一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于河口的海洋能耦合发电系统，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台，浮式平台上设置有风力发电机构、潮流能水轮发电机构、制氢储能机构、控制器和锚固组件；制氢储能机构包括蓄电池、海水淡化装置、氢气电解装置、氢气液化装置以及储氢装置。本发明专利技术中，通过将水轮机装置与抗压耐腐的闸门发电装置有效排布与结合，实现了潮流能的二次发电；通过闸门抗压面板与水轮机消能作用有效缓解闸门冲刷。通过将风力发电机组和潮流能发电机组结合在一起，同时集聚了风能和潮流能；通过加设制氢储能装置，有效解决了新能源发电引发的弃风弃电等电网消纳问题；在原有叶片基础上设计了仿生叶片、优化了变桨系统，提高了获能效率。高了获能效率。高了获能效率。

【技术实现步骤摘要】
一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统及方法


[0001]本专利技术属于利用海洋能发电
，具体涉及一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统及方法。

技术介绍

[0002]随着经济社会的不断发展，能源开发存在能源结构严重失衡、能源安全问题严峻、环境污染加剧等突出问题。清洁的可再生能源开发利用已成为各国解决能源问题的突破口，海洋可再生能源的开发愈发受到重视。其中，潮流能发电具有绿色环保、可预测性较强等优势，是最具商业潜力的海洋发电方式。在当下，推动海洋可再生能源的开发与利用，对保障未来能源安全和推进能源绿色发展尤为重要。
[0003]现有技术存在适用于河口与近海的单一发电装置，也有针对缓解河口处闸门承压过大的研究。但对于如何将，同时针对单一闸门如何减轻疲劳损坏的问题仍有待解决。由海洋能耦合发电带来的发电效率低、稳定性差，发电成本大，弃风限电等一系列工程难题也仍然在不断地探索阶段。因此，如何提高海洋能耦合发电平台获能效率与储能能力，如何使耦合发电系统在河口能更好与闸门发电装置结合，提高海洋能利用率，这些都是推动河口海洋能开发利用的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统及方法，解决现有技术中单一海洋能发电的发电量不足的问题；海洋能耦合发电，尤其是风力与潮流能耦合发电装置的获能效率低、发电效率差、环境友好型差等问题。
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术采用如下方案实现：
[0006]一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台，浮式平台上设置有风力发电机构、潮流能水轮发电机构、制氢储能机构、控制器和锚固组件；所述制氢储能机构包括蓄电池、海水淡化装置、氢气电解装置、氢气液化装置以及储氢装置；所述风力发电机构、潮流能水轮组件发电产生的电能储存于蓄电池中，蓄电池为整个发电系统中的负载供能，发电系统中的电器组件与控制器电性连接。
[0007]进一步优化，所述海水淡化装置包括设海水泵、蒸发罐、加热装置、蒸汽压缩机、冷凝管和抽气泵。
[0008]所述海水泵的出水口通过管道与蒸发罐连通，加热装置用于对蒸发罐进行加热，使海水汽化；所述抽气泵的进气端蒸发罐连通，出气端通过与蒸汽压缩机连通，所述蒸汽压缩机用于将从蒸发罐中抽出的热蒸汽压缩得到高温高压水蒸气；蒸汽压缩机与冷凝管连通，用于将高温高压水蒸气进行冷凝液化得到淡水，并将淡水输送至氢气电解装置。
[0009]进一步优化，所述氢气电解装置包括电解槽和出气管；电解槽中装有硫酸盐，用于碱性海水电解水制氢，延缓氯离子对阳极的腐蚀，提升海水电解制氢过程中阳极的稳定时长。蓄电池放电电解淡化海水，通过出气管将氢气送往氢气液化装置中储存，储氢装置释放
氢气给氢燃料电池产生电能。氢气电解装置通过充电、放电的削峰填谷作用，实现对电力系统功率和能量的转移存储，从而有效缓解可再生能源开发中的弃电问题。
[0010]进一步优化，所述控制器中包括能量配置管理模块；在较为稳定的潮流能和/或风能出现峰值的时间段，能量配置管理模块将部分能量直接提供给蓄电池与电解水制氢系统储能；在潮流能和/或风能不足情况下，能量配置管理模块控制储氢装置释放氢气给燃料电池产生电能，燃料电池输出直流电提供给直流负载，或经逆变器生成交流电给交流负载的正常运行；在发电平台的并网型系统中，风潮发电首先满足电网需要，当电网消纳能力不足时，通过海水电解制氢生产制备氢气进行存储，实现电力转储，减少对电网的冲击。
[0011]本专利技术中，风潮耦合发电机制以潮流能发电为主，辅之以风力发电，由风力发电机和更高发电量的潮流能发电机输出直流电流，通过风潮控制器以直流形式提供给直流负载和能量管理模块，或通过逆变器生成交流电保证交流负载的正常运转。能量管理模块将部分能量直接提供给蓄电池，当电网消纳能力不足时，由蓄电池放电电解碱性淡水制氢，并将氢气储存在储氢罐中。当风潮不足时，储氢罐释放氢气给燃料电池产生电能，电能通过能量管理模块以直流形式提供给直流负载，或经逆变器生成交流电保证交流负载的正常运行。
[0012]进一步优化，内河的出海口处安装有闸门，所述浮式平台位于靠近海洋的一侧，距离河口30—50米。所述闸门的门槛上沿其长度方向开设有端面为“山”字形的凹槽，凹槽适配嵌设有弹性水封止水条。所述闸门门槛上靠近海洋的一侧设置承压面板，承压面板和闸门门槛之间设置有弹性填料，通过设置弹性填料，减少潮流对闸门门槛的冲击，延长其使用寿命。所述承压面板为钢制材料，其表面涂敷有环保型低表面处理环氧厚浆涂料。
[0013]由于近海潮流冲击作用下，闸门动水启闭时易产生强烈振动，造成浮式闸门疲劳损伤，影响浮式闸门安全稳定运行。本专利技术中，通过设置承压面板和止水条，承压面板在承接经水轮机消能之后的潮流同时，可以由内部超弹力水封缓冲后反弹，推动前部钢制面板冲击水流，使水流反向。其缓冲作用有利于减少潮水冲击闸门的能量内耗，使潮流经过闸门反射，以较小的速度损失，再次流经水轮机位置进行二次发电，提高利用率和发电效率。同时，通过近海处设置潮流能水轮机与浮式闸门联合使用，水轮机在进行发电作业的同时，也能减弱潮流强度，达到消能防冲作用，从而减少潮流对闸门的冲击损坏和应力集中现象。
[0014]进一步优化，所述浮式平台为六边形，其相对的两个顶点上连接有系泊绳索，系泊绳索的下端与锚连接，整体呈V字型。
[0015]进一步优化，所述风力发电机构包括水平轴风力第一发电机和风力机，水平轴风力发电机固定设置在第一立柱的上端，第一立柱的下端与支浮式平台固连。
[0016]所述潮流能水轮发电机构包括M个发电单元，M为大于等于3的正整数。
[0017]每个发电单元包括浮筒、水平轴潮流能水轮机、第二立柱和第二发电机，所述浮筒竖直固定在浮式平台上，第二发电机固定在浮筒中；第二立柱为中空的管件，其上端与浮筒底部固连，下端与水平轴潮流能水轮机的壳体固连，发电机的输出轴伸出浮筒底板后伸入第二立柱中，且与浮筒底板通过轴承转动连接，输出轴的下端设置有第一锥齿轮，水平轴潮流能水轮机转轴的末端设置有第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合；第一发电机和第二发电机与蓄电池电连接。
[0018]进一步优化，所述风力机和水轮机结构相同，包括壳体、转轴和多个叶片；转轴通过轴承转动设置在壳体中，转轴的一端伸出壳体与连接件固连，多个叶片设置在连接件上。
[0019]所述连接件中设置有与叶片数量相同的电机；电机安装的连接件的腔体中，电机输出轴与对应的一个叶片的根部固定连接，电机能够驱动叶片相对于连接件发生转动；所述叶片靠近其根部的位置套设有支撑环，支撑环通过轴承与叶片转动连接，支撑环沿周向均匀设置有多个支撑杆，支撑杆的另一端与连接件固定连接。
[0020]风力机和每个水轮机的上均设置有一个角度传感器，用于检测叶片的偏转角度；所述浮式平台的底部设置有流速传感器，第一立柱上设置有风速风向传感器，电机、角度传感器、流速传感器、风速风向传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，包括设置于海洋与内河的交汇口处的浮式平台，浮式平台上设置有风力发电机构、潮流能水轮发电机构、制氢储能机构、控制器和锚固组件；所述制氢储能机构包括蓄电池、海水淡化装置、氢气电解装置、氢气液化装置以及储氢装置；所述风力发电机构、潮流能水轮组件发电产生的电能储存于蓄电池中，蓄电池为整个发电系统中的负载供能，发电系统中的电器组件与控制器电性连接。2.根据权利要求1所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，所述海水淡化装置包括设海水泵、蒸发罐、加热装置、蒸汽压缩机、冷凝管和抽气泵；所述海水泵的出水口通过管道与蒸发罐连通，加热装置用于对蒸发罐进行加热，使海水汽化；所述抽气泵的进气端蒸发罐连通，出气端通过与蒸汽压缩机连通，所述蒸汽压缩机用于将从蒸发罐中抽出的热蒸汽压缩得到高温高压水蒸气；蒸汽压缩机与冷凝管连通，用于将高温高压水蒸气进行冷凝液化得到淡水，并将淡水输送至氢气电解装置。3.根据权利要求2所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，所述氢气电解装置包括电解槽和出气管；电解槽中装有硫酸盐；蓄电池放电电解淡化海水，通过出气管将氢气送往氢气液化装置中储存，储氢装置释放氢气给氢燃料电池产生电能。4.根据权利要求3所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，所述控制器中包括能量配置管理模块；在较为稳定的潮流能和/或风能出现峰值的时间段，能量配置管理模块将部分能量直接提供给蓄电池与电解水制氢系统储能；在潮流能和/或风能不足情况下，能量配置管理模块控制储氢装置释放氢气给燃料电池产生电能，燃料电池输出直流电提供给直流负载，或经逆变器生成交流电给交流负载的正常运行；在发电平台的并网型系统中，风潮发电首先满足电网需要，当电网消纳能力不足时，通过海水电解制氢生产制备氢气进行存储。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，内河的出海口处安装有闸门，所述浮式平台位于靠近海洋的一侧，距离河口30—50米；所述闸门的门槛上沿其长度方向开设有端面为“山”字形的凹槽，凹槽适配嵌设有弹性水封止水条；所述闸门门槛上靠近海洋的一侧设置承压面板，承压面板和闸门门槛之间设置有弹性填料；所述承压面板为钢制材料，其表面涂敷有环保型低表面处理环氧厚浆涂料。6.根据权利要求5所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，所述浮式平台为六边形，其相对的两个顶点上连接有系泊绳索，系泊绳索的下端与锚连接，整体呈V字型。7.根据权利要求6所述的兼顾改善闸门流激振动特性的耦合发电系统，其特征在于，所述风力发电机构包括水平轴风力第一发电机和风力机，水平轴风力发电机固定设置在第一立柱的上端，第一立柱的下端与支浮式平台固连；所述潮流能水轮发电机构包括M个发电单元，M为大于等于3的正整数；每个发电单元包括浮筒、水平轴潮流能水轮机、第二立柱和第二发电机，所述浮筒竖直固定在浮式平台上，第二发电机固定在浮筒中；第二立柱为中空的管件，其上端与浮筒底部
固连，下端与水平轴潮流能水轮机的壳体固连，发电机的输出轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉全，凌皓炜，王艺蓉，杨春霞，邵园园，丁子涵，蒋涛，顾晨，赵习羽，陈诚，高子骋，张珂，
申请(专利权)人：江苏省秦淮河水利工程管理处江苏省骆运水利工程管理处，
类型：发明
国别省市：