[发明专利]一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法

说明书

本发明提供的一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法，包括利用潮流能发电的潮流能横轴发电系统；用于控制潮流能横轴发电系统供电电路开合的风潮耦合电气控制系统；所述风潮耦合电气控制系统包括综合控制终端和风力发电机，其中，风力发电机连接风机叶片，用以实现风能发电；所述综合控制终端用于采集潮流能横轴发电系统输出端和风力发电机输出端的电压值，并根据潮流能横轴发电系统输出端的电压值和风力发电机输出端的电压值之间的偏差控制潮流能横轴发电系统供电电路开合；本发明有效利用了海上风电相关电气设备的功率缺额空间，提升海上能源利用率，同时基于现有设备设计进行安装，大大减小了相应的基建、设备、运维成本。

技术领域

本发明属于海上风电与海洋能发电技术领域，特别涉及一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法。

背景技术

为了应对气候变暖带来的严峻环境问题，可再生能源技术近年来得到了快速的发展。由于近海海面比较充裕的风能条件，以及技术提高和成本下降带来的乘数效应，近年来海上风电兴起了建设热潮，海上风电装机总额和项目数量连年攀升，但由于风力发电需要依靠不确定的风能，输出功率不稳定，达不到额定功率，海上风电相关电气设备有很大的功率缺额空间未被利用，海上能源利用不够充分。

另一方面，海洋能作为一种可再生清洁能源，具有不占用陆上土地，且总量极其丰富的特点。潮流能发电技术在此背景下孕育而生，潮流能相对太阳能和风能，其能量密度更大，且根据地月日运动具有可预测性，能量相对稳定；潮流能应用较为成熟的水轮机机械能-电能转化原理，近年来在国内外开展了一系列的试验和应用，前景广阔。然而，潮流能因为远离陆地，其铺设离岸电力传输、控制等设备的基建成本很大，且易受到恶劣海况的破坏，单独建设离岸潮流能电站的经济性较低。

目前，在海上风电与海洋能发电技术领域还提出了潮流能发电设备：

中国实用新型专利，专利公开号CN203499903U提出了一种风能潮流能联合发电装置。其中，装置潮流能发电机与风力发电机共用一个立柱，布置在海面以下，直接套在海面以下的风力发电机立柱上，潮流能电力输出端直接与风力发电机电力输出端汇流后共用一条线路输出至陆上升压站，节省了一定的建设和设备成本；潮流能发电机采用垂直轴形式，对潮流方向的适应性好，获能系数高。

但是该实用新型专利公开的发电装置存在以下不足：海上风力发电机立柱为保证强度和经济性一般情况下不会小于5m，若直接将垂直轴发电机套在其上，垂直轴水轮机的直径会非常大，自启动较为困难；同时，垂直轴发电机直接套在立柱上，发电机一般在中心轴处设置，由四周水轮机叶片带动中心轴旋转，由于有立柱存在，水轮机叶片与中心轴间的连接部分需要贯穿整个立柱截面，在实际中很难实现。

中国发明专利，专利公开号CN 107542626 A提出了一种海上风电和垂直轴式潮流能联合发电装置。其中，装置潮流能发电机采用垂直轴设计，直接布置在风力发电机桩柱中间，并搭配整流罩，提高了潮流能发电及运行效率；配套潮流监测系统和控制单元可以结合潮流信息调整潮流能设备，可以确保设备效率和安全。装置可以将风力发电电力输入到潮流能发电机使其启动，解决了潮流能发电机组的自启动问题。潮流能和风电共用一套输电设备，将所发电能输出，节约了相应配套成本。

但是该发明专利公开的发电装置存在以下不足：潮流能发电机直接布置在海面下的立柱中间，需要将海上风机立柱中间镂空出一个空间，对立柱整体的强度要求很高，在实际情况中很难实现；同时，该设计情况下垂直轴水轮机直径不能超过立柱直径，规格较小，缺乏经济性；另外，垂直轴水轮机设备安装水深较大，在后期不利于维修，运维成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于桩柱式海上风电设备的横轴式潮流能发电装置及方法，该装置充分利用海上风电固有的基础固定结构，及其电力、信号传输系统，通过潮流能发电，一方面设备有效地填补海上风电相关电气设备的功率缺额空间，使海上能源利用率进一步提升，另一方面大幅度降低了潮流能设备前期相应基建费用，同时有效提升了设备维护的便利性。