CN110886684B - 海上发电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上发电装置及方法，海上发电装置包括：发电风机、安装基台、系泊件、电滑环与输电电缆。所述发电风机装设在所述安装基台上，所述安装基台能够漂浮在海面上，所述系泊件的一端与所述安装基台朝向海面的一面相连，所述系泊件的另一端用于与海底相连，所述电滑环装设在所述安装基台上，所述发电风机的输电电缆通过所述电滑环向外部输送电量。上述海上发电装置在使用时，安装基台在海面上具有相对运动自由度，即安装基台能够根据实际的风、浪的流动方向进行调整，保证发电风机能够一直处于最佳的受力位置，提高了海上发电的发电效果。

Description

海上发电装置及方法

技术领域

本发明涉及海上发电的技术领域，特别是涉及一种海上发电装置及方法。

背景技术

随着海上风力发电技术的发展，在海上建设风力发电平台时，为了保证风力发电平台能够有效地固定在海上，往往会选择多个固定件对发电基座进行固定，即固定件的一端与风力发电平台的相连，固定件的另一端与海底固定连接。但是，固定式的风机基础在深水区域受到技术和经济成本的限制，变得不可实现。另外，由于海上环境复杂，风、浪、流方向不确定，导致传统的风力发电平台无法根据实际的风、浪的流动方向进行最优化的自动调整，从而使得风力发电平台基础性能和发电效果受到影响。

发明内容

基于此，有必要提供一种海上发电装置及方法，能够提高利用深水区域的海上风能，且能根据风、浪、流情况实现自动调整，从而优化海上发电装置的基础性能和发电效果。

其技术方案如下：

一种海上发电装置，包括：发电风机、安装基台、系泊件、电滑环与输电电缆，所述发电风机装设在所述安装基台上，所述安装基台能够漂浮在海面上，所述系泊件的一端与所述安装基台朝向海面的一面相连，所述系泊件的另一端用于与海底相连，所述电滑环装设在所述安装基台上，所述发电风机的输电电缆通过所述电滑环向外部输送电量。

上述海上发电装置在使用时，首先将安装基台移动至待安装的海水区域，然后将系泊件(包括系泊缆或系泊链等)的一端与安装基台相连，将系泊件的另一端与海底面相连，此时，可以通过改变系泊件的拉紧程度，限制安装基台在海面随风、浪的移动。通过安装基台的一端与系泊件相连，使得安装基台在海面上具有相对运动自由度，另外，发电风机的输电电缆往往是浸入在海水中并与相应的电力接收或处理设备相连。因此，在安装基台移动时，输电电缆会一同旋转，此时，通过电滑环能够保证旋转的输电电缆与发电风机旋转连通，即保证了发电风机与输电电缆之间的输电效果(输电电缆上的电量会传递到海上的升压站进行升压处理)。因此，安装基台遇到不同方向的风、浪、流时。安装基台能够根据受到的相对作用力(海浪的推动力或风的吹力)进行相应的转动。即安装基台能够根据实际的风、浪、流的流动方向进行调整，保证发电风机能够一直处于最佳的受力位置，提高了海上发电装置的发电效果。

一种海上发电方法，包括如下步骤：在船坞上进行发电风机与安装基台的安装；将安装基台整体湿拖到指定海域，并将安装基台的一端与已经部署好的系泊件连接；调节安装基台在海水中的吃水程度。

上述海上发电方法在使用时，首先在船坞上进行发电风机与安装基台的安装。此时，根据海域情况，安装基台的形状可以为三角状或“V型”状，且所述安装基台可以选择为一体加工成型，也可以采用多根安装板或安装架进行拼接成型。将安装基台整体湿拖到指定海域，并将安装基台的一端与已经部署好的系泊件连接，最后，再调节安装基台在海水中的吃水程度。此时，实现了安装基台在指定海域的固定。另外，安装基台在海面上具有相对运动自由度，即安装基台能够根据实际的风、浪的流动方向进行调整，保证发电风机能够一直处于最佳的受力位置，提高了海上发电的发电效果。

下面进一步对技术方案进行说明：

所述安装基台包括V型台与浮筒，所述浮筒装设在所述V型台的端部上，且所述浮筒用于支撑所述发电风机。

海上发电装置还包括支撑件，所述浮筒端部开设有安装槽，所述支撑件装设在所述安装槽内部，且所述支撑件的一端与所述发电风机固定连接。

所述支撑件为圆锥形支撑件，所述安装槽为圆锥形安装槽，所述圆锥形支撑件的尖端插入所述圆锥形安装槽内，且所述圆锥形支撑件的圆平面突出所述浮筒的端部。

海上发电装置还包括防护栏，所述防护栏套设在所述浮筒的端部。

所述浮筒内部设有储水腔，还包括填充件、多个分隔件与多个加强筋，所述V型台内部为空腔结构，多个所述分隔件装设在所述V型台内部，且多个所述分隔件将所述空腔分隔为多个腔室，多个所述加强筋对应装设在多个所述腔室中，所述填充件装设在位于所述V型台端部的腔室中。

海上发电装置还包括辅助过渡组件，所述辅助过渡组件包括卡扣、安装接头与浮筒体，所述V型台的端部设有卡槽，所述卡扣与所述卡槽卡接配合，且所述卡扣能够在所述卡槽内进行移动，所述安装接头的一端与所述卡扣相连，所述安装接头的另一端与所述浮筒体相连，所述系泊件与所述安装接头相连。

所述系泊件包括多根系泊缆或多根悬链线。

当安装一个所述发电风机时，所述发电风机装设在所述V型台的尖端部；当安装两个所述发电风机时，两个所述发电风机分别装设在所述V型台相互岔开的两个端部；当安装三个所述发电风机时，三个所述发电风机依次对应装设在所述V型台的三个端部。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的海上发电装置(一个发电风机)的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述的海上发电装置(两个发电风机)的结构示意图；

图3为本发明一实施例所述的海上发电装置(三个发电风机)的结构示意图；

图4为本发明一实施例所述浮筒的结构示意图；

图5为本发明一实施例所述的安装基台内部结构示意图；

图6为本发明一实施例所述的辅助过渡组件的结构示意图；

图7为本发明一实施例所述的海上发电方法的流程图。

附图标记说明：

100、发电风机，110、输电电缆，200、安装基台，210、V型台，211、尖端部，212、第一浮箱，213、第二浮箱，220、浮筒，230、支撑件，240、防护栏，250、填充件，260、分隔件，270、加强筋，300、系泊件，310、系泊缆， 400、辅助过渡组件，410、卡扣，420、安装接头，430、浮筒体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1至图3所示，在一个实施例中，一种海上发电装置，包括：发电风机100、安装基台200、系泊件300、电滑环与输电电缆110，所述发电风机100 装设在所述安装基台200上，所述安装基台200能够漂浮在海面上，所述系泊件300的一端与所述安装基台200相连，所述系泊件300的另一端用于与海底相连，所述电滑环装设在所述安装基台200上，所述发电风机100的输电电缆 110通过所述电滑环与外部输电电缆110连接，并向外部输送电量。

上述海上发电装置在使用时，首先将安装基台200移动至待安装的海水区域，然后将系泊件300(包括系泊缆310或系泊链等)的一端与安装基台200相连，将系泊件300的另一端与海底面相连，此时，可以通过改变系泊件300的拉紧程度，限制安装基台200在海面随风、浪的移动。通过安装基台200的一端与系泊件300相连，使得安装基台200在海面上具有相对运动自由度，另外，发电风机100的输电电缆110往往是通过插入海水中(在本实施例中，可以将输电电缆110沿着海底表面进行排布)并与相应的电力接收或处理设备相连。因此，在安装基台200移动时，输电电缆110会一同旋转，此时，通过电滑环能够保证旋转的输电电缆110与发电风机100旋转连通，即保证了发电风机100 与输电电缆110之间的输电效果(输电电缆110上的电量会传递到海上的升压站进行升压处理)。因此，安装基台200遇到不同方向的风、浪时。安装基台200 能够根据受到的相对作用力(海浪的推动力或风的吹力)进行相应的转动。即安装基台200能够根据实际的风、浪的流动方向进行调整，保证发电风机100 能够一直处于最佳的受力位置，提高了海上发电装置的发电效果。

在一个实施例中，随着海上发电技术的发展，如何克服复杂的海上环境影响成为了关注的重点。目前，为了使海上发电基础能够在海上具有较高的稳定性，往往会通过增加海上发电基础与海底的连接固定面积。但是，传统的这种实施方式在面对不同方向的水流冲击时，无法进行有效的改变，即受到海浪冲击载荷的影响较大，从而加大了海上发电基础被海水冲刷损坏的程度。在本实施例中，海上发电装置利用安装基台200的一端与系泊件300进行连接配合，并通过系泊件300与海底面连接固定。即实现了海上发电装置的单点系泊。上述这种方式使得海上发电装置获得了一定的自由度。根据风浪的冲击，安装基台200通过自身艏摇(指浸于水中的物体绕安装基台200垂直轴的旋转振荡运动)调整到合适的位置状态。即上述海上发电装置在保证海上稳定性的同时，安装基台200通过自身艏摇调整适应不同情况的风浪冲击。

在一个实施例中，上述海上发电装置采用单点系泊后，此时，可以将一个发电风机100装设在所述安装基台200上(且与系泊件300连接处相对应的位置)，即发电风机100在遇到气流后，一方面会带动发电分机的风叶转动，另一方面由于安装基台200获得了自由度，发电风机100可以利用风向标效应带动安装基台200进行位置调整。

如图1和图5所示，在一个实施例中，所述安装基台200包括V型台210 与浮筒220，所述浮筒220装设在所述V型台210的端部上，且所述浮筒220用于支撑所述发电风机100。具体地，根据实际的安装情况，所述安装基台200包括第一浮箱212与第二浮箱213，所述第一浮箱212的一端与所述第二浮箱213 的一端相连，并拼接为所述V型台210。所述浮筒220的个数为三个。即三个所述浮筒220一一对应装设在所述V型台210的端部，为了提高浮筒220在V型台210上的稳定性，所述V型台210的三个端部设计为与所述浮筒220相适应的套环。此时，所述V型台210的三个端部受力均匀，提高了安装基台200在海上的安装稳定性。进一步地，所述第一浮箱212与所述第二浮箱213均为长方体浮箱，即所述长方体浮箱与所述海面对应的横截面为矩形，且长方体浮箱浮在海面上时，所述长方体浮箱的高度尺寸比宽度尺寸大，这样有利于增加V 型台210的艏摇运动阻尼，优化了V型台210的艏摇运动性能。

在一个实施例中，所述V型台210的夹角可以根据发电风机100的桨叶直径参数进行确定，即保证V型台210岔开的两端部之间的间隔至少为桨叶直径的三倍(指所需安装的发电风机100的桨叶)。对位于V型台210相互岔开的两端上的发电风机100，上述这种设置方式能够减小两个发电风机100(位于V型台210相互岔开的两端上的发电风机100)之间的尾流影响。具体地，对位于装设在同一浮箱两端的发电风机100，发电风机100之间的间隔距离至少为桨叶直径的两倍。上述这种设置方式能够减小两个发电风机100(位于装设在同一浮箱两端的发电风机100)之间的尾流影响。进一步地，所述第一浮箱212的一端与所述第二浮箱213的一端相互连接后，通过所述第一浮箱212与所述第二浮箱 213相对连接端进行转动，从而实现对V型台210夹角的改变。

如图4所示，在一个实施例中，海上发电装置还包括支撑件230。所述浮筒220端部开设有安装槽，所述支撑件230装设在所述安装槽内部，且所述支撑件 230的一端与所述发电风机100固定连接。所述支撑件230为圆锥形支撑件230，所述安装槽为圆锥形安装槽，所述圆锥形支撑件230的尖端插入所述圆锥形安装槽内，且所述圆锥形支撑件230的圆平面突出所述浮筒220的端部。所述支撑件230为支撑座或支撑块。具体地，所述支撑件230可以直接与浮筒220端部通过焊接进行固定。更具体地，圆锥形支撑架插入所述安装槽后，所述支撑件230呈倒圆锥。即圆锥的尖端朝向浮筒220的底部，所述圆锥的圆平面朝向所述浮筒220的上端部。然后，利用法兰将发电风机100与支撑件230的圆平面进行固定。上述这种布置方式能够有效避免支撑件230与浮筒220之间出现松动，提高了发电风机100在浮筒220上的固定效果。进一步地，所述支撑件 230的圆台面突出于所述浮筒220的端面，使得发电风机100在浮筒220上的安装更加方便。

如图4和图5所示，在一个实施例中，海上发电装置还包括防护栏240。所述防护栏240套设在所述浮筒220的端部。具体地，所述防护栏240能够有效限制风浪直接对发电风机100与支撑件230的连接处产生冲击，即提高了发电风机100与浮筒220的连接稳定性。另外，在工作人员登上海上发电装置后，防护栏240可以防止工作人员的意外跌落。

如图5所示，在一个实施例中，所述浮筒220内部设有储水腔，还包括填充件250、多个分隔件260与多个加强筋270，所述V型台210内部为空腔结构，多个所述分隔件260装设在所述V型台210内部，且多个所述分隔件260将所述空腔分隔为多个腔室，多个所述加强筋270对应装设在多个所述腔室中，所述填充件250装设在位于所述V型台210端部的腔室中。

具体地，所述分隔件260为分隔板或杆体。所述填充件250为混凝土、矿砂或砂石等。进一步地，根据实际的安装需要，所述分隔件260可以将所述V 型台210内部分隔成多个相互独立的腔室。例如：利用分隔件260将V型台210 端部的腔室与其他腔室相隔开，然后将填充件250填充至V型台210的端部，从而能够避免填充件250从V型台210端部分散到V型台210的其他腔室。上述这种实施方式能够保证填充件250在V型台210端部的填充效果，使得V型台210在水面上所受浮力更加均匀。多个所述加强筋270在所述V型台210内部均匀间隔设置。在本实施例中，所述加强筋270包括多根横向加强筋和多根纵向加强筋，在分隔件260将浮箱内部分隔成多个腔 室后，将多根横向加强筋与多根纵向加强筋相互垂直的对应设置在多个腔 室中。另外，通过向浮筒220 内部的储水腔注水，以此提高了浮筒220自身的重量(即调整V型台210的吃水深度)。在本实施例中，三个浮筒220分别设置在V型台210的三个端部，即通过向三个浮筒220内部注入等量的水源，从而实现对V型台210整体吃水程度的控制。

如图1和图6所示，在一个实施例中，海上发电装置还包括辅助过渡组件 400。所述辅助过渡组件400包括卡扣410、安装接头420与浮筒体430，所述V 型台210的端部设有卡槽，所述卡扣410与所述卡槽进行卡接配合，且所述卡扣410能够在所述卡槽内进行移动，所述安装接头420的一端与所述卡扣410 相连，所述安装接头420的另一端与所述浮筒体430相连，所述系泊件300与所述安装接头420相连。所述系泊件300包括多根系泊缆310或多根悬链线。在本实施例中，通过卡扣410在卡槽内部进行移动，当V型台210根据风浪冲击进行艏摇时，实现了所述V型台210相对于所述辅助过渡组件400的移动，同时，V型台210上装设有发电风机100，可以利用其风向标效应实现对海上发电装置的自动调整。

具体地，当系泊件300通过所述辅助过渡组件400与V型台210连接后，此时，考虑到系泊件300对V型台210的端部(尖端部211)有朝水下的拉拽作用力，以及当发电风机100位于V型台210与辅助过渡组件400相同的端部(尖端部211)时，发电风机100也会向V型台210的端部施加一个朝水下的作用力。因此，为了保证V型台210在水面上的受力均匀，通过在辅助过渡组件400上加设浮头，从而能够有效抵消V型台210端部所受到的作用力(朝水下的作用力)。进一步地，在本实施例中，所述系泊件300可以为多根系泊缆310或多根悬链线。所述安装接头420上设有多个导缆孔，多根所述系泊缆310或多根悬链线通过所述导缆孔与所述安装接头420相连后，多根所述系泊缆310或多根悬链线沿所述安装接头420的周向与所述安装接头420相连，从而保证系泊件 300在对安装接头420拉拽时，安装接头420的受力更加均匀。

如图1至图3所示，在一个实施例中，当安装一个所述发电风机100时，所述发电风机100装设在所述V型台210的尖端部211；当安装两个所述发电风机100时，两个所述发电风机100分别装设在所述V型台210相互岔开的两个端部；当安装三个所述发电风机100时，三个所述发电风机100依次对应装设在所述V型台210的三个端部。具体地，在安装一个发电风机100时，将发电风机100安装在V型台210的尖端部211，此时，可以选择对位于V型台210其余两端上的浮筒220内部进行注水，以保证V型台210在水面上的压载平衡。在安装两个发电风机100时，可以对位于V型台210尖端部211的浮筒220进行注水，以保证V型台210在水面上的压载平衡。同时，两个所述发电风机100 分别装设在所述V型台210相互岔开的两个端部。且V型台相互岔开的两个端部之间的间距至少为1倍桨叶直径(指发电风机的桨叶直径)，从而避免两个发电风机100在V型台210上发生相互触碰。进一步地，在安装三个发电风机100时，三个发电分机分别安装在V型台210的三个端部后，由于V型台210的重量改变，可以选择想浮筒220内部注水或将浮筒220内部的水源抽出，以实现对V型台210的压载调节。同时，V型台210相互岔开的两个端部之间间距至少为2倍桨叶直径为2倍直径(指发电风机100的桨叶直径)，从而能够减少位于尖端部211的发电风机100所产生的尾流，对V型台210其余两个发电风机100 (指位于V型台210相互岔开的两端上的发电风机100)的入流风场产生影响影响。

如图7所示，在一个实施例中，一种海上发电方法，包括如下步骤：

S100、在船坞上进行发电风机100与安装基台200的安装；

S200、将安装基台200整体湿拖到指定海域，并将安装基台200的一端与已经部署好的系泊件300连接；

S300、调节安装基台200在海水中的吃水程度。

上述海上发电方法在使用时，首先在船坞上进行发电风机100与安装基台 200的安装。此时，根据海域情况，安装基台200的形状可以为三角状或“V 型”状，且所述安装基台200可以选择为一体加工成型，也可以采用多根安装板或安装架进行拼接成型。将安装基台200整体湿拖到指定海域，并将安装基台200的一端与已经部署好的系泊件300连接，最后，再调节安装基台200在海水中的吃水程度。此时，实现了安装基台200在指定海域的固定。另外，安装基台200在海面上具有相对运动自由度，即安装基台200能够根据实际的风、浪的流动方向进行调整，保证发电风机100能够一直处于最佳的受力位置，提高了海上发电的发电效果

进一步地，首先在船坞上进行安装基台200的制造，并进行发电风机100 与安装基台200的安装。然后，将安装基台200整体通过拖船等海上运输工具湿拖到指定海域，并将安装基台的一端与已经部署好的系泊件300连接。例如：在V型台210与系泊件300可以通过辅助过渡组件400进行连接(所述辅助过渡组件400包括卡扣410、安装接头420与浮筒体430，所述V型台210的端部设有卡槽，所述卡扣410与所述卡槽进行卡接配合，且所述卡扣410能够在所述卡槽内进行移动，所述安装接头420的一端与所述卡扣410相连，所述安装接头420的另一端与所述浮筒体430相连，所述系泊件300与所述安装接头420 相连。)。最后，通过调整安装基台200的浮筒220进水量，从而调节安装基台 200在海水中的吃水直至到达设计水线。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海上发电装置，其特征在于，包括：发电风机、安装基台、系泊件、电滑环与输电电缆，所述发电风机装设在所述安装基台上，所述安装基台能够漂浮在海面上，所述系泊件的一端与所述安装基台相连，所述系泊件的另一端用于与海底相连，所述电滑环装设在所述安装基台上，所述发电风机的输电电缆通过所述电滑环向外部输送电量；还包括辅助过渡组件，所述辅助过渡组件包括卡扣、安装接头与浮筒体，所述安装基台的端部设有卡槽，所述卡扣与所述卡槽进行卡接配合，且所述卡扣能够在所述卡槽内进行移动，所述安装接头的一端与所述卡扣相连，所述安装接头的另一端与所述浮筒体相连，所述系泊件与所述安装接头相连；所述安装基台包括V型台与浮筒，所述浮筒装设在所述V型台的端部上，且所述浮筒用于支撑所述发电风机，所述浮筒内部设有储水腔，所述安装基台还包括填充件、多个分隔件与多个加强筋，所述加强筋包括多根横向加强筋和多根纵向加强筋，所述V型台内部为空腔结构，多个所述分隔件装设在所述V型台内部，且多个所述分隔件将所述空腔分隔为多个腔室，多根所述横向加强筋与多根所述纵向加强筋相互垂直的对应设置在多个所述腔 室中，所述填充件装设在所述V型台端部的腔室中。

2.根据权利要求1所述的海上发电装置，其特征在于，所述安装基台包括第一浮箱与第二浮箱，所述第一浮箱的一端与所述第二浮箱的一端相连，并拼接为所述V型台。

3.根据权利要求2所述的海上发电装置，其特征在于，还包括支撑件，所述浮筒端部开设有安装槽，所述支撑件装设在所述安装槽内部，且所述支撑件的一端与所述发电风机固定连接。

4.根据权利要求3所述的海上发电装置，其特征在于，所述支撑件为圆锥形支撑件，所述安装槽为圆锥形安装槽，所述圆锥形支撑件的尖端插入所述圆锥形安装槽内，且所述圆锥形支撑件的圆平面突出所述浮筒的端部。

5.根据权利要求4所述的海上发电装置，其特征在于，还包括防护栏，所述防护栏套设在所述浮筒的端部。

6.根据权利要求2所述的海上发电装置，其特征在于，所述填充件为混凝土、矿砂或砂石。

7.根据权利要求1所述的海上发电装置，其特征在于，沿所述安装接头上设有多个导缆孔，所述系泊件经过所述导缆孔并沿所述安装接头的周向与所述安装接头相连。

8.根据权利要求7所述的海上发电装置，其特征在于，所述系泊件包括多根系泊缆或多根悬链线。

9.根据权利要求2所述的海上发电装置，其特征在于，当安装一个所述发电风机时，所述发电风机装设在所述V型台的尖端部；当安装两个所述发电风机时，两个所述发电风机分别装设在所述V型台相互岔开的两个端部；当安装三个所述发电风机时，三个所述发电风机依次对应装设在所述V型台的三个端部。

10.一种海上发电方法，其特征在于，采用权利要求1至9任意一项所述的海上发电装置，包括如下步骤：

在船坞上进行发电风机与安装基台的安装；

将安装基台整体湿拖到指定海域，并将安装基台的一端与已经部署好的系泊件连接；

调节安装基台在海水中的吃水程度。

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