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TWI453339B - 整合風力發電及波浪能發電的系統及方法 - Google Patents

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TWI453339B
TWI453339B TW99142692A TW99142692A TWI453339B TW I453339 B TWI453339 B TW I453339B TW 99142692 A TW99142692 A TW 99142692A TW 99142692 A TW99142692 A TW 99142692A TW I453339 B TWI453339 B TW I453339B
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王醴
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國立成功大學
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Description

整合風力發電及波浪能發電的系統及方法
本發明是關於整合波浪能發電與風力發電的系統及方法，特別是關於整合利用離岸式風場的風力發電與波浪能發電的系統及方法。
近年來由於石化燃料價格上漲，且利用石化燃料的發電會造成溫室效應，破壞生態與環境，因此各國紛紛尋求不破壞地球環境的替代能源。再生能源無疑是替代能源中最佳的選擇之一，例如風能、太陽能、海洋能、及水力等。海洋能的種類包含潮汐能、波浪能、溫差之電能、及離岸風能等。
離岸式風場是近年來風力發電的領域中新的發展趨勢，該類風力發電系統將風力塔建構在海床上或是浮力基座上，利用海上平穩的風力進行發電，不會佔用到陸地，因此在海上建立多個風力發電機可形成離岸式風力發電廠。該離岸式風力發電廠所產生的電力必須藉由升壓變壓器及海底電纜將電力傳送到岸上，以作進一步的利用。
Hughes等人以雙饋式感應發電機所架構之風場，具有與同步發電機相仿的特性，包含維持系統頻率的能力。Wu等人更運用將粒子群最佳化法(particle swarm optimization,PSO)解析雙饋式感應發電機之控制器參數，藉由最佳化之控制器參數達到風力發電系統的最佳調度。等人提出控制虛功率以改善雙饋式感應發電機輸出之電力品質，並增進其穩定度。Narayanan等人利用Hunting network的方法延伸到感應發電機模式，以威爾斯渦輪機結合感應發電機。
Rao等人介紹以威爾斯渦輪機用於波浪能架構的發電系統，Murthy等人利用Matlab/Simulink軟體模擬威爾斯渦輪機驅動感應發電機組，獲得較大的功率輸出特性。Wang等人完成波浪能發電系統的動態模擬和穩態性能之動態穩定度分析，並將感應發電機的定子繞組直接通過升壓變壓器和傳輸線連接到電力電網。Merkhouf等人介紹變頻變壓器之設計概念，說明以變頻變壓器可取代高壓直流傳輸系統，用以控制功率潮流。Truman等人描述變頻變壓器所需使用的直流驅動馬達之特性，Marken等人將變頻變壓器分別加入多個不同的系統中，研究加入現有或未來的電網之可能性。Li等人使用變速飛輪做為多功能彈性電力調節器(flexible power conditioner,FPC)，具有較佳的補償效果。Andrade等人完成飛輪儲能系統之架構，並測試飛輪儲能系統連接至市電時發生負載變動之補償效果。Thelen等人使用高速感應馬達與開關切換轉換器做為飛輪與混合電力系統間能量的傳輸介面。Gimuca等人提出以直接轉矩控制法(direct torque control,DTC)針對以感應機(induction machine,IM)為主的飛輪儲能系統作控制，並搭配變速型風渦輪發電機進行模擬。Xu等人針對經由高壓直流傳輸(HVDC)之雙饋型感應機發電機的風場，提出了直流鏈電壓之控制方法。Feltes等人提出對於風場使用電壓源轉換器-高壓直流傳輸系統並聯到電網後，當高壓電網故障發生時，更加穩定系統的控制方法。
Prabhua等人進行以電壓源轉換器(voltage source converter,VSC)之高壓直流傳輸系統連接至電網，完成頻域之特徵值分析與時域動態模擬分析。
Muyeen等人利用PSCAD/EMTDC軟體模擬由變速型風渦輪機驅動的永磁同步發電機所組成之離岸式風場。Wang等人提出一個超導儲能系統(superconducting magnetic energy storage,SMES)控制架構連接於市電並聯型離岸式風場，達到功率潮流控制及改善系統阻尼控制。
請參閱第一圖，其為習知風力發電機的示意圖。在台灣新型專利公告號M201076中，提出了一種離岸式海上風力發電裝置10，該離岸式海上風力發電裝置10包含一浮台11及一風力發電機12。該浮台11可使該離岸式海上風力發電裝置10定位漂浮於水面。在該浮台11上固定該風力發電機12，藉以利用天然的風力以吹動風力發電機之葉片121，使風力發電機12內部的發電單元可以發電，以供應電力。
波浪能發電是海洋能研究的重要發展之一，波浪能發電利用波浪的能量來發電，波浪能量經過特殊的發電裝置產生電力，再藉由升壓變壓器及海底電纜將電力傳送，以作進一步的利用。威爾斯渦輪機屬於波浪能發電裝置的一種，其葉片經過特殊的設計，使得波浪不論前進或後退都能使葉片以單一方向旋轉。
不論是波浪能發電或是風力發電，都需要電力的傳送與電力的整合，以及電力的控制。然而目前尚未有整合風力發電與波浪能發電的系統。
本案提出一種整合風力發電與波浪能發電的系統及方法，匯整單一發電系統的電力而產生比單一發電種類更大的發電量，以提供用戶端足夠的電力供給。
依據上述構想，一種整合波浪能發電與風力發電的系統被提出，該整合波浪能發電與風力發電的系統包含一風力發電裝置、一波浪能發電裝置、及一電力整合裝置。該風力發電裝置產生一第一電壓。該波浪能發電裝置產生一第二電壓。該電力整合裝置用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用。
依據上述構想，一種整合發電系統被提出，該整合發電系統包含一第一發電裝置、一第二發電裝置、及一電力整合裝置。該第一發電裝置產生一第一電壓。該第二發電裝置，其發電方式相異於該第一發電裝置之一發電方式，並產生一第二電壓。一電力整合裝置用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用。
依據上述構想，一種整合發電系統被提出，該整合發電系統包含一第一發電裝置、一第二發電裝置、及一發電整合裝置。該第二發電裝置，其發電方式相異於該第一發電裝置之一發電方式。該發電整合裝置用以整合該第一發電裝置及該第二發電裝置以供進一步利用。
依據上述構想，一種整合風力發電與波浪能發電的方法被提出，該方法包含下列步驟：一電壓產生步驟：利用風力發電產生一第一電壓及利用波浪能發電產生一第二電壓。一電壓升壓步驟：將該第一電壓與該第二電壓升壓至一第三電壓。一穩壓步驟：對該第三電壓作穩壓。
發明人構思各國積極發展綠色能源，主要應以國情為依歸。台灣的地理環境，在秋冬季節長達半年的東北季風，夏季又有西南季風。如此之海島除太陽能及水力之外，尚有極豐富的波浪能可與離岸風能結合，因而產生本發明「整合風力發電與波浪能發電的系統及方法」。
此外由於本發明的整體機組同時整合著風力發電與波浪能發電的系統，當外在之環境，如風力發電量不足的季節，仍然有波浪能發電可以彌補。不至於造成單獨一種發電系統，可能受到外在環境之因素，呈現經濟效能短缺之缺憾。
本發明分別建立聚集等效離岸式風場、聚集等效沿岸波浪場、變頻變壓器、飛輪儲能系統與高壓直流傳輸系統等數學模型，並利用所建立之模型提出三個系統架構，分別為(1)整合離岸式風場與沿岸波浪場加入變頻變壓器並聯市電系統。(2)整合離岸式風場與沿岸波浪場加入飛輪儲能系統並聯市電系統。(3)整合離岸式風場與沿岸波浪場加入高壓直流傳輸系統並聯市電系統。
發明人並分別完成三個架構之系統穩態分析，內容包含在不同條件下之穩態工作點以及特徵值分析，藉穩態工作點分析判別系統於各種狀況下是否可工作於正常範圍，亦藉由特徵值分析出當系統發生干擾時是否仍可維持穩定。
此外發明人亦分別完成三個架構之動態分析，內容包含將系統加入各種干擾後驗證系統是否仍可維持正常運轉，在各系統控制器設計部分，本發明中三個系統架構皆採用工業程序控制常用的「比例-積分-微分」(proportional-integral-derivative,PID)控制器，以改善系統模態之阻尼，當系統在遭受干擾時可以加速系統回復至穩定並減少系統因干擾所產生的振盪情形。從表1至表3的數據，可顯示本發明「整合風力發電與波浪能發電的系統及方法」，已經達到可產業實施階段。
請參閱第二圖，其為本案第一較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖。該整合波浪能發電與風力發電的系統20包含一風力發電裝置21、一波浪能發電裝置22、及一電力整合裝置23。該風力發電裝置21產生一第一電壓V 1 。該波浪能發電裝置22產生一第二電壓V 2 。該電力整合裝置23用以整合該第一電壓V 1 及該第二電壓V 2 以供進一步利用。該風力發電裝置21包括雙饋式感應發電機，該波浪能發電裝置22包括一鼠籠式轉子感應發電機、威爾斯渦輪機、或雙側管式永磁系統，該電力整合裝置23可以為一發電整合裝置。
該電力整合裝置23包含一第一升壓裝置231、一第二升壓裝置232、一第三升壓裝置233、及一匯流排234。該第一升壓裝置231及該第二升壓裝置232藉由匯流排234相連接。該第一升壓裝置231將該第一電壓V 1 升壓至一第三電壓V 3 ，該第二升壓裝置232將該第二電壓V 2 升壓至該第三電壓V 3 。該整合波浪能發電與風力發電的系統20還包含一穩壓系統24，該穩壓系統24與該第三升壓裝置233連接，並對該第三電壓V 3 作穩壓。
該風力發電裝置21與該波浪能發電裝置22分別產生100 MW(百萬瓦)與60 MW(百萬瓦)的功率。該風力發電裝置21與該波浪能發電裝置22皆產生0.69 kV(仟伏特)的交流電壓，0.69 kV的交流電壓分別經過該第一升壓裝置231與該第二升壓裝置232升壓至23 kV，然後藉由匯流排234將該風力發電裝置21與該波浪能發電裝置22所產生的電力匯整在一起。該穩壓系統24包含一變頻變壓器25及一直流馬達控制器27，該變頻變壓器25與該第三升壓裝置233連接，並對該第三電壓V 3 即23 kV作穩壓，該第三升壓裝置233再將23 kV升壓至161 kV，以提供市電V inf1 的使用。
在另一較佳實施例中，在第二圖中的整合波浪能發電與風力發電的系統20包含整合波浪能發電與風力發電的系統26，該整合波浪能發電與風力發電的系統26包含該風力發電裝置21、該波浪能發電裝置22、該第一升壓裝置231、該第二升壓裝置232、及匯流排234。此實施例特別是當用電的設施位於沿岸時，則傳輸電力的裝置例如第三升壓裝置233以及穩壓系統24皆可以省略，以減少電力在轉換過程中的損失。
請再一次參閱第二圖，該變頻變壓器25包括一直流馬達251、一轉子252、及一定子253。該直流馬達251產生一力矩254施加於轉子252，該直流馬達控制器27偵測該第三電壓V 3 的變動以調變一控制電壓V C 的正負與大小，藉以調整力矩254的方向與大小，當第三電壓V 3 發生擾動時，藉由上述力矩254的控制就可達到穩壓的功能。例如，當第三電壓V 3 增加時，該直流馬達251產生的力矩254以相反於轉子轉動的方向施加於轉子252；當第三電壓V 3 減少時，該直流馬達251產生的力矩254以相同於轉子轉動的方向施加於轉子252；當第三電壓V 3 不變時，該直流馬達251不產生力矩254。
請參閱第三圖，其為本案第二較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖。該整合波浪能發電與風力發電的系統30包含一風力發電裝置31、一波浪能發電裝置32、及一電力整合裝置33。該風力發電裝置31產生一第一電壓V 4 。該波浪能發電裝置32產生一第二電壓V 5 。該電力整合裝置33用以整合該第一電壓V 4 及該第二電壓V 5 以供進一步利用。
該電力整合裝置33包含一第一升壓裝置331、一第二升壓裝置332、一第三升壓裝置333、及一匯流排334。該第一升壓裝置331及該第二升壓裝置332藉由匯流排334相連接。該第一升壓裝置331將該第一電壓V 4 升壓至一第三電壓V 6 ，該第二升壓裝置332將該第二電壓V 5 升壓至該第三電壓V 6 。該整合波浪能發電與風力發電的系統30還包含一穩壓系統34，該穩壓系統34與該第三升壓裝置333連接，並對該第三電壓V 6 作穩壓。
該風力發電裝置31與該波浪能發電裝置32分別產生100 MW(百萬瓦)與60 MW(百萬瓦)的功率。該風力發電裝置31與該波浪能發電裝置32皆產生0.69 kV(仟伏特)的交流電壓，0.69 kV的交流電壓分別經過該第一升壓裝置331與該第二升壓裝置332升壓至23 kV，然後藉由匯流排334將該風力發電裝置31與該波浪能發電裝置32所產生的電力匯整在一起。該穩壓系統34為一飛輪儲能系統35，該飛輪儲能系統35與該第三升壓裝置333連接，並對該第三電壓V 6 即23 kV作穩壓，該第三升壓裝置333再將23 kV升壓至161 kV，以提供市電V inf2 的使用。
在第三圖中，該飛輪儲能系統35包含一飛輪電機351、飛輪端整流器352、系統端整流器353、及一補償控制單元354。飛輪電機351包含一慣性質量飛輪3511，該慣性質量飛輪3511以高速旋轉的方式將匯流排334上的電能轉以動能的形式儲存，該飛輪儲能系統35使用飛輪電機351作為電能與動能之間的能量轉換裝置，當該飛輪電機351中的能量由電能轉換為動能時，該飛輪電機351處於馬達模式，因此該慣性質量飛輪3511的轉速會增加；當該飛輪電機中的能量由動能轉換為電能時，該飛輪電機351處於發電機模式，並輸出轉換後的電能以補償該飛輪儲能系統35。飛輪電機351一開始必須提供電源來啟動，然後就可提供儲能或發電的功能。
在第三圖中，該控制補償單元354偵測匯流排334上的第三電壓V 6 ，用以控制該飛輪端整流器352及該系統端整流器353。當該第三電壓V 6 之值小於一參考值時，該補償控制單元354以控制信號ctrl1控制該飛輪端整流器352將飛輪電機351所輸出的交流電壓V fw 轉換成直流電壓V dc1 ，然後該補償控制單元354以控制信號ctrl2控制該系統端整流器353將直流電壓V dc1 ，轉換成交流電壓V ac1 以補償該第三電壓V 6 。當該第三電壓V 6 之值大於該參考值時，該補償控制單元354以控制信號ctrl2控制該系統端整流器353將匯流排334上的一差值電壓V acs 轉換成直流電壓V dcs ，其中該差值電壓V acs 為該第三電壓V 6 之值減去該參考值，然後該補償控制單元354以控制信號ctrl1控制該飛輪端整流器352將直流電壓V dcs ，轉換成交流電壓V fws ，交流電壓V fws 輸入該飛輪電機351，該飛輪電機351將電能轉換為動能以使該慣性質量飛輪3511以動能的方式將能量儲存起來。當風力發電裝置31因風速的變動而使第三電壓V 6 發生擾動時，或是當波浪能發電裝置32因波浪的變動而使第三電壓V 6 發生擾動時，該整合波浪能發電與風力發電的系統30即可藉由飛輪儲能系統35更穩定地傳輸電力。
請參閱第四圖，其為本案第三較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統。該整合波浪能發電與風力發電的系統40包含一風力發電裝置41、一波浪能發電裝置42、及一電力整合裝置43。該風力發電裝置41產生一第一電壓V 7 。該波浪能發電裝置42產生一第二電壓V 8 。該電力整合裝置43用以整合該第一電壓V 7 及該第二電壓V 8 以供進一步利用。
該電力整合裝置43包含一第一升壓裝置431、一第二升壓裝置432、一第三升壓裝置433、及一匯流排434。該第一升壓裝置431及該第二升壓裝置432藉由匯流排434相連接。該第一升壓裝置431將該第一電壓V 7 升壓至一第三電壓V 9 ，該第二升壓裝置432將該第二電壓V 8 升壓至該第三電壓V 9 。該整合波浪能發電與風力發電的系統40還包含一穩壓系統44，該穩壓系統44與該第三升壓裝置433連接，並對該第三電壓V 9 作穩壓。
該風力發電裝置41與該波浪能發電裝置42分別產生100 MW(百萬瓦)與60 MW(百萬瓦)的功率。該風力發電裝置41與該波浪能發電裝置42皆產生0.69 kV(仟伏特)的交流電壓，0.69 kV的交流電壓分別經過該第一升壓裝置431與該第二升壓裝置432升壓至23 kV，然後藉由匯流排434將該風力發電裝置41與該波浪能發電裝置42所產生的電力匯整在一起。該穩壓系統44為一高壓直流傳輸系統45，該高壓直流傳輸系統45與該第三升壓裝置433連接，並對該第三電壓V 9 即23 kV作穩壓，該第三升壓裝置433再將23 kV升壓至161 kV，以提供市電V inf3 的使用。
在第四圖中，該高壓直流傳輸系統45包含一交流對直流轉換器451與一直流對交流換器452。該交流對直流轉換器451將該第三電壓V 9 轉換成直流電壓V dc2 之後，該直流對交流轉換器451再將該直流電壓V dc2 轉換為交流電壓V ac2 ，當該第三電壓V 9 或交流電壓V ac2 發生擾動時，該高壓直流傳輸系統45可快速對該第三電壓V 9 或交流電壓V ac2 作補償。
綜合以上三個實施例的發電系統皆為一整合發電系統，該整合發電系統包含一第一發電裝置、一第二發電裝置、及一電力整合裝置。該第一發電裝置產生一第一電壓。該第二發電裝置，其發電方式相異於該第一發電裝置之一發電方式，並產生一第二電壓。一電力整合裝置用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用。該電力整合裝置為一發電整合裝置，用以整合該第一發電裝置及該第二發電裝置以供進一步利用。
請參閱第五圖，其為本案整合風力發電與波浪能發電的方法的流程圖。該風力發電與波浪能發電的方法包含下列步驟：步驟S501：利用風力發電產生一第一電壓及利用波浪能發電產生一第二電壓。步驟S502：將該第一電壓與該第二電壓升壓至一第三電壓。步驟S503：對該第三電壓作穩壓。
在第一實施例中，一種整合波浪能發電與風力發電的系統被提出，該整合波浪能發電與風力發電的系統包含一風力發電裝置、一波浪能發電裝置、及一電力整合裝置。該風力發電裝置產生一第一電壓。該波浪能發電裝置產生一第二電壓。該電力整合裝置用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用。上述三個實施例中的波浪能發電機是利用威爾斯渦輪機來發電，波浪能發電裝置亦可使用另一種雙側管形線性永磁系統來進行發電。
請參閱第六圖，其為本案第四較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖。整合波浪能發電與風力發電的系統60中只有在第二圖中的波浪能發電裝置22以雙側管型永磁系統50取代之，其餘與第二圖相同。
請參閱第七圖(a)，其為雙側管形線性永磁系統的示意圖。該雙側管形線性永磁系統50包含一雙側管形線性永磁機52、及一整流-換流裝置54。該整流-換流裝置54可利用該高壓直流傳輸系統45來進行整流與換流。該雙側管形線性永磁機52包含一線性能量轉換單元521及一雙側管形線性永磁單元522。
在第二圖、第三圖、及第四圖中，若該波浪能發電裝置22、該波浪能發電裝置32、及該波浪能發電裝置42為一雙側管型線性永磁系統50時，其內部的雙側管形線性永磁機52如第七圖(b)及第七圖(c)所示。
在第七圖(b)中，該線性能量轉換單元521包含一氣室5211、一浮蓋5212。該雙側管形永磁單元522包含一移動永磁陣列5221、一定子5222。該氣室5211充滿氣體，氣室5211頂端的浮蓋5212可以隨著波浪523的擺動而上下移動。當波浪523高度下降時，浮蓋5212上的壓力降低，迫使浮蓋5212向上移動；而當波浪523高度上升時，浮蓋5212上的壓力增加，迫使浮蓋5212向下移動，如第七圖(b)及第七圖(c)所示。由此可知波浪523作用在線性能量轉換單元521上是屬於力量大、速度緩慢的反覆直線力，單部雙側管型線性永磁機的發電功率約為250 kW。
為了擷取波浪的能量，傳統做法上會透過曲柄、曲軸等方式將線性移動轉成旋轉移動，再透過齒輪箱提高轉速連接旋轉型發電機。這種做法較為便宜且容易瞭解其動作原理，但由於此波浪發電設備是設置在離岸的海中，必須有強健且減少維修的特性，傳統的做法因有中間機械的傳動媒介較不可靠，且會有中間傳動的能量損失，因此可擷取波浪能量的直驅式線性發電機成為了不二的選擇。
請參閱第八圖，其為本案第五較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖。整合波浪能發電與風力發電的系統70中只有在第三圖中的波浪能發電裝置32以雙側管型永磁系統50取代之，其餘與第三圖相同。
請參閱第九圖，其為本案第六較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖。整合波浪能發電與風力發電的系統80中只有在第四圖中的波浪能發電裝置42以雙側管型永磁系統50取代之，其餘與第四圖相同。
針對以上第一~第三之實施例，考慮在風速變動範圍：4 m/s～24 m/s，及威爾斯渦輪機的氣流速變動範圍：2 m/s～7 m/s的條件時，當風力發電裝置21、31、41，因風速的改變或波浪能發電裝置22、32、42，因威爾斯渦輪機的氣流速的改變而使匯流排234、334、434，上的第三電壓V 3 、V 、V 9 發生擾動時，在第一實施例中的變頻變壓器25會適當調整直流馬達251所輸出的力矩254，以維持第三電壓V 3 、V 6 、V 9 的穩定，在第二實施例中的飛輪儲能系統35藉由其本身儲能與釋能的特性，以使得功率更加平穩地傳送，在第三實施例中，高壓直流傳輸系統45亦能控制匯流排434的第三電壓V 9 以穩定電力的傳輸。當市電V inf1 ,V inf2 ,V inf3 有三相短路的狀況發生時會產生很大的震盪，上述的穩壓系統24,34,44可改善震盪的狀況。請參閱下列表1，表1中的數據是模擬當氣流速固定為6 m/s時，變頻變壓器25的對第三電壓V 3 的穩定狀況以及模態。
表1中以特徵值表示第三電壓V 3 的穩定度與模態，特徵值以複數表示，實部的負數愈大代表電壓愈快恢復穩定，虛部代表第三電壓V 3 的振盪頻率。在各模態中可得知電力經過風力發電裝置21、波浪能發電裝置22、整合發電裝置23、及變頻變壓器25後的電壓之穩定狀況。下列表2中的數據是模擬當氣流速固定為6 m/s時，飛輪儲能系統35的對第三電壓V 6 的穩定狀況以及模態。
表2中與表1相同以複數表示第三電壓V 3 的穩定度與模態，實部的負數愈大代表電壓愈快恢復穩定，虛部代表第三電壓V 3 的振盪頻率。在各模態中可得知電力經過風力發電裝置31、波浪能發電裝置32、整合發電裝置33、及變頻變壓器35後的電壓之穩定狀況。下列表3中的數據是模擬當氣流速固定為6 m/s時，高壓直流傳輸系統45對第三電壓V 9 的穩定狀況以及模態。
從表1,2,3可知第三電壓V 9 經過高壓直流傳輸系統45後的穩定度最佳。
上述實施例中的任一實施例在穩壓系統24,34,44中可以加入PID(proportional-integral-derivative)比例-積分-微分控制器，以改善整合波浪能發電與風力發電系統20,30,40的阻尼，當風力發電裝置21,31,41的轉矩發生干擾時，該PID可控制第三電壓V 3 、V 6 、V 9 更穩定，以更穩定地傳送電力。
依據上述實施例中的任一實施例，其中該電力整合裝置包含一第一升壓裝置、一第二升壓裝置、一第三升壓裝置、及一匯流排。該第一升壓裝置、該第二升壓裝置藉由該匯流排相連接。該第一升壓裝置將該第一電壓升壓至一第三電壓，該第二升壓裝置將該第二電壓升壓至該第三電壓。
依據上述實施例中的任一實施例，其中該整合波浪能發電與風力發電的更包含一穩壓系統，該穩壓系統與該第三升壓裝置連接，並對該第三電壓作穩壓。該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統。
依據上述實施例中的任一實施例，其中該變頻變壓器包括一直流馬達、一轉子、及一定子。該直流馬達產生一力矩，該力矩施加於該轉子。該變頻變壓器穩定該第三電壓。該直流馬達響應該第三電壓以對該力矩作調整。
依據上述實施例中的任一實施例，其中該風力發電裝置包括一雙饋式感應發電機。該波浪能發電裝置包括一鼠籠式轉子感應發電機、威爾斯渦輪機、或雙側管式永磁系統。
在第二實施例中，一種整合發電系統被提出，該整合發電系統包含一第一發電裝置、一第二發電裝置、及一電力整合裝置。該第一發電裝置產生一第一電壓。該第二發電裝置，其發電方式相異於該第一發電裝置之一發電方式，並產生一第二電壓。一電力整合裝置用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用。
依據上述實施例中的任一實施例，其中該電力整合裝置包含一第一升壓裝置、一第二升壓裝置、及一第三升壓裝置；該第一升壓裝置、該第二升壓裝置、及該第三升壓裝置藉由一匯流排相連接。該第一升壓裝置將該第一電壓升壓至一第三電壓，該第二升壓裝置將該第二電壓升壓至該第三電壓，該第三升壓裝置將該第三電壓升壓至一第四電壓。該第一發電裝置為一風力發電裝置或一波浪能發電裝置。該整合發電系統更包含一穩壓系統，該穩壓系統與該第三升壓裝置連接，並對該第四電壓作穩壓。該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統。
在第三實施例中，一種整合發電系統被提出，該整合發電系統包含一第一發電裝置、一第二發電裝置、及一發電整合裝置。該第二發電裝置，其發電方式相異於該第一發電裝置之一發電方式。該發電整合裝置用以整合該第一發電裝置及該第二發電裝置以供進一步利用。
依據上述實施例中的任一實施例，其中該發電整合裝置包含一第一升壓裝置、一第二升壓裝置、及一第三升壓裝置；該第一升壓裝置、該第二升壓裝置、及該第三升壓裝置藉由一匯流排相連接。該第一發電裝置為一風力發電裝置或一波浪能發電裝置。該整合發電系統更包含一穩壓系統，該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統。
在上述三個實施例中，整合風力發電與波浪能發電的方法包含下列步驟：一電壓產生步驟：利用風力發電產生一第一電壓及利用波浪能發電產生一第二電壓。一電壓升壓步驟：將該第一電壓與該第二電壓升壓至一第三電壓。一穩壓步驟：對該第三電壓作穩壓。
本發明的說明與實施例已揭露於上，然其非用來限制本發明，凡習知此技藝者，在不脫離本本發明的精神與範圍之下，當可做各種更動與修飾，其仍應屬在本發明專利的涵蓋範圍之內。
10．．．離岸式海上風力發電裝置
11．．．浮台
12．．．風力發電機
20,30,40,60．．．整合波浪能發電與風力發電的系統
21,31,41．．．風力發電裝置
22,32,42．．．波浪能發電裝置
23,33,43．．．電力整合裝置
24,34,44．．．穩壓系統
25．．．變頻變壓器
231,331,431．．．第一升壓裝置
232,332,432．．．第二升壓裝置
233,333,433．．．第三升壓裝置
234,334,434．．．匯流排
251．．．直流馬達
252．．．轉子
253．．．定子
254．．．力矩
V 1 ,V 4 ,V 7 ．．．第一電壓
V 2 ,V 5 ,V 8 ．．．第二電壓
V 3 ,V 6 ,V 9 ．．．第三電壓
35．．．飛輪儲能系統
351．．．飛輪電機
352．．．飛輪端整流器
353．．．系統端整流器
354．．．補償控制單元
45．．．高壓直流傳輸系統
451．．．交流對直流轉換器
452．．．直流對交流轉換器
V dc1 ,V dcs ,V dc2 ．．．直流電壓
27．．．直流馬達控制器
3511．．．慣性質量飛輪
V inf1 ,V inf2 ,V inf3 ．．．市電
V ac1 ,V acs ,V ac2 ,V fw ,V fws ．．．交流電壓
521．．．線性能量轉換單元
522．．．雙側管型永磁機
523．．．波浪
5211．．．氣室
5212．．．浮蓋
5221．．．移動永磁陣列
5222．．．定子
50．．．雙側管形線性永磁系統
52．．．雙側管形線性永磁系機
522．．．雙側管形線性永磁單元
54．．．整流-換流裝置
第一圖：習知風力發電機的示意圖；
第二圖：本案第一較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖；
第三圖：本案第二較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖；
第四圖：本案第三較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統；
第五圖：本案整合風力發電與波浪能發電的方法的流程圖；
第六圖：本案第四較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖；
第七圖(a)：雙側管形線性永磁系統的示意圖；
第七圖(b)：雙側管形線性永磁機的示意圖；及
第七圖(c)：雙側管形線性永磁機的示意圖；
第八圖：本案第五較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖；
第九圖：本案第六較佳實施例整合波浪能發電與風力發電的系統的示意圖。
41．．．風力發電裝置
42．．．波浪能發電裝置
43．．．電力整合裝置
44．．．穩壓系統
432．．．第二升壓裝置
431．．．第一升壓裝置
434．．．匯流排
433．．．第三升壓裝置
V 8 ．．．第二電壓
V 7 ．．．第一電壓
45．．．高壓直流傳輸系統
V 9 ．．．第三電壓
451．．．交流對直流轉換器
452．．．直流對交流轉換器
V dc2 ．．．直流電壓
V ac2 ．．．交流電壓
40．．．整合波浪能發電與風力發電的系統
V inf3 ．．．市電

Claims (10)

  1. 一種整合波浪能發電與風力發電的系統，包含：一風力發電裝置，產生一第一電壓；一波浪能發電裝置，包括雙側管式永磁系統，並產生一第二電壓；以及一電力整合裝置，包括一穩壓系統，並用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用，該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統，其中該雙側管式永磁系統包括一氣室、一浮蓋、一定子、以及一移動永磁陣列，該氣室充滿氣体，該浮蓋配置於該氣室的頂端且與該移動永磁陣列連接，並隨著波浪的擺動而上下移動以帶動該移動永磁陣列，該移動永磁陣列與該定子之間形成相對運動而產生該第二電壓，該飛輪儲能系統包含一補償控制單元、一飛輪端整流器、一系統端整流器、以及一飛輪電機，該飛輪電機包括慣性質量飛輪，該慣性質量飛輪與該飛輪端整流器連接並以高速旋轉的方式將該電力整合裝置產生的一電能以一動能的形式儲存，該系統端整流器連接於該電力整合裝置與該飛輪端整流器之間，該補償控制單元控制該飛輪端整流器與該系統端整流器，以使該慣性質量飛輪利用其已儲存的該動能轉換成該電能來補償該電力整合裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中：該電力整合裝置包含一第一升壓裝置、一第二升壓裝置、一第三升壓裝置、及一匯流排； 該第一升壓裝置、該第二升壓裝置藉由該匯流排相連接；及該第一升壓裝置將該第一電壓升壓至一第三電壓，該第二升壓裝置將該第二電壓升壓至該第三電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中：該穩壓系統與該第三升壓裝置連接，並對該第三電壓作穩壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的系統，其中：該變頻變壓器包括一直流馬達、一轉子、及一定子；該直流馬達產生一力矩，該力矩施加於該轉子；該變頻變壓器穩定該第三電壓；及該直流馬達響應該第三電壓以對該力矩作調整。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中：該風力發電裝置包括一雙饋式感應發電機。
  6. 一種整合發電系統，包含：一第一發電裝置，以風力發電產生一第一電壓；一第二發電裝置，以波浪能發電產生一第二電壓；以及一電力整合裝置，包括一穩壓系統，並用以整合該第一電壓及該第二電壓以供進一步利用，其中該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統，該飛輪儲能 系統包含一補償控制單元以及一慣性質量飛輪，該慣性質量飛輪以高速旋轉的方式將該電力整合裝置產生的一電能以一動能的形式儲存，並利用已儲存的該動能轉換成該電能來補償該電力整合裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的系統，其中：該第一發電裝置為一風力發電裝置，該第二發電裝置為一波浪能發電裝置；該電力整合裝置包含一第一升壓裝置、一第二升壓裝置、及一第三升壓裝置；該第一升壓裝置、該第二升壓裝置、及該第三升壓裝置藉由一匯流排相連接；該第一升壓裝置將該第一電壓升壓至一第三電壓，該第二升壓裝置將該第二電壓升壓至該第三電壓，該第三升壓裝置將該第三電壓升壓至一第四電壓；該整合發電系統更包含一穩壓系統，該穩壓系統與該第三升壓裝置連接，並對該第四電壓作穩壓；及該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統。
  8. 一種整合發電系統，包含：一第一發電裝置，利用風力發電；一第二發電裝置，利用波浪能發電，該第二發電裝置包括一線性能量轉換單元以及一移動永磁陣列；以及 一發電整合裝置，用以整合該第一發電裝置及該第二發電裝置以供進一步利用，其中該線性能量轉換單元包括一氣室、一浮蓋，該氣室充滿氣体，該浮蓋配置於該氣室的頂端，並隨著波浪的擺動而上下移動來帶動該移動永磁陣列以發電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的系統，其中：該第一發電裝置為一風力發電裝置，該第二發電裝置為一波浪能發電裝置；該發電整合裝置包含一第一升壓裝置、一第二升壓裝置、及一第三升壓裝置；該第一升壓裝置、該第二升壓裝置、及該第三升壓裝置藉由一匯流排相連接；及該整合發電系統更包含一穩壓系統，該穩壓系統為一變頻變壓器、一飛輪儲能系統、或一高壓直流傳輸系統。
  10. 一種整合風力發電與波浪能發電的方法，該方法包含下列步驟：一電壓產生步驟：利用風力發電產生一第一電壓及利用波浪能發電產生一第二電壓，其中波浪能使一線性能量轉換單元依照波浪的擺動而帶動其內部的移動永磁陣列上下移動，以產生該第二電壓；一電壓升壓步驟：將該第一電壓與該第二電壓升壓至一第三電壓；及一穩壓步驟：藉由一預儲存之動能轉換成電能來對該第三 電壓作穩壓。
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