[发明专利]基于海上浮式平台的风能—波浪能联合发电装置及发电方法

说明书

基于海上浮式平台的风能—波浪能联合发电装置及发电方法，属于海上可再生能源利用技术领域，解决充分利用海洋可再生能源的问题，包括风力发电机系统、浮式平台系统、波浪能发电系统和系泊系统，所述的风力发电机系统和波浪能发电系统安装在浮式平台系统，所述的系泊系统包括锚链和海床锚，锚链一端固连在浮式平台系统，另一端连接海床锚，并由海床锚和海床相连，效果是提高了整体发电性能，增加了发电总量，有效地利用了海洋可再生能源，降低了投资成本，加快了商业化的应用。

技术领域

本发明属于海上可再生能源利用技术领域，尤其涉及了一种基于海上浮式平台的风能—波浪能联合发电装置，其是以新型浮式平台为基础，将风能和振荡水柱式波浪能相结合的联合发电装置。

背景技术

随着能源需求不断地增加，陆上资源的日益枯竭，人们的目光逐渐从陆上转向海上，而海上的资源的能源储量巨大，尤其是海上的风能和波浪能都是绿色可再生能源。风力发电是目前乃至未来最具有可规模化发展和商业化的可再生能源，随着海上风电向深远海发展，固定式基础已经无法满足现有的设计要求，浮式风力发电机系统已经成为了新的研究热点。目前，海上浮式风力发电机系统的方案大多都是基于水平轴的风力发电机，然而与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机有其特有的优势，垂直轴风力发电机的整体质量较轻，可显著减少海洋平台的负载，其次垂直轴风力发电机对于风向的敏感度要求不高，无需偏航系统，并且由于其重心较低，因此塔基或平台受到的倾覆力矩会小很多。有人提出基于垂直轴风力发电机的海上浮式风力发电机系统，但所有方案的共同特点都是单转子设计。此类风力发电机在风载荷作用下，风力发电机自身的单向运转会产生非常大的弯矩，对系泊系统要求高，对风电系统安全性产生威胁。风能资源丰富的海上区域往往都有丰富的波浪能，而且波浪能发电装置简单，构件数量少，可降低波浪能转化过程的能量损失，机械装置不易受到海水腐蚀，可适应性强。然而，波浪能开发环境恶劣，建造费用高，能量转化率低等不利因素一定程度上限制了其商业化和规模化。

发明内容

为使海上联合发电能够具有较高的稳定性和良好的安全性，解决充分利用海洋可再生能源的问题，本发明提供一种对系泊系统要求不高、稳定性高和安全性能良好的海上双转子的垂直轴风力发电机和振荡水柱式（OWC）波浪能发电装置联合的发电装置。双转子的垂直轴风力发电机和振荡水柱式波浪能发电装置共享该浮式平台的支撑结构和电力运输系统，充分利用海洋可再生能源，提高了振荡水柱式波浪能发电装置的利用效率，降低了发电成本，最大化的利用海洋平台空间，有利于资源再利用，从而提高了风电场的整体经济性。

一种基于海上浮式平台的风能—波浪能联合发电装置，包括风力发电机系统、浮式平台系统、波浪能发电系统和系泊系统，所述的风力发电机系统和波浪能发电系统安装在浮式平台系统，所述的系泊系统包括锚链和海床锚，锚链一端固连在浮式平台系统，另一端连接海床锚，并由海床锚和海床相连。

进一步的，所述的风力发电机系统包括两台垂直轴风力发电机，所述的垂直轴风力发电机包括风轮、塔筒、下部支撑结构、发电机系统和电力传输系统，所述的风轮安装在塔筒上，塔筒是安装在垂直轴风力发电机的转子上的筒状结构，垂直轴风力发电机的转子下部安装下部支撑结构，并由其将垂直轴风力发电机固定在浮式平台，所述转子连接发电机系统、发电机系统连接电力传输系统。

进一步的，所述的风轮包括三组螺旋向安装的垂直轴叶片；所述的垂直轴叶片被垂直于转子的叶片固定杆安装在转子，三组垂直轴叶片环向均匀分布在转子的周围。

进一步的，所述的浮式平台系统包括浮式平台、垂荡板桁架和垂荡板，所述的浮式平台为正方形平台，中间呈正方形镂空，所述的垂荡板与四根垂向设置的垂荡板桁架连接，四根垂向设置垂荡板桁架与浮式平台的正方形镂空的四个顶点相连。

进一步的，两台垂直轴风力发电机安装在下风向的同一方向的两个底角的位置，且两台垂直轴风力发电机的风轮结构是关于正方形的纵向中心线对称，位于左角的垂直轴风力发电机的叶片安装角α与位于右角的垂直轴风力发电机的叶片安装角α数值相等且方向相反。