CN116588269A - 一种过渡水深浮式风电平台以及系泊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过渡水深海上浮式风电平台以及系泊系统，过渡水深海上浮式风电平台包括从下到上依次连接设置的至少两个浮箱结构、塔筒结构以及风机组件，相邻所述浮箱结构通过斜撑结构连接，所述塔筒结构设置在所述浮箱结构、所述斜撑结构中的至少一个。浮箱结构与斜撑结构可选择在不同的场地进行建造，然后在码头进行统一组装，最后下水与上部风电机组进行组装，这样可以大幅缩减建造周期，节约成本，其中，采用浮箱结构可以部分位于水面以下也可以全部位于水面以下，吃水深度需要根据稳性和环境参数综合确定，可以适应不同的水深度，提高风电平台的适应性。

Description

一种过渡水深浮式风电平台以及系泊系统

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，涉及一种过渡水深海上浮式风电平台以及系泊系统。

背景技术

深远海风能资源相比于近海更加丰富，但是随着水深不断增加，海上固定式风电成本迅速增加，而浮式风电装备在一定条件下具有很强的适用性。浮式风电机组与固定式海上机组相比相差不大，而主要区别在于浮式风电平台，而这也是浮式风电成本占比较高的结构。

近年来国内外多家研究机构和单位提出了各种型式的浮式风电方案，其中以Hywind单立柱式风电基础、Principle的半潜式Windfloat基础、Ideol的驳船式基础和SBM的张力腿式最具有代表性，技术成熟度也最高。

但是目前外国公开的浮式风电方案的使用成本较高，需要一种低成本的成本的海上浮式风电平台，使得可以与固定式风电基础竞争，同时可以适用于我国海域过渡水深的情况，提高产品的适应性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种过渡水深海上浮式风电平台以及系泊系统，结构简单，成本可以与固定式风电基础相比具有竞争力，同时可以适用于我国海域过渡水深，降低海上风力发电成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种过渡水深海上浮式风电平台，包括从下到上依次连接设置的至少两个浮箱结构、塔筒结构以及风机组件，相邻所述浮箱结构通过斜撑结构连接，所述塔筒结构设置在所述浮箱结构、所述斜撑结构中的至少一个。

其中，还包括设置在所述斜撑结构的中央立柱，所述塔筒结构通过所述中央立柱与所述斜撑结构连接。

其中，所述浮箱结构为船形浮箱结构、圆形浮箱结构、菱形浮箱结构或者矩形浮箱结构。

其中，所述浮箱结构为混凝土浮箱结构或不锈钢浮箱结构。

其中，所述浮箱结构包多个密闭舱室以及设置向相邻所述密闭舱室的人行通道，所述密闭舱室内设置有机电设备。

其中，所述斜撑结构的构型为米字型、日字型或X型。

其中，还包括过渡段结构，所述塔筒结构通过所述过渡段结构与所述浮箱结构连接。

其中，所述过渡段结构为固定在所述浮箱结构的钢制圆筒或设置在所述浮箱结构的预制结构。

其中，还包括设置在所述斜撑结构的转塔结构，所述塔筒结构与所述转塔结构的转动部连接。

除此之外、本申请的实施例还提供一种系泊系统，包括系泊装置和锚固系装置，所述锚固系装置通过所述系泊装置与如上过渡水深海上浮式风电平台的浮箱结构、斜撑结构或转塔结构的固定部连接，所述系泊装置为张紧式系泊装置或者悬链线式系泊装置，所述系泊装置的系泊部件为锚链，钢丝绳或者聚酯缆，所述锚固系装置为吸力筒基础锚固系装置、桩基础锚固系装置、重力式基础锚固系装置或者拖曳锚固装置。

相比于现有技术介绍内容，上述过渡水深海上浮式风电平台以及系泊系统具有以下优点：

所述过渡水深海上浮式风电平台以及系泊系统，过渡水深海上浮式风电平台包括从下到上依次连接设置的至少两个浮箱结构、塔筒结构以及风机组件，相邻所述浮箱结构通过斜撑结构连接，所述塔筒结构设置在所述浮箱结构、所述斜撑结构中的至少一个。浮箱结构与斜撑结构可选择在不同的场地进行建造，然后在码头进行统一组装，最后下水与上部风电机组进行组装，这样可以大幅缩减建造周期，节约成本，其中，采用浮箱结构可以部分位于水面以下也可以全部位于水面以下，吃水深度需要根据稳性和环境参数综合确定，可以适应不同的水深度，提高风电平台的适应性。

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为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第二实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第三实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第四实施例的结构示意图；

图5为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第五实施例的结构示意图；

其中，浮箱结构-1，塔筒结构-2，风机组件-3，斜撑结构-4，系泊装置-5，锚固装置-6，中央立柱-7，转塔结构-8。

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1-5；图1为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第一实施例的结构示意图；图2为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第二实施例的结构示意图；图3为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第三实施例的结构示意图；图4为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第四实施例的结构示意图；图5为本发明提供的过渡水深海上浮式风电平台的第五实施例的结构示意图。

本发明的一个具体实施方式中，所述过渡水深海上浮式风电平台，包括从下到上依次连接设置的至少两个浮箱结构1、塔筒结构2以及风机组件3，相邻所述浮箱结构1通过斜撑结构4连接，所述塔筒结构2设置在所述浮箱结构1、所述斜撑结构4的至少一个。

浮箱结构1与斜撑结构4可选择在不同的场地进行建造，然后在码头进行统一组装，最后下水与上部风电机组进行组装，这样可以大幅缩减建造周期，节约成本，其中，采用浮箱结构1可以部分位于水面以下也可以全部位于水面以下，吃水深度需要根据稳性和环境参数综合确定，可以适应不同的水深度，提高风电平台的适应性。

更进一步，本申请中的风电机组可以安装在浮箱结构1，也可以安装在所述斜撑结构4，但是由于在斜撑结构4直接进行安装会较为复杂，为了提高安装的方便性，同时也实现将风电机组安装在不同的高度，在一个实施例中，所述过渡水深海上浮式风电平台还包括设置在所述斜撑结构4的中央立柱7，所述塔筒结构2通过所述中央立柱7与所述斜撑结构4连接。

本申请中塔筒结构2通过所述中央立柱7与所述斜撑结构4连接，中央立柱7可以为圆形、方形或矩形，尺寸根据结构强度、总布置和环境条件综合确定。

本申请对于浮箱结构1的数量、结构和尺寸不做限定，所述浮箱结构1为船形浮箱结构1、圆形浮箱结构1、菱形浮箱结构1或者矩形浮箱结构1，或者其它形状的浮箱结构1。

本申请对于浮箱结构1的材质不做限定，所述浮箱结构1为混凝土浮箱结构1或不锈钢浮箱结构1，或者其它材质的浮箱结构1。

本申请对于浮箱结构1的结构不做限定，而为了提高设备的放置以及检修，在一个实施例中，所述浮箱结构1包多个密闭舱室以及设置向相邻所述密闭舱室的人行通道，所述密闭舱室内设置有机电设备。

通过设置密闭舱室，并在之间设置人行通道，可以方便工作人员进行设备的放取，同时还可以放置机电设备，还可以通过在密闭舱室放置或者不放置，实现对于整个平台的升降，实现对于不同深度的海洋进行风电机组的安装配置。

本申请中由于需要在海洋进行风电机组的安装，容易被分离催动，使得其位置不固定，而移动范围不确定，导致发电不稳定，维持需要对此位置进行一定的固定。

为了进一步降低成本，减少风电机组的偏航装置的使用，降低风电机组的使用成本，在一个实施例中，所述过渡水深海上浮式风电平台包括设置在所述斜撑结构4的转塔结构8，所述塔筒结构2与所述转塔结构8的转动部连接，所述系泊装置5与所述转塔结构8的固定部连接。

通过转塔结构8，塔筒结构2与所述转塔结构8的转动部连接，使得风电机组随着风力方向的转变为转变，自动进行转向，使得不需要采用偏航装置，同时所述系泊装置5与所述转塔结构8的固定部连接没使得底部进行固定，保证转动的稳定性。

本申请中通过斜撑结构4，实现对于多个浮箱结构1的连接，本申请对于其尺寸以及构型不做限定，所述斜撑结构4的构型为米字型、日字型或X型，或者其它构型，或者多个构型的组合等。

本申请中由于在塔筒结构2与浮箱结构1连接过程中，会出现连接较为复杂的情况，为了解决该技术问题，在一个实施例中，所述过渡水深海上浮式风电平台还包括过渡段结构，所述塔筒结构2通过所述过渡段结构与所述浮箱结构1连接。

通过过渡段结构，实现将所述塔筒结构2与所述浮箱结构1连接，降低连接难度。

本申请中对于过渡段结构的类型不做限定，所述过渡段结构为固定在所述浮箱结构1的钢制圆筒或设置在所述浮箱结构1的预制结构，或者其它结构的过渡段结构。

除此之外、本申请的实施例还提供一种系泊系统，包括系泊装置和锚固系装置，所述浮箱结构1或所述斜撑结构4通过所述系泊装置5与所述锚固系装置连接，所述系泊装置5为张紧式系泊装置5或者悬链线式系泊装置5，所述系泊装置5的系泊部件为锚链，钢丝绳或者聚酯缆，所述锚固系装置为吸力筒基础锚固系装置、桩基础锚固系装置、重力式基础锚固系装置或者拖曳锚固装置6。

本申请对于系泊装置5的结构以及系泊部件的类型、数量不做限定，对于锚固系装置的类型不做限定。

一个实施例中，所述过渡水深海上浮式风电平台，适用于过渡水深，主要由2个或3个混凝土浮箱，中央立柱7、斜撑结构4、系泊装置5以及锚固装置6组成。

当水深介于浅水和深水之间(过渡水深)时，图1主要由2个船形混凝土浮箱和中间连接混凝土浮箱构成。图2主要由2个船形混凝土浮箱，中央立柱7，斜撑结构4以及转塔结构8构成。风电机组位于中间混凝土浮箱或者中央立柱7之上，不同的设计方案可以选择不同的系泊方案，也可以采用相同的系泊方案。

图1的混凝土浮箱可以部分位于水面以下也可以全部位于水面以下，吃水深度需要根据稳性和环境参数综合确定。水深较浅时可以部分位于水面以上，水深足够时可以全部位于水面以下。混凝土浮箱可以设计为圆形、船形、菱形或者矩形等，具体根据波浪载荷，结构强度和总体性能确定。

混凝土浮箱外部采用钢筋混凝土结构，内部设置有多个密闭舱室，可放置相关机电设备，中间设有人行通道。浮箱截面尺寸和跨距根据排水量、稳性和强度综合确定。中间混凝土浮箱与塔筒采用过渡段结构连接，即钢制圆筒嵌固在混凝土中，也可以采用预制结构，即混凝土与刚筒机械连接。采用混凝土浮箱，整体结构重心较低，提高基础整体稳性。

图2混凝土浮箱与图1类似，区别在于中间混凝土浮箱采用中央立柱7。中央立柱7作为塔筒与基础主要连接结构，周围设置斜撑结构4，斜撑连接于中央立柱7和混凝土浮箱之间。中央立柱7可以为圆形、方形或矩形，尺寸根据结构强度，总布置和环境条件综合确定。中央立柱7通过斜撑结构4与混凝土浮箱连接，斜撑的构型可以为“米”字型，“日”型，“X”型，斜撑圆管的尺寸根据结构强度综合确定。中央立柱7和斜撑可以采用钢制圆管或者型钢材料。

图1的系泊装置5可以采用张紧式系泊或者悬链线式系泊，系泊材料可以采用锚链，钢丝绳或者聚酯缆，具体设计方案根据环境条件，总体性能等综合确定。锚链根数根据设计要求，设计为4根或8根等。锚固装置6根据地质条件可以选择吸力筒基础，桩基础、重力式基础和拖曳锚。

图2可以采用转塔式系泊或者分散式系泊。如采用转塔式系泊，转塔结构8与中央立柱7相连，系泊装置5连接转塔结构8之上。如采用转塔系泊方式，则整个浮式基础可以围绕转塔旋转，在不同的环境条件下可以寻找最小受载状态，此时风机可以取消偏航系统，从而减少机组成本。如采用分散式系泊，则设计与基础方案对应的图1类似，如图3所示。

而塔筒结构2和上部风机组件根据具体项目需求进行选择和定制化设计即可。根据项目需求和环境条件，浮式基础还可以同时塔载两台风电机组，两台机组分别位于一个混凝土浮箱之上，两个机组交叉布置，从而避免尾流影响。当选择转塔系泊方案时，机组可以省去偏航系统；当采用分散系泊时，则机组带有偏航系统，如图4和图5。

混凝土浮箱、中心立柱与斜撑可选择在不同的场地进行建造，然后在码头进行统一组装，最后下水与上部机组进行组装，这样可以大幅缩减建造周期，节约成本。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

上述技术方案具有以下的效果：

基础整体重心更低，稳性更好，可以适用我国海域过渡水深，同时大幅度降低基础钢结构用量，缩短基础建造周期，从而降低基础成本，并有效避开传统浮式风电平台专利限制，掌握自主浮式风电平台设计能力，使得深远海浮式风电装备商业化可行性大大提高。

综上所述，本申请实施例提供的所述过渡水深海上浮式风电平台，浮箱结构与斜撑结构可选择在不同的场地进行建造，然后在码头进行统一组装，最后下水与上部风电机组进行组装，这样可以大幅缩减建造周期，节约成本，其中，采用浮箱结构可以部分位于水面以下也可以全部位于水面以下，吃水深度需要根据稳性和环境参数综合确定，可以适应不同的水深度，提高风电平台的适应性。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

应当理解，本申请中如若使用了“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”，仅是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请中如若使用了流程图，则该流程图是用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，包括从下到上依次连接设置的至少两个浮箱结构、塔筒结构以及风机组件，相邻所述浮箱结构通过斜撑结构连接，所述塔筒结构设置在所述浮箱结构、所述斜撑结构中的至少一个。

2.如权利要求1所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，还包括设置在所述斜撑结构的中央立柱，所述塔筒结构通过所述中央立柱与所述斜撑结构连接。

3.如权利要求2所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，所述浮箱结构为船形浮箱结构、圆形浮箱结构、菱形浮箱结构或者矩形浮箱结构。

4.如权利要求3所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，所述浮箱结构为混凝土浮箱结构或不锈钢浮箱结构。

5.如权利要求4所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，所述浮箱结构包多个密闭舱室以及设置向相邻所述密闭舱室的人行通道，所述密闭舱室内设置有机电设备。

6.如权利要求1所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，所述斜撑结构的构型为米字型、日字型或X型。

7.如权利要求1所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，还包括过渡段结构，所述塔筒结构通过所述过渡段结构与所述浮箱结构连接。

8.如权利要求7所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，所述过渡段结构为固定在所述浮箱结构的钢制圆筒或设置在所述浮箱结构的预制结构。

9.如权利要求1所述过渡水深海上浮式风电平台，其特征在于，还包括设置在所述斜撑结构的转塔结构，所述塔筒结构与所述转塔结构的转动部连接。

10.一种系泊系统，其特征在于，包括系泊装置和锚固系装置，所述锚固系装置通过所述系泊装置与如权利要求1-9任意一项所述过渡水深海上浮式风电平台的浮箱结构、斜撑结构或转塔结构的固定部连接，所述系泊装置为张紧式系泊装置或者悬链线式系泊装置，所述系泊装置的系泊部件为锚链，钢丝绳或者聚酯缆，所述锚固系装置为吸力筒基础锚固系装置、桩基础锚固系装置、重力式基础锚固系装置或者拖曳锚固装置。