CN114215696A - 一种组合式风电机组和海上风电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式风电机组和海上风电系统。该组合式风电机组包括漂浮式平台，漂浮式平台包括第一桩基、第二桩基和第三桩基；设置于漂浮式平台上的风力机，风力机包括设置于第一桩基上的水平轴风力机、设置于第二桩基上的第一垂直轴风力机和设置于第三桩基上的第二垂直轴风力机，水平轴风力机与第一垂直轴风力机、第二垂直轴风力机沿漂浮式平台的高度方向错落设置。该组合式风电机组能够充分利用漂浮式平台上的横向空间和竖向空间，提高漂浮式平台的空间利用率；同时，通过第一垂直轴风力机和第二垂直轴风力机吸收水平轴风力机的剩余风能，提高海上风能的利用率，增加漂浮式风电机组的发电量，降低单位千瓦发电量的造价。

Description

一种组合式风电机组和海上风电系统
技术领域
本发明涉及风电机组技术领域，尤其涉及一种组合式风电机组和海上风电系统。
背景技术
目前，海上漂浮式风力发电机组一般采用一机一平台的结构形式，即一个漂浮式平台上仅设置一台风力发电机，使得漂浮式风力发电机组的发电量较少，增加了漂浮式风力发电机组的单位千瓦发电量的造价，不利于海上风电平价化的实现。
因此，如何降低漂浮式风力发电机组的单位千瓦发电量的造价，以便于加快海上风电平价化的实现，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种组合式风电机组，以便于降低漂浮式风力发电机组的单位千瓦发电量的造价，加快海上风电平价化的实现。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种组合式风电机组，包括：
漂浮式平台，所述漂浮式平台包括第一桩基、第二桩基和第三桩基，以及连接所述第一桩基与所述第二桩基的第一连接件、连接所述第二桩基与所述第三桩基的第二连接件和连接所述第三桩基与所述第一桩基的第三连接件；
设置于所述漂浮式平台上的风力机，所述风力机包括设置于所述第一桩基上的水平轴风力机、设置于所述第二桩基上的第一垂直轴风力机和设置于所述第三桩基上的第二垂直轴风力机，所述水平轴风力机与所述第一垂直轴风力机、所述第二垂直轴风力机沿所述漂浮式平台的高度方向错落设置，并且所述漂浮式平台能够在所述水平轴风力机、所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机通过风力发电时保持受力平衡。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的高度一致。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的高度均低于所述水平轴风力机的叶片旋转中心的高度。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的高度为所述水平轴风力机的高度的1/3。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述水平轴风力机为双风轮水平轴风力机。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的风机容量均小于所述水平轴风力机的风机容量，并且所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的风机容量相等。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的结构相同。
优选地，在上述组合式风电机组中，还包括用于固定所述漂浮式平台的锚链。
优选地，在上述组合式风电机组中，所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件均为连接柱。
一种海上风电系统，包括如上任意一项所述的漂浮式风电机组。
使用本发明所提供的组合式风电机组时，第一桩基和第二桩基通过第一连接件连接，第二桩基和第三桩基通过第二连接件连接，第三桩基和第一桩基通过第三连接件连接，因此，第一桩基、第二桩基和第三桩基通过第一连接件、第二连接件和第三连接件依次首尾连接后构成呈三角形结构的漂浮式平台，使得该漂浮式平台具有较好的稳定性；并且，在该漂浮式平台的第一桩基上设置水平轴风力机，在第二桩基上设置第一垂直轴风力机，在第三桩基上设置第二垂直轴风力机，由于水平轴风力机与第一垂直轴风力机、第二垂直轴风力机沿漂浮式平台的高度方向错落设置，亦即水平轴风力机与第一垂直轴风力机和第二垂直轴风力机的高度均不相同，因此，水平轴风力机、第一垂直轴风力机和第二垂直轴风力机能够充分利用漂浮式平台上的横向空间和竖向空间，减少漂浮式平台上的空间浪费，提高漂浮式平台的空间利用率；同时，由于采用水平轴风力机与垂直轴风力机组合的结构形式，水平轴风力机与第一垂直轴风力机、第二垂直轴风力机沿漂浮式平台的高度方向错落设置，并且漂浮式平台能够在水平轴风力机、第一垂直轴风力机和第二垂直轴风力机通过风力发电时保持受力平衡，因此，该组合式风电机组能够在漂浮式平台保持稳定性的前提下，通过第一垂直轴风力机和第二垂直轴风力机吸收水平轴风力机在不同高度上的剩余风能，提高海上风能的利用率，增加漂浮式风电机组的发电量，降低漂浮式风电机组的单位千瓦发电量的造价，有利于加快海上风电平价化的实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种组合式风电机组的立体结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种组合式风电机组的侧面结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的另一种组合式风电机组的侧面结构示意图。
其中，100为漂浮式平台，101为第一桩基，102为第二桩基，103为第三桩基，104为第一连接件，105为第二连接件，106为第三连接件，200为风力机，201为水平轴风力机，202为第一垂直轴风力机，203为第二垂直轴风力机。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的核心在于提供一种组合式风电机组，以便于降低漂浮式风力发电机组的单位千瓦发电量的造价，加快海上风电平价化的实现。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明实施例公开了一种组合式风电机组，包括漂浮式平台100和风力机200。
其中，漂浮式平台100包括第一桩基101、第二桩基102和第三桩基103，以及连接第一桩基101与第二桩基102的第一连接件104、连接第二桩基102与第三桩基103的第二连接件105和连接第三桩基103与第一桩基101的第三连接件106；风力机200设置于漂浮式平台100上，风力机200包括设置于第一桩基101上的水平轴风力机201、设置于第二桩基102上的第一垂直轴风力机202和设置于第三桩基103上的第二垂直轴风力机203，水平轴风力机201与第一垂直轴风力机202、第二垂直轴风力机203沿漂浮式平台100的高度方向错落设置，并且漂浮式平台100能够在水平轴风力机201、第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203通过风力发电时保持受力平衡。
使用本发明所提供的组合式风电机组时，第一桩基101和第二桩基102通过第一连接件104连接，第二桩基102和第三桩基103通过第二连接件105连接，第三桩基103和第一桩基101通过第三连接件106连接，因此，第一桩基101、第二桩基102和第三桩基103通过第一连接件104、第二连接件105和第三连接件106依次首尾连接后构成呈三角形结构的漂浮式平台100，使得该漂浮式平台100具有较好的稳定性；并且，在该漂浮式平台100的第一桩基101上设置水平轴风力机201，在第二桩基102上设置第一垂直轴风力机202，在第三桩基103上设置第二垂直轴风力机203，由于水平轴风力机201与第一垂直轴风力机202、第二垂直轴风力机203沿漂浮式平台100的高度方向错落设置，亦即水平轴风力机201与第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的高度均不相同，因此，水平轴风力机201、第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203能够充分利用漂浮式平台100上的横向空间和竖向空间，减少漂浮式平台100上的空间浪费，提高漂浮式平台100的空间利用率；同时，由于采用水平轴风力机201与垂直轴风力机200组合的结构形式，水平轴风力机201与第一垂直轴风力机202、第二垂直轴风力机203沿漂浮式平台100的高度方向错落设置，并且漂浮式平台100能够在水平轴风力机201、第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203通过风力发电时保持受力平衡，因此，该组合式风电机组能够在漂浮式平台100保持稳定性的前提下，通过第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203吸收水平轴风力机201在不同高度上的剩余风能，提高海上风能的利用率，增加漂浮式风电机组的发电量，降低漂浮式风电机组的单位千瓦发电量的造价，有利于加快海上风电平价化的实现。
应当理解，第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的高度可以一致，也可以错落设置，只要是与水平轴风力机201的高度错落设置，能够吸收水平轴风力机201在不同高度上的剩余风能的设置方式均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的高度一致，以便于提高漂浮式平台100的受力平衡性，提高该组合式风电机组的稳定性。
具体地，第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的高度均低于水平轴风力机201的叶片旋转中心的高度，以便于吸收水平轴风力机201叶片旋转中心下方的剩余风电能，提高海上风能利用率，同时提高该漂浮式风电机组的发电量。
本发明对第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的高度不作具体限定，实际应用中，可以根据实际需求适应性地调整第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的高度，只要是能够满足使用要求的高度均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的第一垂直轴风力机202的高度和第二垂直轴风力机203的高度占水平轴风力机201高度的1/3。
进一步地，上述水平轴风力机201可以是单风轮水平轴风力机，也可以是双风轮水平轴风力机，只要是能够满足使用要求的水平轴风力机均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例采用双风轮水平轴风力机，以便于通过双风轮水平轴风力机的后风轮捕捉双风轮水平轴风力机的前风轮的剩余风能，实现风能的梯级利用，进一步增加该漂浮式风电机组的发电量，降低单位千瓦的发电成本，进一步加快海上风电平价化的实现。
更进一步地，第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的风机容量均小于水平轴风力机201的风机容量，并且第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的风机容量相等，亦即水平轴风力机201采用大容量的风力机，第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203采用小容量的风力机，以便于提高该漂浮式基础的稳定性。
由于垂直轴风力机具有结构简单，没有偏航和变桨装置，以及系统稳定性高的优点，并且垂直轴风力机最大优点是轴向推力非常小，主要产生绕其旋转中心的回转力，所以对于漂浮式平台100，使用垂直轴风力机不会产生较大的倾覆力矩；在漂浮式平台100的第二桩基102和第三桩基103上均布置小容量的垂直轴风力机，对于漂浮式平台100没有增加额外的倾覆力矩，不仅可以减轻两个桩基的设备重量(第一垂直轴风力机202相当于增加了第二桩基102的重量，第二桩基102可以相应减轻自身重量，第二垂直轴风力机203相当于增加了第三桩基103的重量，第三桩基103可以相应减轻自身重量)；而且能够充分利用漂浮式平台100的横向空间和纵向空间，提高漂浮式平台100的空间利用率；同时，还可以增加该组合式风电机组的发电量，降低单位千瓦的发电成本。
需要说明的是，上述第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的结构可以相同，也可以不相同，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的第一垂直轴风力机202和第二垂直轴风力机203的结构相同，以便于提高漂浮式平台100的受力平衡性，提高该组合式风电机组的稳定性。
另外，本发明所提供的组合式风电机组还包括用于固定漂浮式平台100的锚链，以便于将该组合式风电机组固定于设定海域中，通过该组合式风电机组实现风力发电。
需要说明的是，本发明对上述锚链的数量和分布形式等均不作限定，只要是能够满足使用要求的数量和分布形式均属于本发明保护范围内。
并且，上述第一连接件104、第二连接件105和第三连接件106的结构可以相同，也可以不相同，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的第一连接件104、第二连接件105和第三连接件106的结构相同，以便于提高漂浮式基础的受力平衡性，同时减少非标件的设计开发，降低漂浮式平台100的制造成本。
并且，上述第一连接件104、第二连接件105和第三连接件106均可以是连接柱、连接板或者连接桁架等类型，只要是能够满足使用要求的类型均属于本发明保护范围内；可选地，本发明实施例所提供的第一连接件104、第二连接件105和第三连接件106均为连接柱。
此外，本发明还公开了一种海上风电系统，包括如上任意一项所述的漂浮式风电机组，因此兼具了上述漂浮式风电机组的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种组合式风电机组，其特征在于，包括：
漂浮式平台，所述漂浮式平台包括第一桩基、第二桩基和第三桩基，以及连接所述第一桩基与所述第二桩基的第一连接件、连接所述第二桩基与所述第三桩基的第二连接件和连接所述第三桩基与所述第一桩基的第三连接件；
设置于所述漂浮式平台上的风力机，所述风力机包括设置于所述第一桩基上的水平轴风力机、设置于所述第二桩基上的第一垂直轴风力机和设置于所述第三桩基上的第二垂直轴风力机，所述水平轴风力机与所述第一垂直轴风力机、所述第二垂直轴风力机沿所述漂浮式平台的高度方向错落设置，并且所述漂浮式平台能够在所述水平轴风力机、所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机通过风力发电时保持受力平衡。
2.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的高度一致。
3.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的高度均低于所述水平轴风力机的叶片旋转中心的高度。
4.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组，其特征在于，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的高度为所述水平轴风力机的高度的1/3。
5.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，所述水平轴风力机为双风轮水平轴风力机。
6.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的风机容量均小于所述水平轴风力机的风机容量，并且所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的风机容量相等。
7.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，所述第一垂直轴风力机和所述第二垂直轴风力机的结构相同。
8.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，还包括用于固定所述漂浮式平台的锚链。
9.根据权利要求1所述的组合式风电机组，其特征在于，所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件均为连接柱。
10.一种海上风电系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的漂浮式风电机组。
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