CN101230846B - 浮水风电站 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种浮水风电站，包括由圆锥形聚风筒引风向圆锥体小端的风力发电机组；用数根长筒体组成浮水簰锚住或拴系在海域，可以自行浮动迎风浪对准方位；所述的组成浮水簰的长筒体由浮在水面的筒体和与该浮在水面的筒体相对应的水下的筒体组成，各筒体之间用竖、横连管连接，并用张拉钢丝或钢索强化结构力，提高刚度；水下的右侧的筒体与左侧相对应的筒体内的中间一段都充有一部分水，在水面上设有进排水的机电泵系统，调节储水量来控制大簰的浮升程度，适应各种大小风浪；所有筒体的前后端都呈流线型。风电站可拴系在小岛、礁石或海底锚方式浮水自动迎风定向发电，可为领先占领海洋开采海底热液多金属硫化物、富钴结壳、多金属结核提供最佳电源。

Description

浮水风电站
技术领域
本发明属于风电海洋工程领域，一种浮水风电站。
背景技术
现有风能利用技术站常建于浅海滩、高山、草原等陆地，但海洋面积比陆地大得多，并且海面上风能资源好，又不占地面。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮水风电站，向海洋要风力资源，可率先占领海洋风力资源。尤其浙江最好的风力资源在高大陆较远的小海岛一带，或更远的公海。
本发明的技术方案：圆锥形聚风筒引风向圆锥体小端的风力发电机组，提高风能密度；用数根长筒体组成浮水簰锚住或拴系在海域，可以自行浮动迎风浪对准方位；所述的聚风筒和风力发电机组均安装在该浮水簰上；所述的组成浮水簰的长筒体由浮在水面的筒体和与该浮在水面的筒体相对应的水下的筒体组成，各筒体之间用截面都呈流线型的竖、横连管连接，并用张拉钢丝或钢索强化结构力，提高刚度，其特征是，水下的右侧的筒体与左侧相对应的筒体内的中间一段都充有一部分水，在水面上设有进排水的机电泵系统，调节储水量来控制浮水簰的浮升程度，适应各种大小风浪；所有筒体的前后端都呈流线型；所述的聚风筒用多个金属圆环作纬线，用数根直扁钢管作经线焊成筒体骨架，再在经线方向用很多根扁塑料管以自攻螺钉紧固在各纬线上，构成筒内壁密排、排列的塑料内筒壁，再在筒内外壁用环氧树脂粘合玻璃丝布数层而成。
所述的浮水簰的长筒，用多个圆环形方钢管作纬线，用很多根直线小钢管接近相互靠拢地围绕在纬线圆环的外圆周上，作为经线，再在经线围成的圆筒体外缠绕数层玻璃丝布环氧树脂胶粘住，再在外面套上水密封橡胶或软聚氯乙烯塑料水密封套，最外面是增强硬聚氯乙烯水密封层。
本发明的突出优点：(1)占领了地球表面层最具富风力资源的区域，即不占用陆地面积；(2)如能发展大型化、多个风电站集群区域化，有可能为开采海底热液多金属硫化物、富钴结壳、多金属结核提供最佳电源；(3)浮水风电站，只要拴系在小岛、礁石或深海大锚，就可自动调整迎风方向；(4)本方案有适应广泛的风速范围，如三叶风力机对风速＜3m/S时不能启动；估计本方案在风速2m/S时，利用升风帆抢风，进行引风入筒，也能使风力机正常运转。
附图说朋
图1是浮水风电站的侧面剖面圈。
图2是图1的A-A截面图。
具体实施方式
图2各风筒组成的喇叭口径图，有A与B两组风筒；A组有A(Φ40m)，A1和A2(Φ30m)共3个风筒；B组有B(Φ55m)1个，B1和B2(Φ40m)2个，以及B3和B4(Φ30m)各1个，所以B组共有5个风筒。风筒有大小，目的在有限截面上充分安排利用空间。风筒都是喇叭口状，前(进风口)大，出风口小，出风口安装风力发电机组。风力机是亚汽轮机式，它的叶片比较汽轮的少而长。利用风筒的窄管效应提高风速。因为风力机从风能中获取的能量与风速的3次方成正比，所以应用风筒的聚风作用，保证自然风速较低时也能正常发电。
图1的风筒长度方向上的K，是筒身左右两侧对称布置的自动卸载风门，风速达到超载时筒内风压升高而克服风门K弹簧关闭力，逐次推开一扇数扇风门，泄风减压，维持筒内最高额定风压，全负荷运转发电。所有风筒都是有卸载风门K，为了画面清楚，仅画一些示意说明。各风筒纵向都有高强度钢丝拉线，借以增强迎风拉力，也为画面清楚而省略画。
图1，E′和E都是风力发电机组；E′是最大，其余5台E全都是一样大。图1是剖面图，只因画面缩小太多，难以用剖面线等表达。为此请参照A-A截面图2，B风筒的风电机组是E′，B1、B2、A的风电机组都一样是E，A1、A2风筒在图1的P处会合后延伸，也用一台风电机组E，图2的B3、B4风筒在图1的P，处会合后延伸，也用一台风电机组E。所以只用两种风电机组的规格，即E′和E，以减少投资。
图1，M、M′是头桅、二桅，它们与风筒间有拉线N，万一风速很低时，可升起一种过去的海帆船常用的软帆，(缝有升帆绳的一块大布)，用数面软帆抢风，把风导向引入风筒。S是发射信息与陆地、海岛联络或进行嘹望或救助海难商船、渔民等的指挥塔。还应具备先进的大轮船使用的AIS自动识别系统，防范海船误撞，预先自动(定距内)发出防撞警告。
上面所述及的所有结构都建在筒体组合大簰上。图1的筒体F，水面W在F的中心线偏下，而且比风筒长得多。筒体G全在水下，所有筒体都同一规格，前后端都呈流线型。图2可知浮在水面的筒体F纵向(迎接风浪方向)有6个，与它们相对应的G筒体也是6个。各筒体之间的竖、横连管(截面都呈流线型)连接，并用张拉钢丝(或钢索)N，强化结构力，提高刚度。右侧的Ga、Gb筒体与左侧相对应的筒体内的中间一段，(图1的W′)都充有一部分水和水面上有进排水的机电泵系统，调节储水量来控制大簰浮升程度，适应各种大小风浪。
这种迎风浪纵向筒体构成的大簰，比起大轮船(日本在海浪发电上曾用巨鲸号等大轮船)有突出的优点：a、长长的纵向筒体，同时跨越数个或多个波浪，与波浪的接触面小，所以稳定性很好；b、造价低，技术容易，可以让一般务工人员就业；c、还可利用一部分聚合物基复合材料及金属骨架构成防海水浸蚀的轻而经济的筒体；d、可以先分组或分工场制造，后组合成大簰，缩短工期，充分就业。
举例略述筒体制造：1、用模型法(只用常用精度)制约Φ2.3m的圆周上匀布缺口的树脂定位盘P，P盘例如用环氧树脂玻璃丝布模型压成(盘不厚，有加强筋和圆周加强沿)，然后在P盘的圆周缺口上嵌入Φ30的小钢管a，使a与a之间的节距T＝80mm，再用50×50的方钢管，用弯管机弯成多个同样直径圆周b，令b正好放入沿P盘周围缺口中的Φ30的小钢管a围成的圆筒形状体当中，并与a一一焊住；这样就是用每两个P盘作定位，中段放入7个圆圈b，令b与b间距为700m；小钢管a用对焊机逐一焊长，(各对接管分别错开焊接位置)，继续放入50×50方钢管圆圈b互相间隔700m的7个，再放入一个树脂定位盘P作定位......直至长度达到约360m、用Φ30mm小钢管围成的大圆筒形状体的骨架，这骨架的前后端用扁钢管弯成抛物线状的圆锥头，外焊薄钢板拼接、压型的流线型罩；然后把整个结构用玻璃丝布粘环氧树脂分别以左螺旋、右螺旋缠绕、粘合数层；此后，外套3mm厚的密封橡皮罩(用汽车内轮胎橡胶)或用软聚氯乙烯代替；最后，外罩半硬聚氯乙烯(含玻璃纤维)的外罩，它的壁厚5-6mm，这样大的管径可能不能挤塑拉制，可用离心力滚塑法成型3-5m长的管段，然再逐一用塑料焊接法焊长，最终焊上两端的流线型聚氯乙烯圆锥头。这种多层密封、防腐蚀结构，重量轻，节约金属。
图1的筒体G的中间一段的下半部位有储水舱，它是用玻璃纤维增强硬聚氯乙烯制成的密封舱，通过进排水管、通气管与水上的控制室水泵，由智能传输系统控制。
风筒结构用分段制作法：如风筒A(同B1、B2)举例：(1)用Φ150mm钢管由弯管机弯成Φ40m的一个圆圈，再以Φ4mm的高强度钢丝在Φ40m的半径辐射方向张拉8条钢丝，保证圆的完整；(2)用Φ120mm钢管，制成14个圆圈，这14个的直径按风筒喇叭口各段直径逐渐减小，也用半径辐射方向张拉钢丝，令每个圆圈间距为3m，3m×(14-1)＝39m；(3)令(1)项与(2)项的间距也是3m，这样3+39＝42(m)，现在用这些直径渐次减小的各圆圈作为喇叭口风筒的大端一段的纬线(纬线间距3m)再配上10根扁钢管(长×宽×壁厚为100×40×2mm)，作为经线，就可组成一段长为42m的风筒(大端)。这10根经线(扁钢管)在各圆周上等分均布，都焊在各纬线(各圆圈)的外侧。并令每根经线在最小一圆的纬线末尾后再余出3m长度，作为与下一段更小的风筒联接(焊位)的间距。(4)第二段风筒的纬线(圆圈)用Φ100mm钢管制成，半径辐射方向的张拉钢丝可减少到5根。用这种分段制作方法，逐次往后做。(5)风筒的最小端一段即连接风力发电机组一段，长度可以做得特别长，可以用卧倒在地面来制造，但像第一、第二段等大直径的用竖立、造房屋形式吊装较方便。(6)把各段风筒制造完毕，便可在地面卧式联接各段焊接。最终，用玻璃纤维增强硬聚氯乙烯扁管(长×宽×壁厚为100×40×3mm)长9m，在风筒内壁、顺着风筒长度方向均布，用自攻螺钉由筒内向外，对准每一圈的钢管圆圈纬线内侧旋住螺钉。塑料扁管与扁管的最大间距约100mm(风筒有锥度，间距有大小)，直至整个风筒内壁都布满，保证筒内壁在长度方向平滑过渡，减小风阻。(7)风筒内外用玻璃丝布、环氧树脂胶粘数层，特别是内壁保质纵向(长度方向)平滑。风筒是承受张力的筒体，承受的风压在每一处的圆周上都较均匀，所以着重注意经济因素和有较大的比强度、比刚度。

Claims (2)

1.一种浮水风电站，包括：由圆锥形聚风筒引风向圆锥体小端的风力发电机组，提高风能密度；用数根长筒体组成浮水簰锚住或拴系在海域，能够自行浮动迎风浪对准方位；所述的聚风筒和风力发电机组均安装在该浮水簰上；所述的组成浮水簰的长筒体由浮在水面的筒体和与该浮在水面的筒体相对应的水下的筒体组成，各筒体之间用截面都呈流线型的竖、横连管连接，并用张拉钢丝或钢索强化结构力，提高刚度，其特征是，水下的右侧的筒体与左侧相对应的筒体内的中间一段都充有一部分水，在水面上设有进排水的机电泵系统，调节储水量来控制浮水簰的浮升程度，适应各种大小风浪；所有筒体的前后端都呈流线型；
所述的聚风筒用多个金属圆环作纬线，用数根直扁钢管作经线焊成筒体骨架，再在经线方向用很多根扁塑料管以自攻螺钉紧固在各纬线上，构成筒内壁密排、排列的塑料内筒壁，再在筒内外壁用环氧树脂粘合玻璃丝布数层而成。
2.根据权利要求1所述的浮水风电站，其特征是，所述的浮水簰的筒体，用多个圆环形方钢管作筒体的纬线，用很多根直线小钢管接近相互靠拢地围绕在筒体的纬线圆环的外圆周上，作为筒体的经线，再在筒体的经线围成的圆筒体外缠绕数层玻璃丝布环氧树脂胶粘住，再在外面套上水密封橡胶或软聚氯乙烯塑料水密封套，最外面是增强硬聚氯乙烯水密封层。
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