一种海上风力发电装置及发电方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，尤其涉及一种海上风力发电装置及发电方法。

背景技术

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。我国东部沿海水深50m以内的海域面积辽阔，而且距离电力负荷中心(沿海经济发达电力紧缺区)很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。

授权公告号为CN214499321U的中国专利文件提供公开了一种设有稳定基座的海上风力发电装置，包括风力发电机箱体和基座体，所述风力发电机箱体前端设置有叶片，风力发电机箱体的底部连接有塔筒，塔筒的底部连接在基座体的顶面上；固板的顶部使用连杆固定有二次加固环。

上述海上发电装置解决了装置的稳定性问题，但也限制了风力发电机的桨叶位置。桨叶位置固定，导致风能获取的局限性大，进而影响风能转化为电能的量，不利于绿色能源的高效回收。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，提出一种海上风力发电装置及发电方法。本发明根据海风实时情况，将风力发电器的桨叶偏转至合适位置，以获取更多的风能。同时太阳能电池板和多组风力发电器共同收集海上能源，实现高效的、智能的绿色能源回收，解决电力供应问题，节能环保。

本发明提出一种海上风力发电装置，包括底座、支撑杆、风力发电器、减摇座、定位件、海风监测器、漂浮减摇件一、漂浮减摇件二和控制系统。

底座漂浮在海面上，外周设置水平感应仪以及驱动件。支撑杆分散安装在底座的外周上，底部通过驱动件传动，实现同步转动。风力发电器设置在支撑杆的顶部，通过支撑杆转动，同步调节桨叶方向，且每组风力发电器桨叶方向一致，互不干涉。减摇座设置在底座的中心上方，外部设置太阳能电池板，内部设置连接风力发电器和太阳能电池板的蓄电设备。定位件设置在减摇座上，对周围的支撑杆进行定位。海风监测器设置在减摇座上，监测海风的风向和风速。漂浮减摇件一设置在底座的中心下方。漂浮减摇件二围绕漂浮减摇件一设置在底座的下方。漂浮减摇件一和漂浮减摇件二根据水平感应仪监测结果，选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换。控制系统，收集海风监测器和水平感应仪数据，调控定位件、驱动件、漂浮减摇件一和漂浮减摇件二。

优选的，底座包括三角架；减摇座、漂浮减摇件一和漂浮减摇件二均设置在三角架上；三角架的三条边上设置漂浮条，顶角上设置漂浮台；支撑杆转动设置在漂浮台上。

优选的，驱动件包括传动链条、电机一、传动链轮和驱动链轮；漂浮台的下端设置与支撑杆同轴连接的传动链轮；漂浮条上设置两头开口的安装槽一；传动链条呈三角环形，顶角套住且依次啮合三组传动链轮，同时三边分别贯穿安装槽一；驱动链轮通过电机一驱动，转动设置在安装槽一内，同时与传动链条啮合。

优选的，定位件包括定位座；定位座设置在减摇座顶部，侧壁设置连接杆；连接杆的端部设置与支撑杆一一对应的卡套，还设置卡槽；支撑杆转动设置在卡套内，且对应卡槽位置，设置一圈卡孔；卡槽的槽底设置电磁铁，槽口设置金属卡杆；金属卡杆和电磁铁之间设置推动弹簧；推动弹簧在电磁铁未通电时，推动金属卡杆卡入卡孔。

优选的，海风监测器设置在定位座顶部。

优选的，漂浮减摇件一包括漂浮筒一；漂浮筒一的底部设置带进水口和排水口的球面，内部设置安装架；安装架设置在底座上，其上设置电机二以及通过电机二驱动旋转的绕链轴；绕链轴上卷绕减摇链条；减摇链条的外端设置与进水口配合的活塞。

优选的，漂浮筒一的排水口上设置排水泵。

优选的，活塞包括大头端和小头端；小头端与进水口卡合，大头端伸出漂浮筒一，并设置固定锚。

优选的，漂浮减摇件二包括漂浮筒二；底座上设置对漂浮筒二充放气用的气泵；漂浮筒二设置在漂浮筒二的底部，位置与水平感应仪一一对应，内部设置活塞板，底部设置进出水阀，顶部设置进出气阀。

本发明由提出一种包括述海上风力发电装置的发电方法，步骤如下：

S1、装置通过底座漂浮在海面上；

S2、海风监测器监测海风的风向和风速，水平感应仪监测装置的稳定情况；

S3、根据海风的风向和风速，通过驱动件传动，支撑杆同步转动，使得桨叶偏转至转速最大位置，获取更多的风能；

S4、调节方向后，定位件对支撑杆进行定位；

S5、根据装置的稳定情况，漂浮减摇件一和漂浮减摇件二选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换；

S6、太阳能电池板和风力发电器分别收集海上能源，转化为电能存储至蓄电设备，再通过蓄电设备进一步进行电能传输。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

一、本发明根据海风实时情况，将风力发电器的桨叶偏转至合适位置，以获取更多的风能。同时太阳能电池板和多组风力发电器共同收集海上能源，实现高效的、智能的绿色能源回收，解决电力供应问题，节能环保。

二、本发明设置漂浮减摇件一，通过收放固定锚和吸排海水调节装置的漂浮性和减摇性，以应对不同天气环境，保证装置的稳定性、安全性。

三、本发明设置漂浮减摇件二，根据不同位置的起伏差异，选择性的将海水吸入加重或排出减重，实现对装置摇晃的对抗、调节，动态维持装置的稳定性、安全性。

附图说明

图1为本发明一种实施例结构示意图(视角一)；

图2为本发明一种实施例结构示意图(视角二)；

图3为图2中底座的局部放大图；

图4为本发明一种实施例中驱动件的结构示意图；

图5为图1中定位件的局部放大图；

图6为本发明一种实施例中卡合件的局部剖视图；

图7为本发明一种实施例中漂浮减摇件一和漂浮减摇件二的剖视图；

图8为本发明一种实施例中海水风力发电方法流程图。

附图标记：1、底座；101、三角架；102、漂浮条；1021、安装槽一；103、漂浮台；2、支撑杆；201、卡孔；3、风力发电器；4、减摇座；5、海风监测器；6、定位件；601、定位座；602、连接杆；603、卡套；604、金属卡杆；605、电磁铁；606、卡槽；607、推动弹簧；7、漂浮减摇件一；701、漂浮筒一；702、排水泵；703、活塞；704、固定锚；705、安装架；706、电机二；707、减摇链条；8、漂浮减摇件二；801、漂浮筒二；802、进出水阀；803、活塞板；804、气泵；805、进出气阀；9、驱动件；901、传动链轮；902、传动链条；903、电机一；904、驱动链轮；10、水平感应仪。

具体实施方式

实施例一

如图1-图2所示，本发明提出的一种海上风力发电装置，包括底座1、支撑杆2、风力发电器3、减摇座4、定位件6、海风监测器5、漂浮减摇件一7、漂浮减摇件二8和控制系统。

底座1漂浮在海面上，外周设置水平感应仪10以及驱动件9。支撑杆2分散安装在底座1的外周上，底部通过驱动件9传动，实现同步转动。风力发电器3设置在支撑杆2的顶部，通过支撑杆2转动，同步调节桨叶方向，且每组风力发电器3桨叶方向一致，互不干涉。减摇座4设置在底座1的中心上方，外部设置太阳能电池板，内部设置连接风力发电器3和太阳能电池板的蓄电设备。定位件6设置在减摇座4上，对周围的支撑杆2进行定位。海风监测器5设置在减摇座4上，监测海风的风向和风速。漂浮减摇件一7设置在底座1的中心下方。漂浮减摇件二8围绕漂浮减摇件一7设置在底座1的下方。漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8根据水平感应仪10监测结果，选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换。控制系统，收集海风监测器5和水平感应仪10数据，调控定位件6、驱动件9、漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8。

本实施例通过海风监测器5监测海风的风向和风速，水平感应仪10监测装置的稳定情况。当出现海风的风向和风速变化时，通过驱动件9传动，支撑杆2同步转动，使得桨叶偏转至转速最大位置(迎风方向)，获取更多的风能。同时太阳能电池板工作，和多组风力发电器3共同收集海上能源，实现高效的、智能的绿色能源回收，解决电力供应问题，节能环保。通过漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换，减少风浪对装置的影响，保证装置的安全性、稳定性。

实施例二

如图1-图2所示，本发明提出的一种海上风力发电装置，包括底座1、支撑杆2、风力发电器3、减摇座4、定位件6、海风监测器5、漂浮减摇件一7、漂浮减摇件二8和控制系统。

底座1漂浮在海面上，外周设置水平感应仪10以及驱动件9。支撑杆2分散安装在底座1的外周上，底部通过驱动件9传动，实现同步转动。风力发电器3设置在支撑杆2的顶部，通过支撑杆2转动，同步调节桨叶方向，且每组风力发电器3桨叶方向一致，互不干涉。减摇座4设置在底座1的中心上方，外部设置太阳能电池板，内部设置连接风力发电器3和太阳能电池板的蓄电设备。定位件6设置在减摇座4上，对周围的支撑杆2进行定位。海风监测器5设置在减摇座4上，监测海风的风向和风速。漂浮减摇件一7设置在底座1的中心下方。漂浮减摇件二8围绕漂浮减摇件一7设置在底座1的下方。漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8根据水平感应仪10监测结果，选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换。控制系统，收集海风监测器5和水平感应仪10数据，调控定位件6、驱动件9、漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8。

如图3所示，底座1包括三角架101；减摇座4、漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8均设置在三角架101上；三角架101的三条边上设置漂浮条102，顶角上设置漂浮台103；支撑杆2转动设置在漂浮台103上。设置三角结构的底座1，外周设置漂浮条102和漂浮台103，使得装置的稳定性、漂浮性强。

如图4所示，驱动件9包括传动链条902、电机一903、传动链轮901和驱动链轮904；漂浮台103的下端设置与支撑杆2同轴连接的传动链轮901；漂浮条102上设置两头开口的安装槽一1021；传动链条902呈三角环形，顶角套住且依次啮合三组传动链轮901，同时三边分别贯穿安装槽一1021；驱动链轮904通过电机一903驱动，转动设置在安装槽一1021内，同时与传动链条902啮合。需要调节支撑杆2角度时，通过电机一903带动驱动链轮904旋转，传动链条902围绕传动链轮901移动，带动上端的三组支撑杆2同步转动，使得风力发电器3的桨叶偏转至迎风，进而实现对风能的高效获取。

如图5-图6所示，定位件6包括定位座601；定位座601设置在减摇座4顶部，侧壁设置连接杆602；连接杆602的端部设置与支撑杆2一一对应的卡套603，还设置卡槽606；支撑杆2转动设置在卡套603内，且对应卡槽606位置，设置一圈卡孔201；卡槽606的槽底设置电磁铁605，槽口设置金属卡杆604；金属卡杆604和电磁铁605之间设置推动弹簧607；推动弹簧607在电磁铁605未通电时，推动金属卡杆604卡入卡孔201。需要转动支撑杆2时，电磁铁605通电，将金属卡杆604吸附至退出卡孔201，支撑杆2活动。需要固定支撑杆2上，电磁铁605断电，推动弹簧607在电磁铁605未通电时，推动金属卡杆604卡入卡孔201。通过对支撑杆2选择性定位，实现在不同风向、风速下，对风力发电器3的桨叶角度调节和固定，提高风能的获取量，进而转换出更多的电能。

如图1、2、5所示，海风监测器5设置在定位座601顶部，位于多组风力发电器3的中心，对海上风向、风速实时监测，实现智能风力发电。

实施例三

如图1-图2所示，本发明提出的一种海上风力发电装置，包括底座1、支撑杆2、风力发电器3、减摇座4、定位件6、海风监测器5、漂浮减摇件一7、漂浮减摇件二8和控制系统。

底座1漂浮在海面上，外周设置水平感应仪10以及驱动件9。支撑杆2分散安装在底座1的外周上，底部通过驱动件9传动，实现同步转动。风力发电器3设置在支撑杆2的顶部，通过支撑杆2转动，同步调节桨叶方向，且每组风力发电器3桨叶方向一致，互不干涉。减摇座4设置在底座1的中心上方，外部设置太阳能电池板，内部设置连接风力发电器3和太阳能电池板的蓄电设备。定位件6设置在减摇座4上，对周围的支撑杆2进行定位。海风监测器5设置在减摇座4上，监测海风的风向和风速。漂浮减摇件一7设置在底座1的中心下方。漂浮减摇件二8围绕漂浮减摇件一7设置在底座1的下方。漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8根据水平感应仪10监测结果，选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换。控制系统，收集海风监测器5和水平感应仪10数据，调控定位件6、驱动件9、漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8。

如图3所示，底座1包括三角架101；减摇座4、漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8均设置在三角架101上；三角架101的三条边上设置漂浮条102，顶角上设置漂浮台103；支撑杆2转动设置在漂浮台103上。设置三角结构的底座1，外周设置漂浮条102和漂浮台103，使得装置的稳定性、漂浮性强。

如图4所示，驱动件9包括传动链条902、电机一903、传动链轮901和驱动链轮904；漂浮台103的下端设置与支撑杆2同轴连接的传动链轮901；漂浮条102上设置两头开口的安装槽一1021；传动链条902呈三角环形，顶角套住且依次啮合三组传动链轮901，同时三边分别贯穿安装槽一1021；驱动链轮904通过电机一903驱动，转动设置在安装槽一1021内，同时与传动链条902啮合。需要调节支撑杆2角度时，通过电机一903带动驱动链轮904旋转，传动链条902围绕传动链轮901移动，带动上端的三组支撑杆2同步转动，使得风力发电器3的桨叶偏转至迎风，进而实现对风能的高效获取。

如图5-图6所示，定位件6包括定位座601；定位座601设置在减摇座4顶部，侧壁设置连接杆602；连接杆602的端部设置与支撑杆2一一对应的卡套603，还设置卡槽606；支撑杆2转动设置在卡套603内，且对应卡槽606位置，设置一圈卡孔201；卡槽606的槽底设置电磁铁605，槽口设置金属卡杆604；金属卡杆604和电磁铁605之间设置推动弹簧607；推动弹簧607在电磁铁605未通电时，推动金属卡杆604卡入卡孔201。需要转动支撑杆2时，电磁铁605通电，将金属卡杆604吸附至退出卡孔201，支撑杆2活动。需要固定支撑杆2上，电磁铁605断电，推动弹簧607在电磁铁605未通电时，推动金属卡杆604卡入卡孔201。通过对支撑杆2选择性定位，实现在不同风向、风速下，对风力发电器3的桨叶角度调节和固定，提高风能的获取量，进而转换出更多的电能。

如图1、2、5所示，海风监测器5设置在定位座601顶部，位于多组风力发电器3的中心，对海上风向、风速实时监测，实现智能风力发电。

如图3、7所示，漂浮减摇件一7包括漂浮筒一701；漂浮筒一701的底部设置带进水口和排水口的球面，内部设置安装架705；安装架705设置在底座1上，其上设置电机二706以及通过电机二706驱动旋转的绕链轴；绕链轴上卷绕减摇链条707；减摇链条707的外端设置与进水口配合的活塞703。

需要进一步说明的是，漂浮筒一701的排水口上设置排水泵702。

需要进一步说明的是，活塞703包括大头端和小头端；小头端与进水口卡合，大头端伸出漂浮筒一701，并设置固定锚704。

本实施例中设置漂浮减摇件一7的具体结构，当水平感应仪10监测到装置摇晃时，电机二706驱动绕链轴转动，放下减摇链条707。固定锚704随着减摇链条707的伸长下坠至海底，起到减摇的效果。同时露出进水口，海水灌入漂浮筒一701，增加了装置的重量，进一步减摇的效果。摇晃减弱后，收回固定锚704，活塞703堵住进水口。排水泵702排空漂浮筒一701，使其恢复漂浮性能。

如图3、7所示，漂浮减摇件二8包括漂浮筒二801；底座1上设置对漂浮筒二801充放气用的气泵804；漂浮筒二801设置在漂浮筒二801的底部，位置与水平感应仪10一一对应，内部设置活塞板803，底部设置进出水阀802，顶部设置进出气阀805。

本实施例中设置漂浮减摇件二8的具体结构，根据不同位置水平感应仪10监测到的起伏差异，翘起位置的漂浮筒二801通过气泵804带动活塞板803上移，将海水吸入加重，下沉位置的漂浮筒二801通过气泵804带动活塞板803下降，将海水排出减重，实现对装置摇晃的对抗、调节，动态吸水、排水，维持装置的稳定性、安全性。

实施例四

如图8所示，本发明由提出一种包括述海上风力发电装置的发电方法，步骤如下：

S1、装置通过底座1漂浮在海面上；

S2、海风监测器5监测海风的风向和风速，水平感应仪10监测装置的稳定情况；

S3、根据海风的风向和风速，通过驱动件9传动，支撑杆2同步转动，使得桨叶偏转至转速最大位置，获取更多的风能；

S4、调节方向后，定位件6对支撑杆2进行定位；

S5、根据装置的稳定情况，漂浮减摇件一7和漂浮减摇件二8选择性进行漂浮模式和减摇模式的切换；

S6、太阳能电池板和风力发电器3分别收集海上能源，转化为电能存储至蓄电设备，再通过蓄电设备进一步进行电能传输。

本实施例中的装置同时收集海上的风能和光能，且收集风能的位置可调，实现能源的高效、智能获取。且装置根据环境变化，进行漂浮模式和减摇模式的切换，保证了稳定性、安全性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。