[实用新型]深海超低启动流速发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种小型海流发电装置，特别是涉及一种为深海锚泊系统供电的超低启动流速发电装置，属于机电技术领域。

背景技术

由于海洋开发和国防的需要，各种监测设备、水下采矿系统、水下机器人、水下组网站点建设以及海上军事设施，甚至未来的水下空间站建设等，目前这些设施主要依靠高能飞轮储能机构提供电能。利用海流能发电解决海上作业能源补充问题，提高浮标、潜标的观测技术，在军事及海洋调查、海洋环境保护等方面都有着重要的应用前景。随着海洋实时立体监测技术的进一步开展，我国自主式海洋探测平台逐年增加，平台上所携带的仪器数量多，工作时间长，功耗大，平台所带电池数量有限。解决水下测量仪器电能补充变得越来越急迫，解决好这个关键问题才能使水下仪器有更强的功能和更长的工作寿命，取代电池供电还能大幅降低系统的成本和减轻系统的重量，增强系统的可靠性。

水下立体监测大多采用锚泊系统，系统通常布放于一定水深和固定位置。随着各种深海观测站点的建立，水下锚泊系统将会成倍增加，同时平台上所携带的仪器数量不断增多，工作时间越来越长，功耗相应增大。平台所带电池数量有限，很难满足未来海洋监测设备立体、实时、全天候的能源需要。

可供深海发电的概念有潮流发电、重力发电、温差发电、盐差发电、压差发电、化学发电等。但对于深海锚泊系统，利用海流发电提供能源补充是目前最佳选择。而深海流可利用速度太低，随着水深的增加，海流剖面流速一般下降很快，并且流向变化复杂。据现有测试资料显示，水深在1000米处流速可达0.5m/s。这样的流速与常规海流发电机所需的流速有较大差距，所以这是一项 难度极大的课题。这便要求我们开发超低启动流速发电技术。研发超低启动流速海流发电机需要解决的问题有开发适用于超低流速范围的叶片翼型、高效易启动电机、低阻尼轴承、高转换线圈、耦合电力传输等，此外还需解决深海水下的抗压、绝缘、电压稳定、海水腐蚀及海洋生物附着等一系列难题。

根据贝茨理论，海流发电机从海流中获取的动能为叶轮进出口海流的动能差：

P=12ρv3sCp]]>

式中，P为机组捕获的能量，ρ为海水密度，v为海流速度，s为叶轮的扫掠面积，C_p为海流能利用率。以额定流速为0.5m/s、叶轮半径1m、Cp取30％为例，额定功率能达到60W。则以目前的实时传输潜标工作的每天平均耗电0.2KWh计算，单台发电装置只需要连续工作3.3小时即能满足系统对用电的需求，同一系统配置多台发电装置将大大增强系统的能源可靠性。

目前水下立体监测多采用锚泊系统，垂直升降技术大大提高了定点监测的剖面测量范围，而实现垂直升降则需要功率相对较大的水下绞车。因此，单靠高能电池已不能满足系统长期工作电能的需求。坐底式潮流发电机为锚泊系统开拓了一种解决水下用电的途径，然而其缺点则有发电装置体积重量大、抗海底淤积差、海底流速低等，这些都是系统可靠性不足的重要原因。

实用新型内容

本实用新型提供一种深海超低启动流速发电装置，目的是为解决深海锚泊系统采用高能电池电量不足，达不到系统对用电需求的问题。提供一种利用任何水深下低流速发电的海流能发电装置。

本实用新型包括耐压浮力舱、三叉索系留绳、旋转电连接器、发电机、变速箱、控制单元、飞轮储能机构、轮毂和叶片；其中耐压浮力舱的舱头段和舱尾段为低阻力流线型结构，中段为圆柱壳结构，在中段的两端上下各焊装有系留座，耐压浮力舱具有一定的正浮力且整体表面光滑；耐压浮力舱内部由左至右依次设置控制单元、飞轮储能机构、发电机和变速箱，控制单元连接在耐压浮力舱头段法兰上，控制单元与飞轮储能机构及变速箱由电缆接插件连接。发电机与飞轮储能机构固定在耐压浮力舱内的中轴线上，发电机与变速箱由连轴器连接，变速箱与主轴连接，主轴与耐压浮力舱尾部通过动密封机构连接；轮毂连接在主轴端部，叶片固定在轮毂的法兰上；三叉索系留绳连接在耐压浮力舱系留座上。旋转电连接器将发电装置与锚泊系统连接起来。