海上风力发电方法和海上风力发电船与流程

1.本发明实施例涉及风力发电技术领域，具体涉及一种海上风力发电方法和海上风力发电船。


背景技术：

2.当前节能和环保已成为全世界的焦点话题，随着陆地石化能源的不断减少，人们把目光投向大海，而海上风浪是储量大、可再生、有规律、无污染的“蓝色能源”，是大自然付予人类的一大笔取之不尽、用之不竭的宝贵财富。
3.现有的海上发电一般有两种，一种是固定在海洋中的多个带有扇片的发电装置，通过海风带动扇片转动发电，这种装置的缺点在于安装技术难度大，而且还需要铺设海底电缆用于电能传输，成本过于高昂；另一种是海上发电船，其以海风或海浪为动力，带动发电设备工作，从而产生电能，但是这种的缺点在于遇到台风等超强海风天气就需要躲避。
4.强风天气常带来狂风、暴雨和风暴潮，给人类带来灾害；而超强海风也可以算作能量特别强的自然资源，如何利用超强海风来发电，是现有海上发电技术急于解决的问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明实施例的目的在于提供一种追踪台风等超强海风天气的海上风力发电方法和海上风力发电船，其使用海上风力发电船根据海上气象数据来追踪台风等热带气旋，从而在风速在一定预设工作风速范围时，启动发电装置进行发电，把视为灾害的超强海风变成资源。
6.为解决上述问题，本发明实施例第一方面公开一种海上风力发电方法，其包括以下步骤：
7.接收海上气象数据，所述海上气象数据主要为台风、热带气旋及季风中的任一种；
8.基于所述海上气象数据控制海上风力发电船行驶至目标区域，所述目标区域为风能集中区域；
9.监测所述海上风力发电船所在位置的风速，当所述风速在预设工作风速范围内时，启动所述海上风力发电船上的发电装置进行发电。
10.作为可选的方案，在本发明实施例的第一方面中，
11.接收气象局或/和气象观测平台或/和海上风力发电船自身观测设备的海风监测信息，基于所述海风监测信息确定海风数据，所述海风数据包括海风中心坐标，移动方向、移动速度以及中心风速等；
12.基于所述海风的移动方向和移动速度确定海风中心位置的移动轨迹，并结合地理信息系统将所述移动轨迹和时间显示在电子海图上。
13.作为可选的方案，在本发明实施例的第一方面中，
14.基于所述海上气象数据控制海上风力发电船行驶至目标区域，包括：
15.根据所述电子海图的海风移动轨迹和时间、以及海上风力发电船的航程和航速确
定目标区域；
16.使用自主航行技术控制所述海上风力发电船到达所述目标区域；
17.所述目标区域满足以下条件：
18.目标区域离岸距离不大于海上风力发电船航程的一半；
19.第二时间减去第一时间不小于第一预设时间，所述第二时间为海风移动轨迹到达该目标区域的时间，为预测时间，所述第一时间为所述海上风力发电船到达目标区域的时间。
20.作为可选的方案，在本发明实施例的第一方面中，
21.监测所述海上风力发电船所在位置的风速，当所述风速在预设工作风速范围时，启动所述海上风力发电船上的发电装置进行发电，包括：
22.在海上风力发电船行驶至所述目标区域后，实时或定时监测所述目标区域的风速，当风速处于预设风速范围时，启动发电装置进行发电；
23.当风速大于所述预设风速范围的最大值，或者风速小于所述预设风速范围的最小值，或者风速处于预设风速范围的持续时间小于第二预设时间阈值，收起所述发电装置；
24.或/和，
25.所述方法，还包括：
26.当所述海上风力发电船的发电量达到预设电量阈值时，收起所述发电装置并控制所述海上风力发电船行驶至其目标停泊点。
27.本发明实施例第二方面公开一种海上风力发电船，其包括发电船本体、发电装置以及自主航行系统；其中，所述发电装置和自主航行系统均安装于所述发电船本体上；
28.所述自主航行系统用于接收海上气象数据，并基于所述海上气象数据控制所述发电船本体行驶至目标区域；所述自主航行系统还监测所述发电船本体所在位置的风速，当所述风速在预设工作风速范围内时，启动所述发电装置进行发电。
29.所述海上气象数据主要为台风、热带气旋及季风中的任一种；所述目标区域为风能集中区域。
30.作为可选的方案，在本发明实施例的第二方面中，所述发电装置采用马格努斯式垂直轴发电机，所述马格努斯式垂直轴发电机的工作风速范围可覆盖一般海风和超强海风的风速，所述超强海风为台风、热带气旋及季风中的任一种；
31.所述马格努斯式垂直轴发电机包括第一转轴、马格努斯转子、发电设备、第一连接件以及收合结构，其中，所述马格努斯转子的转动通过所述第一连接件带动所述第一转轴转动，所述发电设备安装于第一转轴下方设置的底部基座内，所述第一转轴转动使得所述发电设备产生电能；
32.所述收合结构包括固定套和活动套，所述第一连接件有两个，分别记为第一一连接件和第一二连接件；所述固定套安装于第一转轴的上端部，所述活动套套接于所述第一转轴上，所述第一一连接件的两端分别转动连接于固定套和马格努斯转子的上端部；所述第一二连接件的两端分别转动连接于活动套和马格努斯转子的下端部；或者，所述固定套安装于第一转轴的下端部，所述活动套套接于所述第一转轴上，所述第一一连接件的两端分别转动连接于固定套和马格努斯转子的下端部；所述第一二连接件的两端分别转动连接于活动套和马格努斯转子的上端部；
33.所述发电装置具有两种状态，分别为工作状态和收起状态，所述工作状态下马格努斯转子和第一转轴之间的距离大于所述收起状态下马格努斯转子和第一转轴之间的距离。
34.作为可选的方案，在本发明实施例的第二方面中，所述发电装置还包括与所述马格努斯转子转动连接的挡风板，所述挡风板通过第二连接件与马格努斯转子转动连接，所述马格努斯转子位于所述第一转轴和挡风板之间；
35.或/和，
36.所述马格努斯转子为三个，三个所述马格努斯转子均匀分布于所述第一转轴的外围；
37.或/和，
38.所述第一转轴的顶端安装有避雷针；
39.或/和，
40.所述马格努斯转子的底部安装有电动机。
41.作为可选的方案，在本发明实施例的第二方面中，所述马格努斯转子包括圆筒翼和固定连接于圆筒翼上下两端的圆盘，所述圆盘的直径大于所述圆筒翼的直径。
42.作为可选的方案，在本发明实施例的第二方面中，所述圆盘的内侧还均匀分布有多个扇片，所述扇片与所述圆盘的侧壁转动连接，所述扇片与所述圆筒翼的径向存在夹角；
43.或/和，
44.所述圆筒翼的轴向设置一个或多个凹槽。
45.作为可选的方案，在本发明实施例的第二方面中，所述发电船本体为三体船；
46.或/和，
47.所述发电船本体上还设置有蓄电池安装位，用于安放和连接蓄电池模块，所述发电装置产生的电能存储至所述蓄电池模块；
48.或/和，
49.所述自主航行系统包括导航及定位模块、态势感知及避障模块、冗余通信系统、以及船身控制模块；
50.其中，所述导航及定位模块包括4个gnss天线，均布置在发电船本体驾驶舱上方的通信塔架上，用于接收gps、glonass、galileo以及北斗四种卫星系统的定位信息；
51.所述态势感知及避障模块包括摄像头、航海雷达、ais天线、多波束测深仪、以及风速仪，其中，所述发电船本体的甲板、船下以及信号塔的多个位置均安装有摄像头从而构建cctv视频监测系统，从视觉的维度对水下、船上及周边环境实时监测；所述航海雷达装载在发电船本体驾驶舱上方的信号塔架处，用于观察周围海上风力发电船的航向及航速；所述ais天线装载在发电船本体驾驶舱上方的信号塔架处，用于构建海上风力发电船的智能避障系统，与周围船舶，岸台基站以及通信卫星建立起一个通信网络；所述多波束测深仪安装在发电船本体的底部，用于扫描对应区域的海底地形，以及水深信息，并生成水文地图；所述风速仪安装在发电装置的上方，用于测量风速和风力；
52.所述冗余通信模块包括4g/5g，vhf通信系统和铱卫星通信系统等组成的备用通信系统；
53.岸台基站通过通信网络结合态势感知及避障模块对所述发电船本体进行实时监
测，并通过vsat通信系统对所述发电船本体进行远程操控。
54.所述船身控制模块包括陀螺仪传感器，自动操舵仪；其中，所述陀螺仪传感器用于测量船身的俯仰，横摇以及船头指向，掌握实时的海上风力发电船姿态，以便调整海上风力发电船前进速度和航向；所述自动操舵仪安装于所述发电船本体驾驶舱内，用于代替舵手自动控制舵机，使得所述发电船本体按照规定航向航行。
55.与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
56.本发明使用的海上风力发电船可根据海上气象数据来自动追踪海风(包括台风、热带气旋以及季风等在内的超强海风，以及其他风速能够达到海上风力发电船预设工作风速的海风)，从而当风速在预设工作风速范围时，启动发电装置进行发电，并通过蓄电池模块进行储存，随后向海岛或沿海城市进行供电。
附图说明
57.图1是本发明实施例提供的一种跟踪台风的自主航行方法的流程示意图；
58.图2是本发明实施例提供的一种蓄电池充电及应用的流程示意图；
59.图3是本发明实施例公开的一种海上风力发电船的工作流程图；
60.图4是本发明实施例公开的一种海上风力发电船的侧视图(发电装置处于收起状态)；
61.图5是本发明实施例公开的一种海上风力发电船的侧视图(发电装置处于工作状态)；
62.图6是本发明实施例公开的一种海上风力发电船的俯视图(发电装置处于收起状态)；
63.图7是本发明实施例公开的一种海上风力发电船的俯视图(发电装置处于工作状态)；
64.图8是本发明实施例公开的一种海上风力发电船的正视图；
65.图9是本发明实施例公开的一种自主航行系统的结构框图；
66.图10是本发明实施例公开的发电装置的正视图(发电装置处于工作状态)；
67.图11是本发明实施例公开的发电装置的正视图(发电装置处于收起状态)；
68.图12是本发明实施例公开的发电装置的立体图(仅示出一个马格努斯转子)；
69.图13为图12的正视图；
70.图14为图12的俯视图；
71.图15为本发明实施例公开的扇叶处于收起状态的结构示意图；
72.图16为本发明实施例公开的扇叶处于展开状态的结构示意图。
具体实施方式
73.本具体实施方式仅仅是对本发明实施例的解释，其并不是对本发明实施例的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明实施例的权利要求范围内都受到专利法的保护。
74.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明实施例的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
75.本技术的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
76.在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
77.本发明使用海上风力发电船可根据海上气象数据来追踪海风，从而当海风风速达到预设工作风速范围时，启动发电装置进行发电，把视为灾害的超强海风变成资源，以下结合附图进行详细描述。
78.实施例一
79.请参照图1所示，一种海上风力发电方法，其包括以下步骤：
80.第一步、接收海上气象数据。
81.海上气象数据是指能够用于风力发电的各种海上气象情形，海上气象数据主要是海风信息，海风在本发明实施例中是一个泛用概念。在本发明较佳的实施例中，海风主要是指上述台风、热带气旋以及季风等超强海风，例如本发明海上风力发电船的船载马格努斯式风机的工作风速范围4m/s-40m/s，以及安全风速70m/s，在满足上述工作风速范围时均是可以进行追踪发电的。
82.当然，在其他的实施例中，只要能够通过气象卫星、天气雷达、气象观测站以及飞机侦测等观测或者通过海上风力发电船自身的监测设备获取到的风速能够达到预设工作风速范围内的海风，均可使用本发明实施例的海上风力发电船进行追踪和发电。
83.想要利用海风进行发电，首先就是要捕捉海风位置，这就提出了对海风进行预报的能力。在本发明较佳的实施例中，海风预报可分为观测和预测两个部分。
84.观测主要是通过气象卫星、天气雷达、气象观测站以及飞机侦测几种途径。卫星可以根据对流云结构和亮温区域大小，判断海风是否生成；多普勒雷达在离海风距离460公里时，便可准确测出海风中心位置和移动方向。同时，还能够根据回波结构特征，推断海风强度的变化。气象观测站包括海洋观测站、海边气象实景观测站、海上风力发电船站等，可用于采集温度、湿度、风向、风速、气压等信息，配合雷达系统共同监测海风。
85.海风的预测主要采用数值预报系统结合经验统计预报的模式。前者通过计算机对观测数据做出初步的预测和判断，后者则主要根据气象学理论及预报员的经验。
86.海风数据可从气象局、气象观测平台(网站)以及结合海上风力发电船自身的观测设备获取。对追踪海风的智能驾驶系统来说，最为关心的数据为海风中心坐标，移动方向、移动速度以及中心风速。根据实时发布的海风数据，可得到海风的移动轨迹。通过使用地理信息系统(gis)技术，可把海风的移动轨迹和连续时间点(根据信息发布频率，如每三小时)的相关海风数据在电子海图中显示出来。
87.以超强海风天气为例，根据中国气象局“关于实施热带气旋等级国家标准”的分类，热带气旋可分为六个级别，其中如表1所示，热带风暴、强热带风暴、台风以及强台风等级的气旋都是可以利用的气象条件。
88.表1可以进行发电的热带气旋级别表
89.气旋级别最大风力中心风速热带风暴8-9级17.2-24.4m/s强热带风暴10-11级24.5-32.6m/s台风12-13级32.7-41.4m/s强台风14-15级41.5-50.9m/s
90.我国的热带气旋主要集中在7-10月份的东南部海域。仅拿海南省举例，2021年影响海南省的热带气旋就有8个，平均数为6.2个/年。其中登录的有2个，平均数为1.7个/年。除了海南省外，广东省以及福建省沿海也是受热带气旋影响较大地区。因此本发明使用的海上风力发电船通过超强海风进行发电的主要工作窗口期也集中在每年的夏季，当然，在其他的实施例中，通过季风的监测以及其他类型的海风进行风力发电也可以在其他季节完成。
91.第二步、基于所述海上气象数据控制海上风力发电船行驶至目标区域。
92.其具体包括：根据所述电子海图的海风移动轨迹和时间、以及海上风力发电船的航程和航速确定目标区域；
93.使用自主航行技术控制所述海上风力发电船到达所述目标区域。
94.这里的目标区域是指风能比较集中的区域，可以通过风力图等确定风能密度较大的区域，将这个或这些区域作为目标区域。
95.所述目标区域还应满足以下条件：
96.目标区域离岸距离不大于海上风力发电船航程的一半；
97.第二时间减去第一时间不小于第一预设时间，所述第二时间为海风移动轨迹到达该目标区域的时间，为预测时间，所述第一时间为所述海上风力发电船到达目标区域的时间，第一预设时间可以是一个时间点，也可以是一个时间段。
98.以台风为例，可以通过gis技术把需要追踪的台风信息整合到电子海图系统后，接下来就需要设定目标区域，即海上风力发电船驶往的目的地。设定目的地的原则需要考虑三个因素，分别为海上风力发电船自身的航程和航速，以及台风预报的误差值。本发明实施例海上风力发电船采用电力驱动的方式，航程为1500km,考虑到往返和中途调整航线以及台风误差导致的损耗，台风的追踪范围应设为离岸不超过700km。同时海上风力发电船的航速也是考量因素之一，本海上风力发电船航速为14节，约为26km/h，行驶700公里的路程大约需要30个小时，因此需要设置一个提前量。最后台风预报带来的误差也是重要考量因素之一。通常情况下，48小时的预报误差在160公里左右，而24小时的预报误差能缩小到100公里以内，需要预留时间以让发电船修正目的地。因此，本海上风力发电船的初始目的地(加上航行所用时间)建议设为台风一天(即第一预设时间阈值)后的到达位置(24小时预报坐标)，在到达后待命等待台风信息更新，以更正提前预报带来的误差。同时，风力7级时的气旋半径在200-500公里之间，影响范围较广，海上风力发电船在抵达目的地后，若达到理想工作风速范围，即可开始启动风机发电。
99.在设定完目的地后，即进入航线制订流程，该步骤可通过海上风力发电船导航定位系统自动完成规划。其中，航线规划应考量如下因素：1.航线最短原则2.海上风力发电船自身条件，包括船身结构强度，海上风力发电船设备，吃水，吨位以及航速等。3.水文气象，特别注意暗礁，以及浅水和靠岸水域。4.避开航行受限区，例如军事演习区、水下电缆和管路的铺设区、避航区以及禁区等。5.海上风力发电船定制线。在通航密度较大的繁忙水域，为减少船只碰撞发生事故，会设置单一航路、多航路以及其他任何指定形式的航路体系。在该水域需要遵守当地的航路规则。
100.以台风为例，航线制订策略可大致分为两类，分别为大洋航线以及沿岸航线。他们的主要特点见下表2：
101.表2：大洋航线以及沿岸航线的主要特点表
[0102][0103]
考虑到本发明实施例海上风力发电船采用智能自动驾驶系统且有较强的抗风浪能力，因此无需考虑物资补给以及航海资料等因素，在航线策略上，应着力减少海上风力发电船的操作难度、远离复杂环境，以减少碰撞的风险。因此，应选取大洋航线作为本海上风力发电船的主要航线规划策略。
[0104]
海上风力发电船自动驾驶系统可分为感知、决策以及控制三个关键步骤。通过各种传感器和设备获得的海上风力发电船及环境信息会传给决策系统，基于这些信息决策系统会根据智能算法做出相应的判断并将命令发送给控制系统作最后的执行以调整海上风力发电船的航向及航速。之后，海上风力发电船感知系统会再次获取海上风力发电船的最新状态，并将信息发送给决策端，做出判断后再传给控制端执行，以此往复，形成一个感知-决策-控制的小循环。
[0105]
感知可分为海上风力发电船内部设备感知，和外部环境感知。内部感知主要包括，海上风力发电船机舱内主机、主轴以及舵桨等设备运行信息，以及蓄电池(模块)舱等具有一定危险性的区域。实现的途径主要通过在一些关键位置安装温度、压力、转速等传感器。电池模块则有专属电池管理系统用于监测电池信息。同时，内部感知还包括船身自身状态的感知，包括海上风力发电船六自由度运动状态，航向、航速等信息。本海上风力发电船通过安装的高精度卫星定位系统(gps、北斗、伽利略、glonass)以及陀螺仪等惯导设备可获得海上风力发电船的姿态信息。外部环境感知包括海底水文信息，以及附近的水面障碍及岸线等信息。主要通过海事雷达、360摄像头、船舶自动识别系统(ais)，电子海图配合声纳/多
波束测深仪进行探测。
[0106]
海上风力发电船的智能决策主要为了实现三个功能，分别为航向保持、姿态调整以及避免碰撞。海上风力发电船在行驶过程中受到风浪流的影响，行驶轨迹会发生偏移，偏离初始的既定航线。因此作为智能驾驶系统中最基本的环节，就需要海上风力发电船能够进行航向保持或者是路径追踪。实现此功能主要通过全球定位系统结合海上风力发电船航向控制算法。航向控制算法最早采用的是pid算法(比例积分微分算法)，但已无法满足自动驾驶系统鲁棒性以及准确度高的要求，本海上风力发电船将采用自适应性更高的基于深度学习的人工智能算法。姿态调整则是避免在极端海况中海上风力发电船因为大浪等冲击而发生倾覆，因此当海上风力发电船通过惯导设备发现海上风力发电船在某一自由度运动过于剧烈时(主要为横摇)，可通过改变海上风力发电船航向来调整姿态。智能避障系统主要用于海上风力发电船在航行过程中，出现其它船只或障碍时，能够及时有效的制订智能避碰的航行策略。本发明实施例将采用结合ais系统，船载雷达以及基于摄像头的图像识别算法进行加权，进而得出最终的智能避障策略。
[0107]
在海上风力发电船的智能决策系统根据海上风力发电船感知信息做出决策后，会把命令发送给最终的控制系统完成最终的执行，用以调整海上风力发电船的航向以及航速。执行策略的途径主要通过自动操舵仪来实现。
[0108]
在本发明较佳的实施例中，通过海上风力发电船导航定位系统和智能驾驶系统到达初始目的地后，还可以开展对海风的追踪。因为海风的形成以及移动是一个动态过程，因此需要海风的实时预报信息(移动速度、移动方向和中心坐标)来不断的更新目的地的坐标，从而形成一个动态追踪的过程。
[0109]
在海上风力发电船从岸侧出发抵达初始目的地后，会进入一个较高频率(根据海风更新频率，例如每小时更新)的动态追踪过程，即需要重新获取海风的最新位置信息，并将其作为新一轮航程的目的地，重新开始制订航线，进行自动驾驶并航行至新的目的地。由此，这一过程形成了个不断更新目的地的大循环，其中嵌套着自动驾驶系统的小循环(感知-决策-控制)。
[0110]
对于台风追踪功能的可行性来说，由于台风的中心移动速度通常为15km/h-20km/h(和风速不同)，并不是很快，本海上风力发电船的航速(最大：26km/h)能够满足对台风进行实时跟踪的要求。
[0111]
第三步、监测所述海上风力发电船所在位置的风速，在所述风速在预设风速范围内时，启动所述海上风力发电船上的发电装置进行发电。
[0112]
在海上风力发电船行驶至最终目的地区域(适宜海风发电的区域，记为目标区域)后，实时或定时监测所述目标区域的风速，当风速处于预设风速范围时，启动发电装置进行发电；
[0113]
当风速大于所述预设风速范围的最大值，或者风速小于所述预设风速范围的最小值，或者风速处于预设风速范围的持续时间小于第二预设时间阈值，收起所述发电装置使用风速仪监测海上风力发电船所在位置的风速(例如4m/s-40m/s)，当所述风速在预设工作风速范围内时，启动所述海上风力发电船上的发电装置进行发电。
[0114]
海上风力发电船使用蓄电池进行储能，每个蓄电池模块采用集装箱模块的方式放置于甲板之上，以充分利用宽大的甲板面积。请参照图2所示，发电装置(即风力发电机)利
用风能产生的电能通过整流桥电路，再由dc/dc电路降压后为蓄电池充电，蓄电池充电完成后(蓄电池总的预设电量阈值)，收起所述发电装置并控制所述海上风力发电船行驶至其目标停泊点，蓄电池可以为直流负载或交流负载供电，其中，使用于直流负载时，根据直流负载的额定电压对蓄电池的输出电压进行升压或降压处理，使用于交流负载时，则可以通过逆变器将直流电转换为交流电后为交流负载供电。
[0115]
在本发明较佳的实施例中，蓄电池模块分为大、小两种尺寸，分别为20英尺和40英尺，与之对应的电池容量分别为1mwh、2mwh。本发明实施例涉及的海上风力发电船可放置电池储能总量约30mwh(蓄电池总的预设电量阈值)的蓄电池模块。按80度电计算，一艘满电的海上风力发电船预计可为375辆新能源汽车充电。蓄电池采用模块化设计，可自由拆卸，增加了使用灵活性。通过船上特殊设计的固定装置和电源接口，可通过码头起重机对蓄电池模块进行吊装。蓄电池模块采用一体化设计，内置多个电池控制单元，外部设有显示屏可与工作人员实现人机交互。因此，每一个蓄电池模块都相当于一个小型电源基站。
[0116]
作为海上风力发电船充电后的蓄电池的使用场景，请参照图3所示，可以包括但不限于以下几种情况：
[0117]
1、解决沿海地区部分用电问题。
[0118]
中国沿海每年有多场超强海风天气，假设用100艘海上风力发电船追随超强海风5天来发电，预计产生的电力可以占沿海省份总用电量的3％以上，储存在蓄电池中可以为20000台出厂新车提供充满电的电池。
[0119]
本发明实施例所涉及的海上风力发电船将通过模块化的集装箱式电池的来给沿海城市提供电力。本发明实施例涉及的海上风力发电船的城市应用场景可分为四类，分别为给商用建筑和设施供电的大型电源基站，电动车辆换、充电站，船用动力电池以及电场储能项目。在需求端，可根据不同用途，配给大、小两种规格的蓄电池模块。
[0120]
1.1、应用于商用建筑和设施供电的能源基站。该应用要求储电量较高，可采用单个或多个40尺电池模块组合的形式。电源基站可作为商用建筑和设施的备用电源，在用电高峰或者紧急情况时维持建筑的电力供应。
[0121]
1.2、应用于电动车辆的充、换电站。在港口周边地区可建造配套的电动车辆冲、换电站。对于小型家用电动车来说，比较适合充电的模式。因为各类型车辆品牌众多，电池型号很难做到统一，并且电池容量相对较小，可在较短时间内完成充电。对于此场景，可采用20尺集装箱电池模块对车用充电桩提供电力。
[0122]
1.3、应用于电动海上风力发电船。纯电力驱动的方式一般适用于短途航行的中、小型海上风力发电船。对于此场景，中型海上风力发电船可采用安装在船尾的20尺的集装箱电池模块来对该类海上风力发电船提供电力，此类海上风力发电船主要采用换电的方式完成电力补充。
[0123]
1.4、应用于电场的储能项目。本发明实施例涉及的海上风力发电船可以和电场合作，将40尺集装箱储能模块作为电场储能项目的一部分。在电场负荷冗余，或者用电低谷时进行充电。
[0124]
2、解决大量岛屿的供电问题。
[0125]
大量岛屿大多使用成本高的柴油发电，设置光伏面板的空间也有限。岛上虽然有风吹，但碰到岛屿时会产生湍流，而台风则会较快地通过岛屿，因此不适合普通的风力发
电。在离岛一定距离安排一些海上风力发电船，台风过后，海上风力发电船的蓄电池已充满电，可供岛上用电需求。
[0126]
离岸较近岛屿通常采用海底电缆供电，但受到台风等极端天气的影响，时常因为外破而发生故障，给岛屿的稳定供电带来了很大的挑战。无论是柴油发电还是海底电缆输电，成本都较高，且柴油发电会带来污染，给当地生态带来诸多不良影响。而通过建立岛屿风光储微电网系统，能够很加强岛屿供电的稳定性，推动绿色环保型海岛建设。本发明实施例涉及的海上风力发电船很好的利用了海岛附近，台风等大风天气频发，风能资源充足的特点。同时，避免了风经过岛屿时产生的湍流，可在海上直接捕获优质的风资源。
[0127]
海上风力发电船可通过三种途径向岛屿供能。第一种，蓄电池模块可作为岛屿微电网系统中储能项目的一部分，在发生突发情况断电时，能够快速的介入完成供电系统黑启动。第二种，海上风力发电船充满电后可在岸边停靠，通过电缆直接并网向岛内用电设施供电。第三种，蓄电池模块作为移动式的电源基站，可为岛屿上的汽车、海上风力发电船等充电站供电。
[0128]
实施例二
[0129]
请参照图4-8所示，一种海上风力发电船，其包括发电船本体400、发电装置100以及驾驶舱200、蓄电池安装位300以及自主航行系统；其中，所述发电装置、自主航行系统、驾驶舱、以及蓄电池安装位均安装于所述发电船本体上。
[0130]
所述自主航行系统用于接收超强海风数据，并基于所述超强海风数据控制所述发电船本体行驶至目标区域；所述自主航行系统还监测所述发电船本体所在位置的风速，在所述风速在预设风速范围内时，启动所述发电装置进行发电。
[0131]
请参照图8所示，发电船本体400采用采用三体船的船型，其主要由三个部分构成，分别为中间部位的主船体410，尺度约占排水体积的90％，两侧并排各有一个大小相同的辅助船体，分别记为第一辅助船体420和第二辅助船体430。
[0132]
请参照图6和7所示，海上风力发电船甲板的中部设有蓄电池安装位300，包括放置蓄电池模块的固定槽位和专用接口，用于放置、固定和连接蓄电池模块以存储风机产生的电能。甲板的两侧和靠近船艏处设有共8座发电装置。在蓄电池模块放置区和船艏垂直轴风机之间设有直升机停机坪500，供紧急情况时直升机的起降。在电池装载区(蓄电池安装位300)的后方，靠近船尾处甲板为驾驶舱200和设备控制室。驾驶舱层高约10m，高于前方的蓄电池放置区(电池两层叠放高度约5m,而驾驶舱前挡风玻璃的下端高度约6m)，能够提供较好的视野。
[0133]
选用三体船结构有如下四个优点：第一点，其甲板面积宽大，便于安装发电装置100以及蓄电池安装位300。第二点，三体船水线面较小，减少了水中航行的兴波阻力从而提升航速，能够更快的对超强海风进行追踪。第三点，三体船的耐波性尤其是横摇方向的稳定性要由于传统意义上的单体船，从而能够更好的抵御台风等强风天气，提升海上风力发电船的发电潜力。第四点，三体船相较于双体船载重量更大且对材料强度的要求没有那么高，减小了整体造价。
[0134]
表3：海上风力发电船技术参数表
[0135][0136][0137]
本发明实施例涉及的海上风力发电船搭载有自主航行系统。鉴于海上风力发电船的工作环境为超强海风途径地区，伴随有大风大浪等极端海况，十分危险，会对随船工作人员带来健康安全隐患。因此，此等高危任务不适宜载人船只执行。而自主航行功能则能很好的解决这一问题。
[0138]
请参照图9所示，自主航行系统主要导航及定位模块、态势感知及避障模块、冗余通信系统、以及船身控制模块，自主航行系统可以与在岸侧设有的海上风力发电船指挥中心进行通讯，海上风力发电船指挥中心是海上风力发电船的后勤保障。所有的海上风力发电船数据都会实时发送回指挥中心，由工作人员对海上风力发电船运行状态进行实时监控。在必要情况时，指挥中心可完全取得海上风力发电船的操作权限，进行远程人工控制。
[0139]
导航及定位模块可以分为硬件与软件两部分。硬件部分主要为4个gnss天线，均布置在海上风力发电船驾驶舱上方的通信塔架上。本发明实施例的海上风力发电船采用四模全球卫星导航系统，包含gps、glonass、galileo以及北斗四种卫星系统。通过使用所有可用卫星，来生成最终的复合位置。该系统通过建立多系统参考站网络来进行轨道、时钟以及载波相位校正。不同卫星系统的信号校正均为独立计算，此举可有效抵御电离层的闪烁效应。并且通过不同卫星系统的多重验证，增强了位置信息的可靠性。软件部分为电子海图和航法计算系统。通过在电子海图上设定起始点、终止点、途径点等的经纬度，并结合转向点之间的航法(如恒向线航法，大圆航法等)，可计算出大致的航线，其中包含航程，转向点经纬度与航向等数据。
[0140]
该套导航及定位模块可控制在10分米(经度、纬度、高度)以内，满足了海上风力发电船自动航行的需求。
[0141]
态势感知及避障模块包括360度摄像头、航海雷达、船舶自动识别系统(ais)，多波束测深仪，风速仪以及应急锚几个部分，从多个维度来实时监测海上风力发电船运行状态以及周边情况，能够根据实时海况调整海上风力发电船运行姿态，修正航向及航速，以及在预测到危险情况时提前做出避险响应。
[0142]
海上风力发电船在水下，甲板以及信号塔等多个位置安装有360度摄像头从而构建cctv视频监测系统，从视觉的维度对水下、船上及周边环境实时监测。
[0143]
航海雷达装载在海上风力发电船驾驶舱上方信号塔架处，可用于观察周围海上风力发电船的航向及航速。航海雷达能够在能见度较低时提供有效的观察手段，是较为传统且成熟的海上风力发电船定位及避让方法。
[0144]
本发明实施例涉及的海上风力发电船搭载有ais天线，并安装在驾驶舱上方的信号塔处。ais是一套海上风力发电船自动追踪系统，可由周围海上风力发电船，岸台基站以及通信卫星建立起一个通信网络。每个海上风力发电船都有一个单独的识别码，通过ais信
号收发器，可得知所有在线海上风力发电船的位置，航向，航速以及船名等信息，并在电子海图上进行显示。
[0145]
多波束测深仪安装在海上风力发电船的底部，采用流线型结构，以减小阻力和噪声干扰。此装置能够扫描对应区域的海底地形，以及水深等信息，并生成水文地图。此装置能够帮助海上风力发电船探测水下信息，帮助调整航线，避免与暗礁碰撞以及海上风力发电船搁浅等情况出现。
[0146]
风速仪安装在垂直轴风机塔架上方，可用来测量风速和风力。风速仪除了可以帮助控制发电装置(例如马格努斯转子自转速度、方向，挡流板角度，马格努斯转子端点风扇片角度等)外，还可以用来监测风力对船身姿态的影响。
[0147]
应急锚可在发生紧急情况时快速落下，帮助海上风力发电船在极端天气中稳定船身，避免发生碰撞或发生倾覆。
[0148]
冗余通信模块除去上述常用海事通信模块外，本海上风力发电船还搭配有4g/5g，vhf通信和vsat通信组成的备用通信模块或冗余通信模块，以适应在台风等极端海况下航行及发电的工作条件。在其他设备发生损坏，或信号不良时，依然可以建立起实时有效的通讯。其中vsat具有大带宽的特点，可靠性强，安装在驾驶舱上方。该通讯系统可与岸侧控制中心建立实时连接，必要时，岸基控制中心可以通过vsat通讯完全控制海上风力发电船。
[0149]
船身控制模块由陀螺仪传感器，自动操舵仪，海上风力发电船自动控制算法与上述多种传感器及通讯装置共同组成。陀螺仪传感器能够更精确的测量船身的俯仰，横摇以及船头指向，掌握实时的海上风力发电船姿态，以便调整海上风力发电船前进速度和航向。海上风力发电船驾驶舱内配有自动操舵仪，可代替舵手自动控制舵机，保持海上风力发电船按照规定航向航行。海上风力发电船采用pid控制算法(比例积分微分)，同时搭配可拓展式模块，可通过嵌入其他自动驾驶控制程序来对算法进行升级(如视觉神经网络的深度学习人工智能算法，需要通过数据库来训练模型，进行优化)。
[0150]
本海上风力发电船自主航行系统的工作流程如图所示：由gnss系统获取海上风力发电船实时位置信息，并结合电子海图设定出发点及初始目的地拟定出初步的航线。之后进入自动驾驶系统的闭路逻辑循环。首先，由海上风力发电船搭载的感知模块实时获取海上风力发电船周边环境及船身的行驶状态。随后，传感器获取的信息会发送给决策模块，并通过智能控制算法制订航行策略以确保维持航向。避障系统拥有最高优先级，在发生紧急情况时，会进行介入，规避可能发生的碰撞。之后，海上风力发电船控制模块通过自动操舵仪以及动力控制模块调整海上风力发电船的航向及航速。在完成此步骤之后，传感器会再次感知海上风力发电船及周边环境信息，进行新一轮的感知-决策-控制循环。
[0151]
海上风力发电船无人智能驾驶系统有如下几点优势：
[0152]
1、增加海上风力发电船安全性。75％-96％的海事事故都是由人为原因造成的，自动驾驶海上风力发电船可以有效减少因船员疲劳和个人判断失误造成的事故发生。
[0153]
2、减少运行成本。自动驾驶功能可大大减少对于船员的需求，而随着船员的减少，将不再需要支付他们的工资，保险以及相关用品。船员成本可占总成本的30％左右，因此无人智能驾驶海上风力发电船的使用将节省大量人力成本，节省开支。
[0154]
3、提升能源效率，通过自动驾驶标准的建立，海上风力发电船将朝着数字化，智能化发展。通过收集的大量数据，可进一步优化航线，减少航程，提升海上风力发电船运输、航
行效率。
[0155]
请参照图10-16所示，发电装置采用马格努斯式垂直轴发电机，其主要包括第一转轴10、马格努斯转子、发电设备、第一连接件以及收合结构，其中，所述马格努斯转子的转动通过所述第一连接件带动所述第一转轴转动，所述发电设备安装于第一转轴下方设置的底部基座60内，所述第一转轴转动使得所述发电设备产生电能；
[0156]
所述收合结构包括固定套41和活动套42，所述第一连接件有两个，分别记为第一一连接件31和第一二连接件32；所述固定套安装于第一转轴的上端部，所述活动套套接于所述第一转轴上，所述第一一连接件的两端分别转动连接于固定套和马格努斯转子的上端部；所述第一二连接件的两端分别转动连接于活动套和马格努斯转子的下端部。
[0157]
当然，也可以将固定套安装于第一转轴的下端部，将活动套套接于所述第一转轴上，第一一连接件的两端分别转动连接于固定套和马格努斯转子的下端部；所述第一二连接件的两端分别转动连接于活动套和马格努斯转子的上端部。
[0158]
所述发电装置具有两种状态，分别为工作状态和收起状态，所述工作状态下马格努斯转子和第一转轴之间的距离大于所述收起状态下马格努斯转子和第一转轴之间的距离。
[0159]
可以在第一一连接件和固定套或马格努斯转子之间的转动轴上可以安装第一液压装置或旋转电机，或者在第一二连接件和固定套或马格努斯转子之间的转动轴上可以安装第二液压装置或旋转电机，通过液压装置或旋转电机带动第一一连接件或第一二连接件转动，从而实现马格努斯转子的收合，示例性地，当第一液压装置或旋转电机带动第一一连接件转动，使得第一一连接件与第一转轴的径向平行或重合时，则发电装置处于工作状态，此时，马格努斯转子转动带动第一转轴转动，进而通过发电装置产生电能。
[0160]
当第一液压装置或旋转电机带动第一一连接件转动，使得活动套向下移动，同时第一一连接件与第一转轴之间的夹角达到预设角度时，停止第一液压装置或旋转电机的转动，则发电装置处于收起状态，为避免此时第一转轴仍会随马格努斯转子，可以在第一转轴上，例如在底部基座内设置制动装置，当发电装置处于收起状态时，制动装置组织第一转轴的转动。
[0161]
在海上风力发电船抵达预定位置准备收集风能时，通过液压装置将第一一连接件和第一二连接件撑起，将马格努斯转子展开(此时马格努斯转子距离第一转轴最远)。而在海上风力发电船航行过程中，可将第一一连接件和第一二连接件落下从而将马格努斯转子收起，减少受风面积从而降低行驶中的风阻。在风能收集完毕后，可通过停止马格努斯转子的自传(第二旋转轴的旋转)，减少马格努斯效应，从而使第一转轴的旋转减速。同时，制动装置能够使第一转轴完全停止并固定，垂直轴风机停止转动后，开始马格努斯转子的收起。
[0162]
本发明实施例使用的马格努斯式垂直轴发电机，可以通过旋转的马格努斯转子产生的马格努斯力来推动风机(第一转轴)的转动。该风机为升力式垂直轴风机，相较于gyro-mill式和darius式风机，本发明实施例使用的马格努斯式风机产生升力的叶片不是螺旋桨式的翼形，而是圆柱型或桶形，利用旋转的圆筒受到风吹时产生的“马格纳斯力”转动发电机，这样也能很好地捕捉风向的变化。相较于传统水平轴风机其刚性高、不易损坏且制造成本低(普通的风力发电在风速25米时就停止发电，而圆筒风力发电机在40米风速下也可以继续发电)。同时，垂直轴风机的电机位于底部基座中，相较于水平轴风机机舱位于几十米
高空中，其便于维护，维修成本低。此外，该海上风力发电船所使用的垂直轴风机不受风向影响，因此无需设置追踪风向的装置，且不一定需要安装高大塔架，可将风机直接安装在海上风力发电船甲板之上，在需要发电时，通过可伸缩支撑杆将马格努斯转子撑起。马格努斯式风机的极限工况更高，也有着较为优秀的启动风速，此特点延长了风机的有效工作时间，提高了发电潜能。
[0163]
另一方面，本发明实施例采用三体海上风力发电船构型，其甲板面积宽大，可充分利用空间放置足量的蓄电池，从而降低平均度电成本。同时，三体船兴波阻力小，航速快，可在准确快速地抵达集风区域，从而降低途中的损耗。
[0164]
每个发电装置均由三个马格努斯转子构成(第二旋转轴)，第一转轴通过三组连接杆连接马格努斯转子。相较于两组马格努斯转子的设计，三个马格努斯转子的设计能够在一个旋转周期内使马格努斯转子的受力(第一转轴所受扭矩)更加平均，避免因为风的扰动导致发电机出力不平均从而减小发电效率。
[0165]
三个马格努斯转子底部装有电动机以驱动马格努斯转子的旋转，并且可根据风速来调整马格努斯转子的旋转速度从而最大限度的加强马格努斯效应推动第一转轴旋转，从而优化风机出力曲线。
[0166]
马格努斯转子主要由圆筒翼20构成，在圆筒翼的上下两端还设置有圆盘21，圆盘的直径大于圆筒翼的直径，此设计可以使马格努斯转子附近的气流均匀化从而提升马格努斯力。此设计还可以进一步将大直径圆盘改成扇片状，超出中间圆筒翼的部分为与旋转方向产生一定倾角的扇片211，扇片211与圆盘的侧壁转动连接，扇片转轴伸出圆盘外的部分与转动杆212固定连接。这样在选装的过程中，倾斜的叶片推动流体，从而进一步加强马格努斯效应。
[0167]
每个马格努斯转子行进方向(即第一转轴旋转方向)的背面设置有挡风板30，用于减小当马格努斯转子行进至顺风侧时产生的马格努斯力与迎风侧马格努斯转子产生的马格努斯力相互抵消，从而起到当马格努斯转子处于迎风侧位置时，产生的马格努斯力较大，而当运行至对称位置的顺风侧时，产生的通向的马格努斯力较小，从而使垂直轴风机围绕第一转轴沿同一个方向旋转。挡风板离马格努斯转子近端点距离圆筒翼背侧表面要小于圆筒翼的直径，以达到更好的遮挡扰流作用。
[0168]
挡风板通过第二连接件与马格努斯转子转动连接，具体地，第二连接件有两个，分别记为第二一连接件51和第二二连接件52，圆筒翼的上端部通过第二一连接件51和挡风板的上端转动连接，圆筒翼的下端部通过第二二连接件52和挡风板的下端转动连接。
[0169]
本发明实施例中涉及的海上风力发电船所使用的马格努斯式垂直轴风机的大致技术参数如表4所示：
[0170]
表4：马格努斯式垂直轴风机技术参数表
[0171]
[0172][0173]
额定功率下海上风力发电船充满时间：30mwh(电池总容量)/(8(船载风机数量)*100kw(单机功率))＝37.5h
[0174]
作为一种优选方案，还可以在马格努斯转子(即圆筒翼)的表面可设计沿圆筒翼的轴向方向均匀排布的多个凹槽，以增大圆筒翼表面的粗糙度从而加强马格努斯效应。为避免雷击而损坏发电机等电子器件，可以在第一转轴顶部安装有避雷针。
[0175]
该风机的发电原理为：当圆筒翼在气流中进行自转时，利用顺风侧和背风侧两端的压强差，而产生一个垂直于来风向的马格努斯力推动风机的旋转。通过对马格努斯转子自转速度的控制，能够进而控制马格努斯力的大小，因此能够大大提升该风机的工作风速范围，既有较为优异的启动风速，也避免了强风导致的螺旋桨的超速旋转，使螺旋桨损坏。另外，垂直轴型风力发电机的特征是不受风向的影响，因此不必设置对风向进行追随的追随机构。
[0176]
在本发明的各种实施例中，应理解，所述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0177]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0178]
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0179]
所述集成的单元若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取的存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或者部分，可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明的各个实施例所述方法的部分或全部步骤。
[0180]
在本发明所提供的实施例中，应理解，“与a对应的b”表示b与a相关联，根据a可以确定b。但还应理解，根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。
[0181]
本领域普通技术人员可以理解所述实施例的各种方法中的部分或全部步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(read-only memory，rom)、随机存储器(random access memory，ram)、可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-time programmable read-only memory，otprom)、电子抹除式可复写只读存储器(electrically-erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
[0182]
以上对本发明实施例公开的一种海上风力发电方法和海上风力发电船进行了详细介绍，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方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种海上风力发电方法，其特征在于，其包括以下步骤：接收海上气象数据，所述海上气象数据主要为台风、热带气旋及季风中的任一种；基于所述海上气象数据控制海上风力发电船行驶至目标区域，所述目标区域为风能集中区域；监测所述海上风力发电船所在位置的风速，当所述风速在预设工作风速范围内时，启动所述海上风力发电船上的发电装置进行发电。2.根据权利要求1所述的海上风力发电方法，其特征在于，所述接收海上气象数据，包括：接收气象局或/和气象观测平台或/和海上风力发电船自身观测设备的海风监测信息，基于所述海风监测信息确定海风数据，所述海风数据包括海风中心坐标，移动方向、移动速度以及中心风速；基于所述海风的移动方向和移动速度确定海风中心位置的移动轨迹，并结合地理信息系统将所述移动轨迹和时间显示在电子海图上。3.根据权利要求2所述的海上风力发电方法，其特征在于，基于所述海上气象数据控制海上风力发电船行驶至风能最集中的目标区域，包括：根据所述电子海图的海风移动轨迹和时间、以及海上风力发电船的航程和航速确定目标区域；使用自主航行技术控制所述海上风力发电船到达所述目标区域；所述目标区域满足以下条件：目标区域离岸距离不大于海上风力发电船航程的一半；第二时间减去第一时间不小于第一预设时间，所述第二时间为海风移动轨迹到达该目标区域的时间，为预测时间，所述第一时间为所述海上风力发电船到达目标区域的时间。4.根据权利要求1-3任一项所述的海上风力发电方法，其特征在于，监测所述海上风力发电船所在位置的风速，当所述风速在预设工作风速范围时，启动所述海上风力发电船上的发电装置进行发电，包括：在海上风力发电船行驶至所述目标区域后，实时或定时监测所述目标区域的风速，当风速处于预设风速范围时，启动发电装置进行发电；当风速大于所述预设风速范围的最大值，或者风速小于所述预设风速范围的最小值，或者风速处于预设风速范围的持续时间小于第二预设时间阈值，收起所述发电装置；或/和，所述方法，还包括：当所述海上风力发电船的发电量达到预设电量阈值时，收起所述发电装置并控制所述海上风力发电船行驶至其目标停泊点。5.一种海上风力发电船，其特征在于，其包括发电船本体、发电装置以及自主航行系统；其中，所述发电装置和自主航行系统均安装于所述发电船本体上；所述自主航行系统用于接收海上气象数据，并基于所述海上气象数据控制所述发电船本体行驶至风能最集中的目标区域；所述自主航行系统还监测所述发电船本体所在位置的风速，当所述风速在预设工作风速范围内时，启动所述发电装置进行发电；所述海上气象数据主要为台风、热带气旋及季风中的任一种；所述目标区域为风能集
中区域。6.根据权利要求5所述的海上风力发电船，其特征在于，所述发电装置采用马格努斯式垂直轴发电机，所述马格努斯式垂直轴发电机的工作风速范围可覆盖一般海风和超强海风的风速，所述超强海风为台风、热带气旋及季风中的任一种；所述马格努斯式垂直轴发电机包括第一转轴、马格努斯转子、发电设备、第一连接件以及收合结构，其中，所述马格努斯转子的转动通过所述第一连接件带动所述第一转轴转动，所述发电设备安装于第一转轴下方设置的底部基座内，所述第一转轴转动使得所述发电设备产生电能；所述收合结构包括固定套和活动套，所述第一连接件有两个，分别记为第一一连接件和第一二连接件；所述固定套安装于第一转轴的上端部，所述活动套套接于所述第一转轴上，所述第一一连接件的两端分别转动连接于固定套和马格努斯转子的上端部；所述第一二连接件的两端分别转动连接于活动套和马格努斯转子的下端部；或者，所述固定套安装于第一转轴的下端部，所述活动套套接于所述第一转轴上，所述第一一连接件的两端分别转动连接于固定套和马格努斯转子的下端部；所述第一二连接件的两端分别转动连接于活动套和马格努斯转子的上端部；所述发电装置具有两种状态，分别为工作状态和收起状态，所述工作状态下马格努斯转子和第一转轴之间的距离大于所述收起状态下马格努斯转子和第一转轴之间的距离。7.根据权利要求6所述的海上风力发电船，其特征在于，所述发电装置还包括与所述马格努斯转子转动连接的挡风板，所述挡风板通过第二连接件与马格努斯转子转动连接，所述马格努斯转子位于所述第一转轴和挡风板之间；或/和，所述马格努斯转子为三个，三个所述马格努斯转子均匀分布于所述第一转轴的外围；或/和，所述第一转轴的顶端安装有避雷针；或/和，所述马格努斯转子的底部安装有电动机。8.根据权利要求6所述的海上风力发电船，其特征在于，所述马格努斯转子包括圆筒翼和固定连接于圆筒翼上下两端的圆盘，所述圆盘的直径大于所述圆筒翼的直径。9.根据权利要求8所述的海上风力发电船，其特征在于，所述圆盘的内侧还均匀分布有多个扇片，所述扇片与所述圆盘的侧壁转动连接，所述扇片与所述圆筒翼的径向存在夹角；或/和，所述圆筒翼的轴向设置一个或多个凹槽。10.根据权利要求5-9任一项所述的海上风力发电船，其特征在于，所述发电船本体为三体船；或/和，所述发电船本体上还设置有蓄电池安装位，用于安放和连接蓄电池模块，所述发电装置产生的电能存储至所述蓄电池模块；或/和，
所述自主航行系统包括导航及定位模块、态势感知及避障模块、冗余通信系统、以及船身控制模块；其中，所述导航及定位模块包括4个gnss天线，均布置在发电船本体驾驶舱上方的通信塔架上，用于接收gps、glonass、galileo以及北斗四种卫星系统的定位信息；所述态势感知及避障模块包括摄像头、航海雷达、ais天线、多波束测深仪、以及风速仪，其中，所述发电船本体的甲板、船下以及信号塔的多个位置均安装有摄像头从而构建cctv视频监测系统，从视觉的维度对水下、船上及周边环境实时监测；所述航海雷达装载在发电船本体驾驶舱上方的信号塔架处，用于观察周围海上风力发电船的航向及航速；所述ais天线装载在发电船本体驾驶舱上方的信号塔架处，用于构建海上风力发电船的智能避障系统，与周围船舶，岸台基站以及通信卫星建立起一个通信网络；所述多波束测深仪安装在发电船本体的底部，用于扫描对应区域的海底地形，以及水深信息，并生成水文地图；所述风速仪安装在发电装置的上方，用于测量风速和风力；所述冗余通信模块包括4g/5g，vhf通信系统和vsat通信系统组成的备用通信系统；岸台基站通过通信网络结合态势感知及避障模块对所述发电船本体进行实时监测，并通过vsat通信系统对所述发电船本体进行远程操控。所述船身控制模块包括陀螺仪传感器，自动操舵仪；其中，所述陀螺仪传感器用于测量船身的俯仰，横摇以及船头指向，掌握实时的海上风力发电船姿态，以便调整海上风力发电船前进速度和航向；所述自动操舵仪安装于所述发电船本体驾驶舱内，用于代替舵手自动控制舵机，使得所述发电船本体按照规定航向航行。

技术总结
本发明实施例公开了一种海上风力发电方法和海上风力发电船，涉及风力发电技术领域，该方法包括：接收海上气象数据；基于海上气象数据控制海上风力发电船行驶至风能集中的目标区域；监测海上风力发电船所在位置的风速，当风速在预设工作风速范围内时，启动海上风力发电船上的发电装置进行发电。本发明实施例可以使用海上风力发电船根据海上气象数据来追踪包含台风在内的超强海风天气，从而当风速在预设工作风速范围时，启动发电装置进行发电，并通过蓄电池模块进行储存，随后向海岛或沿海城市进行供电。本发明专利除了在台风等超强海风天气下进行发电，当风速处于船载发电装置工作风速范围内时，本海上风力发电船均可出海进行发电。行发电。行发电。


技术研发人员：陈超核 王红博 杨汝全 杨跃富
受保护的技术使用者：广州远和船海研究院有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/27