[实用新型]一种半潜式波浪能-风能综合利用装置

说明书

技术领域

本实用新型属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别是一种半潜式波浪能-风能综合利用装置。

背景技术

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中，潮汐能、海流和波浪为机械能，海水温差为热能，海水盐差为化学能。

在这众多的海洋能源种类中，波浪能与海上风能在地域分布上具有一定的相似性，二者在深海海域的能量密度均比近海海域大。由此，开展海上波浪能-风能综合利用技术研究存在可观的产业前景，对于我国能源结构总体布局也具有重要战略意义。目前，海上波浪能-风能综合利用技术还处于探索阶段，鲜见较为成熟的设计方案。结合较为常见的三种海上漂浮式平台：Spar平台、TLP平台和驳船式平台，部分学者和工程师提出了一些设计方案。其中一种是基于海上油气田平台技术的三浮体漂浮式风力机WindFloat，在其浮体基础上加入振荡水柱式发电设计或者在其中间位置加入振荡浮子式点吸收波浪能装置。一种是美国ITI Energy公司提出的一种基于驳船式漂浮式平台的波浪能-风能综合利用技术：在长方体的漂浮式平台中间位置设计了用于振荡水柱式发电装置的气室。另外，结合桅杆Spar式海上风机Hywind和振荡浮子式波浪能装置WaveBob，挪威科技大学也提出了一种波浪能-风能综合利用概念STC。然而，这些技术仍然处于概念模型设计阶段，还没有得到充分的论证和测试。同时，考虑装置的稳定性和安全性，需保证能量转换装置能适应不同的天气状况，具有在极端天气条件下的生存能力。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种半潜式波浪能-风能综合利用装置，它利用半潜式漂浮平台为波浪能装置和风能装置提供安装基础，能够在利用波浪水体水平方向上动能的同时为海上风力机提供稳定的平台，适用于深水区域，同时具有较高的可靠性，易于安装和移动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种半潜式波浪能-风能综合利用装置，包括浮筒、风力机、摆板、压水板、锚链、塔架、横撑、斜撑、转轴和发电机。其特征是：浮筒间采用横撑和斜撑相互连接固定；浮筒底部通过锚链连接抓力锚固定于海底；两个摆板分别安装于浮筒之间，并迎向波浪来波方向；摆板通过转轴连接并驱动发电机；风力机和塔架安装于四个浮筒的中间位置。

所述的一种半潜式波浪能-风能综合利用装置，其特征是：前摆板和后摆板之间的距离为装置布放海域特征波长的一半。

所述的一种半潜式波浪能-风能综合利用装置，其特征是：四个浮筒的底部都安装有压水板。

所述的一种半潜式波浪能-风能综合利用装置，其特征是：每一个浮筒内部都安装有发电机，并通过转轴与摆板连接。

所述的一种半潜式波浪能-风能综合利用装置，其特征是：锚链为悬链线，分4组共8根，一组内2根锚链间夹角为60度。

风力机采用NREL5MW水平轴三叶片变速变桨海上风力机，安装于塔架顶部，风力机直径126m，切入风速、额定风速和切出风速分别为3.0，11.4和25.0m/s。漂浮式平台设计水深80m，半潜式平台构件参数为：4个浮筒直径均为10.5m，中心塔架直径6.0m，横撑直径1.5m，斜撑直径1.0m，相邻浮筒圆心间距离60m，型深30m，吃水22.5m；压水板直径25.0m，厚度1.0m。浮筒内部为中空设计，其底部填充重物和安装有发电机以降低重心位置增强漂浮式平台的稳定性；同时，在每一个浮筒的下方安装有压水板，其可以提高浮筒的附加质量和粘性阻尼，从而增强漂浮式平台的稳定性。波浪能摆板高20m，长30m，宽1.5m，采用中空的浮力摆式设计，内部可填充重物改变其转动惯量。系泊系统采用悬链线系泊方式并在锚链顶部施加预张力，锚链线分4组共8根，锚链线长度450m，各组锚链分布角度90°，单组锚链内部夹角60°，锚链直径92mm，锚链单位长度质量185.4kg/m，有效弹性模量5.45x10⁷kN/m²，断裂强度为6080kN。