專利名稱：海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源開發(fā)與利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著氣候變暖、環(huán)境污染、能源緊張等問題越發(fā)嚴(yán)峻，在諸多挑戰(zhàn)面前，世界各國都不謀而合地大力發(fā)展可再生能源。海洋能源是一種重要的可再生能源，主要包括波浪能、 潮汐能、海上風(fēng)能、海流能、海洋化學(xué)能源等，世界各國都對海洋能源的利用進(jìn)行了研究，出現(xiàn)的海洋能源利用形式已有上千種，但基本上都還是單一能源形式的開發(fā)利用。波浪能利用裝置主要有擺式波能裝置、聚波水庫裝置、Pelamis裝置和振蕩浮子式波能裝置等。其中，擺式波能裝置的原理是在波浪的作用下，通過擺體作前后或上下擺動，將波浪能轉(zhuǎn)換成擺軸的動能，然后通過液壓缸將擺軸的動能轉(zhuǎn)換成液壓泵的動能，再帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種裝置的轉(zhuǎn)換效率較高，但維護(hù)較為困難。聚波水庫裝置的工作原理是 利用喇叭型的收縮波道，波浪在逐漸變窄的波道中，波高不斷地被放大，直至波峰溢過邊墻，將波浪能轉(zhuǎn)換成勢能貯存在貯水庫中，可用水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是一級轉(zhuǎn)換沒有活動部件，可靠性好，建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用低，出力穩(wěn)定，但對地形要求相對苛刻， 不易推廣。英國的Pelamis裝置的工作原理是采用筏式和液壓系統(tǒng)，隨著波浪運(yùn)動，浮筒產(chǎn)生相對運(yùn)動，帶動液壓油缸工作，進(jìn)而驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。該裝置采用了蓄能器，輸出穩(wěn)定， 抗風(fēng)浪沖擊能力強(qiáng)，裝機(jī)容量達(dá)到750kW，是目前世界上裝機(jī)容量最大的波浪能裝置，但其俘獲波浪能的效率不高。振蕩浮子式波能裝置通過振蕩浮子將波浪能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動液壓泵的往復(fù)(不穩(wěn)定)機(jī)械能，再通過蓄能穩(wěn)壓系統(tǒng)將不穩(wěn)定的液壓能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的液壓能，最后通過液壓馬達(dá)驅(qū)動電機(jī)發(fā)電。由于振蕩浮子吸收波浪能的效率較高，制造相對簡單，因此振蕩浮子與液壓系統(tǒng)組合的波浪能裝置具有良好的發(fā)展前景。對海上風(fēng)能的利用主要通過海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從結(jié)構(gòu)上可以分為水平軸式(葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn))和垂直軸式(葉片繞垂直軸旋轉(zhuǎn))兩種水平軸式風(fēng)力機(jī)是目前應(yīng)用較廣泛的形式，亞洲首座海上風(fēng)力發(fā)電場-東海大橋風(fēng)電場采用的就是水平軸式風(fēng)力機(jī)；而垂直軸式風(fēng)力機(jī)由于其受風(fēng)面積小，相應(yīng)的啟動風(fēng)速較高，因而一直未得到大力發(fā)展，近年來國內(nèi)外的一些科研機(jī)構(gòu)已著力研究垂直軸式風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用。海流能利用裝置從葉輪結(jié)構(gòu)上可以分為垂直軸式(葉輪旋轉(zhuǎn)主軸與水面方向垂直)和水平軸式(水平軸式又可分為葉輪旋轉(zhuǎn)主軸與水流方向平行和垂直)兩種。垂直軸式利用水流對葉輪兩側(cè)的豎直葉片產(chǎn)生的對旋轉(zhuǎn)軸的扭矩差使得葉輪旋轉(zhuǎn)，由于其主軸兩側(cè)葉片同時(shí)受水流作用力，此機(jī)構(gòu)的發(fā)電效率不高，國內(nèi)2005年在浙江舟山建造并試驗(yàn)的潮汐電站就采用了該種結(jié)構(gòu)。另一種就是水平軸結(jié)構(gòu)，如“水下風(fēng)車”就是典型的水平軸海流發(fā)電裝置，其槳葉結(jié)構(gòu)與風(fēng)力機(jī)相似，水流利用效率相對高一些，但由于潮流的雙向特性，必須設(shè)計(jì)復(fù)雜的對水機(jī)構(gòu)才能最大程度捕獲其能量，如2003年英國MCT公司研制試驗(yàn)的水平軸式“水下風(fēng)車”。還有一種就是圓筒型固定擋板式機(jī)構(gòu)，該裝置工作時(shí)必須半潛于水中，槳葉進(jìn)水和出水時(shí)都要受到水流對它的反向阻力，而且該型結(jié)構(gòu)受漲潮落潮影響很大。目前，國內(nèi)外對海洋能的開發(fā)利用形式各異，但一般都是對單一能源形式的開發(fā)利用。也存在一些對海洋能源的綜合利用形式，但一般采用的是最終發(fā)電量疊加輸出的方式，即傳統(tǒng)的多能源聯(lián)合發(fā)電模式。這種利用形式實(shí)施比較簡單，但由于裝置采用了各自獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，用以解決采用單一能源的海上發(fā)電系統(tǒng)缺乏供電穩(wěn)定性的問題，以及采用多能源的海上發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性低的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)包括波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置、海流能轉(zhuǎn)換裝置、功率傳動箱和直驅(qū)發(fā)電機(jī)；所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置分別與功率傳動箱相連； 所述功率傳動箱通過傳動軸與直驅(qū)發(fā)電機(jī)相連；所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置用于將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱；所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱；所述海流能轉(zhuǎn)換裝置用于將海流能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱；所述功率傳動箱用于接收波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并將波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能疊加后，驅(qū)動直驅(qū)發(fā)電機(jī)發(fā)電。所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)還包括測控裝置，所述測控裝置分別與波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置相連，用于測量風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，控制波浪能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能。所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)波浪能獲取單元、總高壓油管、截止溢流閥、儲能器、油路開關(guān)、可控液壓馬達(dá)、總回油管和第一單向閥；所述波浪能獲取單元包括浮子、浮子臂、擺動式液壓缸、出油口單向閥和進(jìn)油口單向閥，所述浮子與浮子臂的一端固定連接，浮子臂的另一端與擺動式液壓缸的轉(zhuǎn)軸連接，擺動式液壓缸的油口經(jīng)液壓管路分別與出油口單向閥和進(jìn)油口單向閥相連；每個(gè)波浪能獲取單元的出油口單向閥經(jīng)液壓管路與總高壓油管相連，每個(gè)波浪能獲取單元的進(jìn)油口單向閥經(jīng)液壓管路與總回油管相連，總高壓油管、截止溢流閥、儲能器、 油路開關(guān)、可控液壓馬達(dá)、第一單向閥和總回油管順序相連；可控液壓馬達(dá)與波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸與功率傳動箱相連。所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置包括安裝于第一垂直傳動軸上的升力型風(fēng)輪、阻力型風(fēng)輪、用于固定第一垂直傳動軸的第一塔架以及第一塔架底部的平臺；所述阻力型風(fēng)輪位于升力型風(fēng)輪的下方以及第一塔架的上方，第一垂直傳動軸通過上下兩組第一調(diào)心滾子軸承以及第一垂直傳動軸底部的第一止推軸承分別固定在第一塔架頂部及第一塔架底部的平臺上；所述第一垂直傳動軸在第一塔架底部的平臺處通過風(fēng)輪換向機(jī)構(gòu)與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸與功率傳動箱相連。所述海流能轉(zhuǎn)換裝置包括安裝于第二垂直傳動軸上的水輪、用于固定第二垂直傳動軸的第二塔架以及第二塔架底部的平臺；所述第二垂直傳動軸通過上下兩組第二調(diào)心滾子軸承以及第二垂直傳動軸底部的第二止推軸承分別固定在第二塔架頂部及第二塔架底部的平臺上；所述第二垂直傳動軸在第二塔架底部的平臺處通過水輪換向機(jī)構(gòu)與海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸與功率傳動箱相連。所述功率傳動箱包括第一行星差動齒輪、第一疊加功率輸出軸、第二行星差動齒輪和第二疊加功率輸出軸；所述第一行星差動齒輪用于根據(jù)差動輪系的傳動原理，將波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸和海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的功率疊加，并通過第一疊加功率輸出軸輸出；所述第二行星差動齒輪用于根據(jù)差動輪系的傳動原理，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸和第一疊加功率輸出軸的功率疊加，并通過第二疊加功率輸出軸輸出到直驅(qū)發(fā)電機(jī)。所述測控裝置包括風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器、海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器以及PLC控制器；所述PLC控制器分別與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器、海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器和可控液壓馬達(dá)相連；所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，用于測量風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速送入PLC 控制器；所述海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器與海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，用于測量海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，并將海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速送入PLC控制器；
所述PLC控制器用于分別根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速以及海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率和海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率，之后根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率、海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率以及所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)自身的額定功率，計(jì)算可控液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率，并控制可控液壓馬達(dá)按照目標(biāo)輸出功率進(jìn)行輸出。本發(fā)明將三種能源轉(zhuǎn)換裝置整合在一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中，解決采用單一能源的海上發(fā)電系統(tǒng)缺乏供電穩(wěn)定性的問題；同時(shí)，采用功率傳動箱疊加三種能源的輸出功率，簡化了發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。


圖1是海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是海流能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是水輪剖面6
圖5是差動輪系結(jié)構(gòu)圖，(a)是第一行星差動齒輪系結(jié)構(gòu)圖，(b)是第二行星差動齒輪系結(jié)構(gòu)圖；圖6是功率傳動箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-浮子，2-浮子臂，3-擺動式液壓缸，4-擺動式液壓缸的轉(zhuǎn)軸，5-液壓管路，6-出油口單向閥，7-進(jìn)油口單向閥，8-總高壓油管，9-總回油管，10-截止溢流閥， 11-儲能器，12-油路開關(guān)，13-可控液壓馬達(dá)，14-PLC控制器，15-第一單向閥，16-升力型風(fēng)輪，17-阻力型風(fēng)輪，18-第一垂直傳動軸，19-第一塔架，20-第一塔架底部的平臺，21-第一調(diào)心滾子軸承，22-第一止推軸承，23-風(fēng)輪換向機(jī)構(gòu)，24-風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸，25-功率傳動箱，26-水輪，27-第二垂直傳動軸，28-第二塔架，29-第二塔架底部的平臺，30-第二調(diào)心滾子軸承，31-第二止推軸承，32-水輪換向機(jī)構(gòu)，33-海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸，34-風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器，35-海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器，36-波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸，37-水輪底部固定盤，38-S形水輪機(jī)的葉片，39-S形水輪機(jī)的支撐軸， 40-第一行星差動齒輪，41-第一疊加功率輸出軸，42-第二行星差動齒輪，43-第二疊加功率輸出軸，44-直驅(qū)發(fā)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明提供的海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)包括波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置、海流能轉(zhuǎn)換裝置、功率傳動箱和直驅(qū)發(fā)電機(jī)。波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置分別與功率傳動箱相連；功率傳動箱通過傳動軸與直驅(qū)發(fā)電機(jī)相連。波浪能轉(zhuǎn)換裝置用于將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱，風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱，海流能轉(zhuǎn)換裝置用于將海流能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱，功率傳動箱用于接收波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并將波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能疊加后，驅(qū)動直驅(qū)發(fā)電機(jī)發(fā)電。海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)還包括測控裝置，測控裝置分別與波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置相連，用于測量風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，控制波浪能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能。圖1是海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)波浪能獲取單元、總高壓油管8、截止溢流閥10、儲能器11、油路開關(guān)12、可控液壓馬達(dá)13、總回油管9和第一單向閥15。其中，波浪能獲取單元包括浮子1、浮子臂2、擺動式液壓缸3、出油口單向閥6和進(jìn)油口單向閥7。浮子1與浮子臂2的一端固定連接，浮子臂2的另一端與擺動式液壓缸3的轉(zhuǎn)軸連接，擺動式液壓缸3的油口經(jīng)液壓管路5分別與出油口單向閥 6和進(jìn)油口單向閥7相連。每個(gè)波浪能獲取單元的出油口單向閥6經(jīng)液壓管路5與總高壓油管8相連，每個(gè)波浪能獲取單元的進(jìn)油口單向閥7經(jīng)液壓管路5與總回油管9相連，總高壓油管8、截止溢流閥10、儲能器11、油路開關(guān)12、可控液壓馬達(dá)13、第一單向閥15和總回油管9順序相連。可控液壓馬達(dá)13與波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸36相連，波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸36與功率傳動箱25相連。儲能器11位于擺動式液壓缸3與可控液壓馬達(dá)13之間的液壓管路上，用于吸收瞬變波浪變化引起的壓力和流量的波動，在波浪大時(shí)儲存多余的能量，波浪小時(shí)釋放能量， 用于平衡波浪較小時(shí)造成的發(fā)電系統(tǒng)的功率下降。浮子1可以采用半球體空心浮筒。浮子臂2在浮子1的作用下做小角度擺動，并帶動擺動式液壓缸3的擺動軸轉(zhuǎn)動，排出高壓的液壓油，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能-液壓能的轉(zhuǎn)化。半球形浮子采用陣列型結(jié)構(gòu)布置，在安裝波浪能轉(zhuǎn)換裝置的平臺兩側(cè)的鋼架上分別布置多個(gè)浮子，使得在一定空間內(nèi)可以盡多地布置浮子個(gè)數(shù)， 各個(gè)浮子對應(yīng)液壓缸輸出的高壓油在總高壓油管匯集后最終輸送至可控液壓馬達(dá)做功。為了保護(hù)儲能器11及下游的設(shè)備，在儲能器11前安裝有截止溢流閥10，截止溢流閥10的功能是控制擺動式液壓缸3卸載和加載高壓液油，當(dāng)擺動式液壓缸3輸出壓力較大、達(dá)到儲能器11的安全壓力時(shí)，截止溢流閥10開啟，擺動式液壓缸3卸載高壓液油，高壓液油會通過截止溢流閥10流回油箱；當(dāng)油壓降低到安全壓力的85%時(shí)，截止溢流閥10關(guān)閉，擺動式液壓缸3恢復(fù)向儲能器11充液，實(shí)現(xiàn)向擺動式液壓缸3加載高壓液油。此外，截止溢流閥10內(nèi)安裝有單向閥，以防止儲能器11中的高壓液油倒流。風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置包括安裝于第一垂直傳動軸18上的升力型風(fēng)輪16、阻力型風(fēng)輪17、 用于固定第一垂直傳動軸18的第一塔架19以及第一塔架底部的平臺20。圖2是風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中，阻力型風(fēng)輪17位于升力型風(fēng)輪16的下方以及第一塔架19的上方，第一垂直傳動軸18通過上下兩組第一調(diào)心滾子軸承21以及第一垂直傳動軸18底部的第一止推軸承22分別固定在第一塔架19頂部及第一塔架底部的平臺20上。第一垂直傳動軸18在第一塔架底部的平臺20處通過風(fēng)輪換向機(jī)構(gòu)23與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸M相連，風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸M與功率傳動箱25相連。海流能轉(zhuǎn)換裝置包括安裝于第二垂直傳動軸27上的水輪沈、用于固定第二垂直傳動軸27的第二塔架觀以及第二塔架底部的平臺四。圖3是海流能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3中，第二垂直傳動軸27通過上下兩組第二調(diào)心滾子軸承30以及第二垂直傳動軸底部的第二止推軸承31分別固定在第二塔架觀頂部及第二塔架底部的平臺四上。第二垂直傳動軸27在第二塔架底部的平臺四處通過水輪換向機(jī)構(gòu)32與海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸33相連，海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸33與功率傳動箱25相連。海流能轉(zhuǎn)換裝置的水輪浸在海水中，圖4是水輪剖面圖，圖4中，本發(fā)明的水輪優(yōu)選采用S形水輪，S形水輪機(jī)的葉片38在水流的帶動下圍繞S形水輪機(jī)的支撐軸39轉(zhuǎn)動， S形水輪機(jī)的支撐軸39固定在水輪底部固定盤37上。圖5是差動輪系結(jié)構(gòu)圖，(a)是第一行星差動齒輪系結(jié)構(gòu)圖，(b)是第二行星差動齒輪系結(jié)構(gòu)圖。圖5中，功率傳動箱25包括第一行星差動齒輪40、第一疊加功率輸出軸41、 第二行星差動齒輪42和第二疊加功率輸出軸43。第一行星差動齒輪40用于根據(jù)差動輪系的傳動原理，將波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸和海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的功率疊加，并通過第一疊加功率輸出軸41輸出。第二行星差動齒輪42用于根據(jù)差動輪系的傳動原理，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸M和第一疊加功率輸出軸41的功率疊加，并通過第二疊加功率輸出軸43輸出到直驅(qū)發(fā)電機(jī)。圖6是功率傳動箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖6反映出了第一行星差動齒輪系與第二行星差動齒輪系的位置連接關(guān)系。本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)還可以包括測控裝置，用于自動調(diào)節(jié)海浪能的輸出功率。測控裝置包括風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器、海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器以及PLC控制器。如圖1所示，PLC控制器14分別與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器34、海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器35和可控液壓馬達(dá)13相連。風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器34與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸M相連，用于測量風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速， 并將風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸24的扭矩和轉(zhuǎn)速送入PLC控制器14。海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器35與海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸33相連，用于測量海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸33的扭矩和轉(zhuǎn)速，并將海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸33的扭矩和轉(zhuǎn)速送入PLC控制器14。PLC控制器14用于分別根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速以及海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率和海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率，之后根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率、海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率以及所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)自身的額定功率，計(jì)算可控液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率，并控制可控液壓馬達(dá)按照目標(biāo)輸出功率進(jìn)行輸出，從而使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在自身的額定功率附近。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)包括波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置、海流能轉(zhuǎn)換裝置、功率傳動箱和直驅(qū)發(fā)電機(jī)；所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置分別與功率傳動箱相連；所述功率傳動箱通過傳動軸與直驅(qū)發(fā)電機(jī)相連；所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置用于將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱； 所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱； 所述海流能轉(zhuǎn)換裝置用于將海流能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱； 所述功率傳動箱用于接收波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并將波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能疊加后，驅(qū)動直驅(qū)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)還包括測控裝置，所述測控裝置分別與波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置相連，用于測量風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，控制波浪能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)波浪能獲取單元、總高壓油管、截止溢流閥、儲能器、油路開關(guān)、可控液壓馬達(dá)、總回油管和第一單向閥；所述波浪能獲取單元包括浮子、浮子臂、擺動式液壓缸、出油口單向閥和進(jìn)油口單向閥，所述浮子與浮子臂的一端固定連接，浮子臂的另一端與擺動式液壓缸的轉(zhuǎn)軸連接，擺動式液壓缸的油口經(jīng)液壓管路分別與出油口單向閥和進(jìn)油口單向閥相連；每個(gè)波浪能獲取單元的出油口單向閥經(jīng)液壓管路與總高壓油管相連，每個(gè)波浪能獲取單元的進(jìn)油口單向閥經(jīng)液壓管路與總回油管相連，總高壓油管、截止溢流閥、儲能器、油路開關(guān)、可控液壓馬達(dá)、第一單向閥和總回油管順序相連；可控液壓馬達(dá)與波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸與功率傳動箱相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置包括安裝于第一垂直傳動軸上的升力型風(fēng)輪、阻力型風(fēng)輪、用于固定第一垂直傳動軸的第一塔架以及第一塔架底部的平臺；所述阻力型風(fēng)輪位于升力型風(fēng)輪的下方以及第一塔架的上方，第一垂直傳動軸通過上下兩組第一調(diào)心滾子軸承以及第一垂直傳動軸底部的第一止推軸承分別固定在第一塔架頂部及第一塔架底部的平臺上；所述第一垂直傳動軸在第一塔架底部的平臺處通過風(fēng)輪換向機(jī)構(gòu)與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸與功率傳動箱相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述海流能轉(zhuǎn)換裝置包括安裝于第二垂直傳動軸上的水輪、用于固定第二垂直傳動軸的第二塔架以及第二塔架底部的平臺；所述第二垂直傳動軸通過上下兩組第二調(diào)心滾子軸承以及第二垂直傳動軸底部的第二止推軸承分別固定在第二塔架頂部及第二塔架底部的平臺上；所述第二垂直傳動軸在第二塔架底部的平臺處通過水輪換向機(jī)構(gòu)與海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸與功率傳動箱相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述功率傳動箱包括第一行星差動齒輪、第一疊加功率輸出軸、第二行星差動齒輪和第二疊加功率輸出軸；所述第一行星差動齒輪用于根據(jù)差動輪系的傳動原理，將波浪能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸和海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的功率疊加，并通過第一疊加功率輸出軸輸出；所述第二行星差動齒輪用于根據(jù)差動輪系的傳動原理，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸和第一疊加功率輸出軸的功率疊加，并通過第二疊加功率輸出軸輸出到直驅(qū)發(fā)電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述測控裝置包括風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器、海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器以及PLC控制器；所述PLC控制器分別與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器、海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器和可控液壓馬達(dá)相連；所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器與風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，用于測量風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速送入PLC控制器；所述海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器與海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸相連，用于測量海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，并將海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速送入 PLC控制器；所述PLC控制器用于分別根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速以及海流能轉(zhuǎn)換裝置的扭矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率和海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率，之后根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率、海流能轉(zhuǎn)換裝置的輸出功率以及所述海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)自身的額定功率，計(jì)算可控液壓馬達(dá)的目標(biāo)輸出功率，并控制可控液壓馬達(dá)按照目標(biāo)輸出功率進(jìn)行輸出ο
全文摘要
本發(fā)明公開了能源開發(fā)與利用技術(shù)領(lǐng)域中的一種海上綜合能源發(fā)電系統(tǒng)。包括波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置、海流能轉(zhuǎn)換裝置、功率傳動箱和直驅(qū)發(fā)電機(jī)；波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置分別與功率傳動箱相連；功率傳動箱與直驅(qū)發(fā)電機(jī)相連；波浪能轉(zhuǎn)換裝置用于將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱；風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱；海流能轉(zhuǎn)換裝置用于將海流能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出到功率傳動箱；功率傳動箱用于接收波浪能轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置和海流能轉(zhuǎn)換裝置輸出的機(jī)械能，并將接收的機(jī)械能疊加后，驅(qū)動直驅(qū)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的海上能源發(fā)電系統(tǒng)存在的穩(wěn)定性差和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
文檔編號F03B13/00GK102359431SQ20111025765
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者代術(shù)建, 劉莎莎, 成明, 王兵兵, 王向志, 趙麗君, 陳昆亮, 韓立, 顧煜炯, 黃晶華 申請人:華北電力大學(xué)