CN111361699A - 一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台 - Google Patents

一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及浮式风力发电技术领域的装置，更具体地，涉及一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，包括风杆1、浮筒2、圆盘3、压载4，所述风杆1与所述浮筒2一端相连，所述圆盘3与所述浮筒2的另一端相连，所述圆盘3与所述浮筒2构成所述平台的主浮体，所述圆盘3与压载4相连，设置在压载4上方。该平台结构较简单，大大降低深水施工难度，提高了对海上可再生能源的利用率，也可为后续具体工程实践提供一定的参考。

Description

一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台
技术领域
本发明涉及浮式风力发电技术领域的装置，更具体地，涉及一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台。
背景技术
近年来，海上风力发电逐渐成为全球风电产业发展的新方向。海上风电平台主要有深海浮式风电平台和近海固定式风电平台两大类。深水可以为风电平台提供足够的浮力，但是具体工程施工难度太大，例如spar型浮式风电平台吃水可达到一百多米，加上几百米的系泊水深，需要耗费巨大的人力物力财力；浅水可以让风电平台固定在海底，但应用面较窄，一般只适用于水深较浅的区域；然而在过渡段(浅水向深水过渡段)区域，却面临着要么水深不够，难以提供相应的浮力，要么水深太深，难以固定在海底的缺陷。在海上，风、浪、流从深水区域传递到浅水区域时，往往会蕴含着庞大的能量，这部分能量既可以用于发电，也是风电平台主要承受的荷载。那么如何让浮式风电平台很好的应用于过渡段区域并且保证应有的稳定性是一个很重要的课题。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，该平台吃水少，漂浮稳定，可适用于浅水及浅水向深水过渡区域。
本发明采取的技术方案是，
一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，包括风杆、浮筒、圆盘、压载，所述风杆与所述浮筒一端相连，所述圆盘与所述浮筒的另一端相连，所述圆盘与所述浮筒构成所述平台的主浮体，所述圆盘与压载相连，设置在压载上方。
所述浮筒与所述圆盘提供主要浮力，整个平台放入水中，所述压载、圆盘、以及浮筒的一部分浸在水中，其他部分与空气接触。该平台的整体构造可以提供稳定的浮力，可以减小压载体积，能够放入浅水区域使用。
进一步地，所述浮筒两端横截面积大于中间部分的横截面积，整体造型形成两端凸、中间凹的弧形形态。这样做的有益效果是，在平衡位置，有较小的水面线位置。同样的波浪工况下，更小的接触面积下带来的波浪荷载更小，使得结构可以承受更大的波浪冲击作用。因此，浮筒提高了结构的稳定性。
进一步地，所述平台的设计吃水线在所述浮筒中心最小截面位置。浮筒与圆盘的构造增大了平台的入水体积，这样也就可以减小压载所需的体积，即缩短压载的长度，使整个平台的体积缩小，从而可以适用于浅水区域及浅水向深水过渡区域。
进一步地，浮筒是两端大、中间小的形状，浮筒静止时，水面位于浮筒中间最窄处，浮筒上下运动单位高度时，浮筒排水体积的变化在增大，根据浮力定律，浮筒上升或下降的越多，继续上升或者继续下降时受到的回复力增加的越快。也就是能承受更大的荷载，提高了结构的稳定性。
进一步地，所述圆盘的横截面积大于浮筒两端的横截面积。所述圆盘的截面型式为圆形。圆盘可以提供部分浮力，圆形的圆盘可以提供均匀的边界力，提高结构在大的波浪作用下的抗扭性能、抗倾覆性能；圆盘厚度很薄，采用较轻的材料，不影响整体重心上移，保证了重心与浮心的位置关系。必要时也可以通过调节材料密度提供一定的压载。
进一步地，所述压载的高度小于浮筒的高度。压载可以采用混凝土等密度大的材料，为结构提供足够的重力，使得结构重心位于浮心下面，保证结构的稳定性，在提供的重力一定的情况下，密度越大可以使得压载体积更小，长度更短；在具体情况中，可以根据浮力定律改变压载的质量和大小。
进一步地，所述压载的截面型式为圆形、椭圆形、方形或多边形中的一种。
进一步地，所述压载采用压载水、混凝土或金属材料进行压载。
进一步地，所述浮筒和圆盘的密度小于所述压载的密度，保证浮心高于重心。
进一步地，所述风杆以轻巧、满足强度为主，既不能太重，导致整体重心上移，又要满足承受巨大荷载的强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：大圆盘和曲线型的浮筒可以提供更大的入水体积，大大缩短了浮筒的高度，使得结构可以应用于海上浅水和中等水深区域。大圆盘可以增大结构的扭矩，提高结构的抗倾覆性能，曲线型浮筒可以减小水面波浪冲击力，也很好地限制结构上下浮动，大大增加了结构的稳定性。结构较简单，大大降低深水施工难度，提高了对海上可再生能源的利用率，也可为后续具体工程实践提供一定的参考。
附图说明
图1为本发明一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台的结构示意图。
图2为本发明一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台与同质量、同吃水体积、同吃水深度、同重心位置的Spar型平台(以下简称“传统结构”)进行RAOs(幅值响应算子)对比分析计算结果图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，本实施例为一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，包括风杆1、浮筒2、圆盘3、压载4，所述风杆1与所述浮筒2一端相连，所述圆盘3与所述浮筒2的另一端相连，所述圆盘3与所述浮筒2构成所述平台的主浮体；所述圆盘3与压载4相连，设置在压载4上方。所述浮筒2与所述圆盘3提供主要浮力，整个平台放入水中，所述压载4、圆盘3、以及浮筒2的一部分浸在水中，其他部分与空气接触。该平台的整体构造可以提供稳定的浮力，可以减小压载4体积，能够放入浅水区域使用。
如图1所示，所述平台的设计吃水线在所述浮筒2中心最小截面位置。浮筒2与圆盘3的构造增大了平台的入水体积，这样也就可以减小压载4所需的体积，即缩短压载4的长度，使整个平台的体积缩小，从而可以适用于浅水区域及浅水向深水过渡区域。
如图1所示，所述浮筒2两端横截面积大于中间部分的横截面积，整体造型形成两端凸、中间凹的弧形形态。浮筒2采用曲面结构形式，可以减轻自身重力并提供足够的浮力。这样做的有益效果是，同样的波浪工况下，更小的接触面积下带来的波浪荷载更小，使得结构可以承受更大的波浪冲击作用，提高了结构的稳定性。浮筒2是两端大、中间小的形状，浮筒静止时，水面位于浮筒中间最窄处，浮筒上下运动单位高度时，浮筒排水体积的变化在增大，根据浮力定律，浮筒2上升或下降的越多，继续上升或者继续下降时受到的回复力增加的越快，也就是能承受更大的荷载，提高了结构的稳定性。
如图1所示，所述圆盘3的横截面积大于浮筒两端的横截面积。所述圆盘3的截面型式为圆形。圆盘3可以提供部分浮力，圆形的圆盘3可以提供均匀的边界力，提高结构在大的波浪作用下的抗扭性能、抗倾覆性能；圆盘厚度很薄，采用较轻的材料，不影响整体重心上移，保证了重心与浮心的位置关系。必要时也可以通过调节材料密度提供一定的压载。
如图1所示，所述压载4的高度小于浮筒2的高度。压载4可以采用混凝土等密度大的材料，为结构提供足够的重力，使得结构重心位于浮心下面，保证结构的稳定性，在提供的重力一定的情况下，密度越大可以使得压载体积更小，长度更短；在具体情况中，可以根据浮力定律改变压载4的质量和大小。所述压载4的截面型式为圆形，采用混凝土进行压载。
如表1、表2、表3、图2所示，将该结构跟传统结构在水动力分析软件中进行RAOs分析，结果发现：在垂荡方面，该结构固有频率为0.2rad/s，固有周期为31.416s，幅值为7.986m/m，传统结构固有频率为0.58rad/s，固有周期为10.833s，幅值为20.513m/m，该结构固有周期远大于传统结构，幅值也远小于传统结构，固有周期越大，平台与周围环境产生共振的可能性越小，因此该平台更加稳定；在纵摇方面，该结构固有频率为0.33rad/s，固有周期为19.04s，幅值为35.153°/m，传统结构固有频率为0.34rad/s，固有周期为18.48s，幅值为105.64°/m，二者固有周期差别不大，但传统结构的幅值远大于该结构，表明该结构在纵摇(抗扭)方面也更加具有优势。
表1为本发明一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台与传统结构算例设计参数。
Figure BDA0002435572340000041
表2为本发明一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台与传统结构算例设计参数。
Figure BDA0002435572340000042
表3为本发明一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台与传统结构进行RAOs对比分析计算统计表。
Figure BDA0002435572340000051
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，包括风杆、浮筒、圆盘、压载，所述风杆与所述浮筒一端相连，所述圆盘与所述浮筒的另一端相连，所述圆盘与所述浮筒构成所述平台的主浮体，所述圆盘与压载相连，设置在压载上方。
2.根据权利要求1所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述浮筒两端横截面积大于中间部分的横截面积，整体造型形成两端凸、中间凹的弧形形态。
3.根据权利要求3所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述平台的设计吃水线在所述浮筒中心最小截面位置。
4.根据权利要求2所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，浮筒是两端大、中间小的形状，浮筒静止时，水面位于浮筒中间最窄处，浮筒上下运动单位高度时，浮筒排水体积的变化在增大，根据浮力定律，浮筒上升或下降的越多，继续上升或者继续下降时受到的回复力增加的越快。
5.根据权利要求1所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述圆盘的横截面积大于浮筒两端的横截面积。
6.根据权利要求1所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述圆盘的截面型式为圆形。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述压载的高度小于浮筒的高度。
8.根据权利要求1所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述压载的截面型式为圆形、椭圆形、方形或多边形中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述压载采用压载水、混凝土或金属材料进行压载。
10.根据权利要求1所述的一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台，其特征在于，所述浮筒和圆盘的密度小于所述压载的密度。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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