CN115432131A - 一种海上风电制氢浮式平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电制氢浮式平台，属于海上风电领域。本发明由风电机组、风机塔筒、制氢平台、环形浮力平台、平衡平台和系泊系统组成。本发明将浮式风机平台与制氢系统从功能和结构方面有机耦合，实现风电和制氢的浮式支撑结构、系泊系统和电网系统共享，节约了输电海缆费用，降低了发电成本；利用环形浮力平台中压载水调节浮心位置，利用平衡平台可以降低整体重心，抑制风机的垂荡运动，提高结构的稳定性能，有利于改善浮式风机平台的运动性能，保障海上风机和制氢平台的安全、高效运行。

Description

一种海上风电制氢浮式平台

技术领域

本发明属于海上风电领域，尤其涉及一种海上风电制氢浮式平台。

背景技术

随着能源需求的日益提高和能源结构改革的不断推进，非化石能源的规模大幅提升，风能、氢能、太阳能等清洁能源的利用近年来得到了广泛的关注，己经成为全球各国能源产业发展的重要方向。其中海上风电具有储量丰富、清洁高效的特点，大力发展海上风电推动着风电行业和绿色低碳事业的发展进步。海上风电基础结构主要有固定式和漂浮式，从世界海上风电建设经验可知，水深超过50m，采用固定式基础成本急剧提高，浮式基础更为经济。

常见的漂浮式风电机组基础型式有Barge(驳船式)、Semi(半潜式)、Spar(单立柱式)、 TLP(张力腿式)4种，每种类型基础的水深适应性、运动性能适应性、系泊锚固系统设计及安装难度等各不相同。其中Spar和Semi型式是其中技术成熟度较高的两种型式，已经具有小批量的示范风电场，具备商业化条件和基础。但是由于Spar平台对运动和稳定性的要求，所需要的水深较大，一般来讲至少需要100m左右的水深。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。由于Semi式基础为保证稳定性，其结构尺寸都较大，遭受较大的波浪载荷，且其运动比较靠近波浪能量范围，因此，运动幅度较大，平台大幅度的运动会影响风机的正常运行、降低风机各部件的使用寿命。

随着海上风电逐渐向深远海开发，风机离岸距离越来越远，深远海电能的输送成本将越来越高，将电能转化为氢能进行输送成为一种具有可行性的方案。将海上风电与制氢储能综合开发利用，可以有效解决弃风问题，解决海上风电就地消纳并发展分散式风力发电技术，实现可再生能源多途径高效利用。另外，利用海上风电就地制氢，再将氢输送回陆地用作发电和交通燃料等，减少对输电网络的依赖，还可以结合使用油气公司的输气管路，将新能源发电和原来燃气公司资源结合起来，实现减碳的目标，提升环境接受度。

目前，我国海上风电制氢发展仍处于前期阶段，技术累积较少，如何提供一种支撑平台能有机融合海上风电和制氢技术亟待解决。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种海上风电制氢浮式平台。

为达到上述技术目的，本发明的海上风电制氢浮式平台的技术方案如下：

一种海上风电制氢浮式平台，它包括风电机组、风机塔筒、制氢平台、环形浮力平台、平衡平台和系泊系统；所述风机塔筒上端与风电机组相连接，所述风机塔筒及其基础部分从上到下依次与所设置的制氢平台、环形浮力平台、平衡平台相连接；所述环形浮力平台与包括悬链线的系泊系统连接，所述浮式平台通过系泊系统与海床连接。

进一步地，所述制氢平台包括挑台和制氢系统，所述制氢平台高于水面，所述挑台上侧设置有周身围绕的围栏，挑台下侧沿塔筒设置爬梯和护体栏。

进一步地，所述制氢系统包括制氢电解槽、储氢罐、电容器、总控制器、输水装置、输氢装置、海水淡化装置及氢气纯化装置，其中制氢电解槽的结构内部包括数个电解小室用于电解制氢。

进一步地，所述总控制器与电容器安装于中央处机舱处，电容器、总控制器与制氢电解槽、储氢罐、输水装置、输氢装置、海水淡化装置、氢气纯化装置相互连接，制氢电解槽与储氢罐、电容器、总控制器、海水淡化装置相互连接，电容器与总控制器相互连接。

进一步地，所述制氢系统的内部空间中各装置周身设置围挡隔板，各装置间通过密封电缆管道相连接。

进一步地，所述环形浮力平台中包括中心浮舱、水平浮桥、环形浮桥和对称分布的次级浮筒，所述中心浮舱通过水平浮桥与次级浮舱连接，所述次级浮筒通过环形浮桥相互连接，所述次级浮筒下表面设有垂荡板。

进一步地，所述环形浮力平台中心的浮舱中各部分连通，设有阀门可控制海水注入或排出，设有连接通道开关，并设有水位检测传感器以检测水况。

进一步地，所述平衡平台内部是空心，装载压载水以降低重心。

进一步地，所述风电机组产生的电能通过电缆输送到制氢电解槽、储氢罐、电容器、总控制器、输水装置、输氢装置、海水淡化装置、氢气纯化装置，海水通过输水装置和海水淡化装置输送到制氢电解槽进行电解，氢气通过氢气纯化装置、输氢装置输送到海底氢气管道或海上大型储氢罐运输回陆地。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中的平台具有结构融合的优势，将浮式风机与制氢装置结合在一起，实现浮式支撑结构、系泊系统和电网系统的共享，降低安装、操作和维护的成本；而且利用调节环形浮力平台中压载水的流入与流出调整吃水深度，调节浮心位置，提高稳定性，利用平衡平台可以降低整体重心，抑制风机的垂荡运动，提高结构的稳定性能，从而改善浮式风机平台的运动性能，保障制氢平台的有效运行；平台既能保证海上风电相关设施正常运转，又能提供稳固的制氢平台；电能和氢能所需的支撑结构、系泊系统和电网系统共享，降低安装、操作和维护的成本。

2、本发明中的平台具有功能融合的优势，本发明既能进行海上风力发电，又能实现海上制氢效能，也能达到充分利用资源和节约成本的目的，消纳风机发电的“弃风”问题，提高风电利用效率。从结构功能角度上，环形浮力平台的设计除了具有保障制氢系统输入海水的作用外，还可以为浮式风机平台提供浮力、抬高浮心，通过注入海水关闭部分阀门可调节重心，可抑制浮式基础在海洋环境作用下的大幅度的六自由度运动，提高风机各部件的使用寿命，提高风电发电小时数。

3、本发明设置的环形浮力平台和平衡平台，在结构性能上相比传统的海上风电Spar式、半潜式平台更具有优势。与Spar式平台相比，在相同排水体积下，吃水深度更小，更为稳定，可以避免Spar式对水深限制的要求，能适用不同水深范围；与半潜式平台比，本发明水线面积小，耐波性好，降低了整体质量与制造成本。浮式平台中的制氢平台位置高于海面，缓解海水对制氢系统的侵蚀。

附图说明

图1为本发明装置的海上风电制氢浮式平台的整体外观示意图；

图2为本发明装置的海上风电制氢浮式平台的平台布置示意图；

图3为本发明装置的海上风电制氢浮式平台的环形浮力平台平面示意图；

图4为本发明装置的海上风电制氢浮式平台的制氢系统内部示意图。

具体实施方式

为了更清晰的描述本发明的具体实施方式，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，应当理解，该具体实施例仅用于说明本发明，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种海上风电制氢浮式平台，它包括风电机组1、风机塔筒2、制氢平台3、环形浮力平台4、平衡平台5和系泊系统6，制氢平台3包括挑台7和制氢系统8，风机塔筒2上端与风电机组1相连接，所述风机塔筒2从上到下依次与所设置的制氢平台3、环形浮力平台4、平衡平台5相连接。环形浮力平台4与包括悬链线的系泊系统6连接，浮式平台通过系泊系统6与海床连接。

优选的方案中，所述制氢平台3形状为圆环形、正多边形、不规则形状结构中的一种。制氢平台3包括挑台7和制氢系统8，制氢系统8置于挑台7上面，挑台7距水面高度要根据当地实际极限浪高、潮汐和涌浪的变化范围、最低潮位等海况而定，并保持高出2～3m的高度差，保证极限波浪打不到平台。挑台7上侧设置有周身围绕的围栏，下层沿着塔筒设置爬梯和护梯围栏，便于工作人员安装维护检修制氢系统。

制氢系统8包括制氢电解槽9、储氢罐10、电容器11、总控制器12、输水装置13、输氢装置14、海水淡化装置15、氢气纯化装置16，其中制氢电解槽9的结构内部包括数个电解小室用于电解制氢。制氢系统8的内部空间中各装置周身设置围挡隔板，各装置间通过密封电缆管道相连接。

总控制器12与电容器11安装于中央机舱处，电容器11、总控制器12与制氢电解槽9、储氢罐10、输水装置13、输氢装置14、海水淡化装置15、氢气纯化装置16相互连接，制氢电解槽9与储氢罐10、电容器11、总控制器12、海水淡化装置15相互连接，电容器11与总控制器12相互连接。外界海水通过输水装置13管道注入制氢系统8内，流经海水淡化装置15进行海水淡化处理，再输入电解槽9进行电解将制取的氢气通过氢气纯化装置16处理后储存到储氢罐10中，最后由输氢装置14输送到海底氢气管道或海上大型储氢罐运输回陆地。整个过程由总控制器12进行控制调节。

优选的方案中，所述环形浮力平台4形状为圆环形、正多边形、不规则形状结构中的一种。环形浮力平台4的中心浮舱17、水平浮桥18、环形浮桥21和次级浮舱19内部中空，中心浮舱17通过水平浮桥18与次级浮舱19连接，次级浮筒19通过环形浮桥21相互连接。环形浮力平台4设有水位检测传感器，可根据外界环境条件变化打开阀门将海水注入或排出，改变所提供浮力以适应环境并保障制氢系统8输入海水。环形浮力平台4内浮舱中各部分连通，环形浮桥21中另设有阀门控制通道开关，通过注入海水关闭部分阀门可调节重心，提高受荷载影响后的恢复能力。次级浮筒19下表面设有垂荡板20，抑制风机平台在波浪作用下的垂荡运动响应，从而使环形浮力平台4具有提供浮力、减摇制荡的效果。

所述平衡平台5安装时通过装载永久压载水调节初始平衡，并降低整个浮式风机平台重心，增大重心与浮心间距。

所述风电机组1产生的电能通过电缆输送到制氢电解槽9、储氢罐10、电容器11、总控制器12、输水装置13、输氢装置14、海水淡化装置15、氢气纯化装置16，海水通过输水装置13和海水淡化装置15输送到制氢电解槽9进行电解，氢气通过氢气纯化装置16、输氢装置14输送到海底氢气管道或海上大型储氢罐运输回陆地。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：它包括风电机组(1)、风机塔筒(2)、制氢平台(3)、环形浮力平台(4)、平衡平台(5)和系泊系统(6)；所述风机塔筒(2)上端与风电机组(1)相连接，所述风机塔筒(2)及其基础部分从上到下依次与所设置的制氢平台(3)、环形浮力平台(4)、平衡平台(5)相连接；所述环形浮力平台(4)与包括悬链线的系泊系统(6)连接，所述浮式平台通过系泊系统(6)与海床连接。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述制氢平台(3)包括挑台(7)和制氢系统(8)，所述制氢平台(3)高于水面，所述挑台(7)上侧设置有周身围绕的围栏，挑台(7)下侧沿塔筒设置爬梯和护体栏。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述制氢系统(8)包括制氢电解槽(9)、储氢罐(10)、电容器(11)、总控制器(12)、输水装置(13)、输氢装置(14)、海水淡化装置(15)及氢气纯化装置(16)，其中制氢电解槽(9)的结构内部包括数个电解小室用于电解制氢。

4.根据权利要求3所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述总控制器(12)与电容器(11)安装于中央处机舱处，电容器(11)、总控制器(12)与制氢电解槽(9)、储氢罐(10)、输水装置(13)、输氢装置(14)、海水淡化装置(15)、氢气纯化装置(16)相互连接，制氢电解槽(9)与储氢罐(10)、电容器(11)、总控制器(12)、海水淡化装置(15)相互连接，电容器(11)与总控制器(12)相互连接。

5.根据权利要求3所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述制氢系统(8)的内部空间中各装置周身设置围挡隔板，各装置间通过密封电缆管道相连接。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述环形浮力平台(4)中包括中心浮舱(17)、水平浮桥(18)、环形浮桥(21)和对称分布的次级浮筒(19)，所述中心浮舱(17)通过水平浮桥(18)与次级浮舱(19)连接，所述次级浮筒(19)通过环形浮桥(21)相互连接，所述次级浮筒(19)下表面设有垂荡板(20)。

7.根据权利要求6所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述环形浮力平台(4)中心的浮舱(17)中各部分连通，设有阀门可控制海水注入或排出，设有连接通道开关，并设有水位检测传感器以检测水况。

8.根据权利要求1所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述平衡平台(5)内部是空心，装载压载水以降低重心。

9.根据权利要求1所述的一种海上风电制氢浮式平台，其特征在于：所述风电机组(1)产生的电能通过电缆输送到制氢电解槽(9)、储氢罐(10)、电容器(11)、总控制器(12)、输水装置(13)、输氢装置(14)、海水淡化装置(15)、氢气纯化装置(16)，海水通过输水装置(13)和海水淡化装置(15)输送到制氢电解槽(9)进行电解，氢气通过氢气纯化装置(16)、输氢装置(14)输送到海底氢气管道或海上大型储氢罐运输回陆地。

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