风能波浪能海流能一体的发电系统.pdf

本发明公开了一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统。包括单桩塔筒以及安装在单桩塔筒上的风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统，单桩塔筒竖直固定在海床上，风能发电系统安装在单桩塔筒的顶端，波浪能发电系统安装在海平面附近的单桩塔筒的侧部，海流能发电系统安装在位于海底的单桩塔筒底部，风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统的输出端均与变压器相连输入到电网中。本发明以单桩塔筒支撑结构为基础，竖直固定在海床上，本结构加工、安装和施工方便，成本较低，很大程度的降低了发电的成本；材料选取广泛，可实施性高。

1.   一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统，其特征在于：包括单桩塔筒（7）以及安装在单桩塔筒（7）上的风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统，单桩塔筒（7）竖直固定在海床上，风能发电系统安装在单桩塔筒（7）的顶端，波浪能发电系统安装在海平面附近的单桩塔筒（7）的侧部，海流能发电系统安装在位于海底的单桩塔筒（7）底部，风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统的输出端均与变压器相连输入到电网中。

2.   根据权利要求1所述的一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统，其特征在于：所述的风能发电系统：风车内装有风轮（1）、风能齿轮变速箱（2）、尾舵（5）、风能调速机构（3）、风能发电机（4）和风能变流器（6）；风轮（1）的动力输出端与风能齿轮变速箱（2）的动力输入端连接，风能齿轮变速箱（2）的动力输出端经风能调速机构（3）使其输出的速度均匀，调速机构（3）与风能发电机（4）的输入轴相连，风能发电机（4）的输出端与风能变流器（6）的输入端相连，风能变流器（6）的输出端连接变压器的输入端；风车的尾部固定安装有尾舵（5），尾舵（5）为一块竖直安放的板，用于调节风轮（1）的方位使其对正风向。

3.   根据权利要求1所述的一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统，其特征在于：所述的波浪能发电系统：包括浮筒（12）、连杆机构（10）、波浪能齿轮变速箱（18）、波浪能发电机（9）和波浪能变流器；浮筒（12）浮于海面，浮筒（12）两侧各经一铁索链（13）连接两块重物块（14），重物块（14）沉入海底，浮筒（12）经连杆机构（10）和齿轮（8）的边缘铰接，经连杆机构（10）的滑块与浮筒（12）固定连接，齿轮（8）经波浪能齿轮变速箱（18）与波浪能发电机输入轴（17）连接，波浪能发电机（9）的输出端与波浪能变流器的输入端连接，波浪能变流器的输出端连接变压器的输入端；波浪能发电机（9）、齿轮（8）和波浪能齿轮变速箱（18）均通过波浪能系统安装平台（11）固定在单桩塔筒（7）的侧部。

4.   根据权利要求1所述的一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统，其特征在于：所述的海流能发电系统：包括安装在单桩塔筒（7）底部两侧相同的海流能发电装置，海流能发电装置包括水轮机叶轮（16）、海流能齿轮变速箱（20）、海流能发电机（15）和海流能变流器（21）；水轮机叶轮（16）的动力输出端经连轴（19）与海流能齿轮变速箱（20）的动力输入端相连，海流能齿轮变速箱（20）的动力输出端经调速机构连接海流能发电机（15）的输入端，海流能发电机（15）的输出端与海流能变流器（21）的输入端相连接，海流能变流器（21）的输出端连接变压器的输入端。

风能—波浪能—海流能一体的发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电系统，尤其是涉及了一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统，以单桩塔筒支撑结构为基础将风能—波浪能—海流能相结合。
技术背景
我国大陆海岸线自鸭绿江口至北仑河口，长达1.8万多千米。此外，岛屿海岸线长1.4万多千米，大陆海岸线总长3.2万多千米。由此可以看得出我国的海洋资源比较的丰富，但是直到现在海洋的资源还没有能够很好地被开发利用。一个国家的繁荣，除了社会经济发展的作用，能源扮演的角色也是比较的重要，现在能源的需求是巨大的，急需找新型的能源来代替化石燃料。目前，风能，波浪能，海流能是无污染的非化石能源，来源比较的丰富，是无穷无尽的可再生资源，并且潜力巨大，开发利用的市场前景非常乐观，又节约宝贵的土地资源，怎样利用这些资源一直是当代人研究的课题。利用海洋能源进行发电是对海洋资源的利用的一种重要的途径，风能发电不仅在全世界而且是在我国也是已经非常的成熟，风能发电的原理：风轮在海风的作用下转动，将风能转化成机械能，机械能为发电机提供动力，实现风能发电。波浪能发电的原理：利用波浪的上下摆动，推动浮体上下运动，将上下往复运动转化为旋转的运动，为发电机提供动力，实现波浪能的发电。海流能的发电原理：海水的流动推动叶轮的转动，将海流能转化为机械能，机械能为发电机提供动力，实现海流能发电。
发明内容
为了能够更好的利用海洋所带来的能量，本发明提出了一种风能—波浪能—海流能一体的发电系统，在海洋中利用单桩塔筒支撑结构建立了风能，波浪能，海流能系统于一体的发电系统，其中浮筒用铁链锚到海底，形成一个整体的发电系统，这三种发电系统依附在同一单桩塔筒结构上。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括单桩塔筒以及安装在单桩塔筒上的风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统，单桩塔筒竖直固定在海床上，风能发电系统安装在单桩塔筒的顶端，波浪能发电系统安装在海平面附近的单桩塔筒的侧部，海流能发电系统安装在位于海底的单桩塔筒底部，风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统的输出端均与变压器相连输入到电网中。
所述的风能发电系统：风车内装有风轮、风能齿轮变速箱、尾舵、风能调速机构、风能发电机和风能变流器；风轮的动力输出端与风能齿轮变速箱的动力输入端连接，以增大转速，风能齿轮变速箱的动力输出端经风能调速机构使其输出的速度均匀，调速机构与风能发电机的输入轴相连，风能发电机的输出端与风能变流器的输入端相连，风能变流器的输出端连接变压器的输入端；风车的尾部固定安装有尾舵，尾舵为一块竖直安放的板，用于调节风轮的方位使其对正风向，以达到更好的捕能效果。
所述的波浪能发电系统：包括浮筒、连杆机构、波浪能齿轮变速箱、波浪能发电机和波浪能变流器；浮筒浮于海面，浮筒两侧各经一铁索链连接两块重物块，重物块沉入海底，浮筒经连杆机构和齿轮的边缘铰接，经连杆机构的滑块与浮筒固定连接，齿轮经波浪能齿轮变速箱与波浪能发电机输入轴连接，波浪能发电机的输出端与波浪能变流器的输入端连接，波浪能变流器的输出端连接变压器的输入端；波浪能发电机、齿轮和波浪能齿轮变速箱均通过波浪能系统安装平台固定在单桩塔筒的侧部。其中连杆机构与浮筒构成滑块四杆机构，使浮筒的运动方向发生改变，由上下的运动转变成了带动齿轮旋转的运动，进而带动海流能发电机发电。
所述的海流能发电系统：包括安装在单桩塔筒底部两侧相同的海流能发电装置，海流能发电装置包括水轮机叶轮、海流能齿轮变速箱、海流能发电机和海流能变流器；水轮机叶轮的动力输出端经连轴与海流能齿轮变速箱的动力输入端相连，以转化叶轮的转速使其增大，海流能齿轮变速箱的动力输出端经调速机构连接海流能发电机的输入端，海流能发电机的输出端与海流能变流器的输入端相连接，海流能变流器的输出端连接变压器的输入端。
本发明单桩塔筒包括了其支撑结构以及配套的电力传输系统和变压器。
本发明通过上部有风轮旋转，可用来收集风能，进而带动发电机发电；中部有浮筒上下往复运动带动发电机用来发电；底部有叶轮收集海流能，进而旋转带动发电机进行发电。
风车尾部有尾舵，能够根据风向而调头旋转，可以更好的收集海风，达到更大的捕能效果。
本发明中部将波浪能的上下往复运动转化成了旋转的运动，为发电机运转提供了动力进而完成波浪能的发电。
采用本发明以上的结构与以往的发明相比具有以下优点：
通过本发明结构可以同时收集风能，波浪能和海流能进行发电，并且风轮在收集风能的时候能够改变方向，达到更大的捕捉能量用来发电，浮筒的上下 往复运动可以转化为带动发电机的旋转运动。
作为改进，本发明所采用的连接全部是可拆卸式，便于局部故障拆卸维修和替换零件，而不用对整体的系统进行拆卸，便于维修和零件互换。
附图说明
图1为本发明系统的的结构图。
图2为波浪能发电系统的结构和工作示意图。
图3为海流能发电系统的俯视放大图。
图中：1、风轮，2、风能齿轮变速箱，3、风能调速机构，4、风能发电机，5、尾舵，6、风能变流器，7、单桩塔筒，8、齿轮，9、波浪能发电机，10、连杆机构，11、波浪能系统安装平台，12、浮筒，13、铁索链，14、重物块，15、海流能发电机，16、水轮机叶轮，17、波浪能发电机输入轴，18、波浪能齿轮变速箱，19、连轴，20、海流能齿轮变速箱，21、海流能系统变流器。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施步骤对本发明进行进一步详细的阐述。
如图1所示，本发明包括单桩塔筒7以及安装在单桩塔筒7上的风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统，单桩塔筒7竖直固定在海床上，风能发电系统安装在单桩塔筒7的顶端，波浪能发电系统安装在海平面附近的单桩塔筒7的侧部，海流能发电系统安装在位于海底的单桩塔筒7底部，风能发电系统、波浪能发电系统、海流能发电系统的输出端均与变压器相连输入到电网中。
如图1所示，风能发电系统：风车内装有风轮1、风能齿轮变速箱2、尾舵5、风能发电机4和风能变流器6；风轮1的动力输出端与风能齿轮变速箱2的动力输入端连接以调节其转速使其增大，风能齿轮变速箱2的动力输出端经风能调速机构3与风能发电机4的输入轴相连，风能发电机4的输出端与风能变流器6的输入端相连，风能变流器6的输出端连接变压器的输入端；风车的尾部固定安装有尾舵5，尾舵5为一块竖直安放的板，用于调节风轮1的方位使其对正风向，以增大其捕能能力，并且尾舵5也具有刹车功能，具有保护风车的功能。
本发明在提高转速的齿轮变速箱和发动机之间，均要安装一个调速机构，使得转速保持稳定，以减小对发电机的损坏。
如图2所示，波浪能发电系统：包括浮筒12、连杆机构10、波浪能齿轮变速箱18、波浪能发电机9和波浪能变流器；浮筒12浮于海面，浮筒12两侧各 经一铁索链13连接两块重物块14，重物块14沉入海底，浮筒12经连杆机构10和齿轮8的边缘铰接，经连杆机构10的末端与浮筒12固定铰链，齿轮8经波浪能齿轮变速箱18与波浪能发电机输入轴17连接，波浪能发电机9的输出端与波浪能变流器的输入端连接，波浪能变流器的输出端连接变压器的输入端。波浪能发电机9、齿轮8和波浪能齿轮变速箱18均通过波浪能系统安装架11固定在单桩塔筒7的侧部。
连杆滑块机构带动齿轮旋转运动，齿轮带动齿轮变速箱运动，波浪的上下震荡带动连杆滑块机构运动，连杆滑块机构带动齿轮变速箱旋转，进而带动发动机工作。
如图3所示，海流能发电系统：包括安装在单桩塔筒7底部两侧相同的海流能发电装置，海流能发电装置包括水轮机叶轮16、海流能齿轮变速箱20、海流能发电机15和海流能系统变流器21；水轮机叶轮16的动力输出端经连轴19与海流能齿轮变速箱20的动力输入端相连，以调节其转速使其增大，海流能齿轮变速箱20的动力输出端经调速机构与海流能发电机15相连接，海流能发电机15的输出端与海流能变流器21的输入端相连接，海流能变流器21的输出端连接变压器的输入端。
本发明的实施案例及其实施工作过程如下：
在近海区域的海底固定一单桩塔筒7，在单桩塔筒结构7上端安装一个带有尾舵5的风车，其中尾舵5可以调节风轮的方位，使它对正风向，并且尾舵5也具有刹车功能，具有保护风车的功能。在风轮1后面的部位，安装有齿轮变速箱2和风能调速机构3，以及发电机4和风能系统变流器6。在提高转速的齿轮变速箱和发动机之间，要安装一个调速机构3，使得转速保持稳定，以减小对发电机的损坏。
在风车的下端单桩塔筒7上安装一波浪能安装平台11，上面放置波浪能发电机9、波浪能发电齿轮变速箱18以及齿轮8和连杆机构10，在海平面上设置浮筒12，浮筒12下面四个角用铁索链13链接重物块14，固定在海底，让浮筒12只做上下运动，浮筒12上设置一连杆机构10，其中浮筒12相当于滑块，构成偏置滑块连杆机构，能够让浮筒12的上下往复运动转化为带动齿轮8旋转的运动，然后齿轮的旋转运动带到波浪能齿轮变速箱18中的齿轮旋转运动，经过波浪能齿轮变速箱18带动波浪能发动机输入轴17转动，为波浪能发电机9提供工作的动力，已达到发电的目的。其中齿轮变速箱达到调节其转速使其增速。
在单桩塔筒结构7的最下端安装有水轮机叶轮16，叶轮旋转带动齿轮变速箱20运动，增速以后带动连轴19运动，为海流能发电机15提供动力，进行发 电。
采用本发明发电经过各自的变流器整流以后统一接到变压器进行变压，再接入电网中，可供应工厂或者居民进行用电。
由此，本发明采用的单桩塔筒支撑结构加工、安装和施工方便，成本较低；力发电，波浪能发电和海流能发电在一个支撑结构上完成，很大程度的降低了发电的成本；结构稳定合理，材料选取较广泛，更一步证明了本发明的可实施性，具有显著的技术效果。