一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台

本发明属于海洋可再生能源，具体涉及一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台。

背景技术：

1、全球能源需求持续攀升，化石能源枯竭与生态环境污染矛盾突出。光伏发电作为清洁能源主力，受陆地资源限制，海上漂浮式光伏成为沿海地区重要发展方向，但现有海上光伏平台存在整体式制造运输困难、模块化拼接连接刚度不足、抗浪稳定性差等问题。

2、波浪能是重要海洋可再生能源，鸭嘴式波浪能发电装置捕获效率较高，但传统装置仅能单向捕获能量，波浪反向运动时能量损失严重，能源供给单一。将波浪能与光伏发电耦合，可实现昼夜能量互补、共用平台降低成本，同时波浪能装置可消波减载，提升光伏平台稳定性，是深远海能源开发前沿方向。

3、目前缺少将轻量化模块化光伏阵列与双向全周期捕获波浪能装置高效耦合、兼具消波防护与稳定发电的一体化平台，因此研发一种结构轻量化、布置灵活、发电效率高、环境适应性强的耦合发电平台具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，旨在解决海上光伏平台抗浪稳定性差、能源供给单一的问题，实现波浪正反向全周期高效俘能，并兼具结构轻量化、布置灵活、发电效率高、环境适应性强等优势。

2、本发明的目的是这样实现的：一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，包括漂浮式光伏阵列和鸭嘴式波浪能发电装置；所述漂浮式光伏阵列，由多个浮块单元和外围框架经柔性缆绳互联组成，所述浮块单元上铺设有光伏器件；所述鸭嘴式波浪能发电装置，通过安装支架环绕布置于所述漂浮式光伏阵列的四周，形成用于削减波浪对光伏平台冲击载荷的消波防护圈；所述鸭嘴式波浪能发电装置的内部设置隔板，该隔板将鸭体分隔为空腔和发电腔，所述发电腔内部设置有定轴支座、双向动棘轮传动装置、摆臂、支柱结构、传送装置和发电机；所述定轴支座固定设置，鸭体可绕该定轴支座上下摆动；所述摆臂分别与隔板和双向动棘轮传动装置连接，用于将鸭体的摆动传递给双向动棘轮传动装置；所述双向动棘轮传动装置的输出端连接传送装置的输入端，所述传送装置的输出端与所述发电机连接。

3、作为本发明的进一步优选方案，所述漂浮式光伏阵列由4×4个浮块单元按照阵列均匀排布组成，每个浮块单元为边长2.5m的正方形，相邻浮块单元之间的间距为1m；所述外围框架为圆柱形，围成正方形，其内部边长为14.7m，框架直径为0.8m；边缘浮块单元到外围框架的距离为1m。

4、作为本发明的进一步优选方案，所述空腔的侧面呈曲边鱼头形状，空腔的长度为2.25m，空腔内部用于填放重物以调节鸭体绕定轴支座的摆动幅度。

5、作为本发明的进一步优选方案，所述定轴支座包括一个三棱柱式底座、两根定轴和轴承；两根定轴分别固定于三棱柱式底座的侧面；鸭体左右两侧面设置有轴承，所述定轴穿过该轴承。

6、作为本发明的进一步优选方案，所述摆臂中间嵌入有轴承，该轴承的内圈与一中间轴固定连接，摆臂的侧面与所述双向动棘轮传动装置中的棘轮连接。

7、作为本发明的进一步优选方案，所述双向动棘轮传动装置由两组三锥齿轮传动结构组成；每组三锥齿轮传动结构包括一个中间锥齿轮、两个侧锥齿轮、两个棘轮、两个棘爪和两个轴承；所述中间锥齿轮背锥后轮毂上装配有键条，用于与传送装置的轴孔形成配合；两个侧锥齿轮分别与中间锥齿轮啮合连接；两个棘轮分别装配在两个侧锥齿轮的外侧，且两个棘轮的装配方向相反；两个棘爪分别固定在两个侧锥齿轮上，与对应的棘轮配合；两个轴承分别嵌入侧锥齿轮与棘轮之间，轴承的外圈与侧锥齿轮、棘轮固连，轴承的内圈穿入一根中间轴，所述中间轴上设有键槽以固定轴承。

8、作为本发明的进一步优选方案，所述传送装置包括输入齿轮、第一传送链条、第一同轴齿轮、第二传送链条、第一从动齿轮、第二同轴齿轮、第三传送链条及输出齿轮；所述输入齿轮与所述双向动棘轮传动装置的输出端连接；所述输入齿轮通过第一传送链条与第一同轴齿轮连接；所述第一同轴齿轮通过第二传送链条与第一从动齿轮连接；所述第一从动齿轮与第二同轴齿轮同轴固定连接；所述第二同轴齿轮通过第三传送链条与输出齿轮连接；所述输出齿轮与发电机的输入转轴同轴固定连接。

9、作为本发明的进一步优选方案，所述支柱结构包括第一支柱、第二支柱和传动轮毂；所述第一支柱连接中间轴，用于固定两侧锥齿轮；所述第二支柱内部嵌有支撑轴承，该支撑轴承的内圈连接中间锥齿轮背锥后的轮毂；所述传动轮毂用于实现第一从动齿轮与第二同轴齿轮的轴向定位，传动轮毂外围装配有键条。

10、作为本发明的进一步优选方案，所述鸭嘴式波浪能发电装置的数量为多个，均匀分布并绕所述漂浮式光伏阵列的四周布置。

11、与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

12、1、将波浪能发电与光伏发电一体化融合，实现能源在时间和空间上的天然互补，提高供电连续性和稳定性。

13、2、鸭嘴式波浪能发电装置环绕布置于光伏平台四周，形成消波防护圈，显著削减波浪对光伏平台的冲击载荷，提升平台抗浪稳定性。

14、3、鸭嘴式波浪能发电装置内部设置隔板将鸭体分为空腔和发电腔，空腔通过配重调节摆动特性，发电腔内摆臂与隔板直接连接，传动路径短、能量损失小。

15、4、采用双向动棘轮传动装置，将鸭体双向摆动转换为单一方向转动输出，实现波浪正反向全周期能量高效俘获。

16、5、漂浮式光伏阵列为模块化轻量化设计，柔性缆绳互联组网，结构适应性强，便于布置与维护。

17、6、适用于海岛、海上平台、边防哨所等离网应用场景。

1.一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于，包括漂浮式光伏阵列（1）和鸭嘴式波浪能发电装置（2）；

2.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述漂浮式光伏阵列（1）由4×4个浮块单元（20）按照阵列均匀排布组成，每个浮块单元（20）为边长2.5m的正方形，相邻浮块单元之间的间距为1m；所述外围框架（21）为圆柱形且围成正方形。

3.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述空腔（5）的侧面呈曲边鱼头形状，空腔（5）内部用于填放重物以调节鸭体绕定轴支座（6）的摆动幅度。

4.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述定轴支座（6）包括一个三棱柱式底座（602）、两根定轴（601）和轴承（603）；两根定轴（601）分别固定于三棱柱式底座（602）的侧面；鸭体左右两侧面设置有轴承（603），所述定轴（601）穿过该轴承（603）。

5.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述摆臂（16）嵌入有轴承（1601），所述轴承（1601）的内圈与中间轴（14）固定连接，摆臂（16）的侧面与双向动棘轮传动装置（7）中的棘轮（11）连接。

6.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述双向动棘轮传动装置（7）由两组三锥齿轮传动结构（8）组成；每组三锥齿轮传动结构（8）包括一个中间锥齿轮（10）、两个侧锥齿轮（9）、两个棘轮（11）、两个棘爪（12）和两个轴承（13）；所述中间锥齿轮（10）背锥后轮毂上装配有键条（15），用于与传送装置（18）的轴孔形成配合；两个侧锥齿轮（9）分别与中间锥齿轮（10）啮合连接；两个棘轮（11）分别装配在两个侧锥齿轮（9）的外侧，且两个棘轮（11）的装配方向相反；两个棘爪（12）分别固定在两个侧锥齿轮（9）上，与对应的棘轮（11）配合；两个轴承（13）分别嵌入侧锥齿轮（9）与棘轮（11）中间，轴承（13）的外圈与侧锥齿轮（9）、棘轮（11）固连，轴承（13）的内圈穿入一根中间轴（14），所述中间轴（14）上设有键槽以固定轴承（13）。

7.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述传送装置（18）包括输入齿轮（25）、第一传送链条（26）、第一同轴齿轮（27）、第二传送链条（28）、第一从动齿轮（29）、第二同轴齿轮（30）、第三传送链条（31）及输出齿轮（32）；所述输入齿轮（25）与所述双向动棘轮传动装置（7）的输出端连接；所述输入齿轮（25）通过第一传送链条（26）与第一同轴齿轮（27）连接；所述第一同轴齿轮（27）通过第二传送链条（28）与第一从动齿轮（29）连接；所述第一从动齿轮（29）与第二同轴齿轮（30）同轴固定连接；所述第二同轴齿轮（30）通过第三传送链条（31）与输出齿轮（32）连接；所述输出齿轮（32）与发电机（19）的输入转轴同轴固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述支柱结构（17）包括第一支柱（1701）、第二支柱（1702）和传动轮毂（1703）；所述第一支柱（1701）连接中间轴（14），用于固定两侧锥齿轮（9）；所述第二支柱（1702）内部嵌有支撑轴承（1704），该支撑轴承（1704）的内圈连接中间锥齿轮（10）背锥后的轮毂；所述传动轮毂（1703）用于实现第一从动齿轮（29）与第二同轴齿轮（30）的轴向定位，传动轮毂（1703）外围装配有键条。

9.根据权利要求1所述的一种鸭嘴式波浪能发电装置与漂浮式光伏阵列耦合发电平台，其特征在于：所述鸭嘴式波浪能发电装置（2）的数量为多个，均匀分布并绕所述漂浮式光伏阵列（1）的四周布置。