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海上柔性 风 力发电技术

阅读：323发布：2020-05-08

专利汇可以提供海上柔性风力发电技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是运用中国古老的以柔克刚技术，把严酷的海上自然环境中的风能转化成平顺的电流，它在杆秤式倾斜轴风力发电设备解决抗台风易维护的基础上更优化了抗台风能力，利用带配重锚链增加设备瞬时柔性；利用高压储气技术增加设备短期柔性；利用控制桨叶末端喷气解决高低空风速不均衡问题取代桨叶偏航技术；利用电解水储氢解决了解决弃风问题增加了设备长期柔性；利用杆秤式倾斜轴风力发电设备的可旋转塔筒技术解决抵抗超级台风问题，独立布置的单台此设备能解决了孤立海岛开发所需要的能源补给问题；合理规划布局的利用本技术的海上风电设备网能解决海上绿色交通网能源补给问题。，下面是海上柔性风力发电技术专利的具体信息内容。

权利要求

1.海上柔性风力发电技术是确保在海上严酷自然环境下顺利利用风能发电的技术，包括瞬时柔性风电技术、短期柔性风电技术、长期柔性风电技术和终极柔性风电技术、层流柔性风电技术和布局柔性风电技术六部分。
2.瞬时柔性风电技术利用带配重锚链的基础浮筒来实现，既能实现单锚链顺浪自寻风技术来代替传统偏航寻风技术，又能依靠锚链重力平衡对瞬时风速改变起到有效缓冲作用。
3.短期柔性风电技术利用空气压缩储能配合桨叶补风的方式来实现，浮筒的空间充分利用起来，除了能起漂浮固定功能外，还能作为高压气体储能室，主浮筒具备100个大气压的抗压能力，利用空气储能开启短期调峰填谷模式，配1MW级可逆发电电动机和鼓风机；此电动发电机还配有充放电整流电池200吨，能利用低速风发电，能辅助风机从静止状态到旋转状态；桨叶后端设有补风口装置，从主浮筒连接管道到桨叶后端补风口，利用高压空气给桨叶动态补风；风速不均匀时，补风口开启开始向后吹风，推动桨叶旋转；当高低空风速度不同时，我们控制不同桨叶补风口吹风量大小，使低空桨叶转速和高空桨叶转速达到平衡，此技术简单易控，可有效取代复杂的桨叶变桨装置；在风速略低于额定风速时，开启补风装置，可推动桨叶达到额定转速，可有效增加额定发电时长。
4.长期柔性风电技术依靠电解水储氢技术来实现，每千克氢气在60大气压下约200L占容积，通过电解水模式获得氢效率暂定为50%，每晚8小时利用弃风发电可以产生1吨氢气，充满左右辅助浮筒的2000立方米需要10吨氢气，我们可以把储氢用来发电，来补充白天风电缺口；把左右储氢辅助浮筒改装成具备运送氢气的千方级氢能补给船或者加挂靠千方级氢能补给船，利用就近原则给经过海上风电机组附近的轮船补充氢气能源；我们只要在航线附近合理建设海上风电机组，就能够实现海上绿色氢能交通网。
5.终极柔性风电技术又称为可旋转塔筒技术具体为杆秤式倾斜轴风力发电设备；额定风速以下塔筒竖直状态，桨叶完全迎风发电；超过额定风速后，塔筒开始倾斜旋转，减小桨叶迎风面积，额定功率发电；超级台风来临时，桨叶和塔筒平躺下来，抗击台风；二桨叶平躺穿风结构能极大提升设备抗超级台风能力。
6.层流柔性风电技术是指把浮筒间的连接体充分利用起来，除了连接固定功能外还在浮筒前部连接体上安装整流罩，把浮筒前方连接体设计成斜面弧形，静态聚风，增加近海面风力，使低空风速和高空风速达到平衡；风速超过额定风速后塔筒开始倾斜，倾斜聚风弧面放倒和船体保持平行。
7.布局柔性风电技术中杆秤式倾斜轴风力发电设备和基础浮筒锚链系统是分开的，连在一起就能顺利发电；针对季节性风场，可以分开搬迁，把发电设备拖到对应的风力富集区域发电；本技术对孤立的海岛开发提供能源补给非常便利，不受全球变暖后海平面上升的影响。

说明书全文

海上柔性风 力发电技术

技术领域

[0001] 海上环境严酷，想顺利风力发电有许多问题要解决，解决弃风问题，解决瞬时风速变化问题，解决抗台风问题，解决高低空风速不均衡问题。此外海上绿色交通网能源补给，孤立海岛开发所需要的能源补给也是我们需要解决的社会问题。

背景技术

[0002] 目前风力发电的塔筒和塔筒基础都是刚性固定在地面上的。

[0003] 目前解决弃风问题方法主要有电池储能，压缩空气储能，电解水产氢储能，抽水储能等手段。目前已有的刚性塔筒对抗瞬时风速变化问题主要手段是风力预报系统，然后偏航和桨叶变桨主动干预。

[0004] 目前对抗台风的手段就是把塔筒和基础做的非常非常非常结实，当然成本也就会非常非常非常高。

[0005] 目前解决高低空风速不均衡问题主要手段是桨叶变桨。

[0006] 目前海上航行船舶基本都烧油。

[0007] 目前海岛开发电力能源补给多半靠燃油发电。

[0008] 本发明是运用中国古老的以柔克刚技术，把严酷的自然环境中的风能转化成平顺的电流，此发明把刚性设备转化为柔性结构，有效的增加了设备强度和降低设备成本，它在杆秤式倾斜轴风力发电设备解决抗台风易维护的基础上更进一步解决了解决弃风问题，解决瞬时风速变化问题，解决高低空风速不均衡问题，解决了海上绿色交通网能源补给问题，解决了孤立海岛开发所需要的能源补给问题，解决了季节性风电场的发电效率问题，有效的增加了额定发电时长。

发明内容

[0009] 海上柔性风电技术是确保在海上严酷自然环境下顺利利用风能发电的技术，包括瞬时柔性风电技术、短期柔性风电技术、长期柔性风电技术和终极柔性风电技术、层流柔性风电技术和布局柔性风电技术六部分。

[0010] 瞬时柔性风电技术利用带配重锚链的基础浮筒来实现，既能实现单锚链顺浪自寻风技术来代替偏航寻风技术，又能依靠锚链重力平衡对瞬时风速改变起到有效缓冲作用。此技术不受水深影响，理论上我们只要有足够长的锚链，就能够在地球上任意水深的位置建设风电场。理论上锚链越长，对瞬时风速突变的抗性越高。我们可以增加多块不同重量的锚链配重来应对不同等级的风速突变。

[0011] 短期柔性风电技术利用空气压缩储能配合桨叶补风的方式来实现，浮筒的空间充分利用起来，除了能起漂浮固定功能外，还能作为高压气体储能室，主浮筒具备100个大气压的抗压能力，利用空气储能开启短期调峰填谷模式，配1MW级可逆发电电动机和鼓风机；此电动发电机还配有充放电整流电池200吨，能利用低速风发电，能辅助风机从静止状态到旋转状态；桨叶后端设有补风口装置，从主浮筒连接管道到桨叶后端补风口，利用高压空气给桨叶动态补风；风速不均匀时，补风口开启开始向后吹风，推动桨叶旋转；当高低空风速度不同时，我们控制不同桨叶补风口吹风量大小，使低空桨叶转速和高空桨叶转速达到平衡，此技术简单易控，可有效取代复杂的桨叶变桨装置；在风速略低于额定风速时，开启补风装置，可推动桨叶达到额定转速，可有效增加额定发电时长。

[0012] 长期柔性风电技术依靠电解水储氢技术来实现，每千克氢气在60大气压下约200L占容积，通过电解水模式获得氢效率暂定为50%，每晚8小时利用弃风发电可以产生1吨氢气，充满左右辅助浮筒的2000立方米需要10吨氢气，我们可以把储氢用来发电，来补充白天风电缺口；把左右储氢辅助浮筒改装成具备运送氢气的千方级氢能补给船或者加挂靠千方级氢能补给船，利用就近原则给经过海上风电机组附近的轮船补充氢气能源；我们只要在航线附近合理建设海上风电机组，就能够实现海上绿色氢能交通网。

[0013] 终极柔性风电技术又称为可旋转塔筒技术具体为杆秤式倾斜轴风力发电设备；额定风速以下塔筒竖直状态，桨叶完全迎风发电；超过额定风速后，塔筒开始倾斜旋转，减小桨叶迎风面积，额定功率发电；超级台风来临时，桨叶和塔筒平躺下来和海平面平行，抗击台风；二桨叶平躺穿风结构能极大提升设备抗超级台风能力。

[0014] 层流柔性风电技术是指把浮筒间的连接体充分利用起来，除了连接固定功能外还在浮筒前部连接体上安装整流罩，把浮筒前方连接体设计成斜面弧形，静态聚风，增加近海面风力，使低空风速和高空风速达到平衡；风速超过额定风速后塔筒开始倾斜，倾斜聚风弧面放倒和船体保持平行。

[0015] 布局柔性风电技术杆秤式倾斜轴风力发电设备和基础浮筒锚链系统是分开的，连在一起就能顺利发电。针对季节性风场，可以分开搬迁，把发电设备拖到对应的风力富集区域发电。从此不再是一个萝卜一个坑了，是一个萝卜多个坑，那坑需要呆那个坑。本技术对于孤立的海岛开发提供能源补给非常便利，对全球海上海上绿色氢能交通网柔性布局有很大帮助，并且不受全球变暖后海平面上升的影响。附图说明

[0016] 图1柔性风电技术风电设备俯视图101固定锚点、102锚链、103锚链中部配重块、104基础浮筒、105中间主浮筒、106两侧辅浮筒、107整流罩聚风板、108船体间的连接柱。

[0017] 图2带配重单锚链基础浮筒在无风和强风状态下的伸展示意图201海床、202固定锚点、203下段锚链、204锚链中部配重块、205上段锚链、206基础浮筒、207海平面。

[0018] 图3杆秤式倾斜轴风力发电设备侧视图301 塔筒顶的风机桨叶及桨叶末端补风口（钝箭头）、302塔筒辅助支架、303可旋转塔筒、304可旋转横梁、305可旋转横梁支架、306倾斜角调节导轨、307倾斜角调节电机、308塔筒底部配重电池、309主辅浮筒。

具体实施方式

[0019] 图1以海上10MW杆秤式倾斜轴风力发电设备为例，额定风速10米每秒的情况下能达到10GW额定功率，桨叶长100米，秤砣桨叶力矩长70米秤砣重200吨，称盘配重力矩长40米秤盘重350吨，相当于每秒400吨的空气扫过风机桨叶，由于桨叶二片或三片稀疏扫风，桨叶受到的风推力约40吨力，相当于桨叶末端受到10吨级的推力，产生10000000牛米的旋转力矩，也就对应10MW发电量，此时整套设备收到风力和海浪推力大约为100吨力。

[0020] 海上柔性风电技术风电技术实施方式：第一步，图2 海上基础施工，打桩或者用巨锚或者沉巨型水泥块做基础，基础上引出水深深度二倍长的锚链，锚链上端连接基础浮筒，锚链中部挂200吨水泥块。把通往陆地的电缆铺在海底，顺锚链把接口留在基础浮筒上。

[0021] 第二步，图3在沿海工厂制作一套钢制长浮筒设备（一主二辅三浮筒结构），主浮筒长度150米，直径5米，壁厚20mm，空间约3000立方米；辅助浮筒长140米直径3米，空间约1000立方米；主筒在中间辅筒在两边间距约30米平行排列。浮筒上中间部位集成一个40米高固定可旋转横梁支架，固定可旋转横梁支架顶端安装一个水平的提钮可旋转横梁，横梁穿过秤杆可旋转塔筒中部，使秤杆可旋转塔筒能绕横梁旋转。秤杆可旋转塔筒底端装蓄电池等配重，秤杆可旋转塔筒顶端装发电机组和桨叶，此时塔筒平行于海面，桨叶平行于海平面。

[0022] 达到以下技术指标：塔筒高度110米秤杆可旋转塔筒处于竖直状态时能在安装100米长桨叶状态下能在10米每秒的额定风速风力下顺利发电；秤杆可旋转塔筒高度在40米高平躺时能抵抗附近海域的台风。在台风来临时，秤杆可旋转塔筒就水平躺在两个固定支架上，确保了整套设备稳定性和提高抗台风能力。

[0023] 第三步，选个风浪稍缓的日子，用拖船把整套设备拖到指定海域的风电场，把主浮筒连接在基础浮筒上，连接发电机电缆和基础塔筒电缆。整套设备被风浪吹到锚定点的风向下方，锚链上段拉紧。

[0024] 第四步，倾斜角调整电机开启，沿倾斜角调整导轨运动，旋转竖起秤杆可旋转塔筒，塔筒处于垂直状态，发电机主轴处于水平轴状态，桨叶完全伸展开，开始拦风发电。

[0025] 第五步，风速超过额定风速时，轴倾角增大，桨叶扫风区减小，使风力输入功率和发电机功率相匹配。当突然来瞬时强风时，锚链中段的水泥块在拉力作用下升起，锚链伸展开抵消部分瞬间风力过载。台风来临时，秤杆可旋转塔筒旋转到水平位置，平躺在固定支架上，从容应对强台风。

[0026] 第六步，短时间风力过大时，把风力溢出部分能量转化成压缩空气储能在中间主浮筒，当风力变小时把压缩空气通过桨叶后置喷气口释放辅助发电。晚上弃风段的风力发电用来电解水生产氢气氧气，氢气储藏在左右辅助浮筒里面，氧气储藏在基础浮筒里面。氢气可以补给过往的氢能船舶，氧气收集起来用于社会生活。

[0027] 第七步,针对季节性风电场，杆秤式倾斜轴风力发电设备可以在不同风电场间进行季节性迁移。

[0028] 第八步，假如未来全球变暖，海平面大幅上涨，我们只需要增加锚链和电缆长度，此设备仍能正常使用。

[0029] 本文中所用数据仅为较佳实例，并非对本发明的任何限制；利用本文所述的技术方案，或本领域的技术人员在本技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本专利要求的保护范围。本文未述及之处适用于现有技术。

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技术领域

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