CN108560578A - 漂浮式风电基础结构 - Google Patents

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丁盛
黄健
洪全子
姜翠萍
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
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    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water

Abstract

本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种漂浮式风电基础结构，包括支撑立柱和位于水面之下的水下漂浮支撑系统，支撑立柱的下端浸入水内并支撑在水下漂浮支撑系统上，支撑立柱的上端用于安装风电机组的塔筒，且支撑立柱的外径略大于塔筒的外径。将位于水面附近的支撑立柱的外径设计为略大于塔筒外径的较小值，并通过位于水面之下的水下漂浮支撑系统对支撑立柱及风电机组进行支撑，由此可以保证较大的垂荡、纵横摇周期，有效降低该基础结构的运动幅度，从而增加该基础结构的运行平稳性，有效提高发电时间和经济效益。

Description

漂浮式风电基础结构
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种漂浮式风电基础结构。
背景技术
随着水深的增加，从经济性和技术可行性角度考虑，海上风电基础结构的形式从固定式转向了漂浮式。漂浮式海上风电远离陆地，在其服役周期内(通常是20-30年)，必须保证风电机组的安全可靠，特别是在经历风暴等恶劣天气、海况的情况下，确保漂浮式海上风电系统的稳性和安全性是至关重要的，并且，漂浮式海上风电的纵荡运动幅度也会影响有效发电时间。
漂浮式的海上风电基础结构是将风电机组支撑在海面上的结构，其稳性和纵荡稳定性能决定了漂浮式海上风电系统的稳性、安全性以及有效发电时间。目前，漂浮式的海上风电基础结构的形式有立柱式、半潜式和张力腿式的平台，这些形式的平台都存在一些缺陷，如立柱式平台无条件稳定，但是平台的纵荡运动对风机的发电效率有不利影响；半潜式平台结构简单，但是稳性通常不易达到要求，在设计阶段要特别对待，或者采用主动式压载来满足平台稳性要求；张力腿平台对张力筋腱的可靠性要求较高，必须确保张力筋腱系统不发生失效，否则容易发生倾覆。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的稳定性和运动性能、能够提高有效发电时间的漂浮式风电基础结构，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种漂浮式风电基础结构，包括支撑立柱和位于水面之下的水下漂浮支撑系统，支撑立柱的下端浸入水内并支撑在水下漂浮支撑系统上，支撑立柱的上端用于连接安装风电机组的塔筒，且支撑立柱的外径略大于塔筒的外径。
优选地，水下漂浮支撑系统包括一中心立柱、至少三个浮筒和将浮筒与中心立柱连接的连接件，所有浮筒分布在以中心立柱为中心的同一圆周上，中心立柱和浮筒内部均具有压载舱，支撑立柱的下端与中心立柱的上端相连接。
优选地，每个浮筒均与至少一根系泊索相连接，系泊索的下端锚固于水底。
优选地，中心立柱的下端设置有压载物。
优选地，中心立柱的下端通过一桁架与压载物相连接。
优选地，浮筒的下端与一压载件相连接，压载件内部具有压载浮舱。
优选地，浮筒的下端设置有压载物。
优选地，浮筒的下端通过一桁架与压载物相连接。
优选地，中心立柱的压载舱内设有至少一个分隔板，分隔板将中心立柱的压载舱分隔成至少两个分隔舱。
优选地，浮筒的压载舱内设有至少一个分隔板，分隔板将浮筒的压载舱分隔成至少两个分隔舱。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的漂浮式风电基础结构，将位于水面附近的支撑立柱的外径设计为略大于塔筒外径的较小值，并通过位于水面之下的水下漂浮支撑系统对支撑立柱及风电机组进行支撑，由此可以保证较大的垂荡、纵横摇周期，有效降低该基础结构的运动幅度，从而增加该基础结构的运行平稳性，有效提高发电时间和经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例的漂浮式风电基础结构的主视示意图。
图2是本发明实施例的漂浮式风电基础结构的俯视示意图。
图3是本发明实施例的漂浮式风电基础结构的中心立柱通过桁架与压载物相连接的示意图。
图4是本发明实施例的漂浮式风电基础结构的浮筒通过桁架与压载物相连接的示意图。
图中：
1、支撑立柱 2、水下漂浮支撑系统
21、中心立柱 22、浮筒
23、连接件 24、系泊索
25、压载物 26、桁架
27、压载件 a、水面
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1至图4所示，本发明的漂浮式风电基础结构的一种实施例。如图1所示，本实施例的漂浮式风电基础结构包括支撑立柱1和水下漂浮支撑系统2，水下漂浮支撑系统2位于水面a之下，支撑立柱1的下端浸入水内并支撑在水下漂浮支撑系统2上，支撑立柱1的上端用于连接安装风电机组的塔筒(图中未示出)，实现对风电机组的支撑，且支撑立柱1的外径略大于塔筒的外径，亦即支撑立柱1的外径在满足大于塔筒外径的前提下设计为尽量小，使塔筒能够完全支撑在支撑立柱1上。
本实施例的漂浮式风电基础结构，将位于水面a附近的支撑立柱1的外径设计为略大于塔筒外径的较小值，并通过位于水面a之下的水下漂浮支撑系统2对支撑立柱1及风电机组进行支撑，由此可以保证较大的垂荡、纵横摇周期，有效降低该基础结构的运动幅度，从而增加该基础结构的运行平稳性，有效提高发电时间和经济效益。
优选地，如图1和图2所示，本实施例的水下漂浮支撑系统2包括中心立柱21、浮筒22和连接件23。中心立柱21呈竖直放置，浮筒22设有至少三个，所有浮筒22均与中心立柱21平行设置，即所有浮筒22也均呈竖直放置，且所有浮筒22分布在以中心立柱21为中心的同一圆周上，即所有浮筒22与中心立柱21之间的间隔距离均相等。优选地，所有浮筒22在以中心立柱21为中心的同一圆周上均匀分布，即相邻两个浮筒22之间的间隔距离均相等。连接件23将浮筒22与中心立柱21连接，每个浮筒22均通过至少一个连接件23与中心立柱21连接。中心立柱21和浮筒22内部均具有压载舱，用于盛放压载物，例如水，从而实现本实施例的漂浮式风电基础结构在水面上的稳定。支撑立柱1的下端与中心立柱21的上端相连接，从而实现支撑立柱1支撑在水下漂浮支撑系统2上。优选地，中心立柱21的外径大于支撑立柱1的外径。
进一步，本实施例中，每个浮筒22均与至少一根系泊索24相连接，系泊索24的下端锚固于水底，通过系泊索24即可完成本实施例的漂浮式风电基础结构的定位，具有安装方便、施工难度低、成本低的优点。优选地，在每个浮筒22的外侧壁上均设有至少一个连接点，系泊索24与浮筒22上的连接点一一对应地相连接。
优选地，本实施例中，中心立柱21的压载舱内设有至少一个分隔板，分隔板将中心立柱21的压载舱分隔成至少两个分隔舱，由此可根据实际需要调节中心立柱21内的压载水量，并保证结构强度和水密安全性。
优选地，本实施例中，浮筒22的压载舱内设有至少一个分隔板，分隔板将浮筒22的压载舱分隔成至少两个分隔舱，由此可根据实际需要调节浮筒22内的压载水量，并保证结构强度和水密安全性。
进一步，本实施例中，浮筒22的下端与一压载件27相连接，压载件27内部具有压载浮舱，向压载件27的压载浮舱内加入压载水，可以进一步降低本实施例的漂浮式风电基础结构整体的重心，提高该基础结构的稳性。优选地，每个浮筒22的下端均连接有一压载件27，每个压载件27也均通过至少一个连接件23与中心立柱21连接。
进一步，本实施例中，如图3所示，中心立柱21的下端可以设置有压载物25。优选地，中心立柱21的下端通过一桁架26与压载物25相连接。由此可以进一步调整本实施例的漂浮式风电基础结构整体的重心位置，提高该基础结构的稳性。
进一步，本实施例中，如图4所示，浮筒22的下端也可以与设置有压载物25，且每个浮筒22的下端均设置有一压载物25。优选地，浮筒22的下端通过一桁架26与压载物25相连接。由此可以进一步调整本实施例的漂浮式风电基础结构整体的重心位置，提高该基础结构的稳性。
本实施例中，中心立柱21和浮筒22下端设置的压载物25可以采用石块或铁矿石或水泥等材质。
本实施例中，支撑立柱1、中心立柱21、浮筒22和连接件23的断面形状均不局限，可以为圆形，也可以为矩形或多边形。
本实施例的漂浮式风电基础结构的装配过程为：在目标海域预先完成所有系泊索24的海底打桩及锚固，每个系泊索24的上端均连接临时定位浮子。支撑立柱1、中心立柱21、浮筒22、连接件23以及压载件27、桁架26、压载物25则均在船厂建造组装在一起，然后托运至目标海域，可以干拖，也可以湿拖。到达目标海域后，逐一将系泊索24上端的临时定位浮子解脱并将系泊索24与浮筒22一一对应地相连，然后统一调整系泊索24的预张力。最后将风电机组的塔筒吊装至支撑立柱1的上端，安装完毕后即可继续安装风机机头与叶片。当然，风电机组的塔筒也可以在船厂先与支撑立柱1组装在一起，然后随之拖航至目标海域。
综上所述，本实施例的漂浮式风电基础结构，将位于水面a附近的支撑立柱1的外径设计为略大于塔筒外径的较小值，并通过位于水面a之下的水下漂浮支撑系统2对支撑立柱1及风电机组进行支撑，由此可以保证较大的垂荡、纵横摇周期，有效降低该基础结构的运动幅度，从而增加该基础结构的运行平稳性，有效提高发电时间和经济效益；并且，通过系泊索24即可完成定位，具有安装方便、施工难度低、成本低的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种漂浮式风电基础结构，其特征在于，包括支撑立柱(1)和位于水面(a)之下的水下漂浮支撑系统(2)，所述支撑立柱(1)的下端浸入水内并支撑在所述水下漂浮支撑系统(2)上，所述支撑立柱(1)的上端用于连接安装风电机组的塔筒，且所述支撑立柱(1)的外径略大于所述塔筒的外径。
2.根据权利要求1所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述水下漂浮支撑系统(2)包括一中心立柱(21)、至少三个浮筒(22)和将所述浮筒(22)与所述中心立柱(21)连接的连接件(23)，所有所述浮筒(22)分布在以所述中心立柱(21)为中心的同一圆周上，所述中心立柱(21)和所述浮筒(22)内部均具有压载舱，所述支撑立柱(1)的下端与所述中心立柱(21)的上端相连接。
3.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，每个所述浮筒(22)均与至少一根系泊索(24)相连接，所述系泊索(24)的下端锚固于水底。
4.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述中心立柱(21)的下端设置有压载物(25)。
5.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述中心立柱(21)的下端通过一桁架(26)与压载物(25)相连接。
6.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(22)的下端与一压载件(27)相连接，所述压载件(27)内部具有压载浮舱。
7.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(22)的下端设置有压载物(25)。
8.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(22)的下端通过一桁架(26)与压载物(25)相连接。
9.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述中心立柱(21)的压载舱内设有至少一个分隔板，所述分隔板将所述中心立柱(21)的压载舱分隔成至少两个分隔舱。
10.根据权利要求2所述的漂浮式风电基础结构，其特征在于，所述浮筒(22)的压载舱内设有至少一个分隔板，所述分隔板将所述浮筒(22)的压载舱分隔成至少两个分隔舱。
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