CN114382658A - 一种漂浮式风电机组和海上风电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漂浮式风电机组和海上风电系统。该漂浮式风电机组包括漂浮式基础，漂浮式基础包括第一支撑台、第二支撑台、第三支撑台和第四支撑台，第一支撑台、第二支撑台、第三支撑台和第四支撑台依次连接后构成矩形结构的漂浮式基础；用于固定漂浮式基础的锚链；设置于第一支撑台上的水平轴风力机；以及垂直轴风力机，垂直轴风力机包括第一垂直轴风力机、第二垂直轴风力机和第三垂直轴风力机，漂浮式基础能够在水平轴风力机和垂直轴风力机风力发电时保持受力平衡。该漂浮式风电机组通过增加风力机的数量，将水平轴风力机和垂直轴风力机组合在一起，提高漂浮式风电机组的发电量，降低单位千瓦的发电成本，有利于加快海上风电平价化的实现。

Description

一种漂浮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，尤其涉及一种漂浮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，由于仅有一台风力发电机能够通过风力发电，使得漂浮式风力发电机组的发电量较少，导致漂浮式风力发电机组的单位千瓦的发电成本较高，不利于海上风电平价化的实现。
因此，如何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漂浮式风电机组，以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：
一种漂浮式风电机组，包括：
漂浮式基础，所述漂浮式基础包括第一支撑台、第二支撑台、第三支撑台和第四支撑台，所述第一支撑台和所述第二支撑台平行且相对设置，所述第三支撑台和所述第四支撑台平行且相对设置，并且所述第一支撑台、所述第二支撑台、所述第三支撑台和所述第四支撑台依次连接后构成呈矩形结构的漂浮式基础；
用于固定所述漂浮式基础的锚链；
设置于所述第一支撑台上的水平轴风力机；以及
垂直轴风力机，所述垂直轴风力机包括设置于所述第二支撑台上的第一垂直轴风力机、设置于所述第三支撑台上的第二垂直轴风力机和设置于所述第四支撑台上的第三垂直轴风力机，所述漂浮式基础能够在所述水平轴风力机和所述垂直轴风力机风力发电时保持受力平衡。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，所述水平轴风力机为双风轮水平轴风力机。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，所述第一垂直轴风力机、所述第二垂直轴风力机和所述第三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。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，所述第一垂直轴风力机的数量为两个，并且两个所述第一垂直轴风力机沿水平轴风力机的叶片转动中心线对称设置。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，所述第二垂直轴风力机的数量和所述第三垂直轴风力机的数量相等，并且每个所述第二垂直轴风力机均与一个所述第三垂直轴风力机相对设置。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，相邻的所述第二垂直轴风力机之间的间距相等，相邻的所述第三垂直轴风力机之间的间距相等。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，所述垂直轴风力机的高度低于所述水平轴风力机的高度。
优选地，在上述漂浮式风电机组中，所述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，在上述漂浮式风电机组中，所述第一垂直轴风力机、所述第二垂直轴风力机和所述第三垂直轴风力机的结构均相同。
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漂浮式风电机组时，通过依次连接的第一支撑台、第二支撑台、第三支撑台和第四支撑台形成呈矩形结构的漂浮式基础，在漂浮式基础的第一支撑台上设置水平轴风力机，第二支撑台上设置第一垂直轴风力机，第三支撑台上设置第二垂直轴风力机，第四支撑台上设置第三垂直轴风力机，通过锚链将漂浮式基础固定，由于漂浮式基础能够在水平轴风力机和垂直轴风力机风力发电时保持受力平衡，因此，该漂浮式风电机组能够在保持稳定性的前提下，通过增加风力机的数量，提高漂浮式风电机组的发电量，降低单位千瓦的发电成本，有利于加快海上风电平价化的实现；同时，由于该漂浮式风电机组将水平轴风力机和垂直轴风力机组合在一起，能够通过垂直轴风力机吸收水平轴风力机的剩余风能，提高了海上风能利用率，使得漂浮式风电机组的发电量增加，降低了单位千瓦的发电成本，有利于进一步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漂浮式风电机组的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种漂浮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一种漂浮式风电机组的正面结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种漂浮式风电机组的俯视结构示意图。
其中，100为漂浮式基础，101为第一支撑台，102为第二支撑台，103为第三支撑台，104为第四支撑台，200为水平轴风力机，300为垂直轴风力机，301为第一垂直轴风力机，302为第二垂直轴风力机，303为第三垂直轴风力机。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的核心在于提供一种漂浮式风电机组，以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4所示，本发明实施例公开了一种漂浮式风电机组，包括漂浮式基础100、锚链、水平轴风力机200和垂直轴风力机300。
其中，漂浮式基础100包括第一支撑台101、第二支撑台102、第三支撑台103和第四支撑台104，第一支撑台101和第二支撑台102平行且相对设置，第三支撑台103和第四支撑台104平行且相对设置，并且第一支撑台101、第二支撑台102、第三支撑台103和第四支撑台104依次连接后构成呈矩形结构的漂浮式基础100；锚链用于固定漂浮式基础100；水平轴风力机200设置于第一支撑台101上；垂直轴风力机300包括设置于第二支撑台102上的第一垂直轴风力机301、设置于第三支撑台103上的第二垂直轴风力机302和设置于第四支撑台104上的第三垂直轴风力机303，漂浮式基础100能够在水平轴风力机200和垂直轴风力机300风力发电时保持受力平衡。
使用本发明所提供的漂浮式风电机组时，通过依次连接的第一支撑台101、第二支撑台102、第三支撑台103和第四支撑台104形成呈矩形结构的漂浮式基础100，在漂浮式基础100的第一支撑台101上设置水平轴风力机200，第二支撑台102上设置第一垂直轴风力机301，第三支撑台103上设置第二垂直轴风力机302，第四支撑台104上设置第三垂直轴风力机303，通过锚链将漂浮式基础100固定，由于漂浮式基础100能够在水平轴风力机200和垂直轴风力机300风力发电时保持受力平衡，因此，该漂浮式风电机组能够在保持稳定性的前提下，通过增加风力机的数量，提高漂浮式风电机组的发电量，降低单位千瓦的发电成本，有利于加快海上风电平价化的实现；同时，由于该漂浮式风电机组将水平轴风力机200和垂直轴风力机300组合在一起，能够通过垂直轴风力机300吸收水平轴风力机200的剩余风能，提高了海上风能利用率，使得漂浮式风电机组的发电量增加，降低了单位千瓦的发电成本，有利于进一步加快海上风电平价化的实现。
需要说明的是，本发明对上述漂浮式基础100的具体尺寸不作限定，实际应用中，可以根据实际要求适应性的调整漂浮式基础100的尺寸，只要是能够满足使用要求的尺寸均属于本发明保护范围内。
另外，上述水平轴风力机200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。
进一步地，第一垂直轴风力机301、第二垂直轴风力机302和第三垂直轴风力机303的风机容量均小于水平轴风力机200的风机容量，亦即水平轴风力机200采用大容量的风力机，所有的垂直轴风力机300采用小容量的风力机，以便于提高该漂浮式基础100的稳定性。
由于垂直轴风力机300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300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，所以对于漂浮式基础100，使用垂直轴风力机300不会产生较大的倾覆力矩；在漂浮式基础100上布置一圈小容量的垂直轴风力机300，对于漂浮式基础100没有增加额外的倾覆力矩，不仅可以提高漂浮式基础100的空间利用率，同时可以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。
应当理解，本发明对第一垂直轴风力机301的数量不作具体限定，实际应用中，可以根据漂浮式基础100的力学要求适应性地调整第一垂直轴风力机301的数量，只要是能够满足使用要求的数量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垂直轴风力机301的数量为两个，并且两个第一垂直轴风力机301沿水平轴风力机200的叶片转动中心线对称设置，以便于使漂浮式基础100的两侧受力平衡，提高该漂浮式风电机组的可靠性和稳定性。
更进一步地，第二垂直轴风力机302的数量和第三垂直轴风力机303的数量相等，并且每个第二垂直轴风力机302均与一个第三垂直轴风力机303相对设置，以便于该漂浮式风电机组在发电时能够受力均衡，提高该漂浮式风电机组的可靠性和稳定性。
应当理解，本发明对上述第二垂直轴风力机302的数量和第三垂直轴风力机303的数量不作具体限定，只要是能够满足使用要求的数量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二垂直轴风力机302的数量和第三垂直轴风力机303的数量均为四个，每个第二垂直轴风力机302与一个第三垂直轴风力机303相对设置，提高该漂浮式风电机组的稳定性。
上述漂浮式风电机组中，相邻的第二垂直轴风力机302之间的间距和相邻的第三垂直轴风力机303之间的间距可以相等，也可以不相等，只要是能够满足该漂浮式风电机组的使用要求即可；优选地，本发明实施例所提供的漂浮式风电机组中，相邻的第二垂直轴风力机302之间的间距和相邻的第三垂直轴风力机303之间的间距相等，以便于使得第二垂直轴风力机302在第三支撑台103上均匀分布，第三垂直轴风力机303在第四支撑台104上均匀分布，提高漂浮式基础100的受力均衡性。
如图1至图3所示，垂直轴风力机300的高度低于水平轴风力机200的高度，一方面，能够充分利用漂浮式基础100上的横向空间和纵向空间，提高漂浮式基础100的空间利用率，降低单位千瓦的发电成本；另一方面，将垂直轴风力机300与水平轴风力机200错落设置，能够使垂直轴风力机300捕捉水平轴风力机200的剩余风能，最大限度的利用海洋上的风能资源，提高该漂浮式风电机组的发电量，进一步降低单位千瓦的发电成本，加快海上风电平价化的实现。
应当理解，本发明对上述垂直轴风力机300的高度和水平轴风力机200的高度均不作具体限定，只要是便于降低单位千瓦的发电成本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垂直轴风力机300的高度为水平轴风力机200的高度的1/3。
本发明所提供的第一垂直轴风力机301、第二垂直轴风力机302和第三垂直轴风力机303的结构均可以相同，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301、第二垂直轴风力机302和第三垂直轴风力机303的结构相同，以便于提高该漂浮式风电机组均衡性和稳定性；同时，减少零部件的种类，提高零部件的通用化率，降低成本。
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)

1.一种漂浮式风电机组，其特征在于，包括：
漂浮式基础，所述漂浮式基础包括第一支撑台、第二支撑台、第三支撑台和第四支撑台，所述第一支撑台和所述第二支撑台平行且相对设置，所述第三支撑台和所述第四支撑台平行且相对设置，并且所述第一支撑台、所述第二支撑台、所述第三支撑台和所述第四支撑台依次连接后构成呈矩形结构的漂浮式基础；
用于固定所述漂浮式基础的锚链；
设置于所述第一支撑台上的水平轴风力机；以及
垂直轴风力机，所述垂直轴风力机包括设置于所述第二支撑台上的第一垂直轴风力机、设置于所述第三支撑台上的第二垂直轴风力机和设置于所述第四支撑台上的第三垂直轴风力机，所述漂浮式基础能够在所述水平轴风力机和所述垂直轴风力机风力发电时保持受力平衡。
2.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组，其特征在于，所述水平轴风力机为双风轮水平轴风力机。
3.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、所述第二垂直轴风力机和所述第三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。
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的数量为两个，并且两个所述第一垂直轴风力机沿水平轴风力机的叶片转动中心线对称设置。
5.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组，其特征在于，所述第二垂直轴风力机的数量和所述第三垂直轴风力机的数量相等，并且每个所述第二垂直轴风力机均与一个所述第三垂直轴风力机相对设置。
6.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组，其特征在于，相邻的所述第二垂直轴风力机之间的间距相等，相邻的所述第三垂直轴风力机之间的间距相等。
7.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组，其特征在于，所述垂直轴风力机的高度低于所述水平轴风力机的高度。
8.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组，其特征在于，所述垂直轴风力机的高度为所述水平轴风力机的高度的1/3。
9.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、所述第二垂直轴风力机和所述第三垂直轴风力机的结构均相同。
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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