[發(fā)明專利]一種基于兩自由度發(fā)電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110255836.6
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113027686A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶瑞;司紀(jì)凱;徐帥;嚴(yán)作光;張國振
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D3/00;F03D1/00;F03D13/25;F03B13/20;B63B35/44;H02K35/02;H02K16/04;H02K7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種基于兩自由度發(fā)電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)，包括垂直軸風(fēng)機(1)、兩自由度發(fā)電機(2)、振蕩浮子(3)、懸浮平臺(4)、連桿(5)，系統(tǒng)中垂直軸風(fēng)機(1)安裝在連桿(5)的最上部，而兩自由度發(fā)電機(2)安裝在連桿(5)的底部，兩自由度發(fā)電機(2)固定在海上的懸浮平臺(4)上。連桿(5)與垂直軸風(fēng)機(1)相連隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)，同時也連接在振蕩浮子(4)之上隨著海浪上下運動，因此兩自由度發(fā)電機(3)的動子相對于定子旋轉(zhuǎn)運動、直線運動或螺旋運動，這三種運動都會使得旋轉(zhuǎn)直線發(fā)電機產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)有效發(fā)電。這種系統(tǒng)將單獨的旋轉(zhuǎn)發(fā)電系統(tǒng)與單獨的直線發(fā)電系統(tǒng)集成在一個單元當(dāng)中，節(jié)省了許多能量轉(zhuǎn)換裝置，因此該系統(tǒng)的成本相較于傳統(tǒng)風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)更低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到風(fēng)能與波浪能綜合利用發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及到風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種基于兩自由度發(fā)電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在全球能源日益短缺、人類呼喚“綠色”浪潮的今天，世界能源專家為了探尋人類未來的理想新能源，便將研究的觸角伸向了廣闊的海洋。海洋領(lǐng)域的可再生能源包括風(fēng)能、波浪能、潮汐能、熱能和太陽能等，充分利用海洋領(lǐng)域中巨大的、環(huán)保的能量進行發(fā)電，能大大緩解化石能源枯竭的危機，還能為世界能源增添新的版圖。在海洋領(lǐng)域的多種綠色能源中，風(fēng)能和波浪能的能量密度較高，能量形式更為集中，因此近年來海上風(fēng)能和波浪能的開發(fā)引起了廣泛關(guān)注。目前，獨立開發(fā)海上風(fēng)能或波浪能的發(fā)電系統(tǒng)較多，但是兩種獨立的發(fā)電系統(tǒng)占據(jù)了過多的海洋空間，造成了海域面積緊缺、開發(fā)成本高等問題，風(fēng)能和波浪能的波動性、間歇性和不連續(xù)性還使得單獨的風(fēng)電系統(tǒng)/波浪能發(fā)電系統(tǒng)難以持續(xù)穩(wěn)定地輸出電能。近年來一種將海上風(fēng)能和波浪能綜合利用的海上風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)引起了廣泛關(guān)注，它相較于單獨的風(fēng)電系統(tǒng)/波浪能發(fā)電系統(tǒng)具有單位海域能量產(chǎn)出更高、成本低、不工作小時數(shù)少等優(yōu)勢，成為了新能源發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點之一。針對海上風(fēng)能和波浪能的綜合開發(fā)，國內(nèi)外相繼提出了一些風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)，整體可以分為平臺共用式與機械耦合式兩類。較為典型的平臺共用式風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)包括挪威遠(yuǎn)洋能源公司開發(fā)的三角形單浮體雙風(fēng)機平臺W2Power和蘇格蘭綠色海洋能源公司研制的Wave Treader。在這種系統(tǒng)中，風(fēng)能與波浪能共享平臺、設(shè)備及海域，但是風(fēng)力發(fā)電裝置與波浪能發(fā)電裝置仍是兩個獨立的體系，需要多臺發(fā)電機(風(fēng)力發(fā)電機和波浪能發(fā)電機)同時工作，系統(tǒng)體積依然龐大。而機械耦合式風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)雖然可以通過機械裝置實現(xiàn)風(fēng)能與波浪能的耦合，然后利用同一臺發(fā)電機將收集的耦合動能同時轉(zhuǎn)換，但是系統(tǒng)中需要過多的機械設(shè)備，存在多級能量轉(zhuǎn)換過程，因而普遍具有效率低、可靠性低、穩(wěn)定性差、維護成本高的問題。為了改善傳統(tǒng)風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)中所存在的問題，將兩自由度電機與風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)進行結(jié)合成為了一種減小系統(tǒng)體積、提高系統(tǒng)效率的有效方案，一種基于兩自由度電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)亟待提出。

綜上所述，提供一種基于兩自由度發(fā)電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)效率低、可靠性低、穩(wěn)定性差、維護成本高的問題，本發(fā)明設(shè)計了一種基于兩自由度發(fā)電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)合兩自由度電機集成度高的優(yōu)勢，以期減小系統(tǒng)體積并提高系統(tǒng)效率。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請的一種基于兩自由度發(fā)電機的新型風(fēng)浪結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)，包括垂直軸風(fēng)機(1)、兩自由度發(fā)電機(2)、振蕩浮子(3)、懸浮平臺(4)、連桿(5)。

可選地，垂直軸風(fēng)機(1)安裝在連桿(5)的最上部，而兩自由度發(fā)電機(2)安裝在連桿(5)的底部，兩自由度發(fā)電機(2)固定在海上的懸浮平臺(4)上。連桿(5)與垂直軸風(fēng)機(1)相連隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)，同時也連接在振蕩浮子(4)之上隨著海浪上下運動，因此兩自由度發(fā)電機(3)的動子相對于定子旋轉(zhuǎn)運動、直線運動或螺旋運動，這三種運動都會使得旋轉(zhuǎn)直線發(fā)電機產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)有效發(fā)電，結(jié)合電能后處理電路后，通過輸電電路并入電網(wǎng)或是直接供應(yīng)給用戶。