CN105264224A - 浮体式海上风力发电装置及其使用的变压器 - Google Patents

浮体式海上风力发电装置及其使用的变压器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种浮体式海上风力发电装置及其使用的变压器。在浮体式海上风力发电装置中，出于安全性和抑制输电时的损失的目的，要求在浮体式海上风力发电装置内设置变压器。此时，浮体式海上风力发电装置内设置的变压器也会承受风浪引起的摇动，可能导致变压器故障。因此，采用将变压器配置在浮体式海上风力发电装置的倾斜中心即稳心附近的结构。由此，能够抑制风浪引起的变压器的摇动，能够最优化变压器的摇动对策，降低成本。

Description

浮体式海上风力发电装置及其使用的变压器
技术领域
本发明涉及抑制浮体式海上风力发电装置中使用的变压器的摇动的技术。
背景技术
浮体式海上风力发电装置与坐底型风力发电装置不同，因为风浪引起的摇动、振动、倾斜，维护方法成为问题。此外，因为设置在海上，所以风浪较强，总是在前后左右暴露在风浪中，所以倾斜引起的摇动成为浮体式海上风力发电装置担心的问题。
作为现有的抑制风浪引起的摇动的浮体式海上风力发电装置，能够列举日本特开2003-252288号公报(专利文献1)、日本特开2011-89468号公报(专利文献2)中公开的技术。
在专利文献1中，作为海上风力发电的浮体式基础结构物，具有在轴向上较长的圆筒状的主浮体和以包围该主浮体的周围的方式与主浮体一体地设置的多个从浮体，抑制摇动。此外，在专利文献2中，记载了将二次电池配置在吃水线的下方，从而通过其重量使风力发电装置的姿势变得稳定的技术。
专利文献1：日本特开2003-252288号公报
专利文献2：日本特开2011-89468号公报
发明内容
在输送用浮体式海上风力发电装置发电得到的电力时，出于安全性和抑制输电时的损失的目的，要求使发电得到的电压升压进行输送，为此，要求在浮体式海上风力发电装置内设置变压器。
浮体式海上风力发电装置因风浪而摇动时，该风力发电装置内设置的变压器也会受到摇动造成的影响。例如存在下述可能性，即变压器的螺栓松动或线圈位置偏移、以及当是油浸式变压器时产生气泡而可能因部分放电引起绝缘破坏等成为变压器故障的原因。
根据专利文献1的技术，需要具有以包围主浮体的周围的方式与主浮体设置成一体的多个从浮体，所以存在结构复杂，制造成本增大的问题。此外，在专利文献2中，需要设置二次电池，同样存在制造成本增大的问题。
此外，专利文献1、2的技术都能够一定程度地抑制摇动，但是不能消除摇动造成的影响。此外，它们都没有关于搭载了变压器的浮体式海上风力发电装置的记载，完全没有考虑抑制变压器的摇动。
通过将变压器配置在浮体式海上风力发电装置的倾斜中心即稳心，将施加于变压器的摇动抑制为最低限度。
本发明能够抑制风浪引起的摇动，能够最优化变压器的摇动对策，降低成本。
附图说明
图1是浮体式海上风力发电装置的结构概要图。
图2是说明浮体式海上风力发电装置的平衡的图。
图3是表示浮体式海上风力发电装置的倾斜时的平衡的图。
图4是本实施例的说明图。
符号说明
1浮体式海上风力发电装置
2叶片
4发电机
7变压器
B浮心
B’倾斜时的浮心
G重心
M稳心
具体实施方式
以下，用附图说明实施例。图1是浮体式海上风力发电装置的结构概要图。在图1中，1是浮体式海上风力发电装置整体，2是叶片，3是机舱，4是发电机，5是塔筒，6是海面，7是变压器，8是输电线缆。
浮体式海上风力发电装置1作为浮体设置在海上，在海上以直立状态浮体，通过未图示的系泊链(Mooringchain)等与锚连接使用。叶片2因风力而旋转时，由配置在机舱3内的发电机4生成交流电力，将该电力用配置在塔筒5内的变压器7升压，并用输电线缆8输送。
用变压器升压的理由是因为通过使电压升高能够将电流抑制得较低，变为低电流后安全地输电，并且通过较低的电流值来抑制输电时的损失。
图2表示说明浮体式海上风力发电装置的平衡的图。在图2中，B表示浮心，G表示重心。浮力从浮心向上方作用，重力从重心向下方作用，图2示出了平衡的状态。
另外，图示的浮体式海上风力发电装置示出了浮柱式浮体结构。浮柱式是通过使重心总是在浮心的下方而确保静态稳定性的结构。
图3示出了浮体式海上风力发电装置的倾斜时的平衡。在图3中，因为浮体式海上风力发电装置倾斜了θ°，所以浮心从B移动至B’。该B’的铅垂方向与B-G的延长线上相交的部分被称为稳心(M)(metacenter)。该稳心指的是浮体式海上风力发电装置倾斜的中心，总是以稳心为中心开始倾斜。
图4是本实施例的说明图。在图4中，因为浮体式海上风力发电装置以稳心为中心倾斜，所以将变压器7配置在稳心。由此，能够解决重量较重的变压器因摇动产生的力矩的影响较大而导致故障的问题。即，能够消除下述的可能性，即摇动引起的变压器的螺栓松动和线圈位置偏移、以及当是油浸式变压器时产生气泡而可能因部分放电引起绝缘破坏等成为变压器故障的原因。
此外，浮体式海上风力发电装置的因风浪引起的摇动倾斜角度最大为15°左右。此外，浮体式海上风力发电装置的规模，例如是叶片的旋转直径为80～125m、全长为170m左右这样超过100m的规模，是全长的一半以上沉入海中的状态。
此外，因为稳心是一个点，所以即使要将变压器配置在稳心，因为具有一定程度的大小，所以严密而言不能够将变压器整体配置在稳心。于是，实际上将变压器配置在稳心的附近，但是能够根据变压器的力矩允许误差、抗震设计强度等限定其配置。
在从稳心起上下L米以内配置的情况下的最大力矩Y0的一般式可以概算为：
Y0＝L*Z*Tan(θ)
此处，θ：摇动倾斜角度，Z：重量。
这样，最大力矩Y0与到稳心的距离L成正比。
例如，基于上述浮体式海上风力发电装置的规模和变压器的大小即数米规模，设稳心附近是从稳心起上下10m以内时，变压器承受的最大力矩在设摇动倾斜角度最大为15°时，是10*Tan15°*重量＝2.68*重量。
即，例如着眼于变压器的线圈支承强度的情况下，设线圈的支承强度为Y、线圈的重量为Z时，以具有Y＞2.68*Z的关系的线圈的支承强度Y设计变压器即可，所以能够最优化变压器的摇动对策，降低成本。此外，也能够使对变压器造成的损伤保持在最低限度。因此，还能够期待因变压器的维护而产生的输送费用等成本的降低。

Claims (6)

1.一种浮体式海上风力发电装置，其包括受风力驱动而旋转的叶片和将该叶片的旋转转换成电力的发电机，其特征在于，包括：
变压器，其对从所述发电机获得的电力的电压进行升压；和
输电线缆，其输送该升压后的电力，
在所述浮体式海上风力发电装置的作为倾斜中心的稳心附近配置所述变压器。
2.如权利要求1所述的浮体式海上风力发电装置，其特征在于：
所述浮体式海上风力发电装置是浮柱式，所述浮体式海上风力发电装置的重心总是位于所述浮体式海上风力发电装置的浮心的下方。
3.如权利要求1或2所述的浮体式海上风力发电装置，其特征在于：
在所述浮体式海上风力发电装置的稳心的上下10米以内配置所述变压器。
4.如权利要求1～3中任一项所述的浮体式海上风力发电装置，其特征在于：
所述变压器是油浸式变压器。
5.一种变压器，其设置在浮体式海上风力发电装置中，为了输送从风力转换得到的电力而对电力的电压进行升压，其特征在于：
根据力矩对所述变压器实施了摇动对策，该力矩是基于所述变压器配置在所述浮体式海上风力发电装置中的位置到所述浮体式海上风力发电装置的作为倾斜中心的稳心的距离来决定的。
6.一种设置在浮体式海上风力发电装置中的变压器的摇动抑制方法，其特征在于：
将所述变压器配置在所述浮体式海上风力发电装置的作为倾斜中心的稳心附近。
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