CN208416810U - 一种半潜式海上风力发电基础 - Google Patents

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黄冬明
霍存锋
陈忆宁
王骥
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/727Offshore wind turbines

Abstract

本实用新型公开了一种半潜式海上风力发电基础,包括三个向外倾斜的边斜柱,三个边斜柱等距间隔排开围成一个等边三角形,风机塔架设在该等边三角形的形心处,每个边斜柱的顶部与风机塔架的底部之间通过顶部横撑相连接,每个边斜柱的底部均连接有一个直径比其大的垂荡柱体,用于提供浮力和增加垂向运动的阻尼,以减小基础的垂荡、纵摇、横摇运动,两两垂荡柱体之间通过底部横撑相互连接,底部横撑与风机塔架的底部之间通过斜撑相连接,斜撑的一端连接于底部横撑的中部,其另一端连接于风机塔架的底部。采用本实用新型可优化传统的立柱形式,优化塔架与浮力柱的连接形式,提高运动性能,稳性好,且可减少结构重量,从而降低基础成本。

Description

一种半潜式海上风力发电基础
技术领域
本实用新型涉及海上风力发电的技术领域,尤其是指一种半潜式海上风力发电基础。
背景技术
风力发电作为一种清洁可再生能源,越来越受国家重视。最近几年,海上风电投资正在逐渐升温。与陆地相比,海上风力资源更加丰富,可以使用大功率风机,对环境影响更小,更接近用电高负荷区域,因此海上风力发电技术成为研究和应用的热点。
按照适用水深不同,海上风电基础形式分为固定式和漂浮式。固定式主要针对近海浅水区域(水深不超过50m)开发,采用单桩、多桩基础或者导管架基础,对渔业和旅游业影响较大,且需要采用自升式平台或大型浮吊安装。这些大型海工装备日租费用非常昂贵,大幅增加了海上风电的建设成本。
随着水深的增加,如果继续采用固定式基础,基础成本、安装成本随水深急剧上升。一般超过50m水深,采用固定式基础没有采用漂浮式基础经济。且在深海海域,风力资源更加丰富、风向稳定且湍流强度低,更适合安装超大功率的风机。因此研究成本低廉、安装方便,运动性能优异、稳定性好的漂浮式风力发电机基础对于推动海上风电向深海发展具有重要意义。
目前,深海漂浮式风电基础形式主要有张力腿式、半潜式和单柱式结构。三种形式各有优缺点,但相比其他两种形式,半潜式基础具有更好的经济性和水深适应性。一般的半潜式基础由3个或3个以上分布在四周的立柱组成,提供浮力和稳性,采用浮筒或箱型梁与风机塔架连接,并采用若干斜撑支撑。一般采用多点锚泊定位系统定位。这些半潜式基础一般具有结构重量重、运动性能较差和容易出现结构高应力区域等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提出了一种半潜式海上风力发电基础,优化传统的立柱形式,优化塔架与浮力柱的连接形式,提高运动性能,运动性能优异,稳性好,且可减少结构重量,从而降低基础成本,可以满足大型风力发电机组在海上正常运行要求。
为实现上述目的,本实用新型所提供的技术方案为:一种半潜式海上风力发电基础,所述基础包括有三个向外倾斜的边斜柱,所述三个边斜柱等距间隔排开围成一个等边三角形,由基础进行支撑的风机塔架设在该等边三角形的形心处,每个边斜柱的顶部与风机塔架的底部之间通过顶部横撑相连接,每个边斜柱的底部均连接有一个直径比其大的垂荡柱体,用于提供浮力和增加垂向运动的阻尼,以减小基础的垂荡、纵摇、横摇运动,两两垂荡柱体之间通过底部横撑相互连接,且所述底部横撑与风机塔架的底部之间通过斜撑相连接,所述斜撑的一端连接于底部横撑的中部,其另一端连接于风机塔架的底部。
所述边斜柱和垂荡柱体内均设置有压载舱。
所述垂荡柱体的外边缘增加垂荡板,以进一步增加粘性阻尼。
每个垂荡柱体连接有一套锚泊定位系统,所述锚泊定位系统由导缆器、锚缆和定位锚组成。
所述顶部横撑上提供有走道,方便运维人员通行。
本实用新型与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、本方案通过四周的边斜柱水线面惯性矩提供稳性,水线面惯性矩与到浮体中心的距离(惯性半径)平方成正比,因此采用倾斜式柱体比采用直立式柱体在柱体直径相同的情况下能获取更大的水线面惯性矩,使浮体初稳性高度值更大。意味着在满足稳性的条件下,可以缩小柱体半径,降低结构重量。
2、柱体半径缩小后,吸收的波浪能量也小,从而有助于降低了在波浪中的运动幅度。
3、风机塔架采用三个斜撑支撑,稳定性好,而且风机和塔架重量直接传递到基础,主要通过轴向力传力,传力更直接,有助于减少结构尺度。
4、顶部横撑和底部横撑连接各柱体,使整个基础浑然一体,提高整体刚度。
5、整个浮体重量集中在三个边斜柱和垂荡柱体内,重量远离浮体中心,增大了浮体的运动惯量,更有利于减小浮体运动幅度。
6、由于每个垂荡柱体连接有一套锚泊定位系统,即整个基础是采用三套锚泊定位系统进行定位,且每套锚泊定位系统包含若干根锚缆和锚,因此具有冗余性。
附图说明
图1为本实用新型基础安装上风机塔架后的立体图。
图2为本实用新型基础安装上风机塔架后的俯视图。
图3为本实用新型基础安装上风机塔架后的主视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1至图3所示,本实施例所提供的半潜式海上风力发电基础,包括有三个向外倾斜30度的边斜柱2(可以采用圆柱形、四边形和其它形式的横截面,提供水线面面积和浮力),所述三个边斜柱2等距间隔排开围成一个等边三角形,由基础进行支撑的风机塔架1设在该等边三角形的形心处;每个边斜柱2 的顶部与风机塔架1的底部之间通过顶部横撑3相连接,每个边斜柱2的底部均连接有一个直径比其大一倍左右的垂荡柱体5,所述垂荡柱体5不仅可以提供浮力,也可以增加垂向运动的阻尼,减小基础的垂荡、纵摇、横摇运动,此外,所述垂荡柱体5的外边缘可以通过增加垂荡板(图中未画出),以进一步增加粘性阻尼;另外,每个垂荡柱体5均连接有一套锚泊定位系统,即整个基础是采用三套锚泊定位系统进行定位,且每套锚泊定位系统包含若干根锚缆和锚,因此具有冗余性,其中所述锚泊定位系统由导缆器(图中未画出)、锚缆7和定位锚8组成,锚缆7可选钢丝绳、复合材料或者锚链;两两垂荡柱体5之间通过底部横撑6相互连接,且所述底部横撑6与风机塔架1的底部之间通过斜撑4 相连接,所述斜撑4的一端连接于底部横撑6的中部,其另一端连接于风机塔架1的底部。所述边斜柱2和垂荡柱体5内均设置有压载舱(图中未画出),压载舱采用混凝土或海水压载。所述顶部横撑3上提供有由栏杆和格栅构成的走道(图中未画出),方便运维人员通行。当然,所述基础还可以根据需要在结构之间增加支撑或肘板,减小局部应力。
以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例,并非以此限制本实用新型的实施范围,故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种半潜式海上风力发电基础,其特征在于:所述基础包括有三个向外倾斜的边斜柱,所述三个边斜柱等距间隔排开围成一个等边三角形,由基础进行支撑的风机塔架设在该等边三角形的形心处,每个边斜柱的顶部与风机塔架的底部之间通过顶部横撑相连接,每个边斜柱的底部均连接有一个直径比其大的垂荡柱体,用于提供浮力和增加垂向运动的阻尼,以减小基础的垂荡、纵摇、横摇运动,两两垂荡柱体之间通过底部横撑相互连接,且所述底部横撑与风机塔架的底部之间通过斜撑相连接,所述斜撑的一端连接于底部横撑的中部,其另一端连接于风机塔架的底部。
2.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风力发电基础,其特征在于:所述边斜柱和垂荡柱体内均设置有压载舱。
3.根据权利要求1或2所述的一种半潜式海上风力发电基础,其特征在于:所述垂荡柱体的外边缘增加垂荡板,以进一步增加粘性阻尼。
4.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风力发电基础,其特征在于:每个垂荡柱体连接有一套锚泊定位系统,所述锚泊定位系统由导缆器、锚缆和定位锚组成。
5.根据权利要求1所述的一种半潜式海上风力发电基础,其特征在于:所述顶部横撑上提供有走道,方便运维人员通行。
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