CN216008759U - 一种海上漂浮式风力发电平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，公开了一种海上漂浮式风力发电平台，包括漂浮式平台、锚泊系统和风机，风机包括外壳、定子、迎风转子和顺风转子，迎风转子传动连接有迎风叶片，顺风转子传动连接有顺风叶片，顺风叶片的旋向与迎风叶片的旋向相反。利用风能发电时，来风通过迎风叶片带动迎风转子转动进行发电；同时顺风叶片捕获迎风叶片尾迹中的气流转动，顺风转子利用迎风叶片尾迹中的剩余风能进行发电，提高了风能的利用效率；同时迎风叶片和顺风叶片反向旋转，来风受到迎风叶片的转动影响，增加与迎风叶片旋转轴方向相同的切向诱导速度，顺风叶片采用逆旋时能够从迎风叶片的尾迹中捕获更多的风能，从而大幅度提高风机整体的风能利用率。

Description

一种海上漂浮式风力发电平台

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，特别是涉及一种海上漂浮式风力发电平台。

背景技术

漂浮式风力发电机的主要功能是将风能转换为电能，作为石油、煤等化石能源的补充与替代，满足人们对于能源的需求。风力发电具有经济效益高、无污染、可再生等优点，高效利用风能将为能源生产提供环保的解决办法，从而减轻对化石燃料的依赖并减少二氧化碳排放，是诸多可再生能源开发利用技术中最为成熟的。

目前，漂浮式平台大多搭载水平轴风力机三叶片的风力机，传统的漂浮式单转子风力发电机已经得到广泛的应用，然而，现有的风力发电机工作时要求海上具有较高的风能密度，同时对于海域的稳定性要求较高，适合安装风力发电机的海域是有限的。

传统漂浮式单转子风力发电机的最大风能转换效率约为59％，考虑到粘性效应、传动消耗、浮式平台运动引起切入风向差异等因素，传统水平轴风力机单转子三叶片风力机实际风能转换效率只有40％左右，因此如何提高风能发电效率，对推进深远海风力发电机发展具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种海上漂浮式风力发电平台，以解决现有技术中的风力发电机的风能转换效率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种海上漂浮式风力发电平台，包括漂浮式平台、与所述漂浮式平台连接的锚泊系统和布置在所述漂浮式平台上的风机，所述风机包括外壳、固定布置在所述外壳内的定子、转动装配在所述外壳内的迎风转子和顺风转子，所述迎风转子传动连接有迎风叶片，所述顺风转子传动连接有顺风叶片，所述顺风叶片的旋向与所述迎风叶片的旋向相反。

优选地，所述顺风叶片的直径与所述迎风叶片的直径的比值为1/4－1/2。

优选地，所述迎风叶片的直径为100－140m，所述顺风叶片的直径为25－70m。

优选地，所述顺风转子嵌套布置在所述迎风转子的内部。

优选地，所述漂浮式平台上布置有塔基，所述塔基为由上至下外径逐渐增大的变径结构，所述风机支撑布置在所述塔基的顶端。

优选地，所述漂浮式平台包括基体和布置在所述基体上的立柱，所述基体成星形结构，所述立柱包括布置在所述基体中心的中心立柱和绕所述中心立柱布置的旁立柱，所述旁立柱布置在所述基体的外侧。

优选地，所述基体的底部还布置有向外延伸的减摇水鳍，所述减摇水鳍为条带状结构。

优选地，所述基体为中空的浮筒，所述浮筒的内腔形成压载水舱。

优选地，所述锚泊系统包括成星形布置的多个锚链组，各个锚链组沿所述基体的周向间隔均布，各个锚链组的顶端与所述基体连接，各个锚链组的底端用于与海底连接。

优选地，所述锚链组包括第一锚链、第二锚链、第三锚链，所述第一锚链用于连接至海底，所述第二锚链、第三锚链的底端分别连接至所述第一锚链的顶端，所述第二锚链和第三锚链的顶端间隔布置且分别与所述基体连接。

本实用新型实施例一种海上漂浮式风力发电平台与现有技术相比，其有益效果在于：风机采用双转子布置，利用风能发电时，迎风叶片朝向来风布置，顺风叶片位于迎风叶片的后侧，来风通过迎风叶片带动迎风转子转动进行发电；同时顺风叶片捕获迎风叶片尾迹中的气流转动，顺风转子利用迎风叶片尾迹中的剩余风能进行发电，提高了风能的利用效率；同时迎风叶片和顺风叶片反向旋转，来风经过迎风叶片受到迎风叶片的转动影响，增加与迎风叶片旋转轴方向相同的切向诱导速度，顺风叶片采用逆旋时能够从迎风叶片的尾迹中捕获更多的风能，从而大幅度提高风机整体的风能利用率，提高了风能发电效率。

附图说明

图1是本实用新型的海上漂浮式风力发电平台的结构示意图；

图2是图1的海上漂浮式风力发电平台省略第一锚链的长度后的结构示意图；

图3是图2的海上漂浮式风力发电平台的A处的放大示意图；

图4是图2的海上漂浮式风力发电平台的风机的内部结构示意图。

图中，1、漂浮式平台；11、基体；12、中心立柱；13、旁立柱；2、风机；21、外壳、22、定子；23、迎风转子；24、顺风转子；25、迎风叶片；26、顺风叶片；27、轮毂；3、锚泊系统；31、第一锚链；32、第二锚链；33、第三锚链；4、塔基；5、减摇水鳍。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种海上漂浮式风力发电平台的优选实施例，如图1至图4所示，该海上漂浮式风力发电平台包括漂浮式平台1、风机2和锚泊系统3，漂浮式平台1为该海上漂浮式风力发电平台的支撑基础，风机2支撑布置在漂浮式平台1上，锚泊系统3用于连接海底和漂浮式平台1，对漂浮式平台1进行固定，避免漂浮式平台1被海浪冲走移位。

风机2包括外壳21、定子22、迎风转子23、顺风转子24、迎风叶片25、顺风叶片26，外壳21为风机2的基础结构，外壳21采用钢制材料。定子22固定装配在外壳21的内部，迎风转子23、顺风转子24转动装配在外壳21内，迎风转子23和顺风转子24嵌套布置，顺风转子24嵌套布置在迎风转子23的内部，使迎风转子23的直径大于顺风转子24的直径，迎风转子23、顺风转子24在转动时与定子22作用，可分别进行发电。

迎风转子23和顺风转子24的转轴上均布置有轮毂27，轮毂27通过法兰固定装配在转轴上，与迎风转子23连接的轮毂27上固定装配有迎风叶片25，与顺风转子24连接的轮毂27上固定装配有顺风叶片26，迎风叶片25和顺风叶片26同轴布置，迎风叶片25通过轮毂27带动迎风转子23转动发电，顺风叶片26通过轮毂27带动顺风转子24转动发电。

迎风叶片25和顺风叶片26的数量均为三个，叶片间角度均为120度，使各个叶片以轮毂27为中心成对称分布。迎风叶片25和顺风叶片26均采用碳纤维材料，碳纤维材料具有较高的刚度、强度，还有较好的弹性和耐腐蚀性能，能够保证在运行时承受风带来的气动力且不发生变形、折断、具备较长的使用寿命。轮毂27采用钢制材料，能够承载叶片的重量、气动力带来的弯矩和扭矩。

迎风叶片25和顺风叶片26的直径成一定比例关系，顺风叶片26的直径与迎风叶片25的直径的比值为1/4－1/2。在本实施例中，顺风叶片26的直径是迎风叶片25的直径的一半，其中迎风叶片25的直径为120m，顺风叶片26的直径为60m。在其他实施例中，迎风叶片25的直径也可以为100m、110m、130m、140m；顺风叶片26的直径也可以为25m、40m、50m、70m。

迎风叶片25和顺风叶片26的旋向相反，在利用风能发电时，迎风叶片25朝向来风布置，顺风叶片26位于迎风叶片25的后侧，迎风叶片25在气流作用下调动迎风转子23在定子22的内部转动发电；同时顺风叶片26捕获迎风叶片25尾迹中的气流转动，顺风转子24利用迎风叶片25尾迹中的剩余风能进行发电，提高风能利率用，另外来风经过迎风叶片25后受到迎风叶片25的转动影响，增加与迎风叶片25旋转轴方向相同的切向诱导速度，顺风叶片26采用逆旋时会收获一个与旋向相同的切向速度，能够从迎风叶片25的尾迹中捕获更多的风能，从而大幅度提高风机2整体的风能利用率，提高了风能发电效率。

漂浮式平台1上布置有塔基4，塔基4的底部连接漂浮式平台1，风机2固定布置在塔基4的顶部。塔基4为变径结构，在本实施例中，塔基4为由上之下外径逐渐增大的圆柱体，塔基4的顶端为一直径稍小的圆柱，直径为4m，塔基4的底端为一直径较大的圆柱，直径为8m。塔基4连接风机2和漂浮式平台1，传递风机2的重量以及相互运动，迎风叶片25、顺风叶片26分别位于塔基4的两侧，使塔基4承受的弯矩更低。

漂浮式平台1为基体11和立柱，立柱布置在基体11上，基体11成星形结构，基体11由中心向四周延伸出三个星形支臂。基体11为中空的浮筒，浮筒的长宽高分别为40×9×5.5m，基体11的内腔形成压载水舱，压载水舱用于调整控制平台整体悬浮深度。基体11和立柱均为钢制材料，通过油漆进行防海水腐蚀处理。

立柱包括中心立柱12和旁立柱13，中心立柱12布置在星形的基体11的中心位置，旁立柱13绕中心立柱12成环形间隔均匀布置，旁立柱13共有三个，三个旁立柱13分别布置在三个星形支臂的端部。中心立柱12和旁立柱13的直径均为7m，中心立柱12的长度为34m，旁立柱13的长度为44m，中心立柱12的顶端和塔基4的底端连接。

基体11的底部还布置有减摇水鳍5，减摇水鳍5为条带状结构，减摇水鳍5向基体11的外侧延伸出一段长度，减摇水鳍5焊接固定在基体11的外围。减摇水鳍5的宽度为3.5m，厚度为0.5m。基体11的三个星形支臂上均焊接固定有减摇水鳍5，以增加减摇水鳍5的表面积。

减摇水鳍5能够增加漂浮式平台1的附加质量，进而减小漂浮式平台1在风浪流作用下的动力响应运动幅值，即能够减小由运动幅值带来的疲劳损伤、增强平台稳定性。另外，减摇水鳍5通过没入水中后，漂浮式平台1运动时，减摇水鳍5会与海水产生作用反力，其阻尼的增加原理在于增加了海水与平台相互作用的面积，增强了平台运动时对海水的拖带作用，从而使海水对平台有回复力作用。

该平台受到风浪流载荷的动力响应幅值越小，风机2整体的运动幅值越小，平台顶部的风机2越稳定，能够保证风速切入风机2的角度相对稳定，减少由平台运动引起风机2捕获风能的损失，该损失主要有：风机2与来风方向存在偏角，风向不能径直切入风机2转子旋转所形成的盘面。保证风速垂直切入风机2叶片旋转盘面积可以减少风机2偏航、变桨频次，增强风机2电量输出的稳定性，延长风机2的使用寿命。

锚泊系统3包括成星形布置的多个锚链组，各个锚链组沿基体11的周向间隔均布，各个锚链组的顶端与基体11连接，各个锚链组的底端用于与海底连接，以固定漂浮式平台1。在本实施例中，锚链组共有三个，三个锚链组分别与基体11的三个星形支臂连接。

该锚泊系统3共有就跟锚链，每个锚链组有三根锚链，定义一组锚链组中的三根锚链分别为第一锚链31、第二锚链32和第三锚链33，第一锚链31用于连接至海底进行固定，第二锚链32、第三锚链33的底端分别与第一锚链31的顶端连接，第二锚链32、第三锚链33的顶端间隔布置且连接至基体11上。

优选地，第二锚链32、第三锚链33的长度为45m，第二锚链32和第三锚链33由基体11的底部倾斜牵出，以漂浮式平台1的底部圆心成10°夹角。漂浮式平台1在发生首摇运动时，第二锚链32、第三锚链33中的一根放松、另一根张紧，从而提供漂浮式平台1首摇运动的回复力矩，减少风机2首摇和垂荡运动幅值，是其他形式锚泊系统3所不具备的。

综上，本实用新型实施例提供一种海上漂浮式风力发电平台，其风机采用双转子布置，利用风能发电时，迎风叶片朝向来风布置，顺风叶片位于迎风叶片的后侧，来风通过迎风叶片带动迎风转子转动进行发电；同时顺风叶片捕获迎风叶片尾迹中的气流转动，顺风转子利用迎风叶片尾迹中的剩余风能进行发电，提高了风能的利用效率；同时迎风叶片和顺风叶片反向旋转，来风经过迎风叶片受到迎风叶片的转动影响，增加与迎风叶片旋转轴方向相同的切向诱导速度，顺风叶片采用逆旋时能够从迎风叶片的尾迹中捕获更多的风能，从而大幅度提高风机整体的风能利用率，提高了风能发电效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，包括漂浮式平台、与所述漂浮式平台连接的锚泊系统和布置在所述漂浮式平台上的风机，所述风机包括外壳、固定布置在所述外壳内的定子、转动装配在所述外壳内的迎风转子和顺风转子，所述迎风转子传动连接有迎风叶片，所述顺风转子传动连接有顺风叶片，所述顺风叶片的旋向与所述迎风叶片的旋向相反。

2.根据权利要求1所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述顺风叶片的直径与所述迎风叶片的直径的比值为1/4－1/2。

3.根据权利要求2所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述迎风叶片的直径为100－140m，所述顺风叶片的直径为25－70m。

4.根据权利要求1－3任一项所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述顺风转子嵌套布置在所述迎风转子的内部。

5.根据权利要求1－3任一项所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述漂浮式平台上布置有塔基，所述塔基为由上至下外径逐渐增大的变径结构，所述风机支撑布置在所述塔基的顶端。

6.根据权利要求1－3任一项所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述漂浮式平台包括基体和布置在所述基体上的立柱，所述基体成星形结构，所述立柱包括布置在所述基体中心的中心立柱和绕所述中心立柱布置的旁立柱，所述旁立柱布置在所述基体的外侧。

7.根据权利要求6所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述基体的底部还布置有向外延伸的减摇水鳍，所述减摇水鳍为条带状结构。

8.根据权利要求6所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述基体为中空的浮筒，所述浮筒的内腔形成压载水舱。

9.根据权利要求6所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述锚泊系统包括成星形布置的多个锚链组，各个锚链组沿所述基体的周向间隔均布，各个锚链组的顶端与所述基体连接，各个锚链组的底端用于与海底连接。

10.根据权利要求9所述的海上漂浮式风力发电平台，其特征在于，所述锚链组包括第一锚链、第二锚链、第三锚链，所述第一锚链用于连接至海底，所述第二锚链、第三锚链的底端分别连接至所述第一锚链的顶端，所述第二锚链和第三锚链的顶端间隔布置且分别与所述基体连接。

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