CN202152102U - 一种漂浮式风力发电平台 - Google Patents

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刘强
黄宸武
白井艳
张磊
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Abstract

本实用新型涉及一种漂浮式风力发电平台，尤其是一种自平衡、防倾覆，稳定性好的漂浮式海上风力发电平台，包括浮台(2)和固定在浮台(2)下方的浮力筒(4)，风力机(1)安装在所述浮台(2)上，其特征在于，所述浮力筒(4)的底部装有压舱物(5)，浮力筒(4)空腔的长度和体积以及压舱物(5)的重量经过优化设计，使整个风力发电平台的重心(10)低于浮心(9)，并且所述浮心(9)与所述重心(10)之间的距离很大，当浮力筒倾斜时，浮力筒将产生很大的恢复力矩，使整个风力发电平台的摆动不断减弱，直至恢复平衡，使位于平台上的风力机始终处于稳定的工作环境。本实用新型的漂浮式风力发电平台能够很好的适应海床地质条件的变化和海水深度的变化，具有在海上恶劣环境下，抵御风和海浪冲击，自动保持平衡，而且实现方式简单的特点。

Description

一种漂浮式风力发电平台
技术领域
本实用新型涉及一种漂浮式风力发电平台，尤其是一种自平衡、防倾覆、稳定性好的漂浮式海上风力发电平台，该平台具有在海上恶劣环境下，抵御风和海浪冲击，自动保持平衡，而且实现方式简单的特点。 
背景技术
与陆地相比，海上风资源具有风速更大，湍流度更低，风切变更小，风向更稳定的优点。同时，海上风电场还具有靠近能源需求较大的沿海发达城市，海面可利用面积广阔，不存在土地占用等问题的优势。因此，海上风资源的开发利用受到世界各国越来越多的重视。目前，海上风力机一般都安装在固定于海床的平台上，这种固定式海上风力发电平台的施工作业量大，对海床地质条件要求高，适应性差，而且随着海水深度的增加，建造和安装成本都大大增加，对于海上风力发电的经济性极为不利。 
发明内容
本实用新型的目的是： 
为了解决传统的固定式海上风力发电平台成本随海水深度的增加而大幅增加，不能适应海水深度变化和深水海域的弊端，本实用新型提出一种自平衡、防倾覆、稳定性好的漂浮式海上风力发电平台，该平台漂浮在海面上，通过索链连接在固定于海床的锚上，不需要建造和安装费用高昂的深水塔基，大大节约了成本，提高了海上风力发电的经济性。
本实用新型的目的是这样实现的： 
一种漂浮式海上风力发电平台,包括浮台和固定在浮台下方的浮力筒，风力机安装在所述浮台上,其特征在于,所述浮力筒的底部装有压舱物，浮力筒空腔的长度和体积以及压舱物的重量经过优化设计，使整个风力发电平台的重心低于浮心，并且所述浮心与所述重心之间的距离很大，当浮力筒倾斜时，浮力筒将产生很大的恢复力矩，使整个风力发电平台的摆动不断减弱，直至恢复平衡，使位于平台上的风力机始终处于稳定的工作环境。
当风力发电平台在风和海浪经的作用下出现倾斜时，浮台与水面产生接触力矩，该力矩的大小与浮台的面积成正比,可以使风力发电平台的摆动减弱；同时，由于浮力筒的设计使整个风力发电平台的重心比浮心低，而且两者之间的距离很大，当浮力筒倾斜时，浮力筒将产生很大的恢复力矩，使整个风力发电平台的摆动不断减弱，直至恢复平衡，使位于平台上的风力机始终处于稳定的工作环境。 
当风力发电平台遭遇极限强度的风或海浪而倾斜某一极限角度时，经过优化选取的浮台浮力筒空腔的长度和体积以及压舱物的重量，使整个风力发电平台的重心低于浮心，且所述重心和浮心之间的距离足够大，从而使浮力筒产生足够的恢复力矩以抵消作用在风力发电平台上倾斜力矩。 
优选的,所述浮台直径的大小、浮力筒的长度和体积以及压舱物的重量根据实际需要及成本选取。 
优选的，所述漂浮式风力发电平台通过索链连接到固定在海床上的锚上。 
优选的，所述浮台的形状为圆形、方形或其他形状。 
优选的，所述浮力筒的形状为圆筒形或其他形状。 
优选的，所述浮台的材料为钢材、混凝土或其他材料。 
优选的，所述浮力筒的材料为钢材、混凝土或其他材料。 
优选的，所述压舱物为钢材、混凝土、碎石、海水，或这几种材料的组合，或其它较重材料。 
优选的，所述漂浮式海上风力发电平台应用于湖泊或水库的水域上。 
优选的，所述风力机为水平轴风力机或垂直轴风力机。 
本实用新型的优点是： 
与传统的固定式海上风力发电平台相比，本实用新型能够很好的适应海床地质条件的变化和海水深度的变化，而且能够自动恢复平衡，防倾覆，稳定性好，成本低，实现方式简单经济。
附图说明
图1为本实用新型的漂浮式海上风力发电平台的示意图。 
图2为本实用新型的漂浮式海上风力发电平台倾斜时的受力示意图。 
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。 
在本实用新型的一个示例性实施例中，如图1所示，漂浮在海平面3上的漂浮式海上风力发电平台包括浮台2和固定在浮台2下方的浮力筒4，风力机1安装在所述浮台2上,所述浮力筒4的底部装有压舱物5，漂浮式风力发电平台通过索链6固定在海床8上的锚7上。浮力筒4的空腔的长度和体积以及压舱物5的重量经过优化设计，使整个风力发电平台的重心10低于浮心9，且所述重心10和浮心9之间的距离足够大。 
当所述漂浮式海上风力发电平台遭遇极限强度的风或海浪而倾斜某一极限角度Θ时，重心10和浮心9之间的距离s与整个风力发电平台的重量M的乘积须满足： 
sW≥α(L+H)T/tanΘ
其中，α为安全系数，可取1.0~1.5，极限角度Θ根据情况可选10°~30°，L为浮力筒的长度，H为风力机塔架到水平面的高度，T为作用在风轮上的水平推力的最大值。重心10和浮心9之间的距离s可通过改变浮力筒4的空腔的长度和体积以及压舱物5的重量进行调节，并且其具体值可通过理论或实验手段得出。
在正常运行状态下，风力发电平台的倾斜角度较小，浮力筒5所产生的恢复力矩较小，由于浮台2与海平面3之间的接触力矩与接触面积成正比，因此，为了提高平台在正常运行状态下的稳定性，可根据增加浮台的直径。 
如图2所示，当风力发电平台在风和海浪经的作用下出现倾斜时，浮台2与水面3产生恢复力矩11，该力矩11的大小与浮台2的面积成正比,可以使风力发电平台的摆动减弱；同时，由于浮力筒4的设计使整个风力发电平台的重心10比浮心9低，而且两者之间的距离很大，当浮力筒4倾斜时，浮力筒4将产生很大的恢复力矩12，使整个风力发电平台的摆动不断减弱，直至恢复平衡，使位于平台上的风力机1始终处于稳定的工作环境。 
在其它实施例中，所述浮台2直径的大小、浮力筒4的长度和体积以及压舱物5的重量根据实际需要及成本选取。所述浮台2的形状为圆形、方形或其他形状。所述浮力筒4的形状为圆筒形或其他形状。所述浮台2的材料为钢材、混凝土或其他材料。所述浮力筒4的材料为钢材、混凝土或其他材料。所述压舱物5为钢材、混凝土、碎石、海水，或这几种材料的组合，或其它较重材料。所述漂浮式海上风力发电平台应用于湖泊或水库的水域上。所述风力机为水平轴风力机或垂直轴风力机。 
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种漂浮式风力发电平台，包括浮台（2）和固定在浮台（2）下方的浮力筒（4），风力机（1）安装在所述浮台（2）上, 其特征在于，所述浮力筒(4)的底部装有压舱物(5)，浮力筒(4)空腔的长度和体积以及压舱物(5)的重量经过优化设计，使整个风力发电平台的重心(10)低于浮心(9)，并且所述浮心(9)与所述重心(10)之间的距离很大，当浮力筒（4）倾斜时，浮力筒（4）将产生很大的恢复力矩，使整个风力发电平台的摆动不断减弱，直至恢复平衡，使位于平台上的风力（1）机始终处于稳定的工作环境。
2.根据权利要求1所述的漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述漂浮式风力发电平台通过索链（6）连接到固定在海床（8）上的锚（7）上。
3.根据权利要求1所述的漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述浮台（2）的形状为圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述浮力筒（4）的形状为圆筒形。
5.根据权利要求1所述的漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述浮台（2）的材料为钢材或混凝土。
6.根据权利要求1所述的漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述浮力筒（4）的材料为钢材或混凝土。
7.根据权利要求1所述的漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述压舱物（5）为钢材、混凝土、碎石、海水或这几种材料的组合。
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