CN114483471A - 漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构及其安装方法 - Google Patents

漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构及其安装方法，半潜式基础结构包括风机组、漂浮装置、连接架、偏航系统以及压载系统；其中，所述漂浮装置包括第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒；所述第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒彼此之间均通过连接架连接，和连接架组成三角形结构；所述风机组包括第一发电风机和第二发电风机；所述第一发电风机和第二发电风机分别安装在第一承载浮筒和第二承载浮筒顶部；所述偏航系统安装在转台浮筒上；所述压载系统安装在第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒的底部。本发明在保证整体牢固度的情况下也能提高发电效率。

Description

漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构及其安装方法
技术领域
本发明涉及风力发电的技术领域，尤其涉及到漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构及其安装方法。
背景技术
全世界目前有30多种浮式风机概念，主要分为以下几种：半潜式(Semi)基础、单柱式(Spar)基础、张力腿式(Tension leg platform，简称TLP)基础、驳船式(Barge)基础以及混合概念等。其中半潜式、单柱式及张力腿式为浮式风机研发中三种主流形式，并且也都有应用。
三种型式中，半潜式基础是目前研究、应用最多的一种浮式基础形式，代表性工程有：WindFloat、Ideol和日本福岛先锋项目以及我国的三峡漂浮式项目。半潜式基础对运维的天气窗口和船舶要求相对最低，只需要拖船就可以比较方便地运回码头进行大修，成本最低的特点，受到越来多的青睐。
目前市场上最主流的半潜式漂浮体，其基础形式主要通过增加横向惯性矩来获取稳性，吃水一般较浅，水线面积相对较大，所受波浪载荷大，会有较大的垂荡运动，一般要设置垂荡板来增加垂向阻尼减小运动，给上部结构的强度与刚度带来很大的挑战，目前多数采用塔架一般布置在浮式基础一角与立柱，来平衡下部垂荡运动带来的载荷，这种结构只利用了一个立柱来发电，对于单位面积风能的利于率不足，发电效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在保证整体牢固度的情况下也能提高发电效率的新型漂浮式双风机风力发电机组的半潜式基础结构。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，包括风机组、漂浮装置、连接架、偏航系统以及压载系统；
其中，所述漂浮装置包括第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒；
所述第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒彼此之间均通过连接架连接，和连接架组成三角形结构；
所述风机组包括第一发电风机和第二发电风机；
所述第一发电风机和第二发电风机分别安装在第一承载浮筒和第二承载浮筒顶部；
所述偏航系统安装在转台浮筒上；
所述压载系统安装在第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒的底部。
进一步地，所述连接架为桁架。
进一步地，连接于第一承载浮筒和第二承载浮筒之间的桁架，其一端分别与第一发电风机和第一承载浮筒连接，另一端分别与第二发电风机和第二承载浮筒连接；
连接于第一承载浮筒和转台浮筒之间的桁架，其一端分别与第一发电风机和第一承载浮筒连接，另一端与转台浮筒连接；
连接于第二承载浮筒和转台浮筒之间的桁架，其一端分别与第二发电风机和第二承载浮筒连接，另一端与转台浮筒连接。
进一步地，所述桁架彼此之间均连接有加强筋。
进一步地，所述第一发电风机的塔筒和第二发电风机的塔筒之间连接有第一钢绞线。
进一步地，所述第一钢绞线的两端分别与第一发电风机塔筒偏上1/3处和第二发电风机塔筒偏上1/3处连接。
进一步地，所述转台浮筒顶部与第一发电风机的机舱和第二发电风机的机舱之间均连接有第二钢绞线。
为实现上述目的，本发明另外提供一种漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构安装方法，包括以下步骤：
S1、在码头岸上，第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒彼此之间均通过桁架进行连接，组成三角形的漂浮式基础；
S2、用吊车将拼装好的漂浮式基础吊入船坞中，船坞放水，漂浮式基础上浮，通过压载系统调整第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒中的压载水量，使得漂浮式基础平稳；
S3、进行一至三段发电风机塔筒的吊装；
S4、安装第一发电风机和第二发电风机之间的第一钢绞线，并对第一钢绞线施加张紧力；
S5、安装第四段塔筒，第四段筒安装完成后，安装连接第二发电风机和转台浮筒的第二钢绞线以及连接第一发电风机和转台浮筒的第二钢绞线，并对该两条第二钢绞线施加张紧力；
S6、进行主机机舱和叶轮的安装；
S7、再次调整第一钢绞线和两条第二钢绞线的张紧力，使三条钢绞线的张紧力均调整至设定值；
S8、用拖船将安装完成的半潜式基础结构拖出船坞，并拖航到机位点，连接锚链。
进一步地，所述步骤S3采用单节塔筒依次安装的方式进行安装，具体包括：
在第一承载浮筒安装第一段塔筒时，第二承载浮筒和转台浮筒同时通过其底部的压载系统调整浮筒内的压载水量，保持平衡，之后再将另外一个发电风机的第一段塔筒安装到第二承载浮筒上，同时调整第一承载浮筒和转台浮筒的压载水量，采用此种安装方式依次安装第二段塔筒和第三段塔筒。
进一步地，所述步骤S6中，安装主机机舱和叶轮前通过调整张紧力和压载水量进行平稳度调整。
与现有技术相比，本技术方案原理及优点如下：
1)本技术方案采用三个浮筒结构，两个浮筒上安装两台发电风机，另外一个浮筒作为转动承台，使得单位面积的发电量增加一倍，大大提高了发电效率。
2)本技术方案中，连接于第一承载浮筒和第二承载浮筒之间的桁架，其一端分别与第一发电风机和第一承载浮筒连接，另一端分别与第二发电风机和第二承载浮筒连接；连接于第一承载浮筒和转台浮筒之间的桁架，其一端分别与第一发电风机和第一承载浮筒连接，另一端与转台浮筒连接；连接于第二承载浮筒和转台浮筒之间的桁架，其一端分别与第二发电风机和第二承载浮筒连接，另一端与转台浮筒连接，使得大大减轻承载发电风机的第一承载浮筒和第二承载浮筒所承受的重量。
3)第一承载浮筒和第二承载浮筒之间、转台浮筒与两个发电风机之间均采用钢绞线拉索的设计，转台浮筒与两个风力发电机拉结成为一个整体，使得整个风力发电机组结构载荷降低，提高整个半潜式基础结构的牢固度。
4)安装过程中，在第一承载浮筒安装第一段塔筒时，第二承载浮筒和转台浮筒同时调整浮筒内的压载水量，保持平衡，之后再将另外一个发电风机的第一段塔筒安装到第二承载浮筒上，同时调整第一承载浮筒和转台浮筒的压载水量，采用此种安装方式依次安装第二段塔筒和第三段塔筒，保证了安装可平稳顺利地进行。
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服务作简单地介绍，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为本发明漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构的示意图之一；
图2为本发明漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构的示意图之二；
图3为本发明漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构中漂浮装置和连接架配合连接的示意图；
图4为本发明漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构安装方法的原理流程图。
附图标记：
1-连接架；2-第一承载浮筒；3-第二承载浮筒；4-转台浮筒；5-第一发电风机；6-第二发电风机；7-加强筋；8-第一钢绞线；9-第二钢绞线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1至图3所示，本实施例所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，包括风机组、漂浮装置、连接架1、偏航系统以及压载系统；
其中，漂浮装置包括第一承载浮筒2、第二承载浮筒3、转台浮筒4；第一承载浮筒2、第二承载浮筒3、转台浮筒4彼此之间均通过连接架1连接，和连接架1组成三角形结构；风机组包括第一发电风机5和第二发电风机6；第一发电风机5和第二发电风机6分别安装在第一承载浮筒2和第二承载浮筒3顶部；偏航系统安装在转台浮筒4上；压载系统安装在第一承载浮筒2、第二承载浮筒3、转台浮筒4的底部。
本实施例中，采用到的偏航系统和压载系统均为现有的。其中，偏航系统在于当风速矢量的方向变化时，使第一发电风机5和第二发电风机6能够快速平稳地对准风向，以便叶轮获得最大的风能。压载系统通过加满或排空水舱来调整半潜式基础结构的吃水深度、横倾或纵倾平衡，使半潜式基础结构保持稳定的漂浮状态。
具体地，本实施例中，连接架1为桁架，连接于第一承载浮筒2和第二承载浮筒3之间的桁架，其一端分别与第一发电风机5和第一承载浮筒2连接，另一端分别与第二发电风机6和第二承载浮筒3连接；连接于第一承载浮筒2和转台浮筒4之间的桁架，其一端分别与第一发电风机5和第一承载浮筒2连接，另一端与转台浮筒4连接；连接于第二承载浮筒3和转台浮筒4之间的桁架，其一端分别与第二发电风机6和第二承载浮筒3连接，另一端与转台浮筒4连接。
具体地，本实施例中，桁架彼此之间均连接有加强筋7。
具体地，本实施例中，第一发电风机5的塔筒和第二发电风机6的塔筒之间连接有第一钢绞线8。第一钢绞线8的两端分别与第一发电风机5塔筒偏上1/3处和第二发电风机6塔筒偏上1/3处连接。
具体地，本实施例中，转台浮筒4顶部与第一发电风机5的机舱和第二发电风机6的机舱之间均连接有第二钢绞线9。
相比于在多个浮筒的中间设置单一的发电风机，本实施例采用三个浮筒结构，两个浮筒上安装两台发电风机，另外一个浮筒作为转动承台，使得单位面积的发电量增加一倍，大大提高了发电效率。
还有的是，本实施例中，连接于第一承载浮筒2和第二承载浮筒4之间的桁架，其一端分别与第一发电风机5和第一承载浮筒2连接，另一端分别与第二发电风机6和第二承载浮筒3连接；连接于第一承载浮筒2和转台浮筒4之间的桁架，其一端分别与第一发电风机5和第一承载浮筒2连接，另一端与转台浮筒4连接；连接于第二承载浮筒3和转台浮筒4之间的桁架，其一端分别与第二发电风机6和第二承载浮筒3连接，另一端与转台浮筒4连接，使得大大减轻承载发电风机的第一承载浮筒2和第二承载浮筒3所承受的重量。
最后，第一承载浮筒2和第二承载浮筒3之间、转台浮筒4与两个发电风机之间均采用钢绞线拉索的设计，转台浮筒4与两个风力发电机拉结成为一个整体，使得整个风力发电机组结构载荷降低，提高整个半潜式基础结构的牢固度。
上述是对漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构的说明，下面描述漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构安装方法，如图4所示，具体包括：
S1、在码头岸上，第一承载浮筒2、第二承载浮筒3、转台浮筒4彼此之间均通过桁架进行连接，组成三角形的漂浮式基础；
S2、用吊车将拼装好的漂浮式基础吊入船坞中，船坞放水，漂浮式基础上浮，通过压载系统调整第一承载浮筒2、第二承载浮筒3、转台浮筒4中的压载水量，使得漂浮式基础平稳；
S3、进行一至三段发电风机塔筒的吊装；
本步骤采用单节塔筒依次安装的方式进行安装，具体包括：
在第一承载浮筒2安装第一段塔筒时，第二承载浮筒3和转台浮筒4同时调整浮筒内的压载水量，保持平衡，之后再将另外一个发电风机的第一段塔筒安装到第二承载浮筒3上，同时调整第一承载浮筒2和转台浮筒4的压载水量，采用此种安装方式依次安装第二段塔筒和第三段塔筒。
S4、安装第一发电风机5和第二发电风机6之间的第一钢绞线8，并对第一钢绞线8施加张紧力；
S5、安装第四段塔筒，第四段筒安装完成后，安装连接第二发电风机6和转台浮筒4的第二钢绞线9以及连接第一发电风机5和转台浮筒4的第二钢绞线9，并对该两条第二钢绞线9施加张紧力；
S6、进行主机机舱和叶轮的安装，而安装主机机舱和叶轮前通过调整张紧力和压载水量进行平稳度调整；
S7、再次调整三条钢绞线(一条第一钢绞线8和两条第二钢绞线9)的张紧力，使三条钢绞线的张紧力均调整至设定值；
S8、用拖船将安装完成的半潜式基础结构拖出船坞，并拖航到机位点，连接锚链。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，包括风机组、漂浮装置、连接架、偏航系统以及压载系统；
其中，所述漂浮装置包括第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒；
所述第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒彼此之间均通过连接架连接，和连接架组成三角形结构；
所述风机组包括第一发电风机和第二发电风机；
所述第一发电风机和第二发电风机分别安装在第一承载浮筒和第二承载浮筒顶部；
所述偏航系统安装在转台浮筒上；
所述压载系统安装在第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒的底部。
2.根据权利要求1所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，所述连接架为桁架。
3.根据权利要求2所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，连接于第一承载浮筒和第二承载浮筒之间的桁架，其一端分别与第一发电风机和第一承载浮筒连接，另一端分别与第二发电风机和第二承载浮筒连接；
连接于第一承载浮筒和转台浮筒之间的桁架，其一端分别与第一发电风机和第一承载浮筒连接，另一端与转台浮筒连接；
连接于第二承载浮筒和转台浮筒之间的桁架，其一端分别与第二发电风机和第二承载浮筒连接，另一端与转台浮筒连接。
4.根据权利要求2或3所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，所述桁架彼此之间均连接有加强筋。
5.根据权利要求1-3任一所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，所述第一发电风机的塔筒和第二发电风机的塔筒之间连接有第一钢绞线。
6.根据权利要求5所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，所述第一钢绞线的两端分别与第一发电风机塔筒偏上1/3处和第二发电风机塔筒偏上1/3处连接。
7.根据权利要求1-3任一所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构，其特征在于，所述转台浮筒顶部与第一发电风机的机舱和第二发电风机的机舱之间均连接有第二钢绞线。
8.漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在码头岸上，第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒彼此之间均通过桁架进行连接，组成三角形的漂浮式基础；
S2、用吊车将拼装好的漂浮式基础吊入船坞中，船坞放水，漂浮式基础上浮，调整第一承载浮筒、第二承载浮筒、转台浮筒中的压载水量，使得漂浮式基础平稳；
S3、进行一至三段发电风机塔筒的吊装；
S4、安装第一发电风机和第二发电风机之间的第一钢绞线，并对第一钢绞线施加张紧力；
S5、安装第四段塔筒，第四段筒安装完成后，安装连接第二发电风机和转台浮筒的第二钢绞线以及连接第一发电风机和转台浮筒的第二钢绞线，并对该两条第二钢绞线施加张紧力；
S6、进行主机机舱和叶轮的安装；
S7、再次调整第一钢绞线和第二钢绞线的张紧力，使该三条钢绞线的张紧力均调整至设定值；
S8、用拖船将安装完成的半潜式基础结构拖出船坞，并拖航到机位点，连接锚链。
9.根据权利要求8所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构安装方法，其特征在于，所述步骤S3采用单节塔筒依次安装的方式进行安装，具体包括：
在第一承载浮筒安装第一段塔筒时，第二承载浮筒和转台浮筒同时调整浮筒内的压载水量，保持平衡，之后再将另外一个发电风机的第一段塔筒安装到第二承载浮筒上，同时调整第一承载浮筒和转台浮筒的压载水量，采用此种安装方式依次安装第二段塔筒和第三段塔筒。
10.根据权利要求8所述的漂浮双风机风力发电机组的半潜式基础结构安装方法，其特征在于，所述步骤S6中，安装主机机舱和叶轮前通过调整张紧力和压载水量进行平稳度调整。
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