CN209100196U - 一种漂浮式海上风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种漂浮式海上风力发电装置，包括浮力装置，浮力装置为空腔结构，浮力装置的底部开设有通水口，浮力装置的顶部安装有风机塔柱，浮力装置通过通气管道与充气装置连通。当需要降低海上风电机组的高度时，让浮力装置通过通气管道与外界连通，此时由于浮力的降低，整个风电机组将降低至海床；当需要升高海上风电机组的高度时，利用充气装置通过通气管道给浮力装置空腔内部充气，此时由于浮力增大，整个风机机组将升高。通过充气装置就可升高或降低海上风电机组的高度，不仅可以采用较小的安装平台进行安装作业，而且不需要大型海上风电吊装设备，降低了海上风电的安装难度，也大幅降低了后期的维护保养的工作难度。

Description

一种漂浮式海上风力发电装置

技术领域

本实用新型属于深远海域海上风电领域，具体涉及一种漂浮式海上风力发电装置。

背景技术

在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，风力发电作为全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、机构和企业等的高度关注。此外，由于风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有效性，因此，风电也成为近年来世界上增长最快的能源之一。

我国幅员辽阔、海岸线长，陆地面积约为960万平方千米，海岸线(包括岛屿)达32000千米，同时我国东部沿海地区先天条件优越，东部沿海地区经济发达、常规能源缺乏、环境保护要求高、同时拥有丰富的风能资源，而且工业基础雄厚。所以相对于陆上风电来说，更具备开发建设海上风电的良好条件。

目前建设潮间带和近海风电场已不存在制约性技术因素，但由于潮间带、近海风电场场址距离岸线较近，开发时经常与其他海域使用功能产生矛盾，相互影响、制约性因素较多，协调工作量大，相对来说，在距离岸线较远的海域开发风电场，能够避免这些问题，因此有必要对深远海域海上风电场的开发进行研究。

根据测算，距离海岸线越远，风速越大，发电量增加越明显，离岸10km的海上风速通常比沿岸高约25％。因此，今后随着潮间带及近海区域风电资源的开发强度逐渐饱和以及沿海地区环境保护呼声的日益强烈，海上风力发电从潮间带和近海走向深海远岸将是必然趋势。

一般认为，离岸距离达到50km或水深达到50m的风电场即可称为深远海风电场。基础型式和机组的安装与维修是深远海风电场建设和运行的难点。由于深远海风电机组单机功率普遍较大、而且基础不适合海床直接接触，所以安装阶段需要较大的安装平台和起重吊装设备，同时后期运行维护得难度也相应的增加。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种漂浮式海上风力发电装置，能够降低海上风电的安装难度，同时大幅降低后期维护保养的工作难度。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种漂浮式海上风力发电装置，包括浮力装置，所述浮力装置为空腔结构，浮力装置的底部开设有通水口，浮力装置的顶部安装有风机塔柱，所述浮力装置通过通气管道与充气装置连通。

进一步地，所述通气管道包括第一通气管道和第二通气管道，所述第一通气管道开设于风机塔柱内，第一通气管道的一端穿通风机塔柱的底部与浮力装置连通，另一端穿通风机塔柱的侧壁与第二通气管道的一端连接，第二通气管道的另一端与充气装置连通，且第一通气管道与第二通气管道的连接处设置有通气接口。

进一步地，所述浮力装置的底部设置有配重块，所述配重块与浮力装置接触的一面与浮力装置的底部贴合。

进一步地，所述浮力装置内部设置有若干块挡板，相邻两块挡板之间有间隙。

进一步地，所述浮力装置的底部设置有若干支腿。

进一步地，所述浮力装置的底部连接有牵引装置，所述牵引装置用于实现浮力装置与海床的连接。

进一步地，所述牵引装置为锚索或缆绳，锚索或缆绳的一端连接在浮力装置的底部，另一端与海床固定连接。

进一步地，所述浮力装置为浮力罐，所述浮力装置为球形结构设计，配重块与浮力装置底部贴合面为弧面，且配重块的重心与风机塔柱的底面中心的连接线经过浮力装置的球心。

进一步地，所述风机塔柱远离浮力装置的一端连接有风电主机。

一种漂浮式海上风力发电装置的工作方法，当需要升高风机机组高度的时候，打开通气接口，利用充气装置往浮力装置充气，浮力装置内的海水从通水口排出浮力装置，浮力装置的浮力增加，整个风电机组将升高，最后关闭通气接口；

当需要降低风电机组高度的时候，打开通气接口，浮力装置通过通气管道与外界联通，海水通过通水口进入浮力装置，浮力装置的浮力降低，整个风机机组降低至海床。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型通过调节浮力装置的浮力大小，将浮力装置与风力塔柱连接，浮力装置为空腔结构，在浮力装置的底部开设有通水口，浮力装置的顶部与风机塔柱固定连接，浮力装置通过通气管道与充气装置连通。通过这样的结构设计，当需要降低海上风电机组的高度进行维修时，让浮力装置通过通气管道与外界连通，这时海水将通过通水口进入浮力装置的空腔内部，此时由于浮力装置浮力的降低，整个风电机组将降低至海床；当需要升高海上风电机组的高度正常工作时，利用充气装置通过通气管道给浮力装置空腔内部充气，增加浮力装置内的气压进而将浮力装置内部的海水从通水口压出浮力装置，提升浮力装置的浮力，从而实现整个风机机组的升高。由此可见，本实用新型仅通过充气装置就可升高或降低海上风电机组的高度，不仅可以采用相对较小的安装平台进行安装作业，也不需要超大型海上风电吊装设备，从而降低了海上风电的安装难度，同时也大幅降低了后期风电装置维护保养的工作难度。

进一步地，风机塔柱上开设有第一通气管道，第一通气管道的一端穿通风机塔柱与浮力装置连接的一端后与浮力装置连通，第一通气管道的另一端穿通风机塔柱的侧壁与第二通气管道一端连接，且第一通气管道与第二通气管道之间设置有通气接口，第二通气管道的另一端与充气装置连通，这样通过控制通气接口的开闭就可方便的控制浮力装置的浮力的大小，即打开通气接口并停止往浮力装置中充气后，浮力装置中的气压与外界大气压相同，海水进入浮力装置，进而浮力装置的浮力减小，浮力装置下降，整个机组降低，方便维修；当打开通气接口并通过充气装置向浮力装置中充气时，浮力装置中的气压逐渐升高，进而将海水从浮力装置中压出，浮力装置的浮力增大，通过调节充气量来使得浮力装置处于合适的高度后，关闭通气接口，浮力装置的内部气压保持恒定，且浮力装置的内部气压与浮力装置所在位置的海水压力处于平衡状态，进而使得整个机组处于稳定的高度。

进一步地，浮力装置的底部设置有配重块，配重块的作用降低了整个机组的重心，而且避免浮力装置发生翻转，提升了浮力装置的稳定性，避免整个机组的倾覆。

进一步地，浮力装置内部设置有若干块挡板，相邻两块挡板之间有间隙，浮力装置内一般需要留有适量的海水，在内部设置有挡板，在风力较大或者海浪较大时，挡板能够起到了阻尼器的阻尼作用，避免浮力装置内部的海水发生较大幅度的晃动，进一步提升了浮力装置的工作稳定性，减轻海上风电机组的晃动。

进一步地，浮力装置的底部设置有若干支腿，当浮力装置下沉到海床上时，保证整个机组处于正常的角度。

进一步地，浮力装置的底部连接有牵引装置，牵引装置为锚索或缆绳，锚索或缆绳的一端连接在浮力装置的底部，另一端与海床固定连接，可保证整个风电机组不至于漂走。若需要移动整个机组的时候，只需断开锚索或缆绳与海床的连接，使用船只直接将机组拉至合适的位置。

附图说明

图1为本实用新型装置上浮时机组正常工作时的结构示意图；

图2为本实用新型装置下沉时机组维修时的结构示意图。

图中：1-风电主机；2-风机塔柱；3-浮力装置；4-支腿；5-配重块；6-挡板；7-通水口；8-牵引装置；9-第一通气管道；10-通气接口；11-第二通气管道；12-充气装置。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做详细的解释说明。

如图1和图2所示，本实用新型包括风电主机1、风机塔柱2、浮力装置3和充气装置12，浮力装置3的内部为空腔结构，优选地，本实用新型的浮力装置3选用球形结构设计的浮力罐。在球形浮力罐的底部开设有通水口7，用于海水的进出口；在球形浮力罐的顶部固定连接有风机塔柱2，且在球形浮力罐上的球形浮力罐与风机塔柱2的连接处开设有一通孔，此通孔通向球形浮力罐的空腔内部，在风机塔柱2与球形浮力罐接触的一端开设沿着风机塔柱2轴向的第一通气管道9，第一通气管道9的另一端从风机塔柱2的侧壁穿通且设置通气接口10，通气接口10为球阀密封结构，通气接口10通过第二通气管道11与充气装置12连通，且第一通气管道9与球形浮力罐上开设的通孔相匹配连通。

优选地，本实用新型还包括一维修平台，维修平台设置在风电基础装置的附近，充气装置12安装在维修平台上，当然，维修平台也可以设置在维修船中。本实用新型中的充气装置12优选空气压缩机，空气压缩机设置在安装平台或维护船只上的维修平台上。风机塔柱2远离球形浮力罐的一端连接有风电主机1。

另外，为了降低了整个机组的重心，避免整个机组的倾覆，在球形浮力罐的底部设置有配重块5，配重块5与浮力装置6底部贴合面为弧面，且配重块5的重心与风机塔柱2的底面中心的连接线经过球形浮力罐的球心，配重块5的作用降低了整个机组的重心，而且避免球形浮力罐发生翻转，提升了球形浮力罐的稳定性，避免整个机组的倾覆。

为了在风力较大，或者海浪较大的时候，减轻海上风电机组的晃动，在球形浮力罐的内部设置有若干块挡板6，挡板6之间平行布置，相邻两块挡板6之间有间隙，能起到了阻尼器的阻尼作用，减轻海上风电机组的晃动。

为了让球形浮力罐在下沉到海床上时，保证整个机组处于垂直状态，在球形浮力罐的底部设置有若干支腿4，支腿4采用环形阵列的方式均布在球形浮力罐的同一纬度圆上，且支腿4的数量至少为三个。

为了保证整个风电机组不至于漂走，且方便整个风电机组的移动，在球形浮力罐底部连接有牵引装置8，优选地，牵引装置8为锚索或缆绳，锚索或缆绳的一端连接在浮力装置3的底部，另一端与海床固定连接。优选地，至少设置有两根锚索或缆绳，且锚索或缆绳一端连接在浮力装置3的底部，具体的说，连接在未被配重块覆盖的底部区域。当浮力装置3为球形结构的浮力罐时，锚索或缆绳与浮力罐的连接点位于球形浮力罐的同一纬度圆上。这样，在不断开锚索或缆绳的时候，整个风电机组不会漂走。若需要移动整个机组的时候，只需断开锚索或缆绳与海床的连接，使用船只直接将机组拉至合适的位置。

为了保证球形浮力罐内部的海水被压出去之后不再有海水进入，在通水口7处安装有球形密封阀，当需要让通水口7与海水连通时，打开球形密封阀，海水便可出入球形浮力罐；当球形浮力罐内部的海水被压出去之后，可关闭球形密封阀，进一步的保证海水不再进入球形浮力罐。

本实用新型的工作过程为：在安装平台或维护船只上安装有空气压缩机12，通过第二通气管道11与风机塔柱2的通气接口10连接，进而通过第一通气管道9与球形浮力罐连通。在需要升高风机机组高度的时候，一般深远海领域海上风电的深度约100m,则根据每10m一个大气压计算，需要配置12Mpa～15Mpa的空气压缩机即可将球形浮力罐内的海水从通水口7排出浮力罐，则由于浮力的增加，整个风电机组将缓慢的升高；同样在需要降低风电机组高度的时候，直接将风机塔柱2内的通气接口10打开，与外界联通，海水将通过通水口7进入浮力罐，则由于浮力的降低，整个风机机组将缓降低至海床。

Claims (9)

1.一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：包括浮力装置(3)，所述浮力装置(3)为空腔结构，浮力装置(3)的底部开设有通水口(7)，浮力装置(3)的顶部安装有风机塔柱(2)，所述浮力装置(3)通过通气管道与充气装置(12)连通。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述通气管道包括第一通气管道(9)和第二通气管道(11)，所述第一通气管道(9)开设于风机塔柱(2)内，第一通气管道(9)的一端穿通风机塔柱(2)的底部与浮力装置(3)连通，另一端穿通风机塔柱(2)的侧壁与第二通气管道(11)的一端连接，第二通气管道(11)的另一端与充气装置(12)连通，且第一通气管道(9)与第二通气管道(11)的连接处设置有通气接口(10)。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述浮力装置(3)的底部设置有配重块(5)，所述配重块(5)与浮力装置(3)接触的一面与浮力装置(3)的底部贴合。

4.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述浮力装置(3)内部设置有若干块挡板(6)，相邻两块挡板(6)之间有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述浮力装置(3)的底部设置有若干支腿(4)。

6.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述浮力装置(3)的底部连接有牵引装置(8)，所述牵引装置(8)用于实现浮力装置(3)与海床的连接。

7.根据权利要求6所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述牵引装置(8)为锚索或缆绳，锚索或缆绳的一端连接在浮力装置(3)的底部，另一端与海床固定连接。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述浮力装置(3)为浮力罐，所述浮力装置(3)为球形结构设计，配重块(5)与浮力装置(3)底部贴合面为弧面，且配重块(5)的重心与风机塔柱(2)的底面中心的连接线经过浮力装置(3)的球心。

9.根据权利要求1所述的一种漂浮式海上风力发电装置，其特征在于：所述风机塔柱(2)远离浮力装置(3)的一端连接有风电主机(1)。