CN117703682A - 一种浮式风机模块及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋可再生能源利用技术领域，涉及一种浮式风机模块及其系统。该浮式风机模块包括风机发电模块、浮体模块和异形臂。风机发电模块是一种常规的海上风力发电机组，可以将风能转化为电能，并通过电缆输送到岸边或其他设施。浮体模块是一种具有特定形状和结构的浮体，可以提供足够的浮力和稳定性，使风机发电模块能够漂浮在海面上，并抵抗风力、波浪、水流等环境载荷。异形臂是一种连接风机发电模块和浮体模块的臂状结构，可以将风机发电模块抬升到一定的高度，以提高其发电效率和可靠性，并减少其对海洋生态和渔业的影响。

Description

一种浮式风机模块及其系统

技术领域

本公开属于海洋可再生能源利用技术领域，具体涉及一种浮式风机模块及其系统。

背景技术

海上风能是一种可再生清洁能源，具有风资源丰富、发电效率高、环境影响小等优势。海上风电的关键技术之一是风机基础，它需要能够稳定地支撑风电机组，并将电能输送到岸边。目前，海上风电开发正逐渐从浅海走向深海，这就需要开发新型的风机基础，以适应不同的水深和海洋环境。

浮式风机基础是一种创新的海上风机基础技术，它将风电机组安装在一个漂浮在海面上的平台上，并通过锚泊系统固定在海底。浮式风机基础的优点是可以在深海区域利用强劲而稳定的风力进行发电，同时减少对海洋生态和渔业的影响。浮式风机基础的主要挑战是如何保证其在复杂的海洋环境中的稳定性和安全性。

目前，常见的浮式风机基础类型有单立柱式、半潜式、驳船式和张力腿式等，但系泊系统复杂、安装成本高昂，且受海流、水深与潮位变化影响大。

我国海上风电开发条件具有水深较浅，台风多发的特点，这就对浮式风机基础提出了更高的要求。为了降低风机系统环境载荷、扩大风机基础水深适用范围、提高风机工作效率，现提出一种浮式风机模块及其系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种浮式风机模块及其系统，解决了现有技术中浮式风机模块系泊系统复杂、安装成本高昂的问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种浮式风机模块，所述浮式风机模块包括,

风机发电模块，风机发电模块安装在异形臂上端；

浮体模块，浮体模块上设有三个固定点，每个固定点上均设有异形臂；

异形臂，异形臂下端安装在所述固定点上，异形臂上端与风机发电模块固定连接。

进一步地，所述三个固定点构呈等腰三角形，其中顶角角度为40°-60°，所述风机发电模块的中心轴线方向与顶角平分线方向一致，风机发电模块迎风面朝向顶角。

进一步地，所述风机发电模块与异型臂顶端连接方式采用焊接或法兰螺栓连接方式。风机发电模块布置位置投影大致在三角形底边的几何中心位置。

一种浮式风机系统，所述系统包括一种浮式风机模块和系泊模块；

系泊模块，包括一根系泊绳，系泊绳两端分别安装在位于顶角位置的固定点和锚点上，所述系泊绳两端有且只有一端采用连接点可旋转的方式安装。

所述系泊绳与锚点采用可旋转的方式为：在锚点设置轴承、系泊绳与锚点采用球连接、锚点设置环形槽，系泊绳上设有与环形槽配合的滑块、系泊绳通过套环安装在锚点腰线处其中的一种。

本公开的有益效果：

1、本公开的浮式风机模块及其系统，解决了现有技术中浮式风机基础结构复杂、安装成本高昂、运行效率低下等技术问题；

2、本公开的浮式风机模块及其系统，采用了单点系泊和可旋转的连接方式，使浮式风机模块能够在海面上随着风向和波浪的变化而移动，提高其灵活性和适应性，并减少其对海底地质和潮位变化的影响；

3、本公开的浮式风机模块及其系统，采用了多种不同形状和结构的浮体模块，可以增加其对风力、波浪、水流等环境载荷的抵抗能力，提高其稳定性和安全性；

4、本公开的浮式风机模块及其系统，采用了钢结构材料制造，具有强度高、耐腐蚀、寿命长等优点；

5、本公开的浮式风机模块及其系统，可以在深海区域利用强劲而稳定的风力进行发电，同时减少对海洋生态和渔业的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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，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是本公开方案1的整体结构示意图；

图2是本公开方案2的整体结构示意图；

图3是本公开方案3的整体结构示意图；

图4是本公开方案4的整体结构示意图；

图5是本公开系泊系统方案1的整体结构示意图；

图6是本公开系泊系统方案2的整体结构示意图；

图7是本公开系泊系统方案3的整体结构示意图；

图8是本公开系泊系统方案4的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例1：本实施例提供了一种浮式风机模块，如图1、图6所示，该浮式风机模块包括风机发电模块3、浮体模块1和异形臂2。风机发电模块3是一种常规的海上风力发电机组，包括叶轮、发电机、变速器、塔筒等部件，可以将风能转化为电能，并通过电缆输送到岸边或其他设施。浮体模块1是一种三柱半潜式结构，包括三个浮体，固定点位于浮体上，两个浮体之间通过连接柱固定连接。浮体模块1可以提供足够的浮力和稳定性，使风机发电模块3能够漂浮在海面上，并抵抗风力、波浪、水流等环境载荷。异形臂2下端安装在固定点上，异形臂2上端与风机发电模块3固定连接。异形臂2可以将风机发电模块3抬升到一定的高度，以提高其发电效率和可靠性，并减少其对海洋生态和渔业的影响。

本实施例的浮式风机模块的特点是，三个固定点构呈等腰三角形，其中顶角角度为40°，风机发电模块3的中心轴线方向与顶角平分线方向一致。这样，可以使风机发电模块3始终迎着风向运行，提高其发电效率和可靠性，并减少其对其他方向的载荷。本实施例的浮式风机模块采用了单点系泊的方式，即只在位于顶角位置的固定点上设置了系泊绳4，并通过锚点5固定在海底。系泊绳4与锚点5采用了可旋转的方式连接，即在锚点5设置了轴承6，系泊绳4通过轴承6与锚点5连接。这样，可以使浮式风机模块在海面上随着风向和波浪的变化而移动，提高其灵活性和适应性，并减少其对海底地质和潮位变化的影响。

进一步地，所述锚点设置在锚基上，所述锚基可以以下几种之一；

吸力锚：吸力锚是一种利用水下土壤的负压来产生抗拔力的锚基，它通常由一个中空的圆柱体或圆锥体组成，通过向外排气或抽水，使锚基内部形成低压，从而使锚基被水下土壤牢牢吸住。

桩锚：桩锚是一种利用桩身与水下土壤之间的摩擦力和端阻力来产生抗拔力的锚基，它通常由一个或多个钢管或混凝土桩组成，通过打入或钻入水下土壤，使桩身与土壤紧密结合。

重力锚：重力锚是一种利用自身重量来产生抗拔力的锚基，它通常由一个或多个重物组成，如混凝土块、钢筋笼、砂袋等，通过放置在水下土壤表面，使自身重量大于水流或风力对其产生的拉力。

扩张锚：扩张锚是一种利用扩张装置在水下土壤中形成一个或多个扩张体来产生抗拔力的锚基，它通常由一个或多个扩张器和扩张体组成，如膨胀螺栓、膨胀楔、膨胀筒等，通过向扩张器施加压力，使扩张体在水下土壤中扩张并与土壤紧密结合。

本实施例的浮式风机模块采用了钢结构材料制造，具有强度高、耐腐蚀、寿命长等优点。本实施例的浮式风机模块可以在深海区域利用强劲而稳定的风力进行发电，同时减少对海洋生态和渔业的影响。本实施例的浮式风机模块解决了现有技术中浮式风机基础结构复杂、安装成本高昂、运行效率低下等技术问题。

实施例2：本实施例提供了另一种浮式风机模块，如图2、图7所示，该浮式风机模块与实施例1相似，不同之处在于，浮体模块1是一种V形的浮体，所述固定点分别位于浮体的顶点和两端，三个固定点构呈等腰三角形，其中顶角角度为50°。浮体模块1的V形结构可以增加其对风力、波浪、水流等环境载荷的抵抗能力，提高其稳定性和安全性。本实施例的浮式风机模块同样采用了单点系泊的方式，即只在位于顶角位置的固定点上设置了系泊绳4，并通过锚点5固定在海底。系泊绳4与锚点5采用了可旋转的方式连接，即系泊绳4与锚点5采用了球连接7，系泊绳4可以在锚点5上任意旋转。这样，可以使浮式风机模块在海面上随着风向和波浪的变化而移动，提高其灵活性和适应性，并减少其对海底地质和潮位变化的影响。

进一步地，所述浮体模块1上设有支撑加强柱用于保证V形结构的稳定性。

实施例3：本实施例提供了另一种浮式风机模块，如图3、图8所示，该浮式风机模块与实施例1相似，不同之处在于，浮体模块1是一种三个漂浮柱构成的等腰三角形结构，固定点位于漂浮柱两两连接点处。漂浮柱是一种圆柱形的浮体，可以提供足够的浮力和稳定性，三个固定点构呈等腰三角形，其中顶角角度为60°。使风机发电模块3能够漂浮在海面上，并抵抗风力、波浪、水流等环境载荷。本实施例的浮式风机模块同样采用了单点系泊的方式，即只在位于顶角位置的固定点上设置了系泊绳4，并通过锚点5固定在海底。系泊绳4与锚点5采用了可旋转的方式连接，即系泊绳4通过套环8安装在锚点5的腰线处，系泊绳4可以在锚点5上沿着圆周方向旋转。这样，可以使浮式风机模块在海面上随着风向和波浪的变化而移动，提高其灵活性和适应性，并减少其对海底地质和潮位变化的影响。

实施例4：本实施例提供了另一种浮式风机模块，如图4、图5所示，该浮式风机模块与实施例1相似，不同之处在于，浮体模块1是一种Y形的固定架，固定点分别位于固定架的三个边上，固定架的三个边分别设有浮体，所述浮体通过锚链9与固定架连接。浮筒和主结构之间的运动是存在相位差的，存在一种类似于TMD的减载/抑制运动的效能够降低载荷，对系泊系统的要求降低。固定架是一种刚性结构，可以提供足够的强度和刚度，使风机发电模块3能够稳定地安装在其上，并抵抗风力、波浪、水流等环境载荷。所述固定架上的三个固定点之间设有稳定加强柱用于保证整体结构的稳定性。浮体是一种网状镂空结构，里面包括多个小浮筒或者浮力材料，可以提供足够的浮力和稳定性，使固定架能够漂浮在海面上，并减少其对水流的阻力。锚链9是一种灵活的连接方式，可以使浮体能够随着水位变化而调整位置，并增加其对波浪的缓冲能力。

本实施例的浮式风机模块同样采用了单点系泊的方式，即只在位于顶角位置的固定点上设置了系泊绳4，并通过锚点5固定在海底。系泊绳4与锚点5采用了可旋转的方式连接，即系泊绳4通过滑块11与锚点5连接，锚点5设置了环形槽10，滑块11可以在环形槽10上沿着圆周方向滑动。这样，可以使浮式风机模块在海面上随着风向和波浪的变化而移动，提高其灵活性和适应性，并减少其对海底地质和潮位变化的影响。

实施例5：本实施例提供了另一种浮式风机模块，如图1-图8所示，该浮式风机模块与实施例1-4相似，不同之处在于，浮体模块1下方设有配重块12，所述配重块12通过锚链9与浮体模块1连接，所述锚链9与浮体模块1连接点位于固定点上。配重块12是一种重型金属结构，可以增加浮体模块1的稳定性和安全性，使风机发电模块3能够在海面上保持平衡，并抵抗风力、波浪、水流等环境载荷。锚链9是一种灵活的连接方式，可以使配重块12能够随着水位变化而调整位置，并增加其对波浪的缓冲能力，锚链9加配重块12可以减少运动，降低载荷，整体结构设计都会轻量化，疲劳有益处，对于发电效率也有益处，对于风机大部件损伤有益处。本实施例的浮式风机模块同样采用了单点系泊的方式，即只在位于顶角位置的固定点上设置了系泊绳4，并通过锚点5固定在海底。系泊绳4与锚点5采用了可旋转的方式连接，即系泊绳4通过滑块10与锚点5连接，锚点5设置了环形槽11，滑块10可以在环形槽11上沿着圆周方向滑动。这样，可以使浮式风机模块在海面上随着风向和波浪的变化而移动，提高其灵活性和适应性，并减少其对海底地质和潮位变化的影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮式风机模块包括,

风机发电模块，风机发电模块安装在异形臂上端；

浮体模块，浮体模块上设有三个固定点，每个固定点上均设有异形臂；

异形臂，异形臂下端安装在所述固定点上，异形臂上端与风机发电模块固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述三个固定点构呈等腰三角形，其中顶角角度为40°-60°，所述风机发电模块的中心轴线方向与顶角平分线方向一致，风机发电模块迎风面朝向顶角。

3.根据权利要求1所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮体模块1包括三个浮体，固定点位于浮体上，两个浮体之间通过连接柱固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮体模块包括三个漂浮柱，三个漂浮柱收尾连接构成等腰三角形，固定点位于漂浮柱两两连接点处。

5.根据权利要求1所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮体模块包括Y形的固定架，固定点分别位于固定架的三个边上，固定架的三个边分别设有浮体，所述浮体通过锚链与固定架连接。

6.根据权利要求1所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮体模块包括V形的浮体，所述固定点分别位于浮体的顶点和两端。

7.根据权利要求1-6之一所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮体模块下方设有配重块，所述配重块通过锚链与浮体模块连接，所述锚链与浮体模块连接点位于固定点上。

8.根据权利要求1-6之一所述的一种浮式风机模块，其特征在于，所述浮体或用于提供浮力的装置均采用网状镂空结构，里面包括多个小浮筒或者浮力材料。

9.一种浮式风机系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-8之一所述的一种浮式风机模块和系泊模块；

系泊模块，包括一根系泊绳，系泊绳两端分别安装在位于顶角位置的固定点和锚点上，所述系泊绳两端有且只有一端采用连接点可旋转的方式安装。

10.根据权利要求9所述的一种浮式风机系统，其特征在于，所述系泊绳与锚点采用可旋转的方式为：在锚点设置轴承、系泊绳与锚点采用球连接、锚点设置环形槽，系泊绳上设有与环形槽配合的滑块、系泊绳通过套环安装在锚点腰线处其中的一种。