CN116022295A - 一种漂浮式基础和海上风电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漂浮式基础和海上风电系统。漂浮式基础包括中央浮式立柱；多层级支撑结构，多层级支撑结构包括N层浮式支杆，N层浮式支杆沿中央浮式立柱的轴向自上而下依次设置，且在中央浮式立柱的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，第一层的浮式支杆倾斜设置于中央浮式立柱的外壁，第M层的浮式支杆倾斜设置在与其相邻的上一层的浮式立柱的末端，其中，N≥2，M≥2；以及多个浮筒，设置于第N层的浮式支杆的下方，每一个位于第N层的浮式支杆均连接一个浮筒。上述多层级支撑结构和中央浮式立柱形成了层级“树根状”结构，同时该漂浮式基础将浮筒所需浮力化整为零，提高了该漂浮式基础的稳定性，提升了海上风电系统的稳定性。

Description

一种漂浮式基础和海上风电系统

技术领域

本发明涉及漂浮式基础技术领域，尤其涉及一种漂浮式基础和海上风电系统。

背景技术

目前，国内漂浮式风电系统大都采用半潜式基础，传统的半潜式基础一般设置3-4个浮式立柱，由于各个浮式立柱的水密性无法保证，导致半潜式基础在使用过程中经常发生整体倾斜现象，使得半潜式基础稳定性降低，整个海上风电系统的稳定性受到影响。

因此，如何提升漂浮式风电系统的稳定性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种漂浮式基础，以提升海上风电系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种漂浮式基础，包括：

中央浮式立柱；

多层级支撑结构，所述多层级支撑结构包括N层浮式支杆，N层浮式支杆沿所述中央浮式立柱的轴向自上而下依次设置，且在所述中央浮式立柱的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，第一层的浮式支杆倾斜设置于所述中央浮式立柱的外壁，第M层的浮式支杆倾斜设置在与其相邻的上一层的浮式立柱的末端，其中，N≥2，M≥2；以及

多个浮筒，设置于第N层的浮式支杆的下方，每一个位于第N层的浮式支杆均连接一个所述浮筒。

可选地，在上述漂浮式基础中，所述多层级支撑结构包括两层浮式支杆，分别为第一层浮式支杆和第二层浮式支杆；

其中，所述第一层浮式支杆包括四个第一支杆，所述第二层浮式支杆包括十六个第二支杆，每个所述第一支杆的末端连接四个所述第二支杆。

可选地，在上述漂浮式基础中，各个所述浮筒相互独立密封。

可选地，在上述漂浮式基础中，所述浮筒的实际数量大于等于最少浮筒数量的110％；或者，所述浮筒的实际数量至少比最少浮筒数量多四个。

可选地，在上述漂浮式基础中，所述浮式支杆采用中空密封钢制管材制造。

可选地，在上述漂浮式基础中，所述浮式支杆在垂直于其轴向的平面内的截面为圆形、椭圆形或者超椭圆形。

可选地，在上述漂浮式基础中，所述漂浮式基础还包括系泊缆和动态海缆，所述系泊缆与第N层的浮式支杆连接，所述动态海缆与所述中央浮式立柱连接。

可选地，在上述漂浮式基础中，所述中央浮式立柱的顶部设置运维平台。

一种海上风电系统，包括浮式风机和如上所述的漂浮式基础。

可选地，在上述海上风电系统中，所述漂浮式基础上设置有塔架，所述浮式风机设置在所述塔架上。

使用本发明所提供的漂浮式基础时，由于多层级支撑结构包括N层浮式支杆，N层浮式支杆沿中央浮式立柱的轴向自上而下依次设置，且在中央浮式立柱的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，第一层的浮式支杆倾斜设置于中央浮式立柱的外壁，第M层的浮式支杆倾斜设置在与其相邻的上一层的浮式立柱的末端，因此，多层级支撑结构和中央浮式立柱形成了层级“树根状”结构，将多个浮筒设置在第N层的浮式支杆的下方，亦即将浮筒设置在多层级支撑结构的下方，通过浮筒的浮力支撑海上风电系统，由于在中央浮式立柱的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，每一个位于第N层的浮式支杆均连接一个浮筒，也就是说层级越多，浮筒数量越多，该漂浮式基础将浮筒所需浮力化整为零，当多个浮筒中的其中一个或者几个发生破损时，对整个漂浮式基础的稳定性影响较小，减少了半潜式基础在使用过程中所发生的倾斜现象，提高了该漂浮式基础的稳定性，使得海上风电系统的稳定性得到提升。

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为本发明实施例所提供的一种海上风电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种漂浮式基础的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种漂浮式基础的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种漂浮式基础的侧面结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种浮式支杆的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种浮式支杆的截面形状示意图。

其中，100为中央浮式立柱，200为多层级支撑结构，201为第一层浮式支杆，202为第二层浮式支杆，300为浮筒，400为系泊缆，500为动态海缆，600为塔架，700为浮式风机。

具体实施方式

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种漂浮式基础，以提升海上风电系统的稳定性。

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。

如图1至图6所示，本发明实施例公开了一种漂浮式基础，包括中央浮式立柱100、多层级支撑结构200和多个浮筒300。

其中，多层级支撑结构200包括N层浮式支杆，N层浮式支杆沿中央浮式立柱100的轴向自上而下依次设置，且在中央浮式立柱100的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，第一层的浮式支杆倾斜设置于中央浮式立柱100的外壁，第M层的浮式支杆倾斜设置在与其相邻的上一层的浮式立柱的末端，其中，N≥2，M≥2；多个浮筒300设置于第N层的浮式支杆的下方，每一个位于第N层的浮式支杆均连接一个浮筒300。

使用本发明所提供的漂浮式基础时，由于多层级支撑结构200包括N层浮式支杆，N层浮式支杆沿中央浮式立柱100的轴向自上而下依次设置，且在中央浮式立柱100的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，第一层的浮式支杆倾斜设置于中央浮式立柱100的外壁，第M层的浮式支杆倾斜设置在与其相邻的上一层的浮式立柱的末端，因此，多层级支撑结构200和中央浮式立柱100形成了层级“树根状”结构，将多个浮筒300设置在第N层的浮式支杆的下方，亦即将浮筒300设置在多层级支撑结构200的下方，通过浮筒300的浮力支撑海上风电系统，由于在中央浮式立柱100的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，每一个位于第N层的浮式支杆均连接一个浮筒300，也就是说层级越多，浮筒300数量越多，该漂浮式基础将浮筒300所需浮力化整为零，当多个浮筒300中的其中一个或者几个发生破损时，对整个漂浮式基础的稳定性影响较小，减少了半潜式基础在使用过程中所发生的倾斜现象，提高了该漂浮式基础的稳定性，使得海上风电系统的稳定性得到提升。

需要说明的是，浮式立柱的首端和末端是浮式立柱的两个相对端，浮式立柱的末端指在中央浮式立柱100的轴向上，位于浮式立柱的底部的一端，浮式立柱的首端指在中央浮式立柱100的轴向上，位于浮式立柱的顶部的一端。

另外，本发明对上述浮式支杆的层数，也就是N的具体值不作限定，实际应用中，可以根据实际需求适应性增减浮式支杆的层数，只要是能够满足使用要求的设置层数均属于本发明保护范围内；可选地，本发明一具体实施例中，多层级支撑结构200包括两层浮式支杆，分别为第一层浮式支杆201和第二层浮式支杆202。

具体地，如图2至图4所示，第一层浮式支杆201包括四个第一支杆，四个第一支杆环绕设置在中央浮式立柱100的外圆周，且第一支杆倾斜于中央浮式立柱100设置，以使得四个第一支杆的末端呈张开状，便于在第一支杆的末端连接第二层浮式支杆202；第二层浮式支杆202包括十六个第二支杆，每个第一支杆的末端连接四个第二支杆，第二支杆与其对应的第一支杆倾斜设置，以使得多个第二支杆的末端呈张开状，便于在第二支杆的末端连接浮筒300。

应当理解，上述各层浮式支杆能够但不仅限于倾斜于中央浮式立柱100设置，实际应用中，还可以将N层浮式支杆中的一层或者多层垂直于中央浮式立柱100设置，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本发明保护范围内。

进一步地，上述各个浮筒300相互独立密封，以使得多个浮筒300中的一个或者多个因制造和施工过程中的操作问题而无法保证水密性时，其余浮筒300不会受到影响，减小对整个漂浮式基础的稳定性的影响，进一步提高该漂浮式基础的稳定性。

本发明所设计的浮筒300的实际数量大于等于最少浮筒300数量的110％；或者，浮筒300的实际数量至少比最少浮筒300数量多四个，以使浮筒300的实际数量具有冗余度，其中一个或者多个浮筒300发生损坏对该漂浮式基础影响较小，提高该漂浮式基础的可靠性。

上述“最少浮筒300数量”指该漂浮式基础正常工作时所需要的浮筒300数量，“浮筒300的实际数量”指留有冗余度后的浮筒300设计数量，亦即具体施工时需要安装的浮筒300数量。

另外，上述各层浮式支杆可以采用圆钢、方钢或者扁钢等类型材质制造而成，只要是能够满足该漂浮式基础的力学性能要求的材质均属于本发明保护范围内；可选地，本发明实施例所提供的浮式支杆采用中空密封钢制管材制造，以使得各层浮式支杆也可以提供浮力，同时减少该漂浮式基础的材料用量，降低成本。

并且，上述浮式支杆在垂直于其轴向的平面内的截面可以是圆形、椭圆形或者超椭圆形等形状，只要是能够满足使用要求的形状均属于本发明保护范围内；同时，本发明对上述浮式支杆的长度和截面尺寸等参数不作具体限定，只要是能够满足使用要求的设置参数均属于本发明保护范围内。

可选地，在上述浮式支杆在垂直于其轴向的平面内的截面为椭圆形或者超椭圆形时，椭圆形或者超椭圆形的长轴平行于中央浮式立柱100轴向设置，以增加该漂浮式基础的竖向刚度。

更进一步地，该漂浮式基础还包括系泊缆400和动态海缆500，系泊缆400与第N层的浮式支杆连接，以通过系泊缆400将该漂浮式基础固定在海床上；动态海缆500与中央浮式立柱100连接，以使动态海缆500作为浮式风机700与静态海底电缆间的连接设备，实现近远海风能资源开发。

另外，上述中央浮式立柱100的顶部设置运维平台，以便于工作人员登靠与运维。

此外，本发明还公开了一种海上风电系统，包括浮式风机700和如上所述的漂浮式基础，因此兼具了上述漂浮式基础的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。

进一步地，上述海上风电系统中，漂浮式基础的中央浮式立柱100顶部连接有塔架600，浮式风机700设置在塔架600上，以通过塔架600支撑浮式风机700，使浮式风机700通过捕获风能进行发电。

需要说明的是，上述塔架600与中央浮式立柱100的直径可以相同，也可以不同，本发明对中央浮式立柱100的直径和塔架600的直径不作具体限定，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本发明保护范围内；优选地，中央浮式立柱100的直径大于塔架600直径，使上述漂浮式基础形成标准化结构，适配不同直径塔架600和不同容量的浮式风机700。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种漂浮式基础，其特征在于，包括：

中央浮式立柱；

多层级支撑结构，所述多层级支撑结构包括N层浮式支杆，N层浮式支杆沿所述中央浮式立柱的轴向自上而下依次设置，且在所述中央浮式立柱的轴向上，各层浮式支杆的数量自上而下依次递增，第一层的浮式支杆倾斜设置于所述中央浮式立柱的外壁，第M层的浮式支杆倾斜设置在与其相邻的上一层的浮式立柱的末端，其中，N≥2，M≥2；以及

多个浮筒，设置于第N层的浮式支杆的下方，每一个位于第N层的浮式支杆均连接一个所述浮筒。

2.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，所述多层级支撑结构包括两层浮式支杆，分别为第一层浮式支杆和第二层浮式支杆；

其中，所述第一层浮式支杆包括四个第一支杆，所述第二层浮式支杆包括十六个第二支杆，每个所述第一支杆的末端连接四个所述第二支杆。

3.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，各个所述浮筒相互独立密封。

4.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，所述浮筒的实际数量大于等于最少浮筒数量的110％；或者，所述浮筒的实际数量至少比最少浮筒数量多四个。

5.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，所述浮式支杆采用中空密封钢制管材制造。

6.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，所述浮式支杆在垂直于其轴向的平面内的截面为圆形、椭圆形或者超椭圆形。

7.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，所述漂浮式基础还包括系泊缆和动态海缆，所述系泊缆与第N层的浮式支杆连接，所述动态海缆与所述中央浮式立柱连接。

8.根据权利要求1所述的漂浮式基础，其特征在于，所述中央浮式立柱的顶部设置运维平台。

9.一种海上风电系统，其特征在于，包括浮式风机和如权利要求1至8任意一项所述的漂浮式基础。

10.根据权利要求9所述的海上风电系统，其特征在于，所述漂浮式基础上设置有塔架，所述浮式风机设置在所述塔架上。

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