CN114934873A - 一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础。级联式浮动基础包含漂浮结构和系泊索联接件。漂浮结构主要由过渡段及浮箱或者浮筒组成。漂浮结构的数量不少于2个。每个漂浮结构都与支撑结构联接，至少有1个漂浮结构位于叶轮的上风向或者下风向。系泊索联接件包含转动圈和固定圈，转动圈和固定圈可以发生相对转动。系泊索连接件固定圈与系泊索联接，系泊索联接件的转动圈与一个漂浮结构联接或者通过拉索与全部漂浮结构联接。级联式浮动基础利用分散布置的多个较小型的漂浮结构等效增加了基础的支撑能力，在保证浮动基础经济性的同时，大大降低了系统倾覆的风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，属于风力发电技术领域。
背景技术
成本是全球风电发展的瓶颈问题，机组大型化（单机容量增加）是解决成本问题的最有效途径。海上风电项目的不断开展使得机组大型化成为了必然的发展趋势。随着机组容量的增加，传统的单叶轮风电机组的升级遇到的挑战越来越严峻，机组载荷急剧增加，超长、超重叶片和超大扭矩给机组中的各个部件（如变桨执行机构，支撑结构等等）的设计、生产制造和安装等带来了很多难题。
多叶轮风力发电系统是将多个风力发电单元安装在同一个支撑结构中实现风能到电能转换的新型风电装备。相比于传统单叶轮风电机组，多叶轮风力发电系统无需使用超长、超重的叶片，也避免了超大扭矩的出现，为海上风电机组大型化，降低机组开发成本提供了全新的可行途径。
多叶轮风力发电系统是一种特别适合海上大型超大型风电机组的技术。海上多叶轮风电系统的设计的关键环节之一，就是基础的支撑能力，避免在载荷的作用下整个系统出现倾覆。由于风力发电单元个数较多，支撑结构存在跨度大（大型超大型机组跨度可达几百米）的特点，基础不可能伴随支撑结构的尺寸加大而加大，否则整个系统的经济性会受到影响。
欧洲大型风电项目INNWIND的技术报告中涉及的包含45个风力发电单元的20MW多叶轮系统采用了浮动基础，但浮动基础与常规单叶轮机组的浮动基础形式类似，数量也只有一组。基础尺寸相对于支撑结构的跨度较小，整个系统展现出一种“头大身子小”的结构，工程可行性有待论证。
CN 109072877 A公开了一种可再生能源资源的驳船，巨大的船体上安装了多个风力发电单元。这种方案需要配合多叶轮风电系统生产一艘船舶，为了保证基础支撑的稳定性，船体的尺寸巨大，没有经济性非常低，产业化前景不明朗。
美国的William Heronemus在早期提出的浮动式多叶轮系统多采用了Spar式的技术方案（如EP1483502B1），同样是大尺度的支撑结构底部汇集到一个单点的基础上，支撑效果没有经过工程实践的验证。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，以解决背景技术中的至少一个技术问题。
为达上述目的，提供一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：级联式浮动基础包含漂浮结构和机械联接件；
所述漂浮结构主要由过渡段及浮箱或者浮筒组成；
所述漂浮结构的数量≥2个，所述漂浮结构之间通过所述机械连接件形成刚性联接；
多个叶轮固定在多叶轮风电系统的支撑结构上，所述每个漂浮结构都与所述支撑结构联接；
位于全部所述叶轮的上风向或者下风向的所述漂浮结构的数量≥1个。
系泊索与所述漂浮结构联接，或者，与所述机械联接件联接；
所述漂浮结构与所述支撑结构一起偏航。
在进一步的技术方案中，所述浮箱或浮筒部分或完全处于水面之下，所述过渡段在浮箱或者浮筒的上方。
在进一步的技术方案中，所述过渡段与所述多叶轮风电系统的支撑结构联接。
在进一步的技术方案中，所述漂浮结构设置有船用螺旋桨，所述船用螺旋桨的数量≥1个，每个所述船用螺旋桨通过电机驱动；
在进一步的技术方案中，所述漂浮结构的全部所述螺旋桨都位于水面之下，所述漂浮结构的全部所述螺旋桨的旋转轴线近似共平面。
在进一步的技术方案中，采用第一种方式，所述系泊索通过所述系泊索连接件仅与一个所述漂浮结构联接。
在第一种方式的进一步的技术方案中，所述系泊索连接件固定圈与所述系泊索联接，同时所述系泊索联接件转动圈与一个所述漂浮结构联接。
在进一步的技术方案中，采用第二种方式，所述漂浮结构与所述系泊索联接件通过拉索联接。
在第二种方式的进一步的技术方案中，所述系泊索连接件固定圈与系泊索联接，同时所述系泊索联接件转动圈与所述拉索联接。
本发明的有益效果是：利用分散布置的多个较小型的漂浮结构增加多叶轮系统基础的支撑能力，将至少一个漂浮结构布置在叶轮的上风向或者下风向，更好的通过基础的浮力或者重力来抵抗来自于支撑结构的倾覆力矩，大大降低多叶轮系统受载后出现倾覆的可能性，同时避免了超大基础的出现，保证了基础的经济性。这种分散布置的级联式基础非常适用于海上大型超大型浮动式多叶轮系统。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础的示意图。
图2为本发明实施例的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础中漂浮结构的放置位置示意图。
图3为本发明实施例的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础与系泊索联接方法1的示意图。
图4为本发明实施例的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础与系泊索联接方法2的示意图。
附图说明：1-漂浮结构，2-拉索，3-过渡段，4-浮箱，5-叶轮，6-支撑结构，7-系泊索，8-船用螺旋桨，9-系泊索连接件, 10-系泊索连接件转动圈，11-第一种来风方向，12-第二种来风方向，13-第一组漂浮结构，14-第二组漂浮结构, 15-系泊索连接件固定圈。
值得注意的是上述附图是用于说明本发明的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本发明的原理，并且为了避免不必要的细节使本发明的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本发明时不会带来不便，而实际的多叶轮风电系统用级联式浮动基础可以包括更多的部件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例的相关附图，对本发明实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，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所示，一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：级联式浮动基础包含漂浮结构1和系泊索连接件9；
漂浮结构1主要由过渡段3及浮箱4（圆柱形浮箱）组成。在一些实施例中，浮箱4也可以是浮筒，主要功能是为漂浮结构提供浮力。浮箱4可以是半潜式的也可以是压载仓式的，因此浮箱4可以部分或完全处于水面之下。过渡段3的下方与浮箱4联接，过渡段的上方与多叶轮风电系统的支撑结构6联接。多个叶轮5固定在支撑结构6上。
漂浮结构1可以包含1个或多个浮箱4，如有多个浮箱4，浮箱4之间通过连件联接在一起，连接件可以是梁或者是导管等。
系泊索连接件9的主要作用是联接漂浮结构1与系泊索7，进而对浮动基础的在海浪或海流作用下的位移进行限制。
漂浮结构1的数量≥2个，一般情况下有3～4个，在一些实施例中根据设计需求可以设置2个。
设置多个漂浮结构1的主要目的是加强浮动基础的支撑能力，更好的抵抗气动推力造成的倾覆力矩，如果将漂浮结构1都布置在叶轮的下方，则浮动基础抗倾覆的能力很薄弱。因此，位于全部所述叶轮5的上风向或者下风向的所述漂浮结构1的数量≥1个。
在一些实施例中，如图2所示，叶轮5是上风向型叶轮,即当风向为第一种来风方向11，风先经过叶轮3，再经过支撑结构6。如果漂浮结构1都位于第一组漂浮结构13的位置，几乎位于叶轮5的下方，则抗倾覆的能力较弱。第二组漂浮结构14位于叶轮5的下风向，可以近似的认为浮动基础的第一种来风方向11的抗弯模量由于第二组漂浮结构14的存在加强了，因此抗倾覆的能力得到了提高。
在另一些实施例中，如图2所示，叶轮5是下风向型叶轮,即当风向为第二种来风方向12，风先经过支撑结构6，再经过叶轮3。在这种实施例中第二组漂浮结构14位于叶轮5的上风向。在前述实施例中，支撑结构6很多杆件在叶轮5的气动推力作用下需要承受压缩方向的载荷，而在这种实施例中，支撑结构6很多杆件在叶轮5的气动推力作用下需要承受拉伸方向的载荷。这两种实施例都属于可行的方案。
全部漂浮结构1与支撑结构6一起偏航，保证叶轮5近似的处于正迎风状态，使得发电量最大化。漂浮结构1既起到了浮动基础的作用，同时也起到了偏航回转支承的作用。由于需要产生偏航回转，因此，不能直接将多根系泊索7与多个漂浮结构1联接。
在一些实施例中，如图3所示，系泊索7仅与一个漂浮结构1通过系泊索连接件9联接。系泊索连接件固定圈15与所述系泊索7联接，同时所述系泊索联接件转动圈10与一个所述漂浮结构1联接。系泊索连接件的转动圈10与固定圈15之间可以采用轴承或者轮轨的方式实现相对的转动。在这种实施例中，由于系泊索连接件9仅与一个漂浮结构1联接，多叶轮风电系统的偏航轴线将近似穿过这个漂浮结构，此时这个漂浮结构上不设置船用螺旋桨。
在另一些实施例中，如图4所示，全部漂浮结构1都与所述系泊索联接件9通过拉索2联接。系泊索连接件固定圈15与系泊索7联接，同时所述系泊索联接件转动圈10与所述拉索2联接。在这种实施例中，系泊索连接件9与每个漂浮结构1都形成了联接，多叶轮风电系统在偏航时漂浮结构1近似地以系泊索连接件9为圆心做圆周运动，此时这个漂浮结构上可以都设置船用螺旋桨。
在一些实施例中，如图4所示，漂浮结构1设置有船用螺旋桨8，漂浮结构1拥有船用螺旋桨8的数量≥1个，为了保证偏航转动轴线的唯一性，这些螺旋桨8的旋转轴线需要近似共平面。船用螺旋桨8通过电机驱动并且船用螺旋桨8都位于水面之下以便最大化驱动能力。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接、联接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：级联式浮动基础包含漂浮结构和系泊索联接件；
所述漂浮结构主要由过渡段及浮箱或者浮筒组成；
所述漂浮结构的数量≥2个；
多个叶轮固定在多叶轮风电系统的支撑结构上，所述每个漂浮结构都与所述支撑结构联接；
位于所述全部叶轮的上风向或者下风向的所述漂浮结构的数量≥1个；
系泊索与系泊索连接件联接，所述漂浮结构与系泊索连接件联接；
所述系泊索联接件包含转动圈和固定圈，转动圈和固定圈可以发生相对转动；
所述漂浮结构与所述支撑结构一起偏航。
2.根据权利要求1所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述浮箱或浮筒部分或完全处于水面之下，所述过渡段在浮箱或者浮筒的上方。
3.根据权利要求1所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述过渡段与所述多叶轮风电系统的支撑结构联接。
4.根据权利要求1所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述系泊索通过所述系泊索连接件仅与一个所述漂浮结构联接。
5.根据权利要求1和4所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述系泊索连接件固定圈与所述系泊索联接，同时所述系泊索联接件转动圈与一个所述漂浮结构联接。
6.根据权利要求1所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述漂浮结构与所述系泊索联接件通过拉索联接。
7.根据权利要求1和6所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述系泊索连接件固定圈与系泊索联接，同时所述系泊索联接件转动圈与所述拉索联接。
8.根据权利要求1所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述漂浮结构设置有船用螺旋桨，所述船用螺旋桨的数量≥1个，每个所述船用螺旋桨通过电机驱动。
9.根据权利要求1和8所述的一种多叶轮风电系统用级联式浮动基础，其特征是：所述漂浮结构的全部所述螺旋桨都位于水面之下，所述漂浮结构的全部所述螺旋桨的旋转轴线近似共平面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220823 |