CN102390495A

CN102390495A - 海上组合式漂浮风力发电平台

Info

Publication number: CN102390495A
Application number: CN2011102932505A
Authority: CN
Inventors: 朱玉国
Original assignee: SHANDONG CHANGXING WIND POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG CHANGXING WIND POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-03-28

Abstract

一种海上组合式漂浮风力发电平台，属于综合性发电设备技术领域，它所述的基础平台是以桁架结构相互支撑构成的正多边形结构，依靠与桁架连为一体的各浮筒浮于海面上，通过定位桩实现定位。该平台不仅解决固定式支撑基础造价高、施工复杂的难题，而且该平台漂浮于离岸海面上，受水深和离岸距离影响小，发电效率高，可满足海上大型风力发电的需要。

Description

海上组合式漂浮风力发电平台

技术领域

本发明属于综合性发电设备技术领域，特别是利用风能、太阳能、波浪能、潮汐能等进行发电的海上组合式漂浮风力发电平台。

背景技术

2011年3月日本福岛核电站核泄漏所造成的辐射危机，极大地暴露了核电发展的弊端，使风能、太阳能等绿色可再生能源呈现出越来越大的资源优势和发展潜力。在众多可再生能源中，风能以其资源无尽，成本低廉，技术最成熟，最具规模开发条件和发展前景，成为当前最具商业开发价值的能源。据统计，全球风能可利用资源量为72万亿千瓦。即使只成功利用了其中的20％，依然相当于世界能源消费量的总和或电力需求的7倍。

近几年来，随着陆地风能资源开发殆尽，土地资源日趋紧张，以及海上风电技术的日益成熟，风电产业向海上发展已成为必然趋势。可以预见，在未来几年甚至更长时间内，海上风电将成为世界风电产业发展的主要方向和制高点。

与陆上风电相比，发展海上风电具有显著优势：

1、风能资源更为丰富。海上风力资源丰富，比陆地风力发电量大。通常，离岸10km的海上风速要比沿岸陆上高出25％；

2、年利用小时长。陆上风电机组年平均利用小时数一般在2000-2300小时之间。但根据国外经验，海上风电机组的年平均利用小时数一般在3000小时以上，有的高达4000小时左右；

3、风能质量好，风机寿命较长。由于海上风力资源更为稳定，风速较陆上更高，风切变更小，湍流强度小，有稳定的主导方向，因此机组运行稳定、寿命长，不需要很高的塔架，单机能量产出较大；

4、易于大型化、规模化发展。由于海上风电机组距离海岸较远，对噪音要求较低，同时受噪声、景观、鸟类、电磁干扰等问题限制较小，且运输便利，因此更易于向大型化、规模化发展，在一定程度上降低单位发电成本；

5、海上风电不占用土地资源，不涉及土地征用等问题，且接近沿海用电负荷中心；

6、海上风能的开发利用不会造成大气污染和产生任何有害物质，可减少温室气体排放，环保价值可观。

但是，目前发展海上风电还存在一些制约因素，其中，平台基础结构设计和建造是制约海上风电发展的重要因素。为了承受海上的强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂、技术难度大、建设成本高，一般来讲基础结构约占海上风电开发成本的1/3左右，而且随着水深的增加，海上风电基础结构的成本也会相应增加。目前海上风机多采用重力混凝土和单桩钢结构基础设计方案，一般仅限于开发水深20米以内的近海风电，如果水深超过30米，海上风电的基础成本会迅速增加。为适应更深海域风电的开发，开发商已在积极研发漂浮式结构，这种结构可选择的概念加多，成本与海底固定的方式接近，受水深和离岸距离的限制小，而且在建设和安装步骤上有较大弹性，且容易移动或拆卸，但目前仍处于试验阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上组合式漂浮风力发电平台，该平台不仅解决固定式支撑基础造价高、施工复杂的难题，而且该平台漂浮于离岸海面上，受水深和离岸距离影响小，发电效率高，可满足海上大型风力发电的需要。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种海上组合式漂浮风力发电平台，包括基础平台和固定在其上的发电装置，其特征是，所述的基础平台是以桁架结构相互支撑构成的正多边形结构，依靠与桁架连为一体的各浮筒浮于海面上，通过定位桩实现定位。

所述的正多边形为正六边形，在正六边形的中心处设置带上层建筑的第一浮筒，该第一浮筒设有第一浮筒底座，第一浮筒底座上设有与桁架连为一体的第一立柱；在正六边形的各边交点处各设置一个第二浮筒，第二浮筒底座上设有与桁架连为一体的第二立柱；在正六边形各边上和对角线上距正六边形各顶点一定距离以及各对角线上距正六边形中心点一定距离均设有第三浮筒，第三浮筒底座上设有与桁架连为一体的支柱；在第一立柱和六个第二立柱上分别固定设置一风力发电机组；在各第二浮筒底座上均设有两个定位桩孔，两根定位桩通过所述的定位桩孔底部插置于海床或海泥中。

所述的第一浮筒上的上层建筑包括配电室和居住舱室。

所述的第一浮筒底座直径、第二浮筒底座直径、第三浮筒底座直径依次减小。

所述的桁架其横断面呈矩形，由主杆、副杆和斜拉杆组成，所述的主杆位于矩形桁架的四个角，所述的副杆垂直连接在主杆上，所述的斜拉杆将各副杆与主杆连接为一体。

所述的正六边形的边长为200m，所述的桁架由两种规格的圆钢管焊接而成，主杆为Φ350×8，主杆间垂向距离为10m，横向间隔距离为6m，沿主杆纵向每间隔10m设置规格Φ300×10的副杆，斜拉杆的规格与副杆相同。

本发明的有益效果是：与传统海上风电场相比，海上组合式漂浮风力发电专用技术的应用，取代了桩式基础结构设计，降低了安装与建设成本，并打破了传统海上风电仅能在近海发展的局限，能够充分利用年发电小时数更多的深海风能，大大提高了海上风电的经济性。

1、该平台漂浮于离岸海面上工作，绿色环保、节省陆地空间、降低发电设备安装及维护成本、利用率高，不需要在近海海底打地基也不需要进行水下作业(特别是深海)，平台属组合式，建造简单，易于组装，经济性好，一次性投入，可长期收益。而且进一步在各浮筒上还设有进排水腔室，以便于在安装时通过该进排水腔室的进水、排水调节平台的水平度，这样就大大减少了施工和安装难度。

2、该发电平台与陆上风力发电相比，性能稳定、维护成本低、使用寿命长、发电效率高，国内外市场前景广阔。整个平台共有7组2MW风力发电机组(14MW)、根据各海域情况还可设置海浪能发电机组，太阳能电池板发电机组，发电能力可以进行大幅度提升，随着改进，将来还可实现电解水生产氢燃料。该平台剩余空间还可以用来综合开发利用。

3、本发明正六边形整体骨架平台，7套风电系统并网运行，可以使投入产出比更为合理。

4、本发明的桁架其横断面呈矩形，加之主杆、副杆和斜拉杆的规格差异使得桁架刚性好，承载能力强，能够满足发电机组和平台承载的需要，底盘足够稳固，能经受住海上恶劣的环境。

5、本发明的第一浮筒底座直径、第二浮筒底座直径、第三浮筒底座直径依次减小，使得平台所受浮力均匀，使平台更为稳定。

6、两根定位桩插置于海床或海泥中，不仅可使平台根据水面的高低而调整高度，而且还可避免平台水平漂移。

7、平台的安装不受海水深度的限制，可放置在海平面任何一个角落，将深海风力发电变为现实。

附图说明

图1是本发明的俯视结构简图；

图2为图1状态下的左视结构简图；

图3为图1状态下的A-A局部结构简图；

图4为图3状态下B处局部结构简图；

图5为图4左视结构简图；

图6本发明的第一浮筒主视结构简图；

图7本发明图6中C-C的局部结构简图；

图8本发明的第二浮筒主视结构简图；

图9本发明图8的俯视结构简图；

图10本发明的第三浮筒主视结构简图；

图11本发明图10的俯视结构简图.

图中：1桁架，2第二浮筒，3第一辅助桁架，4第三浮筒，5对角线桁架，6第二辅助桁架，7风机桨叶，8第一浮筒，9风力发电机组，10定位桩，11上层建筑，12主杆，13副杆，14斜拉杆，81第一浮筒底座，82第一浮筒立杆，83第一浮筒连接件，21第二浮筒底座，22第二浮筒立杆，23第二浮筒连接件，24海泥，25定位桩孔，26定位桩支撑架，41第三浮筒底座，42支柱，43第三浮筒连接件。

具体实施方式

如图1、图2.该种海上组合式漂浮风力发电专用平台，包括基础平台和固定在其上的发电装置，所述的基础平台漂浮于海水上，主要作为支撑发电装置的载体，并为工作人员和相关人员提供相关的活动区域；发电装置包括风能发电系统，还可以是太阳能发电系统、波浪能或潮汐能在内的一种或多种发电装置。

基础平台是以桁架结构相互支撑构成的正六边形结构，依靠与桁架1连为一体的各浮筒浮于海面上。桁架结构见图3、图4、图5。桁架其横断面呈矩形(图5所示)，由主杆12、副杆13和斜拉杆14组成，所述的主杆12位于矩形桁架的四个角，所述的副杆13垂直连接在主杆12上，所述的斜拉杆14将各副杆13与主杆12连接为一体。所述的桁架由两种规格的圆钢管焊接而成，主杆为Φ350×8，主杆间垂向距离为10m，横向间隔距离为6m，沿主杆纵向每间隔10m设置规格Φ300×10的副杆，斜拉杆的规格与副杆相同。桁架其横断面呈矩形，加之主杆、副杆和斜拉杆的规格差异使得桁架刚性好，承载能力强，能够满足发电机组和平台承载的需要。

在正六边形的中心处设置带上层建筑11的第一浮筒8，该第一浮筒8设有第一浮筒底座81，第一浮筒底座上设有与桁架连为一体的第一立柱82；如图6、图7.第一浮筒8上的上层建筑11包括配电室和居住舱室上下两层。配电室为发电和输送电力而设置，居住舱室为有人值守提供方便，本平台设置6人，以便进行日常的平台维护。居住舱室的设置应为值守人员提供最大方便。下层桁架的主杆12与第一立柱82之间设有六个均布的第一浮筒连接件83，使主杆12与第一立柱82连接更为可靠。上层桁架的主杆12直接连接在上层建筑11上。

如图1、图2、图8、图9，在正六边形的各边交点处各设置一个第二浮筒2，第二浮筒底座21上设有与桁架连为一体的第二立柱22，上下两层桁架的主杆12与第二立柱22之间设有六个均布的第二浮筒连接件23，使主杆12与第二立柱22连接更为可靠.在各第二浮筒底座21上均设有两个定位桩孔25，两根定位桩10通过所述的定位桩孔底部插置于海床或海泥24中。不仅可使平台根据水面的高低而调整高度，而且还可避免平台水平漂移。为使定位桩10更好地满足平台漂浮的需要，与第二立柱22固定连接设有上下两层定位桩支撑架26，定位桩支撑架26上设置的通孔对定位桩10起很好的导向作用。

如图1、图2、图10、图11，在正六边形各边上和对角线上距正六边形各顶点一定距离(50m)以及各对角线上距正六边形中心点一定距离(50m)均设有第三浮筒4，第三浮筒底座41上设有与桁架连为一体的支柱42；该支柱通过第三浮筒连接件43与桁架连接在一起。第三浮筒4数量较多，在正六边形的每一个角上，由第一辅助桁架3和对角线桁架5构成的第三浮筒4共有3×6(18个)，而由对角线桁架5和第二辅助桁架6构成的第三浮筒4共有3×2(6个)。合计共24个，以提供较大的浮力。

在第一立柱和六个第二立柱上分别固定设置一带桨叶7的风力发电机组9，整个平台共有7组2MW风力发电机组(14MW)，7套风电系统并网运行，可以使投入产出比更为合理。风机塔筒高70m，直径4m，桨叶长度45m.

所述的第一浮筒底座直径为24m、第二浮筒底座直径为20m、第三浮筒底座直径9m依次减小，第一浮筒立杆82的直径为16m，第二浮筒立杆22的直径为16m，第三浮筒上的支柱42直径为3m.这使得平台所受浮力均匀，使平台更为稳定。

正六边形的边长为200m，最大总长400m，最大宽度346m，工作吃水5m，浮筒高度3m。本平台用于渤海水域中，利用海上风力完成发电工作。

本发明的基础平台是以桁架结构相互支撑构成的正多边形结构，除上述正六边形结构外，还可以是其它结构，例如正八边形、正五边形等，整个平台的连接结构原理相同。

本平台属组合式，建造简单，易于组装，组装时可以在简易“港口”将平台组装，组装后拖至预定海域。

Claims

1.一种海上组合式漂浮风力发电平台，包括基础平台和固定在其上的发电装置，其特征是，所述的基础平台是以桁架结构相互支撑构成的正多边形结构，依靠与桁架连为一体的各浮筒浮于海面上，通过定位桩实现定位。

2.根据权利要求1所述的海上组合式漂浮风力发电平台，其特征是，所述的正多边形为正六边形，在正六边形的中心处设置带上层建筑的第一浮筒，该第一浮筒设有第一浮筒底座，第一浮筒底座上设有与桁架连为一体的第一立柱；在正六边形的各边交点处各设置一个第二浮筒，第二浮筒底座上设有与桁架连为一体的第二立柱；在正六边形各边上和对角线上距正六边形各顶点一定距离以及各对角线上距正六边形中心点一定距离均设有第三浮筒，第三浮筒底座上设有与桁架连为一体的支柱；在第一立柱和六个第二立柱上分别固定设置一风力发电机组；在各第二浮筒底座上均设有两个定位桩孔，两根定位桩通过所述的定位桩孔底部插置于海床或海泥中。

3.根据权利要求2所述的海上组合式漂浮风力发电平台，其特征是，所述的第一浮筒上的上层建筑包括配电室和居住舱室。

4.根据权利要求2或3所述的海上组合式漂浮风力发电平台，其特征是，所述的第一浮筒底座直径、第二浮筒底座直径、第三浮筒底座直径依次减小。

5.根据权利要求2或3所述的海上组合式漂浮风力发电平台，其特征是，所述的桁架其横断面呈矩形，由主杆、副杆和斜拉杆组成，所述的主杆位于矩形桁架的四个角，所述的副杆垂直连接在主杆上，所述的斜拉杆将各副杆与主杆连接为一体。

6.根据权利要求2所述的海上组合式漂浮风力发电平台，其特征是，所述的正六边形的边长为200m，所述的桁架由两种规格的圆钢管焊接而成，主杆为Φ350×8，主杆间垂向距离为10m，横向间隔距离为6m，沿主杆纵向每间隔10m设置规格Φ300×10的副杆，斜拉杆的规格与副杆相同。