CN116788448A - 一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法。其中包括：风机发电系统、监测浮球、浮动平台、浮沉系统、系泊系统；风机发电系统设置在浮动平台上方，浮动平台的外部设置监测浮球，整个浮动平台通过系泊系统固定。台风气候的极端风浪荷载对海上风电场的风机设备造成了巨大的损失和破坏。本发明的目的是提供一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，通过监测浮球对周围水文环境的监测，实现在正常天气下，海上风机可以正常进行发电；在极端天气条件下，海上风电一体化结构可以快速下沉并固定到海床上，当极端天气过后，海上风电一体化结构可以迅速上浮到海面执行发电任务，确保设备安全稳定运行。

Description

一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法

技术领域

本发明涉及可再生能源技术以及海洋水上发电领域，特别涉及一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法。

背景技术

海洋蕴含着大量的清洁能源，包括风能、潮汐能、太阳能、波浪能；充分开发海上风能源，可以有效缓解全球能源紧张的局面。

目前我国已经在不少海域上建立起海上风电场。通过海上风机发电，可以有效提供电能。然而我国是个经常受到台风气候影响的国家，因此海上风电场经常受到台风气候带来的极端风浪的作用。因此，秉承避灾减灾的理念，本专利提出一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，进行科研攻关，助力海洋能源的高效开发利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，以吸力基础作为海上风电一体化结构的基础，用锚链将吸力基础与浮动平台进行连接，在浮动平台上设置风机，在浮动平台的外部设置监测浮球。通过监测浮球对周围水文环境的监测，实现在正常天气下，海上风机可以正常进行发电；在极端天气条件下，海上风电一体化结构可以下沉并固定到海床上，从而确保设备安全稳定运行。

本发明采用以下的技术方案：

一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，包括风机发电系统、监测浮球、浮动平台、浮沉系统、系泊系统；风机发电系统设置在浮动平台上方，浮动平台的外部设置监测浮球，浮动平台通过锚链连接吸力基础，整个平台通过系泊系统固定。

风机发电系统主要由叶片、轮毂、机舱、塔筒组成，整个风机固定在浮动平台上方，风机叶片以及发电机箱均进行隔水密封处理，风机发电系统需进行喷涂防腐涂层处理。

监测浮球主要包括太阳能电池、传感器、中心处理器、重心稳定结构、传输电线组成。监测浮球通过太阳能电池提供电能，传感器与中心处理器设置在浮球内，重心稳定结构保证浮球重心时刻稳定，中心处理器发送的信号通过传输电线传输至浮动平台。

浮沉系统包括卷扬机、液压杆、浮沉板组成。液压杆和浮沉板设置在平台中央的浮沉通道处。浮沉板的板帽的高度大于排水通道的高度。卷扬机按照平台的规模重量进行布置，每个卷扬机连接一根锚链，每根锚链连接吸力基础，每个卷扬机均进行机器密封处理，液压杆、浮沉板均采用钢材质，并进行喷涂防腐涂层处理。

浮动平台主要包括浮沉通道、排水通道、底部裙式吸力结构。液压杆推拉浮沉板的过程主要在浮沉通道中进行。排水通道设置在浮动平台的内部，海水的涌入和排出均通过排水通道实现。底部裙式吸力结构设置在浮动平台的底部。浮动平台锚固在海床的过程通过底部裙式吸力结构实现，浮沉通道、排水通道、底部裙式吸力结构均需进行喷涂防腐涂层处理。

系泊系统，其中包括锚链，吸力基础。系泊系统设置在浮动平台的底部，吸力基础的数量按照平台的规模重量进行布置。系泊系统采用直上直下的形式。吸力基础采用钢材质，每个吸力基础设置一条锚链，锚链一端连接吸力基础，一端连接卷扬机。吸力基础通过自重贯入和压力贯入，使得吸力基础下沉到预定位置，使基础贯入至海床设计深度。

本发明一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法的优点在于：

本发明在实现风能高效发电的同时，还可以利用监测浮球的监控作用做到及时避灾避浪，提高发电装置的安全性。浮动平台的浮沉通道与排水通道，使得海水可以顺畅地在浮动平台中涌入与排出，顺利实现平台的下沉与浮起的过程。浮动平台底部的裙式吸力结构，可以保证发电装置固定在海床上方，抵抗海中暗流的冲击作用。浮动平台内部设置的液压杆、浮沉推板、卷扬机，可以帮助浮动平台在遭遇极端天气时迅速地进行避灾避浪，同时，当监测到海面情况适宜时，浮沉系统通过排水，促进浮动平台的注水拔出海床，配合卷扬机释放锚链，实现浮动平台的快速浮起。系泊系统通过采用钢材质的吸力基础，在实现平台稳定的基础上，可以减少装置的制造费用。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是本发明整体外观结构布置示意图

图2是本发明整体外观结构正视图

图3是本发明浮动平台的细部示意图。

图4是本发明的浮沉系统的细部示意图

图5是本发明的浮动平台与浮沉系统的布置示意图

图6是本发明的浮动平台底部的布置构造图

图7是本发明的监测浮球的布置构造图

图8是本发明的系泊系统的布置示意图

图中：1为风机发电系统，2为浮动平台，3为监测浮球，4为浮沉系统，5为系泊系统；2-1为中心浮沉道，2-2为浮动平台外壳，2-3为排水通道，2-4为平台底部裙式吸力结构；3-1为太阳能电池，3-2为中心处理器，3-3为传感器，3-4为重心稳定结构；4-1为液压推杆，4-2为浮沉挡板，4-3为排水口，4-4为卷扬机；5-1为锚链，5-1为吸力基础。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和2所示，一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法。其中包括：风机发电系统、浮动平台、监测浮球、浮沉系统、系泊系统；风机发电系统置于浮动平台上，浮动平台的外围部置监测浮球，浮沉系统安装在浮动平台内，系泊系统由锚链和吸力基础组成，整个平台通过系泊系统固定。

在本实施例中，所述风机发电系统主要由叶片、轮毂、机舱、塔筒组成。风机叶片采用三浆叶叶片配置方案，可以最大程度地提升叶片的长度，叶片长度可超过百米。风机发电机箱采用隔水密封处理，保证发电机箱不受海水灌入的影响。

在本实施例中，所述浮动平台主要由中心浮沉道、浮动平台外壳、排水通道、平台底部裙式吸力结构组成。中心浮沉道用于设置液压推杆及浮沉板，浮动平台外壳采用钢材料，排水通道通过结合排水口，实现海水进排水，辅助平台浮沉效果。平台底部裙式吸力结构主要由主桶结构以及裙结构组成，当平台下沉至海床上方时，通过主桶结构和裙结构将浮动平台锚固在海床上，可以有效抵抗极端天气时，海底暗流对平台的冲击作用。

在本实施例中，所述监测浮球通过尼龙绳连接浮动平台。监测浮球的电线藏于尼龙绳中。监测浮球中的感应器包括浪感应器以及风感应器。通过时刻监测周围水文环境，遇到极端天气时，及时输送电信号给浮动平台，协助浮动平台执行浮沉任务。通过监测浮球的精准监测，实现在多变的海上气候下可以通过数据的精确监控保证发电设备在海上环境的安全性。

在本实施例中，所述的系泊系统包括：系泊位置，锚链，吸力基础。系泊位置根据平台大小决定布置的数目，每个系泊位置上设置锚链以及吸力基础。吸力基础通过自重沉贯和吸力沉贯，将基础下沉到预定位置，使得基础贯入至海床上。

在本实施案例中，所述一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法的下沉过程具体为：首先浮沉过程由两部分执行，卷扬机对锚链的收放，液压杆对浮沉板的推拉。当浮沉监测浮球监测到周围环境风浪过大，发送信号给浮动平台。浮动平台中的浮动系统开始执行下沉任务，全部的卷扬机同时收缩锚链，平台被拉动，并开始下沉。同时，液压杆上拉浮沉板，海水从排水口涌入，平台重力越发大于浮力，辅助加快平台的下沉。直到平台底部裙式吸力结构贯入至海床指定深度，平台下沉任务完成。

在本实施案例中，所述一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法的上浮过程具体为：首先漂浮在海面上的监测浮球感应到风浪条件满足平台上浮要求，发送信号给浮动平台。浮动平台中的浮沉系统开始执行上浮任务。平台中的全部卷扬机释放锚链，平台解除固定限制。液压杆推动浮沉板，海水从排水口排出并冲击海床土体，平台底部裙式吸力结构开始向上拔出，平台开始上浮。直到风机完全浮至海平面，平台上浮任务完成。

在本实施案例中，所述一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法的安装过程具体为：将叶片、轮毂、机舱、塔筒、浮动平台、锚链、吸力基础等运送到装配工厂或者装配码头，并进行海上风电一体化结构的安装：首先将叶片、轮毂、机舱、塔筒组装完成，并固定在浮动平台上方，将液压杆、浮沉板、卷扬机依次在浮动平台内部进行安装；安装卷扬机后，依次从卷扬机端铺设出锚链，连接外部的吸力基础；用安装船将组装完成的一体化结构运送到指定的海域，通过安装船将海上风电一体化结构的吸力基础同时进行沉放，保证沉放过程中基础在水中垂直度。基础海床接触后，进行吸力沉贯，直至沉贯至海床设计深度，对吸力基础进行密封处理后，一体化安装完成。整个施工过程耗时短，所需施工成本低，简单快捷。

上列较佳实施案例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (11)

1.一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法；其中包括：风机发电系统、监测浮球、浮动平台、浮沉系统、系泊系统；风机发电系统设置在浮动平台上方，浮动平台的外部设置监测浮球，浮动平台通过锚链连接吸力基础，整个海上风电一体化结构通过系泊系统固定。

2.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的风机发电系统主要由叶片、轮毂、机舱、塔筒组成，整个风机固定在浮动平台上方，风机叶片以及发电机箱均进行机械密封处理，风机发电系统需进行喷涂防腐涂层处理。

3.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的监测浮球主要包括太阳能电池、传感器、中心处理器、重心稳定结构、传输电线组成，太阳能电池置于浮球顶端，传感器和中心处理器固定在球体内部，整个监测浮球使用机械密封处理。

4.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的浮动平台主要包括浮沉通道、排水通道、底部裙式吸力结构；浮沉通道设置在浮动平台的中央，并在底部设置排水通道；每个排水通道的底部连接排水口，浮沉通道的大小以及排水通道设置的数目根据浮动平台的规模大小决定；底部裙式吸力结构的主桶结构以及裙结构的高度根据装置所在指定海域的海床情况决定，浮动平台需进行喷涂防腐涂层处理。

5.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的浮沉系统包括卷扬机、液压杆、浮沉板组成；根据浮动平台的重量与规模，决定设置的卷扬机和液压杆的数量；卷扬机经过机械密封处理，浮沉系统需进行喷涂防腐涂层处理。

6.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的系泊系统，其中包括系泊位置、锚链、吸力基础；系泊系统采用直上直下的布置方式，根据浮动平台的规模设置相应的系泊位置；吸力基础通过自重贯入和压力贯入，使基础下沉到预定位置，将吸力基础贯入至海床设计深度。

7.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的安装方法具体为：将叶片、轮毂、机舱、塔筒、浮动平台、锚链、吸力基础等运送到装配工厂或者装配码头，并进行海上风电一体化结构的安装：首先将叶片、轮毂、机舱、塔筒组装完成，并固定在浮动平台上方，将液压杆、浮沉板、卷扬机依次在浮动平台内部进行安装；安装卷扬机后，依次从卷扬机端铺设出锚链，连接外部的吸力基础；用安装船将组装完成的一体化结构运送到指定的海域，通过安装船将海上风电一体化结构的吸力基础同时进行沉放，保证沉放过程中基础在水中垂直度；基础海床接触后，进行吸力沉贯，直至沉贯至海床设计深度，对吸力基础进行密封处理后，一体化安装完成。

8.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的上浮过程具体为：首先漂浮在海面上的监测浮球感应到风浪条件满足平台上浮要求，发送信号给浮动平台；浮动平台中的浮沉系统开始执行上浮任务；平台中的全部卷扬机释放锚链，平台解除固定限制；液压杆推动浮沉板，海水从排水口排出并冲击海床土体，平台底部裙式吸力结构开始向上拔出，平台开始上浮，直到风机完全浮至海平面，平台上浮任务完成。

9.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的下沉过程具体为：首先浮沉过程由两部分执行，卷扬机对锚链的收放，液压杆对浮沉板的推拉；当浮沉监测浮球监测到周围环境风浪过大，发送信号给浮动平台；

浮动平台中的浮动系统开始执行下沉任务，全部的卷扬机同时收缩锚链，平台被拉动，并开始下沉；同时，液压杆上拉浮沉板，海水从排水口涌入，平台重力越发大于浮力，辅助加快平台的下沉；直到平台底部裙式吸力结构贯入至海床指定深度，平台下沉任务完成。

10.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的避灾特征主要为发电装置遇到极端天气条件，海上风电一体化结构可以迅速下沉并固定海床上，保证设备安全稳定运行。

11.根据权利要求1所述的一种主动避灾浮沉式海上风电一体化结构及安装方法，所述的其他特征还包括自发性注水拔出，迅速浮沉的效果，并缩短海上风电一体化结构应对极端风浪的反应时间。