CN111336068A - 一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，包括远程控制模块、供电模块、线路模块、警示灯模块、雷达应答器模块、AIS虚拟航标模块和实体标绘模块；所述警示灯模块、所述雷达应答器模块和所述AIS虚拟航标模块分别设置在所述风力发电机的多个部件上；所述实体标绘模块为在所述风力发电机的机身上标绘的不同颜色；本设置于海上风力发电机上的船舶助航系统具有优异警示性，可在远距离有效提醒船舶，并能提高夜间或能见度不良条件下被船舶及早识别的能力，可为船舶避让预留充足的决策时间，提供便利、可靠的助航服务；能够有效减少船舶与海上风力发电机发生碰撞的几率。
Description
技术领域
本发明涉及到船舶助航技术领域，具体涉及到一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统。
背景技术
我国海岸线长且可利用海域面积广阔，风能资源丰富，海上风电产业发展优势显著。据统计，截至2018年底，我国公开可见的海上风电项目近120个，总规模达96GW。2019年，英国、德国、中国占据全球海上风电累计装机容量的前三位，占全球总容量的80％以上。海上风力发电机组单体较大，如目前世界上单机容量最大的由MHI Vestas生产的8.4MW风力发电机组，轮毂高度115米，叶片长度80米；我国华锐风电自主研制的SL5000系列风力发电机组的叶片直径128米，理想状态下，每小时能发电5000度电，按照一年满发2300小时计算，在20年的设计寿命里可产的电能，几乎相当于上海市一天的用电总量。
海上风电场通常集中布置包含十几台甚至几十台海上风电机组，根据相关规定要求，其选址需满足“双十”标准(即海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里、滩涂宽度超过10公里时海域水深不得少于10米)。通常，该类水域通航条件较好，海上风电场附近时常存在船舶甚至大型船舶频繁活动。同时，由于海上风力发电机造价昂贵(每台约1亿元人民币)，施工复杂难度大，运行维护要求高，一旦发生船舶碰撞海上风力发电机，通常将会造成特别重大海上事故。因此，海上风力发电机建成后需做好自身的保障与防护的同时，也需配备有效的警示设备，防止无关船舶靠近。
为保障海上风力发电机及船舶通航安全，海上风电场附近水域或海上风力发电机平台上通常会设有警示浮标或灯桩。但由于警示浮标或灯桩固定且体型较小，射程较近且易被遮挡，不易引起过往船舶注意，或只能在天气条件较好、近距离时，才能有效提醒。船舶在港口附近航行时船速一般在8～10节(15～18km/h)左右，沿海航行时船速则更高，且具有较大的惯性，通常万吨级船舶停车冲程需要1000m左右的航行距离。一般情况下，船员在夜间或能见度不良条件下驾驶时，可选择助航参考物较少，且精力不如白天充沛，视觉避让效果差，主要是依靠船舶雷达、GPS、AIS、海图等。船舶若需有效避让海上风力发电机，船舶驾驶员必须要及早发现、有效降速或调整航向，提前做好避让准备。
在中国发明专利申请(公布号：CN104994354A)公开了一种海上风电场安全防护系统及防护方法，该防护系统包括中央处理器，与所述中央处理器连接的红外感应器、视频监控装置、警示装置及陆地监控系统，所述红外感应器设于所述海上风电场上，且所述视频监控装置与所述陆地监控系统连接通讯；该系统能够警告船体或人员离开，防护船体对海上风电场的撞击。但是对于附近过往船舶的警示效果并不明显，特别在夜晚或者能见度不好的条件下，对于船舶的警示效果有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，为准确标示海上风电场区域，引导过往船舶安全航行，保障船舶航行安全及海上风力发电机自身安全，提供一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，所述船舶助航系统至少包括远程控制模块、供电模块、线路模块、警示灯模块、雷达应答器模块、AIS虚拟航标模块和实体标绘模块；所述警示灯模块、所述雷达应答器模块和所述AIS虚拟航标模块分别设置在所述风力发电机的多个部件上；所述实体标绘模块为在所述风力发电机的机身上标绘的不同颜色；所述供电模块分别与所述雷达应答器模块和所述警示灯模块连接并供电；所述远程控制模块与所述警示灯模块、所述雷达应答器模块无线通信连接；所述远程控制模块至少包含开关模块、调色模块和调频模块。
本设置于海上风力发电机上的船舶助航系统通过在船舶航道或航路的海上风电场的风力发电机上设置警示灯、雷达应答器、AIS虚拟航标、彩色标绘等模块，使得风力发电机的自我警示作用效果明显，尤其是在夜间或能见度不良等条件下仍具有效果，有助于及早提醒过往船舶注意安全，从而有效减少船舶与海上风力发电机发生碰撞的几率；适用于海上风电场附近存在船舶航道或习惯航路、船舶流量较大且助航设施缺乏的水域等。
将所述警示灯模块和雷达应答器模块设置在风力发电机上，能够优化海上风电场警示浮标或灯桩的设置，减少支出；而且容易引起过往船舶的注意，效果较好。
所述供电模块和线路模块能够为所述警示灯模块和雷达应答器模块持续供电，能够直接使用风力发电机产生的电能，而且均安装在风力发电机上，减少了额外设施的配置，在风力发电机维修保养时，即可以同时对本系统进行维护，节约成本。
所述远程控制模块便于在陆地上或控制室内控制所述警示灯模块及雷达应答器模块的启闭及闪现频率，操作方便，还能够便于船舶上的雷达装置识别，起到多形式互补警示提醒作用。
设置在风力发电机机身上的实体标绘模块，易于识别，视觉效果好；实体标绘采用红色和绿色，同水上助航标志颜色要求一致，在机身出厂前完成标绘，减少在海上标绘作业的难度。
进一步的，所述警示灯模块包括设置在所述风力发电机的叶片上的叶片警示灯模块和所述风力发电机的轮毂上的轮毂警示灯模块。
由于风力发电机的叶片不停转动且轮毂、机身具有一定的高度(不同风机略有差异，通常叶片最低处距离海平面约25～35m，最高处约150～200m)，按照本思路设计的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统具有优异警示性，可在远距离有效提醒船舶，并能提高夜间或能见度不良条件下被船舶识别的能力，可为船舶避让预留充足的决策时间，提供便利、可靠的助航服务。
此外，船舶助航系统中的叶片上设置的警示灯能够为引导飞机、航空器等避障提供参考，还能够作为日常检查风机是否正常转动的有效判断。
进一步的，所述叶片警示灯模块通过镶嵌或螺接的方式连接在所述叶片的顶端，所述叶片警示灯模块还包括设置在警示灯外的保护灯罩；所述叶片警示灯模块的供电线路由所述风力发电机的机舱发电柜引出，沿所述叶片的内部梁板到达所述叶片的顶端。
设置在叶片上的警示灯能够随叶片一同转动，由于叶片旋转半径较大，而且转速相对稳定，因此能够在空中形成明显的警示效果，特别是在夜间或能见度低时能够明显分辨出风力发电机的最大外轮廓；
所述保护灯罩的设置能够有效避免外界风雨、冰雹等影响，一方面具有保护作用，另一方面也可以增强警示效果。
进一步的，所述轮毂警示灯模块采用外挂的形式设置在所述轮毂的下方；所述轮毂警示灯模块的供电线路由机舱发电柜引出到所述轮毂的下方。
设置在所述轮毂下方的警示灯，位置固定，能有效避免外界风雨、冰雹等影响，且能增强下方及四周警示效果；由于轮毂本身位于机身的上方，具有一定高度，通常为90m左右，使得轮毂警示灯起到了优于灯桩或灯塔的效果。
另外，所述警示灯模块中使用的警示灯可以采用其他结构，如类似飞机侧翼警示灯，警示灯与风力发电机之间的连接也不局限于镶嵌连接、外挂式安装等，还可以采用其他安装方式。
进一步的，所述雷达应答器模块设置在所述风力发电机的机身离海平面18～22米处，所述雷达应答器模块螺接在船舶进出航道或航路边缘处的所述风力发电机的机身上。
将所述雷达应答器模块设置在这一高度，能够有效接收和发出雷达信号，避免了叶片转动带来的影响，叶片在旋转时不会遮挡所述雷达应答器模块。
进一步的，所述警示灯模块通过所述远程控制模块的控制系统定时启闭或者手动启闭；并在若干警示灯开启状态下同步频率闪现；所述远程控制模块集成在海上风电场综合监控中心。
所述远程控制模块中的开关模块、调色模块和调频模块，分别起到开关控制、颜色及频率的调控。
进一步的，所述AIS虚拟航标模块设置在所述风力发电机所在坐标位置或者外扩一定保护范围的位置。
进一步的，所述供电模块包括所述风力发电机的机舱发电柜和/或太阳能供电装置。
进一步的，在航道或航路附近布置有所述风力发电机的海上风电场，在海上风电场边缘处的所述风力发电机上设置所述警示灯模块和实体标绘模块，并在视觉上呈现在一条连线上。
进一步的，所述警示灯模块设置的一种方法如下：在进港方向左侧边缘处的所述风力发电机的轮毂底侧加装闪红色警示灯，在相应所述风力发电机的任一个叶片的顶端加装闪黄色警示灯，并在相应机身标绘固定高度的红色；在进港方向右侧边缘处的所述风力发电机的轮毂底侧加装闪绿色警示灯，在相应的所述风力发电机的任一个叶片的顶端加装闪黄色警示灯，并在相应机身标绘固定高度的绿色；所述闪红色警示灯和所述闪绿色警示灯的混合联闪周期分别为12秒；所述闪黄色警示灯为莫尔斯信号“C”，周期12秒。
这些安装的警示灯需要具备一定的射程，一般为3～5海里，具体也能够根据实际需求调整。标绘的红色或绿色起始点高度在海平面上方20米左右。
为节约资源，避免相互干扰，增强警示效果，所述警示灯、雷达应答器、AIS虚拟航标、彩色标绘等模块可结合实际布置。如雷达应答器模块和AIS虚拟航标模块仅需设置在航道或航路进出口附近的个别风力发电机上(同一风力发电机不同时设置上述两种模块)；轮毂警示灯模块和彩色标绘模块可设置在航道或航路两侧的每一台风力发电机上；叶片警示灯模块可设置在航道或航路进出口附近的个别风力发电机上；海上风电场内部的风力发电机上原则上不需配置以上模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本设置于海上风力发电机上的船舶助航系统具有优异警示性，可在远距离有效提醒船舶，并能提高夜间或能见度不良条件下被船舶识别的能力，可为船舶避让预留充足的决策时间，提供便利、可靠的助航服务；2、能够有效减少船舶与海上风力发电机发生碰撞的几率；3、适用于海上风电场附近存在船舶航道或习惯航路、船舶流量较大且助航设施缺乏的水域等；4、设置在风力发电机机身上的实体标绘模块，易于识别，视觉效果好；并在机身出厂前完成标绘，减少在海上标绘作业的难度；5、叶片上的警示灯能够随叶片一同转动，能够在空中形成明显的警示效果，特别是在夜间或能见度低时能够明显分辨出风力发电机的最大外轮廓。
附图说明
图1为本发明设置于海上风力发电机上的船舶助航系统的系统架构图；
图2为本发明设置于海上风力发电机上的船舶助航系统的设置示意图；
图3为本发明设置于海上风力发电机上的船舶助航系统的叶片位置放大示意图；
图4为本发明设置于海上风力发电机上的船舶助航系统的风电场示意图；
图中：1、船舶；2、风力发电机；3、机身；4、叶片；5、轮毂；6、机舱；7、叶片警示灯；8、轮毂警示灯；9、实体标绘；10、雷达应答器；11、AIS虚拟航标；12、供电线路；13、闪黄色警示灯；14、闪红色警示灯；15、闪绿色警示灯；16、标绘红色；17、标绘绿色；100、海上风电场监控中心；200、远程控制模块；300、警示灯模块；400、雷达应答器模块；500、AIS虚拟航标模块；600、实体标绘模块；700、叶片警示灯模块；800、轮毂警示灯模块。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1和图2所示，一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，所述船舶助航系统至少包括远程控制模块200、供电模块、线路模块、警示灯模块300、雷达应答器模块400、AIS虚拟航标模块500和实体标绘模块600；所述警示灯模块300、所述雷达应答器模块400和所述AIS虚拟航标模块500分别设置在所述风力发电机2的多个部件上；所述实体标绘模块600为在所述风力发电机2的机身3上标绘的不同颜色；所述供电模块分别与所述雷达应答器模块400和所述警示灯模块300连接并供电；所述远程控制模块200与所述警示灯模块300、所述雷达应答器模块400无线通信连接；所述远程控制模块200至少包含开关模块、调色模块和调频模块。
本设置于海上风力发电机上的船舶助航系统通过在船舶航道或航路的海上风电场的风力发电机2上设置警示灯、雷达应答器、AIS虚拟航标、彩色标绘等模块，使得风力发电机的自我警示作用效果明显，尤其是在夜间或能见度不良等条件下任具有效果，有助于提醒过往船舶注意安全，从而有效减少船舶与海上风力发电机发生碰撞的几率；适用于海上风电场附近存在船舶航道或习惯航路、船舶流量较大且助航设施缺乏的水域等。
将所述警示灯模块300和雷达应答器模块400设置在风力发电机2上，能够优化海上风电场警示浮标或灯桩的设置，减少支出；而且容易引起过往船舶的注意，效果较好。
所述供电模块和线路模块能够为所述警示灯模块300和雷达应答器模块400持续供电，能够直接使用风力发电机产生的电能，而且均安装在相应的风力发电机上，减少了额外设施的配置，在风力发电机维护保养时，即可以同时对本系统进行维护，节约成本。
所述远程控制模块200便于在陆地上或控制室内控制所述警示灯模块300及雷达应答器模块400的启闭机闪现频率，操作方便，还能够便于船舶上的雷达装置识别，起到多形式互补警示提醒作用。
设置在风力发电机的机身3上的实体标绘模块600，易于识别，视觉效果好；实体标绘采用红色和绿色，同水上助航标志颜色要求一致，在机身出厂前完成标绘，减少在海上标绘作业的难度。
进一步的，所述警示灯模块300包括设置在所述风力发电机2的叶片4上的叶片警示灯模块700和所述风力发电机2的轮毂5上的轮毂警示灯模块800。
由于风力发电机的叶片4不停转动且轮毂5、机身3具有一定的高度(不同风机略有差异，通常叶片最低处距离海平面约25～35m，最高处约150～200m)，按照本思路设计的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统具有优异警示性，可在远距离有效提醒船舶，并能提高夜间或能见度不良条件下被船舶识别的能力，可为船舶避让预留充足的决策时间，提供便利、可靠的助航服务。
此外，船舶助航系统中的叶片4上设置的警示灯能够为引导飞机、航空器等避障提供参考，还能够作为日常检查风机是否正常转动的有效判断。
实施例二：
本实施例提供了实施例一中设置于海上风力发电机上的船舶助航系统在某一风力发电机的安装结构。
如图2和图3所示，所述风力发电机2具有设置在海面上的机身3，所述机身3的顶端设有轮毂5和机舱6，所述轮毂5上均设有三组叶片4；所述轮毂5的高度距离海平面90米左右，所述叶片的直径5米左右，所述机身的直径5米左右。
所述机身3上设有实体标绘9和雷达应答器10；任一所述叶片4的顶端设有叶片警示灯7，所述轮毂5的下方设有轮毂警示灯8。
进一步的，所述叶片警示灯7通过凹陷镶嵌的方式连接在所述叶片4的顶端，所述叶片警示灯7还包括设置在警示灯外的保护灯罩；所述叶片警示灯7的供电线路12由所述风力发电机2的机舱发电柜(位于所述机舱6内)引出，沿所述叶片4的内部梁板到达所述叶片4的顶端。
设置在叶片4上的叶片警示灯7能够随叶片4一同转动，由于叶片4旋转半径较大，而且转速相对稳定，因此能够在空中形成明显的警示效果，特别是在夜间或能见度低时能够明显分辨出风力发电机2的最大外轮廓；
所述保护灯罩的设置能够有效避免外界风雨、冰雹等影响，一方面具有自我保护作用，另一方面也可以增强警示效果。
进一步的，所述轮毂警示灯8采用外挂的形式设置在所述轮毂5的下方；所述轮毂警示灯8的供电线路也由机舱发电柜引出到所述轮毂5的下方。
设置在所述轮毂5下方的警示灯，位置固定，能有效避免外界风雨、冰雹等影响，且能增强下方及四周警示效果；由于轮毂5本身位于机身3的上方，具有一定高度，通常为90m左右，使得轮毂警示灯8起到了优于灯桩或灯塔的效果。
进一步的，所述雷达应答器10设置在所述风力发电机2的机身3离海平面20米左右处，所述雷达应答器10螺接在船舶进出航道或航路边缘处的所述风力发电机的机身上。
将所述雷达应答器10设置在这一高度，能够有效接收和发出雷达信号，避免了叶片4转动带来的影响，叶片4在旋转不会遮挡所述雷达应答器10。
进一步的，所述叶片警示灯7和所述轮毂警示灯8均通过所述远程控制模块200的控制系统定时启闭或者手动启闭(视线条件差时)；并在若干警示灯开启状态下同步频率闪现；所述远程控制模块200集成在海上风电场监控中心100。
所述远程控制模块200中的开关模块、调色模块和调频模块，分别起到开关控制、颜色及频率的调控。
进一步的，所述AIS虚拟航标11设置在所述风力发电机2所在坐标位置。
进一步的，所述实体标绘9设置在所述机身3距离海平面18米以上，所述实体标绘本身的高度为2米左右。
实施例三：
本实施例提供了一种在海上风电场中设置的船舶助航系统。
如图4所示，在航道或航路附近布置有所述风力发电机2的海上风电场，在海上风电场边缘处的所述风力发电机2上设置所述警示灯模块和实体标绘模块，并在视觉上呈现在一条连线上。
具体的，所述警示灯模块设置的一种方法如下：在进港方向左侧边缘处的所述风力发电机2的轮毂底侧加装闪红色警示灯14，在相应所述风力发电机的任一个叶片的顶端加装闪黄色警示灯13，并在相应机身一定高度上标绘红色16；在进港方向右侧边缘处的所述风力发电机2的轮毂底侧加装闪绿色警示灯15，在相应的所述风力发电机的任一个叶片的顶端加装闪黄色警示灯13，并在相应机身一定高度上标绘绿色17；所述闪红色警示灯14和所述闪绿色警示灯15分别混合联闪两次加一次，周期为12秒；所述闪黄色警示灯13为莫尔斯信号“C”，周期12秒。
这些安装的警示灯需要具备一定的射程，一般为3～5海里，具体也能够根据实际需求调整。红色标绘和绿色标绘起始点高度在海平面上方20米左右。
本实施例中的警示灯及标绘具备安装简便、标志醒目、经济高效等有益效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述船舶助航系统至少包括远程控制模块、供电模块、线路模块、警示灯模块、雷达应答器模块、AIS虚拟航标模块和实体标绘模块；所述警示灯模块、所述雷达应答器模块和所述AIS虚拟航标模块分别设置在所述风力发电机的多个部件上；所述实体标绘模块为在所述风力发电机的机身上标绘的不同颜色；所述供电模块分别与所述雷达应答器模块和所述警示灯模块连接并供电；所述远程控制模块与所述警示灯模块、所述雷达应答器模块无线通信连接；所述远程控制模块至少包含开关模块、调色模块和调频模块。
2.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述警示灯模块包括设置在所述风力发电机的叶片上的叶片警示灯模块和所述风力发电机的轮毂上的轮毂警示灯模块。
3.根据权利要求2所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述叶片警示灯模块通过镶嵌或螺接的方式连接在所述叶片的顶端，所述叶片警示灯模块还包括设置在警示灯外的保护灯罩；所述叶片警示灯模块的供电线路由所述风力发电机的机舱发电柜引出，沿所述叶片的内部梁板到达所述叶片的顶端。
4.根据权利要求2所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述轮毂警示灯模块采用外挂的形式设置在所述轮毂的下方；所述轮毂警示灯模块的供电线路由机舱发电柜引出到所述轮毂的下方。
5.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述雷达应答器模块设置在所述风力发电机的机身离海平面18～22米处，所述雷达应答器模块螺接在船舶进出航道或航路边缘处的所述风力发电机的机身上。
6.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述警示灯模块通过所述远程控制模块的控制系统定时启闭或者手动启闭；并在若干警示灯开启状态下同步频率闪现；所述远程控制模块集成在海上风电场综合监控中心。
7.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述AIS虚拟航标模块设置在所述风力发电机所在坐标位置或者外扩一定保护范围的位置。
8.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述供电模块包括所述风力发电机的机舱发电柜和/或太阳能供电装置。
9.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，在航道或航路附近布置有所述风力发电机的海上风电场，在海上风电场边缘处的所述风力发电机上设置所述警示灯模块和实体标绘模块，并在视觉上呈现在一条连线上。
10.根据权利要求1所述的设置于海上风力发电机上的船舶助航系统，其特征在于，所述警示灯模块设置的一种方法如下：在进港方向左侧边缘处的所述风力发电机的轮毂底侧加装闪红色警示灯，在相应所述风力发电机的任一个叶片的顶端加装闪黄色警示灯，并在相应机身标绘固定高度的红色；在进港方向右侧边缘处的所述风力发电机的轮毂底侧加装闪绿色警示灯，在相应的所述风力发电机的任一个叶片的顶端加装闪黄色警示灯，并在相应机身标绘固定高度的绿色；所述闪红色警示灯和所述闪绿色警示灯的混合联闪周期分别为12秒；所述闪黄色警示灯为莫尔斯信号“C”，周期12秒。
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- 2020-03-12 CN CN202010170949.1A patent/CN111336068A/zh active Pending
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