CN109278949A - 一种Spar型5MW海上浮动式风力发电平台 - Google Patents

一种Spar型5MW海上浮动式风力发电平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Spar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、中央柱、浮力舱、压载舱、阻尼板、撑杆；5MW风机布置在平台的上方，与中央柱相连；中央柱浮力舱直接相连构成平台的主浮体，中央柱设置在浮力舱上方，中央柱的截面尺寸小于浮力舱的截面尺寸；压载舱设置在浮力舱下方；浮力舱与压载舱之间采用撑杆连接，浮力舱与压载舱之间设有阻尼板。实现了在深海域的风力发电，并且提高了浮动式风力发电平台的安全性和稳定性。

Description

一种Spar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Spar型5MW海上浮动式风力发电平台。
背景技术
目前海上风电开发利用虽然有一定的规模，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。但是这两种方案在水深超过50米的海域应用将导致工程难度和制造成本的急剧增加。而水深超过50米的海域具有风速更高和风品质更好的特点，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Spar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Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，包括5MW风机、中央柱、浮力舱、压载舱、阻尼板、撑杆；
所述5MW风机布置在所述平台的上方，与所述中央柱相连；
所述中央柱和所述浮力舱直接相连构成所述平台的主浮体，所述中央柱设置在所述浮力舱上方，所述中央柱的截面尺寸小于所述浮力舱的截面尺寸；
所述压载舱设置在所述浮力舱下方；
所述浮力舱与所述压载舱之间采用所述撑杆连接，所述浮力舱与所述压载舱之间设有阻尼板。
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所述锚固基础连接。
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。
其进一步的技术方案为：所述系泊缆采用锚链或锚链与合成缆复合的形式。
其进一步的技术方案为：所述中央柱和所述浮力舱的截面型式为圆形凸台式、椭圆形凸台式、方形凸台式或多边形凸台式中的一种。
其进一步的技术方案为：所述压载舱的截面型式为圆形、椭圆形、方形或多边形中的一种。
其进一步的技术方案为：所述压载舱采用压载水、混泥土或金属材料进行压载。
其进一步的技术方案为：所述浮力舱和所述压载舱之间均匀布置至少一层阻尼板；所述阻尼板的数量由所述浮力舱与所述压载舱之间的距离确定。
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。
本发明的有益技术效果是：
通过将中央柱的截面尺寸设置为小于浮力舱的截面尺寸，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，提高浮动式风力发电平台的耐波性和安全性；通过压载舱降低平台的重心，保证平台有足够的稳定性；通过在浮力舱与压载舱之间设置阻尼板，可以增加浮动式风力发电平台在垂荡方向的阻尼，从而能有效减小在波浪中的升沉运动。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的Spar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Spar型5MW海上浮动式风力发电平台系泊方案的示意图。
图3是本发明一个实施例提供的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台的主尺度的左视图。
图4是本发明一个实施例提供的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台的主尺度的俯视图。
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Spar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、中央柱2、浮力舱3、压载舱4、阻尼板5、撑杆。
可选的，撑杆包括主撑杆6和辅撑杆7。
5MW风机1布置在平台的上方，与中央柱2相连。
中央柱2和浮力舱3直接相连构成平台的主浮体，中央柱2设置在浮力舱3上方，中央柱2的截面尺寸小于浮力舱3的截面尺寸。
中央柱2和浮力舱3构成平台的主浮体为5MW风机1提供支撑基础，提供浮力和结构强度。
中央柱2的截面尺寸小于浮力舱3的截面尺寸，可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。
主浮体的上部分为中央柱2，下部分为浮力舱3，既可以保证提供足够浮力，也能减小平台收到的波浪力。
可选的，中央柱2和浮力舱3的截面型式为圆形凸台式、椭圆形凸台式、方形凸台式或多边形凸台式中的一种。示例性的，图1示出的主浮体为圆形凸台式，即中央柱2和浮力舱3的截面型式为圆形凸台式。
本实施例中主浮体型式采用圆形凸台式，上端中央柱2直径较小，下端浮力舱3直径较大，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。
压载舱4设置在浮力舱3下方。
由于5MW风机1的重心位置偏高，因此在浮力舱3的下方预定位置处设置压载舱4可以降低平台的重心，使平台的重心位于浮心下方，保证平台具有足够的稳定性。
可选的，压载舱4的截面型式为圆形、椭圆形、方形或多边形中的一种。示例性的，图1所示的压载舱4的截面型式为圆形。
可选的，压载舱4采用压载水、混泥土或金属材料进行压载。本实施例中采用混泥土进行压载。
浮力舱3与压载舱4之间采用撑杆连接，浮力舱3与压载舱4之间设有阻尼板5，可以减小平台在垂荡方向的运动。
可选的，浮力舱3和压载舱4之间均匀布置至少一层阻尼板5；阻尼板5的数量由浮力舱3与压载舱4之间的距离确定。
浮力舱3与压载舱4之间均匀布置一层或多层阻尼板5，可以增加平台在垂荡方向的阻尼，减小平台而定垂荡运动，从而能有效减少平台在波浪中的升沉运动。阻尼板5的数量取决于浮力舱3与压载舱4之间的距离。
可选的，阻尼板5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，本发明实施例的图示中布置两层阻尼板5，且阻尼板5的截面形状为圆形。
可选的，结合参考图2，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。锚固基础9的选用可根据海底地质条件及水深确定。
可选的，系泊缆8采用锚链或锚链与合成缆复合的形式。
在实际应用中，系泊缆8与锚固基础9的实现方案需要根据作业海域的具体环境参数进行设计。
示例性的，表1中给出了一种Spar型5MW海上浮动式风力发电平台的主尺度中参数与符号之间的对应关系以及给出一组示例性的尺度数据：
表1
结合参考图3和图4，图3示出了Spar型5MW海上浮动式风力发电平台的主尺度的左视图，图4示出了Spar型5MW海上浮动式风力发电平台的主尺度的俯视图。
另外，对于本发明实施例中的Spar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(距压载舱底部) GZ m 37
浮心高度(距压载舱底部) BZ m 40.16
横稳心高度 GMX m 13.55
纵稳心高度 GMY m 13.55
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)
20.7 24.0 24.0
本发明实施例中提供的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，结构简单、紧凑、合理，平台主体建造成本相对较低，对不同海域的适用性较高。
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 (9)

1.一种Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，包括5MW风机、中央柱、浮力舱、压载舱、阻尼板、撑杆；
所述5MW风机布置在所述平台的上方，与所述中央柱相连；
所述中央柱和所述浮力舱直接相连构成所述平台的主浮体，所述中央柱设置在所述浮力舱上方，所述中央柱的截面尺寸小于所述浮力舱的截面尺寸；
所述压载舱设置在所述浮力舱下方；
所述浮力舱与所述压载舱之间采用所述撑杆连接，所述浮力舱与所述压载舱之间设有阻尼板。
2.根据权利要求1所述的Spar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所述锚固基础连接。
3.根据权利要求2所述的Spar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。
4.根据权利要求2所述的Spar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锚链与合成缆复合的形式。
5.根据权利要求1所述的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述中央柱和所述浮力舱的截面型式为圆形凸台式、椭圆形凸台式、方形凸台式或多边形凸台式中的一种。
6.根据权利要求1所述的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述压载舱的截面型式为圆形、椭圆形、方形或多边形中的一种。
7.根据权利要求1所述的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述压载舱采用压载水、混泥土或金属材料进行压载。
8.根据权利要求1所述的Spar型5MW海上浮动式风力发电平台，其特征在于，所述浮力舱和所述压载舱之间均匀布置至少一层阻尼板；所述阻尼板的数量由所述浮力舱与所述压载舱之间的距离确定。
9.根据权利要求1至8任一所述的Spar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。
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