CN210437359U - 一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础，包括一个带压载系统的中间浮筒和多个边浮筒，该多个边浮筒围成一个正多边形，中间浮筒位于该正多边形的中心处，其顶部作为安装风电机组的平台；每个边浮筒均安装有一只桩腿，作为桩腿浮筒使用，边浮筒做变径处理，分为上、下两部分，上部分直径较小，下部分直径较大；每个边浮筒的下部分与中间浮筒之间均采用矩形浮筒连接，矩形浮筒底部设计有类似船舶舭龙骨的结构；桩腿的底部形成有桩靴结构，且其末端设计为桩尖结构。本实用新型结构可靠，载荷分布均匀，为大兆瓦海上风电机组提供一种兼顾可靠性和经济性的海上支撑结构，保证机组稳定安全运行，适用于水深40米至70米的海域。

Description

一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础

技术领域

本实用新型涉及海上风力发电的技术领域，尤其是指一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础。

背景技术

未来十年到二十年，风电行业发展将重点向海上进军，海上风电势必走向远海、深海。我国海上风电开发正从样机试验、小批量走向大规模应用阶段。目前海上风电机组的基础主要是固定式机组，有单桩基础、多桩基础和高桩承台等。随着水深的增加，固定式海上风力发电机组基础成本直线上升，建造难度加大，施工成本上升显著。针对这种情况，国内外已经开始对漂浮式海上风电基础进行研究和应用。漂浮式基础的重量和材料都低于固定式基础，且安装成本也远低于固定式安装成本。相对于固定式基础，漂浮式基础还有以下优势：1、适用于水深较大海域，风能资源巨大；2、容纳更大容量的风力发电机组；3、依靠系泊系统定位，环境适用性更强；4、漂浮式基础便于拖航，可重复利用部署。但是，相对于固定式基础，漂浮式基础多了锚链系泊系统和整机平衡系统的成本，且由于基础存在纵向震荡和水平方向的摇摆，对风力发电机组的技术要求更高，载荷更大。对于单锚链系泊系统的漂浮式机组，发电机组本身不带偏航对风系统，需要整个基础的转向来实现叶轮对风，因此，单锚链系泊系统基础的风力发电机组还增加主电源高压滑环，技术要求和成本较高。

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，提出了一种结构可靠、载荷分布均匀的半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础，为大兆瓦海上风电机组(5.5MW以上)提供一种兼顾可靠性和经济性的海上支撑结构，保证机组稳定安全运行，该型式基础适用于水深40米至70米的海域。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础，包括有一个中间浮筒和多个边浮筒，该多个边浮筒等距间隔排开围成一个正多边形，所述中间浮筒位于该正多边形的中心处，并带压载系统，能够调节基础吃水，且所述中间浮筒的顶部作为安装风电机组的平台，能够连接风电机组的塔筒及布置应急舱，以供特殊情况下运维人员避难；每个边浮筒均安装有一只桩腿，作为桩腿浮筒使用，且所述边浮筒做变径处理，分为上、下两部分，其下部分直径较大，基础稳定时在水线以下，作为压载舱的一部分，其上部分直径较小，通过调整压载，在基础稳定时保持在水线以上，以降低基础重心和减少洋流对基础冲击的载荷；每个边浮筒的下部分与中间浮筒之间均采用矩形浮筒连接，以保证基础整体结构强度，且所述矩形浮筒也能够作为压载舱的一部分，起压载和力的传递作用，也能够减少基础的垂荡影响，所述矩形浮筒的底部设计有类似船舶舭龙骨的结构，以进一步最大限度地减少基础的垂荡影响，加强基础的耐波性和稳定性；所述桩腿的底部形成有桩靴结构，且其末端设计为桩尖结构，使得在固定桩腿的同时能够减少因机组重力作用而发生的缓慢沉降。

进一步，所述边浮筒有三个或者四个。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本方案基础是半漂浮式带桩腿结构型式，基础的稳定性高过漂浮式基础，风电机组的技术要求较低，安全性较高；相对于固定式基础，版漂浮式带桩腿结构可以适应更深的海域，且安装成本低，更适应海上作业时间窗口短的特点。

2、本方案采用组合浮筒结构型式，中间浮筒提供基础大部分的浮力，且带压载系统，可调节基础吃水；周围其它浮筒主要是作为桩腿的连接结构；整体结构采用焊接的连接型式，结构稳定，受载分布均匀。

3、本方案采用组合圆筒形结构，受波浪载荷阻力系数相对于其它同等面积的结构型式小，故受波浪载荷较小，基础稳定性高。

4、本方案各个浮筒之间在底部用矩型浮筒连接，保证基础整体结构强度，也可以作为压载舱的一部分；作为桩腿浮筒的边浮筒采用变径式设计，下部直径较大，基础稳定时在水线以下，作为压载舱的一部分，上部分直径较小，通过调整压载，保持在水线以上，降低波浪载荷阻力；该设计方案，加大压载舱容积，且基础重心降低，提高基础稳定性。

5、本方案用桩腿来支撑和固定基础，整体抗倾覆性能较好。漂浮式机组需要设计较大的基础体积和横截面，用加大基础倾覆力矩的方式来保证基础的稳定和安全，减小基础的横摇和纵摇。以某型漂浮式基础项目为例，计划搭载的风电机组和塔筒总重约900吨，其设计的基础排水量近万吨。与漂浮式机组相比，本方案基础排水量可大大降低，基础的排水量只需大于本身重力和风电机组塔筒部分的重力，整体重量降低，提高经济性。

6、本方案基础底部设计类似船舶舭龙骨的结构，加强基础耐波性和稳性，降低横摇和纵摇。

7、本方案基础为半漂浮式带桩腿结构，基础稳定，对搭载风电机组技术要求较漂浮式基础低，且无需带主电源高压滑环。

8、本方案基础在船坞内建造，建造完成后吊装安装风电机组，通过调整压载减少机组吃水，能够满足拖轮进行整体浮托安装要求。基础被拖至安装机位后，由大型海上吊装船辅助，逐个释放桩腿，在基础稳定之后固定桩腿。与漂浮式基础的安装过程相比，增加了桩腿的安装工作，减少了系泊系统锚链的安装工作。

附图说明

图1为半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础结构示意图。

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所示，本实施例所提供的半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础，包括有一个中间浮筒1和三个边浮筒(当然，也可以根据实际情况选择四个边浮筒的形式)，该三个边浮筒等距间隔排开围成一个等边三角形，所述中间浮筒1位于该等边三角形的中心处，并带压载系统，可调节基础吃水，且中间浮筒1的顶部作为安装风电机组的平台，可连接风电机组的塔筒及布置应急舱，以供特殊情况下运维人员避难，顶部平台具体水面有一定要求，保证不受浪溅影响；每个边浮筒均安装有一只桩腿2，作为桩腿浮筒使用，边浮筒做变径处理，分为上、下两部分3、7，其下部分7直径较大，基础稳定时在水线以下，作为压载舱的一部分，其上部分3直径较小，通过调整压载，在基础稳定时保持在水线以上，降低基础重心和可以减少洋流对基础冲击的载荷；每个边浮筒的下部分7与中间浮筒1之间均采用矩形浮筒8连接，以保证基础整体结构强度，且矩形浮筒8也能够作为压载舱的一部分，起压载和力的传递作用，也可以减少基础的垂荡影响，所述矩形浮筒8的底部设计有类似船舶舭龙骨的结构4，以进一步最大限度地减少基础的垂荡影响，加强基础的耐波性和稳定性；所述桩腿2的底部形成有桩靴结构5，且其末端设计为桩尖结构6，使得在固定桩腿2的同时可以减少因机组重力作用而发生的缓慢沉降。

在采用以上方案后，中间浮筒、边浮筒和矩形浮筒提供基础整体的浮力，并通关压载系统调整吃水深度；边浮筒的变径设计和矩形浮筒的位置的设计，降低基础重心，增加基础GM值，调高基础整体稳性；矩形浮筒除了提供压载作用，还增加了基础整体的垂荡运动阻尼；基础稳定后释放桩腿并固定，确保基础在各种工况下保持基础稳定；桩腿的作用只是固定机基础，并避免基础在各种极限工况下下产生倾覆。基础的结构尺寸可以根据所搭载风电基础的具体型号，通过一体化仿真计算，得到最优设计方案。

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 (2)

1.一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础，其特征在于：包括有一个中间浮筒和多个边浮筒，该多个边浮筒等距间隔排开围成一个正多边形，所述中间浮筒位于该正多边形的中心处，并带压载系统，能够调节基础吃水，且所述中间浮筒的顶部作为安装风电机组的平台，能够连接风电机组的塔筒及布置应急舱，以供特殊情况下运维人员避难；每个边浮筒均安装有一只桩腿，作为桩腿浮筒使用，且所述边浮筒做变径处理，分为上、下两部分，其下部分直径较大，基础稳定时在水线以下，作为压载舱的一部分，其上部分直径较小，通过调整压载，在基础稳定时保持在水线以上，以降低基础重心和减少洋流对基础冲击的载荷；每个边浮筒的下部分与中间浮筒之间均采用矩形浮筒连接，以保证基础整体结构强度，且所述矩形浮筒也能够作为压载舱的一部分，起压载和力的传递作用，也能够减少基础的垂荡影响，所述矩形浮筒的底部设计有类似船舶舭龙骨的结构，以进一步最大限度地减少基础的垂荡影响，加强基础的耐波性和稳定性；所述桩腿的底部形成有桩靴结构，且其末端设计为桩尖结构，使得在固定桩腿的同时能够减少因机组重力作用而发生的缓慢沉降。

2.根据权利要求1所述的一种半漂浮式带桩腿和压载系统的海上风电机组基础，其特征在于：所述边浮筒有三个或者四个。

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