CN107585268A - 张力腿海上浮式风力发电机基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张力腿海上浮式风力发电机基础，包括用于提供浮力并支撑风力发电机组的底部支撑浮体，在所述的底部支撑浮体底部设置有压载舱；所述压载舱正下方布置有至少一块阻尼板，所述的阻尼板和压载舱通过桁架结构连为一体；围绕浮式风机基础的竖直中心线环向布置有至少三个与其相连的中空浮体，每个中空浮体相对于浮式风机基础的竖直中心线从下端朝上端向内倾斜；且每个中空浮体通过张力腿连接到海底的桩锚以固定到海底。

Description

张力腿海上浮式风力发电机基础

技术领域

本发明涉及海上风力发电机领域，尤其涉及一种张力腿海上浮式风力发电机基础。

背景技术

随着人类社会的不断发展，对能源的需求迅猛增加，能源危机日益严峻，许多国家将目光聚焦新能源，尤其是清洁的风能资源。目前，陆上风能的开发已逐步走向产业化、规模化，但受地域限制严重，而海上风能较陆地具有更为明显的优势，海上风力发电对于新能源的发展具有战略意义。海上的风能资源主要集中在水深在50米以上的深海区域，海上风力发电从浅海走向深海是将来势在必行的趋势。要开发这些深海海域的风电资源，如果还是采用适用于浅海水域的固定式基础，建设成本就会上本非常快。为了开发深海风电场就需要开发一种运动性能更好、经济性能更佳的浮式风力发电机。在各种浮式风力发电机组基础形式中，张力腿风力发电机组以运动性能好、运行可靠性高、经济实用、移动灵活等优点，在深海风力发电机组领域具有广阔的推广前景。

目前浮式风电基础主要有Spar结构基础、半潜式结构基础和张力腿结构基础。其中，Spar结构基础的垂荡性能比半潜式结构基础好，因为Spar结构基础吃水大，而且垂向波浪力小；但由于Spar结构基础水线面小，其横摇和纵摇较大。张力腿结构基础具有良好的抗横摇和纵摇特性，但是其系泊系统的复杂性以及昂贵的安装成本成为张力腿结构基础发展的一大障碍。

张力腿平台可以产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力腿预紧力使平台平面外的运动(横摇、纵摇和垂荡)较小，近似于刚性。张力腿平台的预紧装置造价占到了整个平台总成本的接近一半，若能有效降低预紧力装置的工作压力则可以明显降低平台的总造价。

发明内容

本发明旨在提供一种吸收了Spar浮式结构形式优点的内倾式张力腿浮式风力发电机基础。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

张力腿海上浮式风力发电机基础，包括用于提供浮力并支撑风力发电机组的底部支撑浮体，在所述的底部支撑浮体底部设置有压载舱；所述压载舱正下方布置有不少于一块阻尼板，所述的阻尼板和压载舱通过桁架结构连为一体；围绕浮式风机基础的竖直中心线环向布置有至少三个中空浮体，每个中空浮体相对于浮式风机基础的竖直中心线从下端朝上端向内倾斜；且每个中空浮体通过张力腿连接到海底的桩锚以固定到海底。

进一步的，底部支撑浮体与其他中空浮体之间可由桁架结构或者浮体连接；既保证了结构强度又降低了结构重量。

进一步的，每个中空浮体与竖直方向的夹角可在5度至45度的范围内，内倾式的中空浮体布局形式有利于降低水平面的波浪对浮体的冲击，能够有效提高平台水平方向的运动性能。

进一步的，所述阻尼板为圆形。

进一步的，所述压载舱的压载介质可以为海水和/或沙石。

进一步的，底部支撑浮体和/或中空浮体可具有圆形或多边形横截面，所述底部支撑浮体和/或中空浮体内部可形成用于安装辅助设备的内部空间。

进一步的，所述的张力腿可由钢缆、聚酯纤维缆、钢管、聚氨酯缆绳、锚链中的至少一种形成。

进一步的，当所述的阻尼板包括多块时，其上、下平行设置。

本发明的有益效果是：

本发明吸收了Spar海上浮式平台垂荡小的结构优点，通过增加阻尼板和垂向长度的方式，增加所述浮式基础平台的附加质量和阻尼，有效降低张力腿平台预紧力装置的工作压力，从而降低海上平台造价；

内倾式的中空浮体布局形式有利于降低水平面的波浪对浮体的冲击，能够有效提高平台水平方向的运动性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为张力腿海上浮式风力发电机基础示意图；

图2示出了本发明的张力腿浮动风机基础的浮体俯视图；

1为风力发电机组，2为底部支撑浮体，3为压载舱，4为桁架结构，5为阻尼板，6为中空浮体，7为张力腿，8为桩锚。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在以下问题：张力腿平台可以产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力腿预紧力使平台平面外的运动(横摇、纵摇和垂荡)较小，近似于刚性。张力腿平台的预紧装置造价占到了整个平台总成本的接近一半，若能有效降低预紧力装置的工作压力则可以明显降低平台的总造价，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种张力腿海上浮式风力发电机基础。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种张力腿海上浮式风力发电机基础，包括：底部支撑浮体2，用于提供浮力并支撑风力发电机组1；至少三个中空浮体6，三个中空浮体6围绕浮式风机基础的竖直中心线环向布置，每个中空浮体6相对于浮式风机基础的竖直中心线从下端朝上端向内倾斜；中空浮体6与风力发电机组1相连；

压载舱3设置在底部支撑浮体2底部；压载舱3正下方布置有不少于一块阻尼板5，并通过桁架结构4将压载舱3和阻尼板5连为一体；中空浮体6通过张力腿7连接到海底的桩锚8以固定到海底。

所述阻尼板5可以提高所述压载舱3结构强度，在平台垂荡时可提供较大的附加质量和阻尼，有效降低平台的垂荡运动幅值，有利于海上风机的正常运行；另外，阻尼板5增大平台垂荡运动的固有周期，避开波浪周期范围，避免发生共振。所述阻尼板5设有让桁架结构4 中的系泊索通过的通孔；当所述的阻尼板包括多块时，其上、下相对且平行设置；各个阻尼板通过桁架结构4与压载舱3连接成一个整体。

优选的，所述阻尼板9为圆形，多块圆形阻尼板9的外缘部分开设有通孔，系泊索闯过通孔将各个圆形阻尼板9连接在一起。

如图1和图2所示，中空浮体6向内倾斜，这样平台具有更好的稳性和结构强度，可以更好地抵抗波浪和风力发电机组1重力引起的弯矩，同时使得水线面处更加开阔，减少波浪扰流，改善了平台的水动力性能。

压载舱3设置在底部支撑浮体2底部，降低平台重心高度，提高平台稳性和耐波性。

底部支撑浮体2与其他中空浮体6之间可由桁架结构或者浮体连接，既保证了结构强度又降低了结构重量。

每个中空浮体6与竖直方向的夹角可在5度至45度的范围内；这种内倾式的中空浮体布局形式有利于降低水平面的波浪对浮体的冲击，能够有效提高平台水平方向的运动性能。

优选的，压载舱3的压载介质可以为海水和/或沙石。

底部支撑浮体2和/或中空浮体6可具有圆形或多边形横截面，

进一步的，所述底部支撑浮体2和/或中空浮体6内部可形成用于安装辅助设备的内部空间。

张力腿7可由钢缆、聚酯纤维缆、钢管、聚氨酯缆绳、锚链中的至少一种形成。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明吸收了Spar海上浮式平台垂荡小的结构优点，通过增加阻尼板和垂向长度的方式，增加所述浮式基础平台的附加质量和阻尼，有效降低张力腿平台预紧力装置的工作压力，从而降低海上平台造价；

内倾式的中空浮体布局形式有利于降低水平面的波浪对浮体的冲击，能够有效提高平台水平方向的运动性能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，包括用于提供浮力并支撑风力发电机组的底部支撑浮体，在所述的底部支撑浮体底部设置有压载舱；所述压载舱正下方布置有至少一块阻尼板，所述的阻尼板和压载舱通过桁架结构连为一体；围绕浮式风机基础的竖直中心线环向布置有至少三个与其相连的中空浮体，每个中空浮体相对于浮式风机基础的竖直中心线从下端朝上端向内倾斜；且每个中空浮体通过张力腿连接到海底的桩锚以固定到海底。

2.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，所述的底部支撑浮体与所述的中空浮体之间由桁架结构或者浮体连接。

3.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，每个中空浮体与竖直方向的夹角可在5度至45度的范围内。

4.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，所述阻尼板为圆形。

5.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，所述压载舱的压载介质为海水和/或沙石。

6.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，所述的底部支撑浮体和/或中空浮体的横截面形状为圆形或多边形。

7.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，所述底部支撑浮体和/或中空浮体内部形成用于安装辅助设备的内部空间。

8.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，所述的张力腿由钢缆、聚酯纤维缆、钢管、聚氨酯缆绳和锚链中的至少一种形成。

9.如权利要求1所述的张力腿海上浮式风力发电机基础，其特征在于，当所述的阻尼板包括多块时，其上、下平行设置。