CN115384712A - 一种半潜漂浮式风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半潜漂浮式风力发电装置，涉及海上风力发电设备技术领域，包括横截面为三角形的桁架基础，所述桁架基础的三个端点设置有立柱；风力发电组件，固定在其中两根立柱上；系泊组件，可水平转动地设置在剩余的立柱上；本发明中桁架基础上设置有两台风力发电组件，取代了传统半潜漂浮式发电装置上设置一台风力发电组件的形式，能够降低风力发电装置的制造成本，提高单台风力发电装置的发电量，本发明中风力发电组件配合立柱上转动安装的系泊组件，使得三角形的桁架基础能够随风向进行转动，保证叶轮的法向与风向基本相同，从而本发明中风力发电装置不需要设置偏航系统也具备适应风向的能力，结构更加简单也更经久耐用。

Description

一种半潜漂浮式风力发电装置
技术领域
本发明涉及海上风力发电设备技术领域，特别是涉及一种半潜漂浮式风力发电装置。
背景技术
全球海上风电最早的应用是20世纪90年代的Vindeby海上风电场，经过短短30余年时间的发展，已成为备受全球瞩目的新能源分支。中国海上风电自上海东海大桥10万千瓦海上风电场项目投入运营，已经蓬勃发展十余年，截至2021年底中国运营着全球近一半的海上风电，即5400万千瓦中的2600万千瓦。随着近海可用空间的减少，海上风电已经踱步走向更深、更远的海域。但是，深远海区环境更复杂、潜在风险更大，若采用传统的固定式基础，则尺寸与造价都将随水深急剧增加。采用漂浮式基础的风电机组对深远海区的适应性较强，施工难度较小，运维成本低，具有良好的应用前景。
漂浮式风电通常可按浮式基础的型式进行分类，分为半潜式、驳船式、张力腿式和Spar式(单柱式)漂浮式基础。其中，半潜式和Spar式漂浮式风电技术成熟度最高，Spar型式较大的吃水对于大陆架延伸范围广、坡度缓的我国海域适应能力有限，因此在可预见的未来半潜漂浮式风电技术是主流。漂浮式风机的半潜式基础设计简洁，多为立柱、撑杆结构，多个立柱为结构主体，撑杆连接立柱形成整体并保证基础的整体强度。
半潜式平台在海油等海洋工程领域是十分成熟的产品，从技术层面来说，发展漂浮式风电可以说是畅行无阻的，但目前国内的并网的漂浮式风电屈指可数，其主要原因为漂浮式风电成本过高，因此降本才是漂浮式风电的主要议题。现有项目的漂浮式风电均为单风机形式，如申请号为“202110270954.4”的发明专利，当需要设置多个风机时，则需要使用大量的基础结构，不仅安装不便而且成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种半潜漂浮式风力发电装置，以解决现有技术存在的问题，降低了风力发电装置的制造成本，提高了单台风力发电装置的发电量，而且结构稳固，经久耐用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种半潜漂浮式风力发电装置，包括：
一横截面为三角形的桁架基础，所述桁架基础上设置有三个端点，每一所述端点上均设置有立柱；
分别固定在其中两根立柱上的风力发电组件；
以及可水平转动地设置在剩余的一根立柱上的系泊组件。
优选的，所述立柱自下而上向外倾斜设置。
优选的，所述立柱的底部连接有垂荡板。
优选的，所述桁架基础包括连接在相邻所述立柱之间的、平行且水平设置的若干弦杆，不同立柱之间的所述弦杆自上而下一一对应设置，平行设置的相邻所述弦杆之间设置有若干第一竖杆，相邻所述第一竖杆之间设置有斜杆，所述斜杆的端部分别连接相邻所述竖杆的顶端和底端。
优选的，所述桁架基础还包括第一三角形支撑、第二三角形支撑和第三三角形支撑，位于同一水平面内的弦杆的中点利用杆件相互连接成三角形结构，形成所述第一三角形支撑，所述弦杆的四等分点与所述第一三角形支撑的中点利用杆件连接成的三角形结构、所述第一三角形支撑的边长中点利用杆件连接成的三角形结构均形成所述第二三角形支撑，所述第一三角形支撑的边长四等分点与第二三角形支撑的中点利用杆件连接呈三角形结构，形成若干所述第三三角形支撑。
优选的，上下正对的所述第一三角形支撑、上下正对的第二三角形支撑、上下正对的第三三角形支撑的顶点均用第二竖杆进行连接。
优选的，用于设置所述系泊组件的立柱设置有系泊平台，所述系泊组件包括系泊转子和一端固定在所述系泊转子上的若干系泊锚索，所述系泊转子可水平转动地设置在所述系泊平台上。
优选的，所述系泊锚索包括系泊缆绳和锚，所述系泊缆绳的一端固定在系泊转子上，另一端固定所述锚，所述锚固定在海底。
优选的，所述桁架基础的横截面为正三角形。
优选的，所述风力发电组件包括固定在所述立柱顶部的塔筒、设置在所述塔筒顶部的机舱和叶轮。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、本发明中桁架基础上设置有两台风力发电组件，取代了传统半潜漂浮式发电装置上设置一台风力发电组件的形式，能够降低风力发电装置的制造成本，提高单台风力发电装置的发电量；
2、本发明中两台叶轮的朝向相同，配合立柱上转动安装的系泊组件，使得三角形的桁架基础能够随风向进行转动，保证叶轮的法向与风向基本相同，从而本发明中风力发电装置不需要设置偏航系统也具备适应风向的能力，结构更加简单也更经久耐用；
3、本发明中自上而下设置有若干层制成架构，且每层制成结构通过若干三角形支撑形成，其结构与蜂巢结构类似，不仅结构稳定强度高，而且更加节省材料，同时桁架基础的中部多为面积更小的第三三角形制成，波流荷载更小，也有利于保证桁架基础的稳定性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中半潜漂浮式风力发电装置的整体结构示意图；
图2为本发明中系泊组件的机构示意图；
图3为桁架基础中一层弦杆围成的支撑结构的示意图；
其中，1、立柱；2、垂荡板；3、弦杆；4、第一竖杆；5、斜杆；6、第二竖杆；7、第一三角形支撑；8、第二三角形支撑；9、第三三角形支撑；10、塔筒；11、机舱；12、叶轮；13、系泊平台；14、系泊转子；15、系泊缆绳；16、锚；17、电缆。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种半潜漂浮式风力发电装置，以解决现有技术存在的问题，降低了风力发电装置的制造成本，提高了单台风力发电装置的发电量，而且结构稳固，经久耐用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～图3所示，本实施例提供一种半潜漂浮式风力发电装置，包括：横截面为三角形的桁架基础，三角形的三个顶点为桁架基础的三个端点，桁架基础的三个端点设置有立柱1；风力发电组件，固定在其中两根立柱1上；系泊组件，可水平转动地设置在剩余的一根立柱1上。
本实施例中桁架基础的横截面优选为等边三角形，根据等边三角形的特性，其三个端点到其中心的距离都相等，使得三个立柱距离桁架基础的中心都保持基本相同的力矩，进而使得桁架基础的稳定性更高。
本实施例中桁架基础上设置有两台风力发电组件，取代了传统半潜漂浮式发电装置上设置一台风力发电组件的形式，能够降低风力发电装置的制造成本，提高单台风力发电装置的发电量；同时，两台风力风电组件与系泊组件呈三角形的设置形式，也能够通过系泊组件保证其漂浮的稳定性，而不会因为受力不均而倾倒或者剧烈晃动。
风力发电组件包括固定在立柱1顶部的塔筒10、设置在塔筒10顶部的机舱11和叶轮12，塔筒10、机舱11、叶轮12采用现有装置即可；本发明中两台叶轮12的朝向相同，配合立柱1上转动安装的系泊组件，使得三角形的桁架基础能够随风向进行转动，保证叶轮12的法向与风向基本相同，从而本发明中风力发电装置不需要设置偏航系统也具备适应风向的能力，结构更加简单也更经久耐用。
进一步的，本实施例中立柱1自下而上向外倾斜设置，在桁架基础发生横摇、纵摇和垂荡时能够提供更大的静水回复力、水动力阻尼和附加质量，从而提高桁架基础的耐波性和风力发电装置的稳定性。
立柱1的底部连接有垂荡板2，立柱1横截面与垂荡板2均为等边三角形形状，且垂荡板2的面积比立柱1横截面的面积更大；垂荡板2能够增加桁架基础的水动力阻尼和附加质量，提高桁架基础的运动性能，改变垂荡板2的大小可以有效的改变桁架基础的水动力阻尼和附加质量以适应不同环境，因此垂荡板2大小由环境条件确定。
本实施例中桁架基础包括连接在相邻立柱1之间的、平行且水平设置的若干弦杆3，不同立柱1之间的弦杆3自上而下一一对应设置，平行设置的相邻弦杆3之间设置有若干第一竖杆4，相邻第一竖杆4之间设置有斜杆5，斜杆5的端部分别连接相邻竖杆的顶端和底端。
桁架基础还包括第一三角形支撑7、第二三角形支撑8和第三三角形支撑9，由于立柱1上设置有多根弦杆3，从而在竖直方向上形成了若干个弦杆3组成的等边三角形支撑，以顶层的等边三角形支撑为例，弦杆3的中点利用杆件相互连接成三角形结构，形成第一三角形支撑7，弦杆3的四等分点与第一三角形支撑7的中点利用杆件连接成的三角形结构、第一三角形支撑7的边长中点利用杆件连接成的三角形结构均形成第二三角形支撑8，第一三角形支撑7的边长四等分点与第二三角形支撑8的中点利用杆件连接呈三角形结构，形成若干第三三角形支撑9，从而使得桁架基础内部形成了类似于蜂窝形状的结构，其内部镂空，且由多个三角形或正六边形构成，既能减少桁架基础的材料使用量，还能减轻桁架基础的重量，又能充分利用三角形结构的稳定性，增强桁架基础的稳定性。
进一步的，位于不同等边三角形支撑层的第一三角形支撑7、第二三角形支撑8、第三三角形支撑9的顶点均用第二竖杆6进行连接。
本实施例中自上而下设置有若干层支撑结构，且每层支撑结构均通过若干三角形支撑形成，其结构与蜂巢结构类似，不仅结构稳定强度高，而且更加节省材料；同时桁架基础的中部多为面积更小的第三三角形支撑9，质量分布更加集中，波流荷载更小，有利于保证桁架基础的稳定性。
本实施例中用于设置系泊组件的立柱1顶部设置有系泊平台13，系泊组件包括系泊转子14和一端固定在系泊转子14上的若干系泊锚索，系泊转子14可水平转动地设置在系泊平台13上。
进一步的，本实施例中系泊锚索包括系泊缆绳15和锚16，系泊缆绳15的一端固定在系泊转子14上，另一端固定锚16，锚16固定在海底。
进一步的，本实施例中风力发电组件均连接有电缆17，电缆17铺设在桁架基础内部。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，包括：
一横截面为三角形的桁架基础，所述桁架基础上设置有三个端点，每一所述端点上均设置有立柱；
分别固定在其中两根立柱上的风力发电组件；
以及可水平转动地设置在剩余的一根立柱上的系泊组件。
2.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述立柱自下而上向外倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述立柱的底部连接有垂荡板。
4.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述桁架基础包括连接在相邻所述立柱之间的、平行且水平设置的若干弦杆，不同立柱之间的所述弦杆自上而下一一对应设置，平行设置的相邻所述弦杆之间设置有若干第一竖杆，相邻所述第一竖杆之间设置有斜杆，所述斜杆的端部分别连接相邻所述竖杆的顶端和底端。
5.根据权利要求4所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述桁架基础还包括第一三角形支撑、第二三角形支撑和第三三角形支撑，位于同一水平面内的弦杆的中点利用杆件相互连接成三角形结构，形成所述第一三角形支撑，所述弦杆的四等分点与所述第一三角形支撑的中点利用杆件连接成的三角形结构、所述第一三角形支撑的边长中点利用杆件连接成的三角形结构均形成所述第二三角形支撑，所述第一三角形支撑的边长四等分点与第二三角形支撑的中点利用杆件连接呈三角形结构，形成若干所述第三三角形支撑。
6.根据权利要求5所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，上下正对的所述第一三角形支撑、上下正对的第二三角形支撑、上下正对的第三三角形支撑的顶点均用第二竖杆进行连接。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，用于设置所述系泊组件的立柱设置有系泊平台，所述系泊组件包括系泊转子和一端固定在所述系泊转子上的若干系泊锚索，所述系泊转子可水平转动地设置在所述系泊平台上。
8.根据权利要求7所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述系泊锚索包括系泊缆绳和锚，所述系泊缆绳的一端固定在系泊转子上，另一端固定所述锚，所述锚固定在海底。
9.根据权利要求1所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述桁架基础的横截面为正三角形。
10.根据权利要求9所述的半潜漂浮式风力发电装置，其特征在于，所述风力发电组件包括固定在所述立柱顶部的塔筒、设置在所述塔筒顶部的机舱和叶轮。
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