液压马达3d、发电机3e、蓄电池3f和发配电装置3g，摆板3a带动液压缸3b运动向蓄能器3c储存压力，所述蓄能器3c推动液压马达3d转动，最终带动发电机3e产生电能，电能一部分存储在蓄电池3f中，供平台日常使用，其他由发配电装置3g经输电缆16传输到岸上；浮塔4内分隔成泵舱6、锚机舱7、锚链舱8和压载水舱9，泵舱6和锚机舱7在安全甲板4a以上，锚链舱8内设置锚链筒13，其上开口13a在浮塔4外侧下部，下开口13b在锚链舱8底部；锚链14一端与海底重力锚15相连，另一端穿过锚链筒13与锚机舱7内的锚机12相连。
图7示出了摆板3a的剖面图，其内部中空且水密，在工作水深能够产生浮力，受波浪作用偏离初始位置时能够产生回复力。
图8、9示出了一种连接构件采用箱形桥结构的发电平台装置的结构图。连接构件11采用箱形桥结构11e，其可以作为压载水舱、浮力舱或是通道等用途，以潜浮体1为中心，左右对称布置，连接四周浮塔4与潜浮体1，整个平台结构呈凹槽形式，可以降低平台对波浪的遮蔽影响，箱形桥结构11e与浮塔4之间设置浮塔斜撑4b，与潜浮体1之间设置箱形桥结构斜撑11f，可以加强结构强度，保证平台安全性能；液压缸3b一端与摆板3a铰接，另一端与潜浮体1的主甲板1a铰接。
图10示出了发电平台装置的作业流程图。上述的发电平台装置在使用时，主要包括三个过程：
（a）安装过程：首先利用半潜驳船或拖轮将其运至作业地点，然后向各个压载水舱内加载压载水使平台下沉，应保证其摆板达到工作水深，以及平台具有良好的浮态。随后，利用工程辅助船进行四角抛放重力锚，锚泊系统呈辐射状式，使整个平台迎着波浪传递方向，以保证平台发电效率，通过锚机调整锚链长度，即改变其预张紧力，减少平台因风浪流联合作用引起的运动响应；
（b）工作过程：待安装定位及调试工作结束后，发电平台便进入工作状态，通过发电装置收集波浪能并转换成电能，一部分储存到蓄电池供平台日常使用，另一部分通过输电缆输送到岸上；
（c）维护过程：如果发电平台在工作过程中出现故障需要维修或是日常调试，工作人员可以进入浮塔顶端控制室进行维修；如果是潜浮体上发电装置出现故障，可以通过锚机松开锚链，使其呈松弛，然后调节压载水舱内的压载水量，使潜浮体主甲板浮出水面，此时工作人员可以通过主甲板上的人孔进入潜浮体内部进行维修作业。

Claims (8)

1.一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置,它包括发电装置（3）、控制单元（5a）和锚泊系统，其特征是：它还包括潜浮体（1）、浮塔（4）、连接构件（11）和阻荡板（10）；所述潜浮体（1）采用方形浮箱，其主甲板（1a）上设置人孔（1b）和摆板支座（2）；所述发电装置（3）包括摆板（3a）、液压缸（3b）、蓄能器（3c）、液压马达（3d）、发电机（3e）、蓄电池（3f）和发配电装置（3g），所述摆板（3a）与摆板支座（2）铰链连接，所述液压缸（3b）一端与摆板（3a）铰链连接，另一端与平台主体铰链连接，所述蓄能器（3c）、液压马达（3d）、发电机（3e）、蓄电池（3f）和发配电装置（3g）均设置在潜浮体（1）内,所述摆板（3a）驱动液压缸（3b），液压缸（3b）通过管道连接储存压力的蓄能器（3c），所述蓄能器（3c）通过管道连接液压马达（3d），液压马达（3d）驱动产生电能的发电机（3e），发电机（3e）电连接蓄电池（3f）和经输电缆（16）传输到岸上的发配电装置（3g）；所述浮塔（4）采用外侧设有阻荡板（10）的椭圆柱形结构，四个浮塔（4）以潜浮体（1）的中心呈对称布置，并通过连接构件（11）与潜浮体（1）固定连接成一体；所述锚泊系统包括分别设置在浮塔（4）中的四台锚机（12），每台锚机（12）通过各自的锚链（14）连接重力锚（15）。
2.根据权利要求1所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，其特征是：所述连接构件（11）采用桁架结构，由多个纵向杆件（11a）、横向杆件（11b）和斜向杆件（11c）搭接而成，杆件截面均为圆形，斜向杆件（11c）交汇处采用球型节点（11d）结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，其特征是：所述液压缸（3b）一端与摆板（3a）铰链连接，另一端与桁架结构的纵向杆件（11a）铰链连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，其特征是：所述浮塔（4）内分隔成泵舱（6）、锚机舱（7）、锚链舱（8）和压载水舱（9），泵舱（6）和锚机舱（7）在安全甲板（4a）以上，阻荡板（10）设置在浮塔（4）来浪方向的水下部位，顶端设置控制舱室（5），内含控制单元（5a），浮塔（4）与连接构件（11）之间设置浮塔斜撑（4b）。
5.根据权利要求1所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，其特征是：所述锚链舱（8）内设置锚链筒（13），其上开口（13a）在浮塔（4）外侧下部，下开口（13b）在锚链舱（8）底部，锚链（14）穿过锚链筒（13）与锚机舱（7）内的锚机（12）相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，其特征是：所述连接构件（11）采用箱形桥结构（11e），箱形桥结构（11e）与浮塔（4）之间设置浮塔斜撑（4b），与潜浮体（1）之间设置箱形桥结构斜撑（11f）。
7.根据权利要求1所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置，其特征是：所述液压缸（3b）一端与摆板（3a）铰链连接，另一端与潜浮体（1）的主甲板（1a）铰链连接。
8.权利要求1所述的一种基于浮塔和潜浮体组合成的轻型波浪能发电平台装置的使用方法，其特征是：
（a）安装过程：首先利用半潜驳船或拖轮将平台运至作业地点，然后向各个压载水舱（9）内加载压载水使平台下沉，应保证其摆板（3a）达到工作水深，以及平台具有良好的浮态；随后，利用工程辅助船进行四角抛放重力锚（15），使整个平台迎着波浪传递方向，通过锚机（12）调整锚链（14）长度，即改变其预张紧力，减少平台因风浪流联合作用引起的运动响应；
（b）工作过程：利用发电装置（3）收集波浪能并转换成电能，一部分储存到蓄电池（3f）供平台日常使用，另一部分通过输电缆（16）输送到岸上；
（c）维修过程：发电平台在工作过程中出现故障需要维修或是日常调试，工作人员进入浮塔（4）顶端控制舱室（5）进行维修；如果是潜浮体（1）上的发电装置（3）出现故障，通过锚机（12）松开锚链（14），使其呈松弛，然后调节压载水舱（9）内的压载水量，潜浮体（1）的主甲板（1a）浮出水面，工作人员通过主甲板（1a）上的人孔（1b）进入内部进行维修作业。
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