CN109263818A - 一种半潜型5mw海上浮动式风力发电平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，涉及风能利用领域，包括5MW风机、立柱、浮力舱、阻尼板、撑杆；立柱与浮力舱直接相连构成四组浮筒，立柱在浮力舱上方，立柱的截面尺寸小于浮力舱的截面尺寸；四组浮筒通过撑杆连接构成平台的主浮体；平台的主体为等边三角形布局，三组浮筒构成等边三角形的三个顶点，另一组浮筒置于等边三角形的中心点位置；5MW风机布置于任意一组浮筒上方，各浮筒通过调节压载保证重心位置；每个浮筒的下方设置至少一层阻尼板，浮筒与阻尼板之间通过撑杆连接。提高了平台的耐波性、安全性、稳性，减小在波浪中的垂向升沉运动。

Description

一种半潜型5MW海上浮动式风力发电平台
技术领域
本发明涉及风能利用领域，尤其是一种半潜型5MW海上浮动式风力发电平台。
背景技术
目前我国海上风电开发利用虽然已有一定的规模，但主要是基于海上固定式风场进行开发，这种风场主要是通过单桩或者导管架式基础将风电机组固定在海床上，两种技术的最大缺陷是在水深超过50米的海域应用将导致工程难度和制造成本急剧增加。而水深超过50米的海域具有风速更高和风品质更好等特点，发电效率更高，开发潜力更大。
浮式风电平台作为一类特殊平台与常规海洋结构物有本质区别，风机本身重量大、重心位置高、受风面积及风倾力矩大等不利因素使浮式风电平台的总体布置和构型设计比传统浮式平台更具技术挑战性。
发明内容
本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种半潜型5MW海上浮动式风力发电平台。
本发明的技术方案如下：
一种半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，包括：5MW风机、立柱、浮力舱、阻尼板、撑杆；
所述立柱与所述浮力舱直接相连构成四组浮筒，所述立柱在所述浮力舱上方，所述立柱的截面尺寸小于所述浮力舱的截面尺寸；
所述四组浮筒通过所述撑杆连接构成平台的主浮体；所述平台的主体为等边三角形布局，三组所述浮筒构成等边三角形的三个顶点，另一组所述浮筒置于等边三角形的中心点位置；
所述5MW风机布置于任意一组浮筒上方，其他各浮筒通过调节压载保证重心位置；
每个所述浮筒的下方设置至少一层所述阻尼板，所述浮筒与所述阻尼板之间通过所述撑杆连接。
其进一步的技术方案为：所述平台还包括系泊缆和锚固基础；
所述平台通过所述系泊缆与海底的锚固基础连接。
其进一步的技术方案为：所述锚固基础采用大抓力锚、重力式锚、桩基或吸力锚中的一种。
其进一步的技术方案为：所述系泊缆采用锚链或者锚链与合成缆复合的形式。
其进一步的技术方案为：所述阻尼板的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或多边形中的一种。
其进一步的技术方案为：所述浮筒的型式采用圆形凸台式、椭圆形凸台式、方形凸台式和多边形凸台式中的一种。
其进一步的技术方案为：所述撑杆包括第一撑杆、第二撑杆和第三撑杆；
所述第一撑杆连接在任意两个所述浮筒之间；
所述第一撑杆之间通过所述第二撑杆进行支撑；
所述第三撑杆用于连接所述阻尼板。
本发明的有益技术效果是：
通过将上端直径较小的立柱与下端直径较大的浮力舱相连构成浮筒，同时在浮筒之间通过细小的撑杆进行连接形成框架式结构，在为平台提供足够浮力的同时减小了平台受到的波浪力，可以减小平台在波浪中的运动，提高平台的耐波性和安全性；将三组浮筒置于等边三角形平台的三个顶点，另一组浮筒置于等边三角形的中心点位置，也可以增加多个立柱及撑杆，构成更大尺度的浮式基础，形成半潜型多风机海上浮动式风力发电平台，拓展性较好；平台具有较大的横稳心和纵稳心半径，从而具有良好的稳性，在作业工况下发电效率更高，恶劣海况下生存能力强；在浮筒下方布置阻尼板可以增加平台在垂荡方向的阻尼，从而能有效减小平台在波浪中的垂向升沉运动。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台的示意图。
图2是本发明一个实施例提供的第一撑杆和第二撑杆的连接示意图。
图3是本发明一个实施例提供的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台系泊方案的示意图。
图4是本发明一个实施例提供的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台主尺度的侧视图。
图5是本发明一个实施例提供的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台主尺度的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
图1是本发明一个实施例提供的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台的示意图，如图1所示，该平台包括：5MW风机1、立柱2、浮力舱3、阻尼板4、撑杆。
立柱2与浮力舱3直接相连构成四组浮筒，立柱2在浮力舱3上方，立柱2的截面尺寸小于浮力舱3的截面尺寸，以保证主浮体在提供足够浮力的同时减小其所受到的波浪力；四组浮筒通过撑杆连接构成平台的主浮体，提供浮力和结构强度。
立柱2和浮力舱3组成共四组浮筒，上部分为立柱2，下部分为浮力舱3，既可以保证提供足够浮力，也能减小平台受到的波浪力，示例性的，如图1所示，本发明实施例中浮筒为圆形凸台式。
平台的主体为等边三角形布局，可以增大平台水线面惯性矩，提高平台的稳性，三组浮筒构成等边三角形的三个顶点，另一组浮筒置于等边三角形的中心点位置。
可选的，浮筒的型式采用圆形凸台式、椭圆形凸台式、方形凸台式和多边形凸台式中的一种。
5MW风机1布置于任意一组浮筒上方，其他各浮筒通过调节压载保证重心位置。示例性的，本发明实施例中5MW风机1布置于中心点位置的浮筒上方。
由于有四组浮筒，5MW风机1可以布置于任意一组浮筒上方，但是需要通过调节各个浮筒的压载来保证平台总体的重心位置和稳性。
每个浮筒的下方设置至少一层阻尼板4，浮筒与阻尼板4之间通过撑杆连接，可以减小平台在垂荡方向的运动。
根据整体的要求，可以在任意浮筒下方布置一层或者多层阻尼板4，用于减小平台的垂荡运动。
可选的，阻尼板4的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或多边形中的一种。
示例性的，本发明实施例中在三个顶点位置的浮筒下方各布置一层阻尼板4，截面形状为圆形。
可选的，结合参考图1和图2，撑杆包括第一撑杆5、第二撑杆6和第三撑杆7。第一撑杆5连接在任意两个浮筒之间；第一撑杆5之间通过第二撑杆6进行支撑；第三撑杆7用于连接阻尼板4。
四组浮筒通过第一撑杆5连接构成平台的主浮体，呈等边三角形布局，第一撑杆5之间通过第二撑杆6进行支撑，提高平台的结构强度。这种框架式结构能有效减小平台的迎浪面积，降低平台受到的波浪力，提高平台的耐波性。
可选的，结合参考图3，该平台还包括系泊缆8和锚固基础9，平台通过系泊缆8与海底的锚固基础9连接，实现整个平台的定位。
可选的，锚固基础9采用大抓力锚、重力式锚、桩基或吸力锚中的一种。
锚固基础9可根据海底地质条件及水深采用大抓力锚、重力式锚、桩基或吸力锚等方式。
可选的，系泊缆8采用锚链或者锚链与合成缆复合的形式。
在实际应用中，系泊方案需要根据作业海域的具体环境参数进行设计。
表1示出了半潜型5MW海上浮动式风力发电平台主尺度中参数与符号的对应关系以及给出了一组示例性的尺度参数：
表1
参数 符号 单位 数值
平台长度(2号立柱与3/4号立柱的水平距离) L m 75.0
平台宽度(3号立柱中心4号立柱中心的距离) B m 86.6
平台深度(距阻尼板底部) H m 35.0
平台吃水(距阻尼板底部) D m 25.0
立柱直径 D1 m 8.0
立柱高度 h1 m 20.0
压载舱直径 D2 m 18.0
压载高度 h2 m 5.0
阻尼板直径 D3 m 14.0
第一撑杆直径 D4 m 2.0
第二撑杆直径 D5 m 1.5
第三撑杆直径 D6 m 1.0
压载舱底端与阻尼板的距离 d m 10.0
结合参考图4和图5，图4示出了半潜型5MW海上浮动式风力发电平台主尺度的侧视图，图5示出了半潜型5MW海上浮动式风力发电平台主尺度的俯视图。
另外，对于本发明实施例中的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，示例性的，表2中给出了该平台涉及的稳性参数：
表2
参数 符号 单位 数值
重心高度(参考于阻尼板底部) GZ m 25.00
浮心高度(参考于阻尼板底部) BZ m 14.30
横稳心高度 GMX m 12.81
纵稳心高度 GMY m 12.83
示例性的，表3中给出了一组该平台涉及的自然周期参数：
表3
升沉(s) 横摇(s) 纵摇(s)
18.9 30.7 25.9
综上所述，本发明实施例提供的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台采用圆形凸台式，上端立柱直径较小，下端浮力舱直径较大，同时浮筒之间通过细小撑杆进行连接形成框架式结构，在为平台提供足够浮力的同时减小了平台受到的波浪力，可以减小平台在波浪中的运动，提高平台的耐波性和安全性。
另外，本方案有较大的横稳心和纵稳心半径，因此该平台具有良好的稳性，作业工况下发电效率更高，恶劣海况下生存能力较强。
另外，在浮筒下方布置的阻尼板可以增加平台在垂荡方向的阻尼，从而能有效减小平台在波浪中的垂向升沉运动。
另外，本方案拓展性较好，可以增加多个立柱及撑杆，构成更大尺度的浮式基础，形成半潜型多风机海上浮动式风力发电平台。
以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，包括：5MW风机、立柱、浮力舱、阻尼板、撑杆；
所述立柱与所述浮力舱直接相连构成四组浮筒，所述立柱在所述浮力舱上方，所述立柱的截面尺寸小于所述浮力舱的截面尺寸；
所述四组浮筒通过所述撑杆连接构成平台的主浮体；所述平台的主体为等边三角形布局，三组所述浮筒构成等边三角形的三个顶点，另一组所述浮筒置于等边三角形的中心点位置；
所述5MW风机布置于任意一组浮筒上方，其他各浮筒通过调节压载保证重心位置；
每个所述浮筒的下方设置至少一层所述阻尼板，所述浮筒与所述阻尼板之间通过所述撑杆连接。
2.根据权利要求1所述的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述平台还包括系泊缆和锚固基础；
所述平台通过所述系泊缆与海底的锚固基础连接。
3.根据权利要求2所述的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述锚固基础采用大抓力锚、重力式锚、桩基或吸力锚中的一种。
4.根据权利要求2所述的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述系泊缆采用锚链或者锚链与合成缆复合的形式。
5.根据权利要求1所述的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述阻尼板的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或多边形中的一种。
6.根据权利要求1所述的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述浮筒的型式采用圆形凸台式、椭圆形凸台式、方形凸台式和多边形凸台式中的一种。
7.根据权利要求1至6一所述的半潜型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述撑杆包括第一撑杆、第二撑杆和第三撑杆；所述第一撑杆连接在任意两个所述浮筒之间；所述第一撑杆之间通过所述第二撑杆进行支撑；所述第三撑杆用于连接所述阻尼板。
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