CN112302873B - 海上漂浮式发电平台 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种海上漂浮式发电平台。该海上漂浮式发电平台包括风力发电机组、塔筒、漂浮式基础及水动力发电装置。风力发电机组安装于塔筒的顶端，塔筒的底部连接于漂浮式基础上。水动力发电装置安装于漂浮式基础的内部，用于在漂浮式基础随波浪运动的过程中，吸收作用于漂浮式基础上的至少部分海水能量用来发电。本发明实施例的海上漂浮式发电平台能够减少漂浮式基础在波浪上的运动响应，提高漂浮式风力发电机组的发电稳定性。

Description

海上漂浮式发电平台
技术领域
本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种海上漂浮式发电平台。
背景技术
随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。
全球已公布多种漂浮式发电平台方案，主要用于为深远海风力发电机组提供支撑基础，较为知名的漂浮式基础方案包括挪威的Hywind立柱式基础、法国的IDEOL半潜式基础、美国的WindFloat半潜式基础等。经过十余年的发展，这些漂浮式风机方案虽然已相继开展了样机示范研究，但仍未能实现大批量的商业化应用。一方面，漂浮式风机在波浪上的运动响应通常较大，易引起发电设备的故障，降低发电时长和发电效率。实际工程中，漂浮式风机基础将随波浪发生较大幅度的六自由度运动响应，抑制漂浮式基础的运动响应幅值对上部发电设备的安全性和发电效能有重要意义。目前，针对基础的运动抑制技术相对单一，普遍采用的运动抑制措施是在基础上加装大尺寸垂荡板结构等来提高基础的运动阻尼。然而，在建造时，垂荡板较大的水平尺寸要求有开阔的建造场地；在位运行时，浅水条件下漂浮式基础的运动易诱发垂荡板的触底现象；在靠泊维修时，基础的垂荡板易与码头发生碰撞。
另一方面，漂浮式风机的度电成本较高，单一风能或波浪能开发成本高，单一能源的开发利用难以满足市场的价格要求。多种能源联合发电是降低度电成本的有效措施。一般情况下，风速较大的海域同时具备较丰富的波浪能储量，为了实现深远海漂浮式风电的成本降低，可在漂浮式风电平台上集成利用波浪能等资源，提高漂浮式基础的利用率，降低单一能源的并网难度，降低综合系统的度电成本。目前，国内外已公布的海上风浪联合发电平台方案较少，且多采用漂浮式风机基础结合振荡浮子装置的方式集成波浪能发电子系统。浮子在波浪作用下相对平台独立运动。然而，在运动过程中，波浪直接作用于浮子，将对浮子产生较大的波浪砰击力，同时施加于浮子的波浪作用力方向具有较强的随机性。在此类波浪力的作用下，浮子及其与基础之间的连接构件具有较高的故障率，难以实现稳定持续地发电输出。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种海上漂浮式发电平台，能够减少漂浮式基础在波浪上的运动响应，提高漂浮式风力发电机组的发电稳定性。
本发明实施例的一个方面提供一种海上漂浮式发电平台。所述海上漂浮式发电平台包括风力发电机组、塔筒、漂浮式基础及水动力发电装置。所述风力发电机组安装于所述塔筒的顶端，所述塔筒的底部连接于所述漂浮式基础上。所述水动力发电装置安装于所述漂浮式基础的内部，用于在所述漂浮式基础随波浪运动的过程中，吸收作用于所述漂浮式基础上的至少部分海水能量用来发电。
可选地，所述漂浮式基础包括星形漂浮式基础，所述星形漂浮式基础包括具有多个顶角的星形结构。
可选地，所述星形漂浮式基础包括位于所述星形结构的内部中心的基础中心平台、位于所述星形结构外围的多个边浮筒、以及连接所述基础中心平台与所述多个边浮筒用于传递所述多个边浮筒与所述基础中心平台之间的内力的支撑梁，其中，所述塔筒的底部连接于所述基础中心平台上。
可选地，所述基础中心平台具有与所述多个顶角对应的多边形。
可选地，所述支撑梁包括三角形传力支撑梁。
可选地，每个所述边浮筒通过所述支撑梁连接到所述基础中心平台侧面的顶端和底端上。
可选地，所述水动力发电装置包括设置在所述基础中心平台内部的导流涵道、及内置于所述导流涵道内的水轮机。
可选地，在所述基础中心平台的底部设置有第一通孔，在所述基础中心平台的侧面设置有第二通孔，所述导流涵道连通所述基础中心平台底部的所述第一通孔和所述基础中心平台侧面的所述第二通孔。
可选地，在所述基础中心平台的每一侧面均设置有一个所述第二通孔，在所述基础中心平台的底部设置有与多个所述第二通孔对应的多个所述第一通孔，所述水动力发电装置包括多个独立的所述导流涵道，每个所述导流涵道连通一个所述第二通孔与对应的一个所述第一通孔。
可选地，所述导流涵道具有光顺弯曲形状。
可选地，所述导流涵道通过焊接方式固定于所述基础中心平台中，所述水轮机通过安装支架固定于所述导流涵道内。
可选地，所述水轮机位于所述导流涵道的中下部。
可选地，所述水动力发电装置还包括内置于所述边浮筒中的第二水轮机。
可选地，所述海上漂浮式发电平台还包括多个系泊锚链，所述多个系泊锚链连接于所述多个边浮筒上。
本发明实施例的海上漂浮式发电平台能够通过合理地结合漂浮式基础和水动力发电装置，取代了现有常用的垂荡板等结构，实现了减少漂浮式基础在波浪上的运动响应，提高漂浮式风力发电机组的发电稳定性的目的。
而且，本发明实施例的海上漂浮式发电平台能够通过水动力发电装置充分利用漂浮式基础运动过程中波浪施加于漂浮式基础上的水动力能量进行发电，避免了传统的振荡浮子在发电时因为随机波浪砰击载荷而引起的高故障率，实现了提高平台的综合发电能力、降低系统度电成本的目的。
附图说明
图1为本发明一个实施例的海上漂浮式发电平台的立体示意图；
图2为图1所示的海上漂浮式发电平台的漂浮式基础的仰视图；
图3为图1所示的海上漂浮式发电平台的基础中心平台的立体示意图；
图4为本发明一个实施例的海上漂浮式发电平台的水动力发电装置的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1揭示了本发明一个实施例的海上漂浮式发电平台100的立体示意图。如图1所示，本发明一个实施例的海上漂浮式发电平台100包括风力发电机组10、塔筒20、漂浮式基础30及水动力发电装置40(如图3和图4所示)。风力发电机组10安装于塔筒20的顶端，塔筒20可以对上部的风力发电机组10起到支撑的作用。塔筒20的底部311连接于漂浮式基础30上。塔筒20例如可以通过锚栓等方式固定于漂浮式基础30上。水动力发电装置40安装于漂浮式基础30的内部，水动力发电装置40可以用来在漂浮式基础30随波浪运动的过程中，吸收作用于漂浮式基础30上的至少部分海水能量用来发电。
本发明实施例的海上漂浮式发电平台100是一种具有海上风力发电和水动力发电综合功能的综合型漂浮式发电平台。
相对于传统的漂浮式发电平台而言，本发明实施例的海上漂浮式发电平台100能够通过合理地结合漂浮式基础30和水动力发电装置40，取代了现有常用的垂荡板等结构，实现了减少漂浮式基础30在波浪上的运动响应，提高漂浮式风力发电机组10的发电稳定性的目的。
而且，本发明实施例的海上漂浮式发电平台100能够通过水动力发电装置40充分利用漂浮式基础30运动过程中波浪施加于漂浮式基础30上的水动力能量进行发电，避免了传统的振荡浮子在发电时因为随机波浪砰击载荷而引起的高故障率，实现了提高平台的综合发电能力、降低系统度电成本的目的。
图2揭示了图1所示的海上漂浮式发电平台100的漂浮式基础30的仰视图，图3揭示了图1所示的海上漂浮式发电平台100的基础中心平台31的立体示意图。如图1并配合参照图2和图3所示，漂浮式基础30主要由钢质材料建造，可以为风力发电和水力发电提供集成平台。在一些实施例中，漂浮式基础30包括星形漂浮式基础30，星形漂浮式基础30包括具有多个顶角的星形结构。星形结构例如可为三个顶角、四个顶角、五个顶角或者多个顶角组成的星形结构。在本发明实施例的附图中，漂浮式基础30以具有五个顶角的星形结构被示意性示出。
在一些实施例中，星形漂浮式基础30包括基础中心平台31、多个边浮筒32以及支撑梁33。基础中心平台31位于星形结构的内部中心，其中，塔筒20的底部311连接于基础中心平台31上，基础中心平台31可以用来承接上部塔筒20传递的重力、剪力、弯矩、扭矩等载荷，并作为外围结构及水动力发电装置40的支撑平台。多个边浮筒32位于星形结构外围，可以为漂浮式基础30提供浮力和回复力矩，保证整体系统在波浪上的运动稳定性。支撑梁33连接基础中心平台31与多个边浮筒32，如图1所示，在一个实施例中，每个边浮筒32通过支撑梁33连接到基础中心平台31的侧面313的顶端和底端上。支撑梁33可为桁架或箱形梁结构，可以用来传递外围多个边浮筒32与基础中心平台31之间的内力。
可选地，基础中心平台31具有与多个顶角对应的多边形。基础中心平台31的多边形的结构规则可为上部风力发电机组10的安装、运维提供充裕的操作平台空间。
可选地，支撑梁33可以包括三角形传力支撑梁33。星形结构外围的三角形传力支撑梁33的结构稳定性高，并为外围的边浮筒32提供较大的力臂，有利于提高漂浮式基础30整体在波浪上运动时的抗倾覆能力。
例如，基础中心平台31的上方通过锚栓等与塔筒20结构固定，基础中心平台31的外侧通过焊接与三角形传力支撑梁33固定，支撑梁33的外侧通过焊接或螺栓等方式与边浮筒32固连。
图4揭示了本发明一个实施例的海上漂浮式发电平台100的水动力发电装置40的示意图。如图4所示，水动力发电装置40包括设置在基础中心平台31内部的导流涵道41、及内置于导流涵道41内的水轮机42。
如图4并配合参照图3所示，在一些实施例中，在基础中心平台31的底部311设置有第一通孔312，在基础中心平台31的侧面313设置有第二通孔314，导流涵道41连通基础中心平台31的底部311的第一通孔312和基础中心平台31的侧面313的第二通孔314。导流涵道41例如可以通过焊接等方式固定于基础中心平台31中。导流涵道41具有光顺弯曲形状。
当漂浮式基础30在海面上随波浪起伏运动时，该海水可沿导流涵道41做相对运动，能够为内置的水轮机42提供方向稳定的水动力环境条件，并为防止水轮机42受到波浪的直接砰击力提供整流保护作用，降低水轮机42的故障率。
可选地，在基础中心平台31的每一侧面313均设置有一个第二通孔314，在基础中心平台31的底部311设置有与多个第二通孔314对应的多个第一通孔312，水动力发电装置40包括多个独立的导流涵道41，每个导流涵道41连通一个第二通孔314与对应的一个第一通孔312，在每个导流涵道41内设置一套水轮机42。
水轮机42布置于导流涵道41内。可选地，水轮机42位于导流涵道41的中下部。水轮机42例如可以通过钢质的安装支架等构件固定于导流涵道41的内部。当漂浮式基础30随波浪起伏运动的过程中，海水驱动水动力发电装置40的水轮机42做功发电，同时，水轮机42做功过程吸收了波浪施加于漂浮式基础30上的至少部分能量，从而，可以降低漂浮式基础30的运动响应。
如图2所示，在一些实施例中，本发明实施例的水动力发电装置40还包括内置于边浮筒32中的第二水轮机43。当漂浮式基础30在海面上随波浪起伏运动时，海水驱动第二水轮机43做功发电，同时，第二水轮机43做功过程吸收了波浪施加于漂浮式基础30上的至少部分能量，从而，可以进一步降低漂浮式基础30的运动响应。
返回参照图1所示，在一些实施例中，本发明实施例的海上漂浮式发电平台100还可以包括多个系泊锚链50，多个系泊锚链50连接于多个边浮筒32上。具体地，在漂浮式基础30的边浮筒32上设置有系泊点(未标号)，系泊锚链50的上端连接于边浮筒32上的系泊点，系泊锚链50的下端连接于海底的锚定点，从而可以用来约束漂浮式基础30的运动。
相对于传统的漂浮式发电平台，本发明实施例的海上漂浮式发电平台100以一种星形漂浮式基础30形式为主体，集成一种具有导流涵道41的水动力发电装置40，是一种全新的风-浪联合发电平台。
本发明实施例的海上漂浮式发电平台100在漂浮式基础30随波浪运动过程中，靠近基础中心平台31底部311的水轮机42与海水的相互作用可增大漂浮式基础30的运动阻尼，实现与传统垂荡板相同的结构运动抑制效果，同时避免了传统垂荡板对建造场地、水深条件的要求，以及其与码头发生碰撞的风险。
本发明实施例的海上漂浮式发电平台100在漂浮式基础30随波浪运动过程中，固定于漂浮式基础30中的水轮机42可以吸收作用于漂浮式基础30的海水动能驱动水轮机42发电。本发明实施例的海上漂浮式发电平台100通过导流涵道41能够有效避免水轮机42直接受到波浪的砰击作用，同时实现对海水的导流，为水轮机42发电提供稳定的水动力作用方向，避免水轮机42因不确定的波浪方向和砰击力而产生的结构破坏。
以上对本发明实施例所提供的海上漂浮式发电平台进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的海上漂浮式发电平台进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (12)

1.一种海上漂浮式发电平台，其特征在于：其包括：
风力发电机组；
塔筒，所述风力发电机组安装于所述塔筒的顶端；
漂浮式基础，所述塔筒的底部连接于所述漂浮式基础上，所述漂浮式基础包括基础中心平台，所述塔筒的底部连接于所述基础中心平台上；以及
水动力发电装置，安装于所述漂浮式基础的内部，用于在所述漂浮式基础随波浪运动的过程中，吸收作用于所述漂浮式基础上的至少部分海水能量用来发电，所述水动力发电装置包括设置在所述基础中心平台内部的导流涵道、及内置于所述导流涵道内的水轮机，在所述基础中心平台的底部设置有第一通孔，在所述基础中心平台的侧面设置有第二通孔，所述导流涵道连通所述基础中心平台底部的所述第一通孔和所述基础中心平台侧面的所述第二通孔。
2.如权利要求1所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述漂浮式基础包括星形漂浮式基础，所述星形漂浮式基础包括具有多个顶角的星形结构。
3.如权利要求2所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述星形漂浮式基础包括：
所述基础中心平台，位于所述星形结构的内部中心；
多个边浮筒，位于所述星形结构外围；以及
支撑梁，连接所述基础中心平台与所述多个边浮筒，用于传递所述多个边浮筒与所述基础中心平台之间的内力。
4.如权利要求3所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述基础中心平台具有与所述多个顶角对应的多边形。
5.如权利要求3所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述支撑梁包括三角形传力支撑梁。
6.如权利要求3所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：每个所述边浮筒通过所述支撑梁连接到所述基础中心平台侧面的顶端和底端上。
7.如权利要求1所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：在所述基础中心平台的每一侧面均设置有一个所述第二通孔，在所述基础中心平台的底部设置有与多个所述第二通孔对应的多个所述第一通孔，所述水动力发电装置包括多个独立的所述导流涵道，每个所述导流涵道连通一个所述第二通孔与对应的一个所述第一通孔。
8.如权利要求1所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述导流涵道具有光顺弯曲形状。
9.如权利要求1所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述导流涵道通过焊接方式固定于所述基础中心平台中，所述水轮机通过安装支架固定于所述导流涵道内。
10.如权利要求1所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述水轮机位于所述导流涵道的中下部。
11.如权利要求1所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：所述水动力发电装置还包括内置于边浮筒中的第二水轮机。
12.如权利要求3所述的海上漂浮式发电平台，其特征在于：还包括：
多个系泊锚链，连接于所述多个边浮筒上。
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