水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统

摘要

本发明公开了一种水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统，包括风能发电机组、太阳能发电机组和水流动能发电机组，所述风能发电机组主要由风轮、传动系统、发电机、控制保护系统和塔架组成，所述太阳能发电机组主要由太阳能电池组、太阳能控制器和逆变器组成，所述水流动能发电机组采用悬浮式水流动能发电机或分层分列式水流动能发电机组，上述风能发电机组、太阳能发电机组和水流动能发电机组产生的交流电一起输送和上网。该发电系统有风能时风力发电，有光能时光能发电，有水流动能时水流动能发电，既可互补，又可共同作功，可循环发电，本发明结构简单，成本较低，有利于推广和环境保护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别是涉及一种利用水流动能和风能太阳能发电的综合系统。

背景技术

目前，我国发电主要靠煤炭火力发电，由于当前石油、天然气、煤炭日趋短缺，使得国家电力一度再现紧张，而且发电成本高，污染环境严重。水力发电一般采用修坝蓄水方式，利用水落差转换成水轮机高速旋转带动发电机发电，水力发电工程浩大，蓄水会失去大量耕地，大量移民，且安置移民也十分困难，不适宜我国人口多、耕地少、江河枯水期较长的国情。开发利用风能太阳能和水流动能等可再生能源正受到政府高度重视。现在我国利用风能和太阳能发电已经取得了长足的进展，国家支持创造许多条件建立了风能和太阳能发电站。然而江河和海洋的潮汐，海流和海浪的水流动能资源取之不尽，用之不竭，水流动能发电成本低，并且环保，成为本世纪人类能源解决的最佳方案，到目前能合理实现江河海洋水流动能发电的技术基本上处于研究开发阶段，现有的风能和太阳能发电站装置基本上都是单一运行的单体装置，浪费了可同时利用的空间和能源，发电效果不尽理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三能合一的水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统，其特征在于，包括风能发电机组、太阳能发电机组和水流动能发电机组，所述风能发电机组主要由风轮、传动系统、发电机、控制保护系统和塔架组成，其中塔架底部设有一固定于河床或海床的基础固定桩，所述太阳能发电机组主要由太阳能电池组、太阳能控制器和逆变器组成，其中太阳能电池组按不同的方向分多层安装于风能发电机组的塔架上，每层有多块太阳能光伏发电板，所述水流动能发电机组采用悬浮式水流动能发电机或分层分列式水流动能发电机组，由固定连接索将悬浮式水流动能发电机或分层分列式水流动能发电机组与塔架底部的基础固定桩相连，上述风能发电机组、太阳能发电机组和水流动能发电机组产生的交流电一起输送和上网。

所述太阳能发电机组的多层太阳能光伏发电板按不同的方向放置15-20层，每层三块太阳能光伏发电板。

所述固定连接索一端固定在基础固定桩上，另一端分别通过常连式连接装置和可拆式连接装置与悬浮式水流动能发电机或分层分列式水流动能发电机组相连接，将其停泊固定，输送电能的电缆通过常连式连接装置连接。

所述常连式连接装置具体为万向连接头、转动铰接头或采用螺栓直接固定。

所述可拆式连接装置具体为挂钩和螺栓。

所述固定连接索由钢丝缆绳外包防水隔层构成。

所述悬浮式水流动能发电机主要由悬浮装置及固定在下方的水流动能发电机组成。

所述悬浮式水流动能发电机为多个，环绕基础固定桩均匀分布。

所述分层分列式水流动能发电机组主要由“沉底/悬浮”可交换式支架及其上分层分列安装的若干水流海浪潮汐动能发电机构成，可交换式支架主体为三角形的管状结构，其上端具有一管口，底层管粗于另外两根管，水流海浪潮汐动能发电机通过横向支架安装在可交换式支架上。

所述“沉底/悬浮”可交换式支架上的水流海浪潮汐动能发电机组为多个，环绕基础固定桩均匀分布。

本发明所提供的发电系统将动能水流发电和风能太阳能有机地结合在一起，有风能时风力发电，有光能时光能发电，有水流动能时水流动能发电，三者都有时风力光能和水流动能都发电，既可互补，又可共同作功，无需筑坝蓄水提高水位落差，无论洪期水位上涨或枯水期水位下落，都可动能发电。

本发明结构简单，成本较低，可减少电能输送的损耗，这一优点对河流、海浪、潮汐发电尤其重要。海洋风能发电厂和海洋太阳能发电厂建造昂贵的主要原因也包括固定安装困难和海底远距离输送电能的困难。本发明有机地将动能水流发电和风能太阳能结合，大大地降低了建造固定安装成本，也大大降低了输送电能的成本和输送电能的损失。

另一方面海洋和江河里的风力发电机和水流动能发电机的固定比较困难，海底和河底固定打壮费用比较昂贵，三能合一的风能太阳能和水流动能发电系统大大降低了建设成本和安装成本，可根据不同的河流和海洋情况，使用多机或多机组动能水流发电机，又大大提高了空间的使用效率和电能的产出效率。

本发明的动能水流发电理论和技术都与传统的冲击型海浪发电或潮汐发电和水库水坝的水流水利发电不同，而与其它各种发电科技比较，则兼有环保、可再生、廉价等优点，为最合时代需求的新能源。水流动能转换成电能是可再生能源，即使在水流的方向和速度变化的情况下，也是可预测的，这是风能发电和太阳能发电所无法比拟的。而且水流动能发电系统是全天候性的，效率可达到80-90％，是风能发电和太阳能发电的两倍以上。简单和具有模块化设计是可有效地应用于不同情况下的河流，水流、海浪、潮汐和海洋发电。增加或减少几个模块就会有效地减少运行和维护费用。另外，水流动能发电系统不需要水坝和水库或其他大的土木工程，可以减少公众和环境影响，并且大大减少前期投入。动能水流发电系统将海洋、海浪、潮汐、江河、水渠的水流转换成电能。动能水流发电系统完全在水下，安静地自动运行，是在岸上看不见的，无视觉污染和噪音污染。这是风力发电完全做不到的。动能水流发电系统不需要修筑拦河坝，不需要移民和淹没良田，只要河里有流水的地方，就可以建造电站，当然水流的动力越大，发得电就越多，建造工程时间短，经济效益快。

附图说明

图1为本发明第一具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中悬浮式水流动能发电机的结构示意图；

图3为本发明第二具体实施方式的结构示意图；

图4为图3中分层分列式水流动能发电机组的结构示意图。

图中数字编号所对应的零部件或部位名称如下：

11.风轮12.发电机13.塔架14.基础固定桩21.太阳能电池组22.太阳能控制器和逆变器31.悬浮装置32.水流动能发电机41.常连式连接装置42.可拆式连接装置51.固定连接索61.“沉底/悬浮”可交换式支架62.水流海浪潮汐动能发电机63.管口64.横向支架

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。本部分的描述仅是示范性和解释性的说明，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

请参考图1、图2，在此具体实施方式中，本发明所提供的水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统，包括风能发电机、太阳能发电组和水流动能发电机组三部分。

风能发电机主要由风轮11、传动系统、发电机12、控制保护系统和塔架13组成，其中塔架13的底部设有一固定于河床或海床的基础固定桩14。风能发电机组的风向跟踪旋转器可随着风力条件的变化，叶片距控制系统维持着转子的速度，并且偏航控制系统可根据风向来控制整个发电机的旋转方向。

太阳能发电机组主要由太阳能电池组21、太阳能控制器和逆变器22组成，其中太阳能电池组21按不同的方向分多层安装于风能发电机组的塔架13上(以不影响各层接收太阳能为准)，每层有三块太阳能光伏发电板，大大提高了使用太阳能光能空间的效率和产出电能的效率。太阳能光伏发电板用来收集太阳辐射能，并将它们变为直流电，太阳能发电逆变器则把直流电转变为交流电，仅仅使用一个太阳能发电逆变器可将多层太阳能光伏发电板产生的直流电全部转变为交流电。

水流动能发电机组采用悬浮式水流动能发电机，比较适合于江河水渠和浅海水流动能发电，即使在水流的方向和速度变化的情况下，也是可预测的，这是风能发电和太阳能发电所无法比拟的。而且水流发电是全天候性的，效率可达到80-90％，是风能发电和太阳能发电的两倍以上。

悬浮式水流动能发电机主要由悬浮装置31及固定在下方的水流动能发电机32组成，多个悬浮式水流动能发电机环绕基础固定桩14均匀分布，固定连接索51由钢丝缆绳外包防水隔层构成，其一端固定在基础固定桩14上，另一端分别通过常连式连接装置41和可拆式连接装置42与悬浮式水流动能发电机相连接，将其停泊固定，输送电能的电缆通过常连式连接装置41连接。

常连式连接装置41具体可采用万向连接头、转动铰接头或采用螺栓直接固定，可拆式连接装置42具体可采用挂钩，由于能够实现的技术手段较多，这里就不再详细描述。

上述风能发电机组、太阳能发电机组和水流动能发电机组产生的交流电一起输送和上网。

实施例2

请参考图3、图4，在此具体实施方式中，本发明所提供的水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统，包括风能发电机组、太阳能发电机组和水流动能发电机组三部分。

风能发电机组主要由风轮11、传动系统、发电机12、控制保护系统和塔架13组成，其中塔架13的底部设有一固定于河床或海床的基础固定桩14。风能发电机组的风向跟踪旋转器可随着风力条件的变化，叶片距控制系统维持着转子的速度，并且偏航控制系统可根据风向来控制整个发电机的旋转方向。

太阳能发电机组主要由太阳能电池组21、太阳能控制器和逆变器22组成，其中太阳能电池组21按不同的方向分多层安装于风能发电机组的塔架13上(以不影响各层接收太阳能为准)，每层有三块太阳能光伏发电板，大大提高了使用太阳能光能空间的效率和产出电能的效率。太阳能光伏发电板用来收集太阳辐射能，并将它们变为直流电，太阳能发电逆变器则把直流电转变为交流电，仅仅使用一个太阳能发电逆变器可将多层太阳能光伏发电板产生的直流电全部转变为交流电。

海洋的动能比较复杂，包括受风力影响的海浪、受时间影响的潮汐和方向比较稳定的海流，这里采用分层分列式水流动能发电机组，比较适合于海洋的海浪、潮汐和海流动能发电。

分层分列式水流动能发电机组主要由“沉底/悬浮”可交换式支架61及其上分层分列安装的若干水流海浪潮汐动能发电机62构成，可交换式支架61主体为三角形的管状结构，其上端具有一管口63，底层管粗于其它两根管，水流海浪潮汐动能发电机62通过横向支64架安装在可交换式支架61上，上下两层水流海浪潮汐动能发电机的朝向相反。多个分层分列式水流动能发电机组环绕基础固定桩14均匀分布，固定连接索51由钢丝缆绳外包防水隔层构成，其一端固定在基础固定桩14上，另一端分别通过常连式连接装置41和可拆式连接装置42与分层分列式水流动能发电机组相连接，将其停泊固定，输送电能的电缆通过常连式连接装置41连接。

从管口63向管内注入水，由于三角形支架的底层管较粗较重，与固定连接索连接沉浮于底部。当维修维护和更换部件时，分离断开可拆式连接装置，并将三角形支架内的水抽出，整个水流海浪潮汐动能发电机组在“沉底/悬浮”可交换式支架的浮力作用下，漂浮在海面上，易于维修维护和更换。

常连式连接装置41具体可采用万向连接头、转动铰接头或采用螺栓直接固定，可拆式连接装置42具体可采用挂钩，由于能够实现的技术手段较多，这里就不再详细描述。

上述风能发电机组、太阳能发电机组和分层分列式水流动能发电机组产生的交流电一起输送和上网。

我国有巨大的海洋和河流资源，黄海、东海的年平均波高1.5米，南海的平均波高1米，年平均波周期为6秒，据此可以估算出，我国沿海的海浪能约为每米20～40千瓦，总能量达1.7亿千瓦。全世界所具有的海浪能高达25亿千瓦，全世界所具有的潮汐能相近30亿千瓦。海流能就是海洋中的河流产生的能量。浩瀚的海洋中除了有潮水的涨落和波浪的上下起伏之外，有一部分海水经常是朝着一定方向流动的。它犹如人体中流动着的血液，又好比是陆地上奔腾着的大河小溪，在海洋中常年默默奔流着。海流和陆地上的河流一样，也有一定的长度、宽度、深度和流速。一般情况下，海流长达几千公里，比长江、黄河还要长；而其宽度却比一般河流要大得多，可以是长江宽度的几十倍甚至上百倍；海流的速度通常为每小时1～2海里，有些可达到4～5海里。我国的河流能源也是非常丰富，以长江为例，长江水的平均流量是每秒2150立方米，水的平均流速是每秒2.5米。这些河流都可以安装动能水流发电系统，动能水流发电系统不需要修筑拦河坝，不需要移民和淹没良田，只要河里有流水的地方，就可以建造动能水流发电站，当然水流的动力越大，发得电就越多，具有建造工程时间短、经济效益快等优点。

本发明完全利用自然地理要素的整合，为真正的天然的再生能源，故发电的产能计算与传统的发电厂不同。如燃煤火力发电厂消耗燃煤，产能依装机容量的60％左右运转率计算。本发明的产能依河流，水流、海浪、潮汐和海洋的动态和风能太阳能而定。本发明的风能太阳能及水流发电综合系统是全天候性的，效率可达到85-95％，是单独风能发电和单独太阳能发电的两倍以上。并且风能太阳能及动能水流发电互补，减少电能输送的损耗。这一优点对河流、海浪、潮汐发电尤其重要。简单和具有模块化设计是可有效地应用于不同情况下的河流，水流、海浪、潮汐和海洋发电。增加或减少几个模块就会有效地减少运行和维护费。另外，我们的水流发电系统不需要水坝、水库或其他大的土木工程，可以减少公众和环境影响，并且大大减少前期投入，特别适合于在发展中国家使用和推广。

此外，现有的各种环保再生能源的普遍缺点在于建造成本甚高，如传统海浪发电(9000元/KW)、核电(13000元/KW)、风电(7500元/KW)、太阳能(10000元/KW)、液化石油气(6300元/KW)等，故不利于商业效益。本发明发电造价约为4800元/KW，与燃煤火力发电(5000元/KW)的造价相近，具有明显的竞争优势。

动能水流发电每度电的生产成本价低廉，最主要原因是动能水流再生能源没有原料损耗的成本，动能水流的维修及液态油的补给为主要损耗，在动能水流发电厂内的发电机组的维修费用是标准的，经常清洁集压缸内部的活塞及过滤网为主要的维护工作。另一方面，我们的水流发电系统可直接安装在居民中心，从大城市到郊区到乡村。不仅是最需要用电的区域，而且可省下输电损耗和电线的费用，技术也安全，是低成本和高效能源。动能水流发电几乎是全日、全年无休，持续运转，使有效生产力至少达90％，不像风力、太阳能等受自然条件限制，只有2000余小时的生产时数，是风能发电和太阳能发电的两倍以上。

以上对本发明所提供的水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。