CN117128137B - 一种高空风电场及其平面布置方法 - Google Patents

一种高空风电场及其平面布置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高空风电技术领域，特别涉及一种高空风电场及其平面布置方法。本发明实施例提供了一种所述平面布置方法包括：根据所述做功伞张开状态下的半径、所述平衡伞张开状态下的半径、连接长度确定第一安全距离、第二安全距离和第三安全距离；根据所述第一安全距离确定所述高空风电场在预设场址中的位置；根据所述第二安全距离和所述第三安全距离确定所述升空桩、所述辅助卷扬机和所述充气桩之间的位置；根据收放所述伞组时的最小倾角、所述做功伞张开状态下的半径、所述平衡伞张开状态下的半径和所述预设场址外的建筑物的高度确定避让边界。本发明实施例提供了一种能够确定高空风电场各地面设施之间安全生产距离的平面布置方法。

Description

一种高空风电场及其平面布置方法
技术领域
本发明涉及高空风电技术领域，特别涉及一种高空风电场及其平面布置方法。
背景技术
风能作为一种广泛存在的可再生能源，其开发与利用是推进能源清洁转型的关键之一。相较于低空风能，高空风能资源具有风速高、风向稳定，间歇性小，风能密度大、对电网友好等特点，高空风能具备更加优质的开发潜力和价值。
相关技术中，高空风能资源的利用主要依托于高空风电场。高空风电场包括伞组合、地面设施以及连接伞组合和地面设施的缆绳。各个地面设施之间的距离需要满足安全生产的需求。但是，目前缺乏一种确定高空风电场各地面设施之间安全生产距离的平面布置方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种高空风电场及其平面布置方法，能够提供一种确定高空风电场各地面设施之间安全生产距离的平面布置方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种高空风电场的平面布置方法，所述高空风电场包括主厂房、升空桩、辅助卷扬机和充气桩，所述主厂房包括出绳端，所述出绳端用于延伸出缆绳连接所述升空桩，所述升空桩通过缆绳依次连接所述辅助卷扬机和所述充气桩，所述充气桩连接有氦气球，所述升空桩和所述辅助卷扬机之间的缆绳串联有至少一个做功伞和至少一个平衡伞，所述做功伞、所述平衡伞和所述氦气球组成伞组；
所述平面布置方法包括：
根据所述做功伞张开状态下的半径、所述平衡伞张开状态下的半径、连接长度确定第一安全距离、第二安全距离和第三安全距离；其中，所述连接长度根据所述氦气球、所述平衡伞和所述做功伞的伞绳长度确定；
根据所述第一安全距离确定所述高空风电场在预设场址中的位置；
根据所述第二安全距离和所述第三安全距离确定所述升空桩、所述辅助卷扬机和所述充气桩之间的位置；
根据收放所述伞组时的最小倾角、所述做功伞张开状态下的半径、所述平衡伞张开状态下的半径和所述预设场址外的建筑物的高度确定避让边界；其中，所述避让边界为所述建筑物距离所述升空桩和所述辅助卷扬机的最小距离。
在一种可能的设计中，所述第一安全距离的计算公式如下：
D0＝2aRa+2bRb+Lp
其中，Ra为所述做功伞张开状态下的半径，Rb为所述平衡伞张开状态下的半径，Lp为所述连接长度，a为所述做功伞的个数，b为所述平衡伞的个数；
所述根据所述第一安全距离确定所述高空风电场在预设场址中的位置，包括：
根据所述第一安全距离在预选场址中确定所述高空风电场的位置，使待保护设施和所述高空风电场之间的距离不小于所述第一安全距离；其中，所述待保护设施包括所述预选场址主导风向上的公共基础设施或固定资产。
在一种可能的设计中，所述安全距离还包括第二安全距离和第三安全距离；
所述第二安全距离的计算公式如下：
D1＝Ra+m
所述第三安全距离的计算公式如下：
D2＝Ra+Rb+Lp+m
其中，m为裕度；
所述根据所述第二安全距离和所述第三安全距离确定所述升空桩、所述辅助卷扬机和所述充气桩之间的位置，包括：
根据所述第二安全距离和所述第三安全距离设置所述升空桩、所述辅助卷扬机和所述充气桩的位置，使所述升空桩、所述辅助卷扬机和所述充气桩任意两者之间沿主导风向上的距离不小于所述第二安全距离，使所述升空桩、所述辅助卷扬机和所述充气桩任意两者之间的直线距离不小于所述第三安全距离。
在一种可能的设计中，所述避让边界的计算公式如下：
L0＝D1/sinθ
D3＝L0+H/tanθ
其中，θ为所述最小倾角，H为所述建筑物的高度。
在一种可能的设计中，所述Lp为2Ra。
在一种可能的设计中，所述m为0.5Ra。
在一种可能的设计中，所述θ为30°。
在一种可能的设计中，所述平面布置方法还包括：
根据所述预设场址的长短轴确定所述主厂房的位置，使所述主厂房靠近所述预设场址长轴的一端，且所述主厂房未设置所述出绳端的一侧朝向所述预设场址长轴的另一端。
在一种可能的设计中，所述高空风电场包括多个与所述主厂房连接的所述升空桩，每个所述升空桩均依次连接有所述辅助卷扬机和所述充气桩；
所述平面布置方法还包括：
确定一条与主导风向平行的坐标轴；
多个所述升空桩错位设置在所述坐标轴两侧。
第二方面，本发明实施例还提供了一种高空风电场，根据上述实施例中任一项平面布置方法建设得到。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
在本实施例中，首先根据做功伞张开状态下的半径、平衡伞张开状态下的半径、连接长度确定第一安全距离、第二安全距离和第三安全距离。根据第一安全距离确定高空风电场在预设场址中的位置，如此设置，能够防止预设场址周边的建筑等设施影响伞组放飞，或者是防止伞组放飞过程中破坏周边设置。根据第二安全距离和第三按照距离确定升空桩、辅助卷扬机和充气桩之间的位置，使伞组升空的过程中，不会被与升空桩、辅助卷扬机和充气桩连接的缆绳干扰。
在本实施例中，放飞伞组或回收伞组时，伞组和地面之间的角度较低，电场周边高度较高的建筑可能会影响伞组的放飞或收回，因此，为了确保伞组的正常工作，需要考虑周边建筑物的高度、放飞或回收伞组时的最小角度来确定避让边界，然后使升空桩和辅助卷扬机位于每一个建筑物的避让边界之外，如此设置升空桩和辅助卷扬机的位置才能确保伞组正常放飞和回收。
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是本发明实施例提供的一种高空风电场平面布置方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种高空风电场的平面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种高空风电场的剖面结构示意图。
图中：1-主厂房；2-出绳端；3-升空桩；4-辅助卷扬机；5-充气桩；6-做功伞；7-平衡伞；8-氦气球；9-5t卷扬机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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和图2所示，本发明实施例提供了一种高空风电场的平面布置方法，高空风电场包括主厂房1、升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5，主厂房1包括出绳端2，出绳端2用于延伸出缆绳连接升空桩3，升空桩3通过缆绳依次连接辅助卷扬机4和充气桩5，充气桩5连接有氦气球8，升空桩3和辅助卷扬机4之间的缆绳串联有至少一个做功伞6和至少一个平衡伞7，做功伞6、平衡伞7和氦气球8组成伞组；
平面布置方法包括：
S1，根据做功伞6张开状态下的半径、平衡伞7张开状态下的半径、连接长度确定第一安全距离、第二安全距离和第三安全距离；其中，连接长度根据氦气球8、平衡伞7和做功伞6的伞绳长度确定；
S2，根据第一安全距离确定高空风电场在预设场址中的位置；
S3，根据第二安全距离和第三安全距离确定升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5之间的位置；
S4，根据收放伞组时的最小倾角、做功伞6张开状态下的半径、平衡伞7张开状态下的半径和预设场址外的建筑物的高度确定避让边界；其中，避让边界为建筑物距离升空桩3和辅助卷扬机4的最小距离。
在本实施例中，首先根据做功伞6张开状态下的半径、平衡伞7张开状态下的半径、连接长度确定第一安全距离、第二安全距离和第三安全距离。根据第一安全距离确定高空风电场在预设场址中的位置，如此设置，能够防止预设场址周边的建筑等设施影响伞组放飞，或者是防止伞组放飞过程中破坏周边设置。根据第二安全距离和第三按照距离确定升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5之间的位置，使伞组升空的过程中，不会被与升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5连接的缆绳干扰。
在本实施例中，放飞伞组或回收伞组时，伞组和地面之间的角度较低，电场周边高度较高的建筑可能会影响伞组的放飞或收回，因此，为了确保伞组的正常工作，需要考虑周边建筑物的高度、放飞或回收伞组时的最小角度来确定避让边界，然后使升空桩3和辅助卷扬机4位于每一个建筑物的避让边界之外，如此设置升空桩3和辅助卷扬机4的位置才能确保伞组正常放飞和回收。
在本发明的一些实施例中，第一安全距离的计算公式如下：
D0＝2aRa+2bRb+Lp
其中，Ra为做功伞6张开状态下的半径，Rb为平衡伞7张开状态下的半径，Lp为连接长度，a为做功伞6的个数，b为平衡伞7的个数；
根据第一安全距离确定高空风电场在预设场址中的位置，包括：
根据第一安全距离在预选场址中确定高空风电场的位置，使待保护设施和高空风电场之间的距离不小于第一安全距离；其中，待保护设施包括预选场址主导风向上的公共基础设施或固定资产。
在本实施例中，伞组在放飞的初始阶段飞行高度低，与地面之间的夹角小，容易沿主导风向干扰待保护设施或被待保护设施干扰。在放飞的初始阶段，或是低空飞行阶段，做功伞6和平衡伞7未全部打开，此时，做功伞6和平衡伞7收拢状态下的长度均为两种伞张开状态下的半径的二倍。
需要说明的是，待保护设施可以是高速公路、铁路、航道、高压输电线路、居民楼等设施。
在本发明的一些实施例中，安全距离还包括第二安全距离和第三安全距离；
第二安全距离的计算公式如下：
D1＝Ra+m
第三安全距离的计算公式如下：
D2＝Ra+Rb+Lp+m
其中，m为裕度；
根据第二安全距离和第三安全距离确定升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5之间的位置，包括：
根据第二安全距离和第三安全距离设置升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5的位置，使升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5任意两者之间沿主导风向上的距离不小于第二安全距离，使升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5任意两者之间的直线距离不小于第三安全距离。
在本实施例中，升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5任意两者之间沿主导风向上的距离需要不小于第二安全距离。第二安全距离通过做功伞6的半径取得，做功伞6的尺寸最大，在放飞的伞组中包括多个做功伞6和平衡伞7时，需要让多个伞之间保持足够的距离才不会互相之间产生干扰，只要伞组中尺寸最大的做功伞6之间不会互相干扰碰撞即可保证放飞或回收安全。又因为放飞伞组时，需要升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5的配合，且考虑到主导风向对各个伞的影响，得出第二安全距离的计算公式，在得到第二安全距离后，确保升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5任意两者之间沿主导风向上的距离需要不小于第二安全距离。在放飞伞组的过程中，伞组被充气桩5上的氦气球8为初始上升动力，然后配合风力在辅助卷扬机4的控制下逐渐放飞，伞组先由辅助卷扬机4的缆绳控制，随着高度的升高最终由升空桩3的缆绳控制牵引。因此，在放飞的过程中，为了有足够的操作空间放飞伞组且各个缆绳不会互相影响，需要确保升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5任意两者之间的直线距离不小于第三安全距离。
为了更清楚地理解本申请确定安全距离的技术方案，请参照如下伞组升空回收过程：
伞组升空放飞过程主要分两个阶段：①低空：氦气球8(充气)悬于充气桩5上，5t卷扬机9提供拉力保护；20t辅助卷扬机4收绳，将主缆绳从升空桩3拉至20t卷扬机；挂连伞组，串联铺设于20t辅助卷扬机4与升空桩3之间的地面上；20t辅助卷扬机4放绳，将20t辅助卷扬机4缆绳拉至充气桩5氦气球8尾部，连接至氦气球8旋转接头上；5t卷扬机9放绳，氦气球8上升至一定高度至20t辅助卷扬机4缆绳受力。②中低空：5t卷扬机9放绳，20t卷扬机收绳，氦气球8回收至20t卷扬机万向滑轮座的正上方约0.5m处，将已挂带伞组的主缆绳挂联到氦气球8尾部钛合金接头上；解开氦气球8尾部接头上的5t卷扬机9缆绳，进入升空阶段；20t的卷扬机放绳至升空桩3万向滑轮座主缆绳受力。
伞组回收过程：通过主缆绳把氦气球8回收至场址上方位置，氦气球8自主落绳；将该缆绳挂接至20t的卷扬机的万向滑轮座，20t辅助卷扬机4收绳，将气球拉回至20t卷扬机万向滑轮座的正上方，回收伞组和主缆绳；5t卷扬机9放绳，将5t卷扬机9缆绳挂接在氦气球8尾部，5t卷扬机9收绳，将氦气球8拉至充气桩5正上方。
在本发明的一些实施例中，避让边界的计算公式如下：
L0＝D1/sinθ
D3＝L0+H/tanθ
其中，θ为最小倾角，H为建筑物的高度。
请参照图3，当Rb＝10m，Ra＝40m，θ为30°，Lp为2Ra，m为0.5Ra时，不同高度的建筑物具有不同的避让边界，例如，5m的建筑物的避让高度为128.7m，10m的建筑物的避让高度为137.3m，15m的建筑物的避让高度为146m，20m的建筑物的避让高度为154.6m，25m的建筑物的避让高度为163.3m。
在本发明的一些实施例中，Lp为2Ra。
在本实施例中，经过大量的实验验证，Lp为2Ra时，既能保证安全放飞伞组，又能确保伞组的放飞效率。
在本发明的一些实施例中，m为0.5Ra。
在本实施例中，经过大量的实验验证，m为0.5Ra时，既能保证安全放飞伞组，又能确保伞组的放飞效率。
在本发明的一些实施例中，θ为30°。
在本实施例中，经过大量的实验验证，伞组的最低角度为30°。
在本发明的一些实施例中，平面布置方法还包括：
根据预设场址的长短轴确定主厂房1的位置，使主厂房1靠近预设场址长轴的一端，且主厂房1未设置出绳端2的一侧朝向预设场址长轴的另一端。
在本实施例中，为了以后扩建主厂房1留有扩建空间，需要在首次建设时，使主厂房1靠近预设场址长轴的一端，且主厂房1未设置出绳端2的一侧朝向预设场址长轴的另一端。由于出绳端2的一侧用于设置升空桩3、辅助卷扬机4和充气桩5等，因此，无法在出绳端2的一侧进行扩建，因此，在确定主厂房1位置时，需要考虑到预设场址的长短轴和主厂房1的方位，为今后扩建留有充足空间。
在本发明的一些实施例中，高空风电场包括多个与主厂房1连接的升空桩3，每个升空桩3均依次连接有辅助卷扬机4和充气桩5；
平面布置方法还包括：
确定一条与主导风向平行的坐标轴；
多个升空桩3错位设置在坐标轴两侧。
在本实施例中，多个升空桩3错位设置在坐标轴两侧能够避免放飞过程中，不同伞组之间互相干扰。
本发明实施例还提供了一种高空风电场，根据上述实施例中任一项平面布置方法建设得到。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高空风电场的平面布置方法，其特征在于，所述高空风电场包括主厂房(1)、升空桩(3)、辅助卷扬机(4)和充气桩(5)，所述主厂房(1)包括出绳端(2)，所述出绳端(2)用于延伸出缆绳连接所述升空桩(3)，所述升空桩(3)通过缆绳依次连接所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)，所述充气桩(5)连接有氦气球(8)，所述升空桩(3)和所述辅助卷扬机(4)之间的缆绳串联有至少一个做功伞(6)和至少一个平衡伞(7)，所述做功伞(6)、所述平衡伞(7)和所述氦气球(8)组成伞组；
所述平面布置方法包括：
根据所述做功伞(6)张开状态下的半径、所述平衡伞(7)张开状态下的半径、连接长度确定第一安全距离、第二安全距离和第三安全距离；其中，所述连接长度根据所述氦气球(8)、所述平衡伞(7)和所述做功伞(6)的伞绳长度确定；
根据所述第一安全距离确定所述高空风电场在预设场址中的位置；
根据所述第二安全距离和所述第三安全距离确定所述升空桩(3)、所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)之间的位置；
根据收放所述伞组时的最小倾角、所述做功伞(6)张开状态下的半径、所述平衡伞(7)张开状态下的半径和所述预设场址外的建筑物的高度确定避让边界；其中，所述避让边界为所述建筑物距离所述升空桩(3)和所述辅助卷扬机(4)的最小距离；
所述第一安全距离的计算公式如下：
D0＝2aRa+2bRb+Lp
其中，Ra为所述做功伞(6)张开状态下的半径，Rb为所述平衡伞(7)张开状态下的半径，Lp为所述连接长度，a为所述做功伞(6)的个数，b为所述平衡伞(7)的个数；
所述根据所述第一安全距离确定所述高空风电场在预设场址中的位置，包括：
根据所述第一安全距离在预选场址中确定所述高空风电场的位置，使待保护设施和所述高空风电场之间的距离不小于所述第一安全距离；其中，所述待保护设施包括预选场址主导风向上的公共基础设施或固定资产；
所述安全距离还包括第二安全距离和第三安全距离；
所述第二安全距离的计算公式如下：
D1＝Ra+m
所述第三安全距离的计算公式如下：
D2＝Ra+Rb+Lp+m
其中，m为裕度；
所述根据所述第二安全距离和所述第三安全距离确定所述升空桩(3)、所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)之间的位置，包括：
根据所述第二安全距离和所述第三安全距离设置所述升空桩(3)、所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)的位置，使所述升空桩(3)、所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)任意两者之间沿主导风向上的距离不小于所述第二安全距离，使所述升空桩(3)、所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)任意两者之间的直线距离不小于所述第三安全距离。
2.根据权利要求1所述的平面布置方法，其特征在于，所述避让边界的计算公式如下：
L0＝D1/sinθ
D3＝L0+H/tanθ
其中，θ为所述最小倾角，H为所述建筑物的高度。
3.根据权利要求1所述的平面布置方法，其特征在于，所述Lp为2Ra。
4.根据权利要求1所述的平面布置方法，其特征在于，所述m为0.5Ra。
5.根据权利要求2所述的平面布置方法，其特征在于，所述θ为30°。
6.根据权利要求1所述的平面布置方法，其特征在于，还包括：
根据所述预设场址的长短轴确定所述主厂房(1)的位置，使所述主厂房(1)靠近所述预设场址长轴的一端，且所述主厂房(1)未设置所述出绳端(2)的一侧朝向所述预设场址长轴的另一端。
7.根据权利要求1所述的平面布置方法，其特征在于，所述高空风电场包括多个与所述主厂房(1)连接的所述升空桩(3)，每个所述升空桩(3)均依次连接有所述辅助卷扬机(4)和所述充气桩(5)；
所述平面布置方法还包括：
确定一条与主导风向平行的坐标轴；
多个所述升空桩(3)错位设置在所述坐标轴两侧。
8.一种高空风电场，其特征在于，根据权利要求1-7中任一项所述的平面布置方法建设得到。
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