CN220470118U - 一种新型海上漂浮式混合发电平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海上发电技术领域，尤其涉及一种新型海上漂浮式混合发电平台，包括用于发电平台漂浮于海面上的漂浮式基础结构、用于漂浮式基础结构的系泊的系泊结构、与系泊结构配合并用于浮式基础结构的固定的锚固结构、固定于漂浮式基础结构上并用于利用风力发电的风电发电机组、固定于漂浮式基础结构上并用于利用海洋波浪能发电的海流波浪发电装置；与现有技术相比，本实用新型提供利用一套漂浮式结构，同时可以达到利用海上风能和海流波浪能的海上漂浮式混合发电平台。

Description

一种新型海上漂浮式混合发电平台

技术领域

本实用新型涉及海上发电技术领域，更具体地说，它涉及一种新型海上漂浮式混合发电平台。

背景技术

风能作为一种可再生的清洁能源，现如今越来越受到各方重视，且随着国家“碳中和”、“碳达峰”战略的提出，风力发电领域近些年发展十分迅猛。而海上风能相比于陆上风能，其风资源量大，且稳定，这使得海上风力发电的产量和效率远超陆地风力发电。

传统的固定式海上风力发电装置一般布置在近海区域，因为此类区域水深较浅，适用各类固定式基础结构。然而随着水深的增加，固定式风力发电装置的设计制造成本不断增加，甚至无法设计出满足深海区域工况的风力发电装置结构。此时漂浮式风力发电装置的优势就得以体现，其在对深海区域的适应性强，且成本相对固定式风机结构较低。且相比于浅海地区，深海的风资源储量更为丰富，也更具经济效益。

但目前一方面漂浮式风力发电的基础由于其结构的特殊性设计难度大，另一方面其资源利用种类单一。因此如何高效利用深海资源，同时降低漂浮式风力发电结构设计难度成为技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供利用一套漂浮式结构，同时可以达到利用海上风能和海流波浪能的海上漂浮式混合发电平台。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种新型海上漂浮式混合发电平台，包括

漂浮式基础结构，为半潜式结构，用于发电平台漂浮于海面上，

系泊结构，用于漂浮式基础结构的系泊，

锚固结构，固定于海底并与系泊结构配合并用于浮式基础结构的固定，

风电发电机组，固定于漂浮式基础结构上并用于利用风力发电，

海流波浪能发电装置，固定于漂浮式基础结构上，其利用波浪引起涡轮机的转动从而将海流波浪能转化为电能。

进一步的，漂浮式基础结构包括若干根立柱、若干块压水板、若干根底部横撑及一个顶部横撑，若干根立柱、若干块压水板及若干根底部横撑一一对应，

若干立柱之间呈环形排布，顶部横撑置于若干立柱之间并连接若干立柱，压水板固定于立柱的底部，一根底部横撑连接相邻两块压水板，海流波浪能发电装置固定于压水板的底部上。

进一步的，风电发电机组包括安装在顶部横撑中心的塔筒、固定于顶部横撑上的环形轨道、与环形轨道滑动连接的发电机、安装在塔筒顶部的机舱、安装于机舱上的叶片和传动轴、及用于联动传动轴和发电机的履带，叶片和传动轴机械连接，发电装置可在环形轨道上绕塔筒中心转动。

进一步的，系泊结构包括若干组系泊锚链，所述锚固结构包括若干锚桩，每组锚链均连接一根立柱和一个锚桩，系泊锚链张紧后与海底面夹角约在15°~30°之间。

进一步的，漂浮式基础结构为半潜式，立柱设有三根，压水板设有三块，底部横撑设有三根，顶部横撑呈Y状，

其中，三根立柱呈等边三角形排布，立柱可为四棱柱式或圆柱且上下的横截面面积相同，压水板为扁圆柱式或浮箱式，压水板的横截面尺寸大于立柱的底端。

进一步的，每组锚链均由相互连接的一根第一连接链、连接环及三根第二连接链构成，第一连接链与锚桩连接，第二连接链均与立柱连接，第一连接链和第二连接链均由超高分子量聚乙烯锚绳构成。

进一步的，锚桩为钻入式桩锚或吸力锚。

通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

1、发电机放置于塔筒与漂浮基础连接的位置，通过在机舱的一端连接履带将风力引起的动能传输发电机，且利用风机的偏航系统同时控制风机的偏航角以及发电装置在圆环型轨道的位置，保证其履带始终垂直于漂浮基础平台；这样做的目的在于由于漂浮式风力发电机由于没有底部固定基础，始终存在“头重脚轻”的情况，在大功率大尺寸叶片的漂浮式风力发电机结构上，由于高塔筒结构，哪怕是较小的横摇或纵摇运动，都会在转动中心上十分可观的弯曲力矩，所以传统的立柱式漂浮式风力发电机在设计上难度较高，在实际工作状态下也容易受到极端天气的影响而引起整体结构倾覆损坏；故通过减少机舱重量，将发电结构移至基础高度处，有助于结构的稳定；

2、在压水板下方安装的海流波浪能发电装置的用途不仅仅在于开发利用多种海洋资源，同时在减少所需漂浮基础所需配重，提高结构稳定上亦有十分重要意义；由于漂浮式风力发电机有“头重脚轻”的特性为了保持漂浮式风力发电机结构的稳定性，都会在漂浮基础位置增加配重，以避免倾覆而引起的结构的损毁。而在压水板下增加多个海流波浪发电装置本身也是增加配重，有利于结构的整体稳定性；另一方面，由于半潜式结构的吃水深度一般在15米左右，在此水深下的波浪、海流的能量来源主要为风能，经过各方研究表明，一般情况下波浪及海流方向与风向不会超过10°；如此这样，海流波浪能发电装置在工作状态下受到的作用力方向几乎与海上风机叶片所受作用力方向一致，波浪海流能发电装置所受作用力在旋转中心产生的弯曲力矩刚和可以与叶片所受作用力在转动中心产的弯矩部分抵消，整体上利于结构的稳定性；故此方案增加的海流波浪能发电装置，无论从增加单结构发电量，提高单机收益，提高结构稳定性，降低结构成本上均有益处。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

其中：1、锚桩；2、系泊结构；11、海流波浪能发电装置；21、压水板；22、底部横撑；23、立柱；24、顶部横撑；31、环形轨道；32、发电机；33、塔筒；34、履带；35、机舱；36、传动轴；37、叶片。

实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

漂浮式混合发电平台包括漂浮式基础结构、系泊结构、锚固结构、风电发电机组、海流波浪发电装置。

漂浮式基础结构为半潜式，并包括三根立柱23、三块压水板21、Y形的顶部横撑24、三根底部横撑22；其中，三根立柱23中心连线为等边三角形形式布置，立柱23可采用四棱柱式或圆柱式，且上下的横截面面积相同；立柱底端连接压水板21，压水板21可采用扁圆柱式或浮箱式，压水板的横截面尺寸大于立柱23的底端，以增加半潜式漂浮基础的质量及阻尼，减少波浪刺激下结构的晃动和水平运动；顶部横撑为“Y”字形，连接在三根立柱的顶端之间；另有三根底部横撑一一对应连接在相邻两个压水板21之间。

系泊结构包括三组系泊锚链2，每组系泊锚链可根据设计需要选择不同数量的锚链；图1中展示的为单锚桩通过与单根锚链相连，最后通过连接环分出三根锚链连接于立柱表面的连接装置上，这样可以均匀分配荷载，保证结构的稳定性。

锚固结构包括三组可以固定于海底的且具有较大垂向及水平向抗拉力的锚桩，优选用钻入式桩锚或吸力锚；每组锚桩的数量可根据设计需要选用，图1中展示的是单根锚桩与锚链通过连接装置连接的模式；锚桩的位置位于锚链张紧后，锚链与海底的夹角α为15°到30°之间。

风电发电机组包括安装在顶部横撑24上的环形导轨31、与环形导轨滑动连接的发电机32、安装在顶部横撑24中心的塔筒33、履带34、安装在塔筒顶部的机舱35、传动轴36、三片叶片37，机舱内无发动机，三片叶片37安装在机舱35的一端，机舱35的另一端为传动轴36，传动轴连接履带34将风机叶片37的动能传递到发电机32，发电机32放置在一个环形轨道31上且可在环形轨道上绕塔筒33中心转动，其转动受风机偏航系统控制。

本实用新型的漂浮式风力发电机组,采用以下施工方法及流程进行系泊结构和锚固结构的安装：

首先施工作业船将锚桩1打入设计位置的海床中；然后将系泊锚链2与锚桩1进行连接,并在系泊锚链2上系上漂浮球防止系泊锚链的丢失；

将漂浮式混合发电结构组装完毕后，将系泊锚链连接漂浮球的一端与立柱23的下端相连。漂浮式混合发电平台在工作期间系泊系统中的锚链2会处于张紧状态，从而漂浮平台的移动和转动的范围将会收到限制。系泊锚链与海底之间的夹角可由改变锚桩1位置或改变系泊锚链长度控制。锚链材料选用高分子聚乙烯，保证高抗拉强度的同时有相对较低的弹性模量，从而利于锚链吸收部分海流波浪的能量，且防止受到海洋碎波等冲击荷载而引起的瞬时位移，而使得锚链内部应力过大引起断裂；

由于风机机舱的发电机32下移至立柱22的Y形的顶部横撑24上方，减少了机舱35的重量，降低了结构的重心，漂浮平台在发生横摇、纵摇运动时会对转动中心产生更小的弯矩，有利于结构的稳定；

同时在工作期间，海流波浪发电装置11，会受到与叶片37收到的风力荷载方向一致的荷载方向；两种荷载在转动中心的产生的弯矩将会部分抵消。可以防止结构在极端环境下产生过大的横摇、纵摇而引起倾覆或结构损坏。

以上所述仅为本专利的实施例，并非因此限制本专利的专利范围，凡是利用本专利说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本专利的专利保护范围内。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型海上漂浮式混合发电平台，其特征在于，包括

漂浮式基础结构，用于发电平台漂浮于海面上，

系泊结构，用于漂浮式基础结构的系泊，

锚固结构，与系泊结构配合并用于浮式基础结构的固定，

风电发电机组，固定于漂浮式基础结构上并用于利用风力发电，

海流波浪能发电装置，固定于漂浮式基础结构上并用于利用海洋波浪能发电；

所述漂浮式基础结构包括若干根立柱、若干块压水板、若干根底部横撑及一个顶部横撑，若干根立柱、若干块压水板及若干根底部横撑一一对应，

若干立柱之间呈环形排布，顶部横撑置于若干立柱之间并连接若干立柱，压水板固定于立柱的底部，一根底部横撑连接相邻两块压水板，海流波浪能发电装置固定于压水板的底部上。

2.根据权利要求1所述的一种新型海上漂浮式混合发电平台，其特征在于，所述风电发电机组包括安装在顶部横撑中心的塔筒、固定于顶部横撑上的环形轨道、与环形轨道滑动连接的发电机、安装在塔筒顶部的机舱、安装于机舱上的叶片和传动轴、及用于联动传动轴和发电机的履带，叶片和传动轴机械连接，发电装置可在环形轨道上绕塔筒中心转动。

3.根据权利要求2所述的一种新型海上漂浮式混合发电平台，其特征在于，所述系泊结构包括若干组系泊锚链，所述锚固结构包括若干锚桩，每组锚链均连接一根立柱和一个锚桩。

4.根据权利要求1所述的一种新型海上漂浮式混合发电平台，其特征在于，所述漂浮式基础结构为半潜式，立柱设有三根，压水板设有三块，底部横撑设有三根，顶部横撑呈Y状，

其中，三根立柱呈等边三角形排布，立柱可为四棱柱式或圆柱且上下的横截面面积相同，压水板为扁圆柱式或浮箱式，压水板的横截面尺寸大于立柱的底端。

5.根据权利要求3所述的一种新型海上漂浮式混合发电平台，其特征在于，所述每组锚链均由相互连接的一根第一连接链、连接环及三根第二连接链构成，第一连接链与锚桩连接，第二连接链均与立柱连接，第一连接链和第二连接链均由超高分子量聚乙烯锚绳构成。

6.根据权利要求3所述的一种新型海上漂浮式混合发电平台，其特征在于，所述锚桩为钻入式桩锚或吸力锚。