模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其涉及一種模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置。
【背景技術】
[0002]海洋能(包含潮汐能、潮流能、波浪能、海流能)是指海水流動的能量，作為可再生能源，儲量豐富，分布廣泛，具有極好的開發(fā)前景和價值。海洋能的利用方式主要是發(fā)電，其工作原理與風力發(fā)電類似，即通過能量轉換裝置，將海水的機械能轉換成電能。具體而言，首先海水沖擊水輪機，水輪機將水流的能量轉換為旋轉的機械能，然后水輪機經過機械傳動系統(tǒng)帶動發(fā)電機發(fā)電，最終轉換成電能。
[0003]現(xiàn)今能源日益短缺，溫室效應日益嚴重，能源需要低碳化，所以風能，海洋能等清潔能源是未來能源的發(fā)展方向。但現(xiàn)在這些清潔能源的發(fā)電設備，除了風能利用比較成熟夕卜，海洋能的利用還都是在起步階段，沒有通用和成熟的設備。現(xiàn)有的少數設備也存在效率低下，設備不能大規(guī)?；膯栴}。
[0004]由于海洋環(huán)境復雜，水中阻力大，傳統(tǒng)的海洋能發(fā)電裝置的安裝都必須在海里進行，困難度高，費用龐大。另外，由于發(fā)電裝置長期接觸海水，在海水的長期侵蝕和巨大沖擊力下，海洋能發(fā)電裝置使用一段時間后就要定期進行維修或更換。然而傳統(tǒng)的海洋能發(fā)電裝置的維修和更換也均在海里進行，困難度高，成本巨大。甚至，因為部分組件的損壞，導致整個海洋能發(fā)電裝置的報廢，這是海洋能發(fā)電裝置高成本的重要原因之一，也是造成現(xiàn)有的海洋能發(fā)電裝置無法大規(guī)模化、商業(yè)化運營的直接原因。
[0005]尤其是水平軸水輪發(fā)電機，由于其所有設備(包括葉輪和發(fā)電機)均在水下，因此水平軸水輪發(fā)電機的維修更加困難，成本更高。因此，即便水平軸水輪發(fā)電機的發(fā)電效率高于垂直軸水輪發(fā)電機，但水平軸水輪發(fā)電機仍然無法商業(yè)化。然而，目前海洋能發(fā)電領域的技術人員都忽略了對安裝和維修方式的改進。
[0006]另外，由于潮流能是利用海洋的潮流進行發(fā)電。伴隨著漲潮和落潮，潮流的方向會發(fā)生改變。傳統(tǒng)的大部分水平軸水輪發(fā)電機都不可以旋轉，導致潮流能發(fā)電機只能利用漲潮或者落潮進行發(fā)電，發(fā)電效率極低?，F(xiàn)有技術人員為了充分利用漲潮和落潮產生的能量，選擇安裝兩套發(fā)電系統(tǒng)。一套發(fā)電系統(tǒng)的葉輪朝向漲潮方向，另一套發(fā)電系統(tǒng)的葉輪朝向落潮方向。雖然看似漲潮和落潮產生的能量都充分得以利用，但是在漲潮或落潮時，始終會有一套發(fā)電系統(tǒng)閑置。增加一套發(fā)電系統(tǒng)使得生產成本翻倍，而產生的電能功率的提高遠不及成本的增加，這極大地限制了潮流能發(fā)電裝置的推廣和運用。
[0007]要注意的是，漲潮和落潮的潮流速度并不恒定。在安裝發(fā)電裝置時，一旦發(fā)電機選定，它的負載量就確定下來。然而，潮流的速度并不恒定，因此造成發(fā)電量并不恒定?，F(xiàn)有的潮流能發(fā)電裝置為了節(jié)省成本以及受到技術上的局限，無論是水平軸水輪發(fā)電機還是垂直軸水輪發(fā)電機只能承載在一定水流速度以下的發(fā)電負荷。一旦水流速度增加，發(fā)電量超過負荷，發(fā)電機會超負荷工作很容易損毀。因此，為了延長發(fā)電機的工作壽命，傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置一旦潮流超過一定速度就徹底切斷水流，使得發(fā)電機停止工作，大幅度降低了發(fā)電效率。
[0008]現(xiàn)有一種潮流能發(fā)電裝置借鑒風能發(fā)電機的設計，通過變槳的方式調節(jié)發(fā)電裝置的負荷。當水流速度較大時，通過調節(jié)裝置使槳葉迎角減小；當水流速度較小時，通過調節(jié)裝置使槳葉迎角增大。然而，這種設計存在很大的弊端。不同于風能發(fā)電機的使用環(huán)境，水平軸水輪發(fā)電機是在水中使用，受到的阻力遠遠大于風能發(fā)電機受到的阻力。并且，由于調節(jié)的是水平軸水輪發(fā)電機的葉片角度，旋轉機構是整個都位于水里，要實現(xiàn)葉片角度的旋轉就需要精準地設計葉片各部件之間的安裝緊密程度。若連接很緊密，摩擦力太大，則很難調整葉片的迎水面角度，導致調節(jié)裝置無法發(fā)揮調節(jié)的功效。這種情況下的發(fā)電裝置在水流太小時無法提高效率，在水流太大時也無法真正保護發(fā)電機。若連接太松，摩擦力太小，雖然可以輕松地調節(jié)，但是會存在喪失密封性這一嚴重問題。這樣水流將會灌入葉輪內部造成整個葉輪損壞，維修率大大提高，成本巨增。并且水輪機有幾個葉片就要對應安裝幾個旋轉機構和控制機構，其成本和技術難度急劇增加。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術中的至少一個不足，提供一種模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置，包括外框架、至少兩個內框架、至少兩根安裝軸、驅動單元、至少四個水平軸水輪發(fā)電機和至少四個導流罩。至少兩個內框架可分離地設置于外框架內。至少兩根安裝軸分別可轉動地設置于每個內框架，至少兩根安裝軸的軸線方向垂直于水平面且相互平行。驅動單元連接至少兩根安裝軸以驅動安裝軸轉動。每兩個水平軸水輪發(fā)電機固定于一根安裝軸上且于同一個內框架內沿垂直于水平面的方向排列。至少四個導流罩固定于外框架或內框架，每個導流罩對應于每個水平軸水輪發(fā)電機設置，水平軸水輪發(fā)電機隨安裝軸的轉動在導流罩內改變朝向。
[0011]于本發(fā)明的一實施例中，每個導流罩具有兩個導水部分和一個中間部分，中間部分位于兩個導水部分之間，每個導水部分遠離中間部分的一端的橫截面為矩形，每個導水部分連接中間部分的一端的橫截面為圓形，中間部分的橫截面為圓形，橫截面垂直于水平面且垂直于水流方向，圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。
[0012]于本發(fā)明的一實施例中，其中一個導水部分具有第一中心軸線，另一個導水部分具有第二中心軸線，第二中心軸線和第一中心軸線形成不為零的夾角。
[0013]于本發(fā)明的一實施例中，每個導流罩為非對稱結構。
[0014]于本發(fā)明的一實施例中，模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置還包括至少六個軸承，每三個軸承套設一根安裝軸，設于一根安裝軸上的三個軸承分別位于兩個水平軸水輪發(fā)電機的兩側和中間。
[0015]于本發(fā)明的一實施例中，外框架具有多個固定粧，外框架通過打粧的方式固定于海底。
[0016]于本發(fā)明的一實施例中，外框架具有多個減小水流阻力結構。
[0017]于本發(fā)明的一實施例中，模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置還包括拉環(huán)和拉索，拉環(huán)設于外框架，拉索的一端設于拉環(huán)上。
[0018]于本發(fā)明的一實施例中，模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置還包括至少一個浮筒單元，設置于外框架。
[0019]綜上所述，本發(fā)明提供的模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置通過設置可分離的內框架和外框架，使得發(fā)電裝置可以在水面上進行模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費用，克服了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置無法商業(yè)化、大規(guī)?；碾y題。并且，在垂直于水平面的方向上排布至少兩個水平軸水輪發(fā)電機，在平行于水平面的方向上也排布至少兩個水平軸水輪發(fā)電機，使得水輪發(fā)電機實現(xiàn)矩陣化排布，充分利用整個海域橫向和縱向的潮流能，大大提高發(fā)電效率。通過設置導流罩，將水流都集中導向水平軸水輪發(fā)電機，使得水平軸水輪發(fā)電機的葉輪受力更大、轉速更快，從而提高發(fā)電效率。通過設置安裝軸，創(chuàng)新地通過改變整個水平軸發(fā)電機的朝向而非單獨改變葉片迎水角的方式對發(fā)電機的負荷進行調節(jié)，使得無論水流速度多大發(fā)電機一直可以保證能夠在安全負荷內正常發(fā)電，極大地提高了發(fā)電效率。另夕卜，通過設置可轉動的安裝軸，使得無論漲潮還是落潮，水平軸水輪發(fā)電機的葉輪可以始終朝向水流，從而確保最大的發(fā)電功率。更重要的是，本發(fā)明中水平軸水輪發(fā)電機的轉動是位于導流罩內而非導流罩外，并且水平軸水輪發(fā)電機轉動而導流罩固定不動，這樣能大大減少對水流流速和流向的影響，維持水流的流暢從而提高發(fā)電效率。
[0020]另外，通過在每根安裝軸上設置至少三個軸承，對安裝軸實現(xiàn)“多點約束”，使得模塊化雙向潮流能發(fā)電裝置的規(guī)模不光可以橫向(平行于水平面的水平方向)擴張也可以縱向(垂直于水平面的水深方向)擴張，大幅度提高