CN115539313A - 一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，用于优化海上的风力发电系统，每个风力涡轮机包括一个半潜式船体，该船体具有可移动的压载重量，以增加系统的稳定性，每个风力涡轮机具有分布在塔架上的转子阵列，以分配重量和负载，并在风切变高的情况下提高发电性能。尽可能多的与每个转子相关的设备位于塔架底部，以降低稳心高度。

Description

一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体
技术领域
本发明公开了一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，具体而言涉及风力转换系统技术的改进，还包括用于支持和维护海上风力涡轮机以及将氢和氢衍生燃料运输到陆地的机械海上系统。
背景技术
风力涡轮机在海上项目的应用在现今已经得到了一定程度的推广。使用风力涡轮机在海上发电同时也遇到了了陆上没有遇到的一些技术挑战。包括为涡轮机提供适航的基础或平台，建造风力涡轮机塔架，将风力涡轮机搭建在塔架上，以及将产生的能量传输至海岸。在现有技术的海上风力涡轮机中，用桩将坚实的基础浇筑到海底，并且使用大型的海上起重机将塔架架设在该基础上，该海上起重机也用于将机舱和转子搭建在塔架上。以这种方式安装的海上涡轮机必须放置在相对较浅的水中，以便基础平台不会过高和造价昂贵，并且只能在天气条件适合时方可操作海上起重机时安装。现有技术海上风电场通常收集来自每个风力涡轮机的输出，并将电压升高到高电压以通过电缆传输到海岸。该输电系统的成本可能会极高。
发明内容
本发明提供了海洋或其他水体中的潜水船体。这些大型水体上方的风力资源往往比陆地上的风力资源更大、更稳定，因此，寻找将风力涡轮机搭建在这些水体位置并有效利用或传输所产生的能量的实用方法是具有可行性的。船体可支持风力涡轮机或风力涡轮机阵列，以及可选地支持设备，以从风力发电在海上生产氢基燃料。本公开中的半潜船是由钢筋混凝土、钢、玻璃纤维或其他合适材料制成的浮动稳定结构。船体采用类似于潜艇技术的技术，提供可变压载质量和位置，以抵抗倾覆力矩，并通过适当的浮力和压载修正来抑制波浪和潮汐作用引起的升沉。船体类型为半潜式，即使在恶劣天气条件下也能提供非常稳定的海上平台。无论位于浅水、深水或远海，船体的尺寸和设计都可能不同。
船体还必须能够容纳各种尺寸的风力涡轮机或风力涡轮机阵列，并用于极端天气、潮汐、水流和波浪影响的条件中。该技术类似于石油和天然气行业中使用的长期稳定海洋平台，因为这些平台也使用半潜式概念方法，但区别的是本发明具有不同的架构，与本发明共同的用于本海上石油和天然气平台的一种方法是提供小水线面积。在石油和天然气平台中，使用包含压载物的支撑塔来支撑水上结构。
深水中的本发明船体系在一个锚上。因此，风帆始终位于由系绳长度确定的圆（称为手表圆）内，并以锚正上方的点为中心。系绳连接船的迎风侧，使得在运行风期间，当船位于圆周背风侧的点时，在船的上风侧拉动的系绳保持船朝向风。这样，深水船不需要机械偏航系统。在风力变化的情况下，船尚未处于圆的背风侧，或者如果有显著的气流影响船的位置，则船相对两侧的转子（船支撑一系列涡轮机的情况下）可以运行，以产生不同的气动力，从而产生净偏航力矩。以这种方式，可以控制船的偏航角，而不需要如在现有技术风力涡轮机中使用的偏航电机和轴承。
本发明的实施例还包括用于对来自多个风力涡轮机转子的电力输出进行求和的方法，无论是电的还是机械的。通过如本文所公开的对来自单个转子的功率求和，可以减少位于涡轮机轮毂处的重量并将重量重新定位到塔的底部，从而降低塔的结构要求和船体的压载要求。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的风帆的透视图。
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。
请参阅图1，显示了四个风力涡轮机阵列3，其中三个安装在塔架5上，安装在海上的风轮1上，风轮1通过锚9固定在海床上。图1的前景是一个海上风力涡轮机，采用风轮1的形式，使用三个转子3，在海上系泊在风轮半潜式船体7上，与其他风轮1组成阵列。本发明包括多个风力涡轮机转子3，其放置在塔架5上，塔架5由半潜式船体7支撑。转子3排列成阵列，每个转子针对其在其位置处经历的风速进行优化。风船1通过系绳11连接到锚9。电力可通过电力电缆13从船1传输。电力电缆13可通向陆上收集点或位于海上的中央收集点，在那里来自多个船1的电力聚集并传输到陆上。电力电缆13还可以通向与船1的阵列相关联的中央处理厂，其中电力用于合成氢或可在陆上运输的基于氢的产品。
风艇使用连接到锚9的系泊缆绳11。锚9必须足够重，以在包括风暴情况在内的所有可能的载荷条件下固定船舶。系泊允许船1的运动，以使其自身与当地海流和风对齐。电缆的角度是局部表面电流强度和风力涡轮机引起的风荷载的组合。其中船采用下风转子3。对于图1所示的垂直风力涡轮机阵列，也可以通过控制阵列中的外侧转子来产生偏航力矩，从而在两侧之间产生不同的气动力，从而产生净偏航力矩。通过改变叶片桨距或速度或两者产生不同的气动力。该附加偏航力矩可用于进一步稳定船体，使其不受表面流或瞬态情况下产生的不利偏航力矩的影响。当风向发生变化时，与陆地相比，海上发生的随机性和湍流较少，整个结构在海面上顺风运行。

Claims (8)

1.一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于：包括浮力船体、用于将所述浮力船体固定在预定位置的锚，以及从所述浮力船体向上延伸的塔架；其特征在于，所述海上风力涡轮机：附接到所述塔架的多个风力涡轮机转子，其中风力涡轮机转子中的至少两个被控制以调节其上的气动力，由此所述至少两个风力涡轮机旋翼可用于向风力机提供偏航力矩。
2.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，还包括压载重物，所述压载重物在船体浮力中心下方的位置附接到浮力船体；压载重物可相对于船体垂直移动。
3.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于，还包括控制器，所述控制器响应于船体上的垂直外力的变化而垂直移动压载重物；控制器响应于通过的波浪移动所述压载重物以及响应于潮汐的变化移动压载重物。
4.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于，包括控制器，所述控制器响应于转子上的水平气动力的变化而垂直移动压载重物，从而稳定风力涡轮机的后倾角。
5.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于：其中，每个所述风力涡轮机转子在不同高度处附接到塔架，其中每个所述风轮机转子，针对其位置处的风进行优化。
6.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于，所述风力涡轮机转子包括可变桨距叶片，并且还包括控制器，用于控制每个风力发电机转子，以优化每个所述风机转子在其位置处的风运行。
7.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于，所述发电机还包括偏航控制器，所述偏航控制器测量风力涡轮机转子的定向与风向之间的角度差，并控制至少两个风力涡轮机转子，以使风力机在减小角度差的方向上偏航。
8.根据权利要求1所述的一种搭载海上涡轮发电机的半潜式船体，其特征在于，所述至少两个风力涡轮机转子彼此处于相同高度，并且位于比风力涡轮机旋翼中的其他风力涡轮机转子更远离所述塔架的位置。
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