CN220522697U - 海上风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种海上风力发电系统，其包括制氢系统以及风力发电机组，制氢系统包括浮体以及设置于浮体上的制氢装置，浮体内设置有第一储存腔，制氢装置与第一储存腔连接，风力发电机组包括漂浮式基础以及设置于漂浮式基础上的风力发电机，风力发电机与制氢装置电连接，并向制氢装置供电，漂浮式基础连接于浮体一侧且其内设置有第二储存腔，第一储存腔和第二储存腔相连通。本申请实施例中的海上风力发电系统，能够提高风力发电的利用率，并且也能够提高海上风力发电系统运行稳定性，保证运行安全。

Description

海上风力发电系统

技术领域

本申请涉及风电技术领域，特别是涉及一种海上风力发电系统。

背景技术

风力发电机组是将风能转换为电能的一种装置。近年来，风力发电机组具有从陆地向近海发展的趋势。相比陆地风力发电机组，海上风力发电机组具备发电量高、单机装机容量大、机组运行稳定以及不占用土地等开发优势。

然而，由于海上环境极端恶劣，因此与陆地风力发电机组相比，海上风力发电受自然环境影响存在发电功率大幅间歇波动的情况，其消纳存在明显的地域和时段集中分布的特征，风力发电系统存在较高的弃风率，造成电力浪费。

实用新型内容

本申请提供一种海上风力发电系统，能够提高风力发电的利用率，并且也能够提高海上风力发电系统运行稳定性。

一方面，根据本申请实施例提出了一种海上风力发电系统，包括：制氢系统，包括浮体以及设置于浮体上的制氢装置，浮体内设置有第一储存腔，制氢装置与第一储存腔连接；风力发电机组，包括漂浮式基础以及设置于漂浮式基础上的风力发电机，风力发电机与制氢装置电连接，并向制氢装置供电，漂浮式基础连接于浮体一侧且其内设置有第二储存腔，第一储存腔和第二储存腔相连通。

根据本申请实施例的一个方面，第一储存腔包括相独立的第一子腔室和第二子腔室，第二储存腔与第一子腔室和第二子腔室中的至少一者相连通。

根据本申请实施例的一个方面，第一子腔室的体积大于第二子腔室，第一子腔室用于存储氢气，第二子腔室用于存储氧气。

根据本申请实施例的一个方面，在浮体上，制氢装置设置于靠近第一子腔室的一侧。

根据本申请实施例的一个方面，第二储存腔包括相独立的第三子腔室和第四子腔室，第一子腔室与第三子腔室相连，第二子腔室与第四子腔室相连通。

根据本申请实施例的一个方面，浮体与漂浮式基础设置为一体式结构。

根据本申请实施例的一个方面，还包括储能系统，设置于浮体，储能系统与风力发电机电连接并用于存储电能。

根据本申请实施例的一个方面，还包括动力装置以及锚固装置，动力装置可转动连接于浮体上，海上风力发电系统包括航行状态和偏航状态；在航行状态下，动力装置的朝向轴线被配置为与航行的方向相同；在偏航状态下，海上风力发电系统被配置为通过锚固装置系泊于锚定点，动力装置的朝向轴线被配置为与动力装置和锚定点的连线方向具有夹角。

根据本申请实施例的一个方面，动力装置的数量为两个以上，沿航行的方向，两个以上的动力装置对称设置于浮体的两侧。

根据本申请实施例的一个方面，风力发电机的数量为两个以上，海上风力发电系统还包括变流器，各风力发电机分别与变流器的输入端电连接，制氢系统与变流器的输出端电连接。

本申请实施例提供的海上风力发电系统，其包括制氢系统以及风力发电机组，通过将制氢系统与风力发电机相结合，风力发电机所产生额外电力能够通过制氢系统直接消纳，消除弃风限电影响，提高风力发电的利用率。在此基础上，通过使漂浮式基础内设置有第二储存腔，并将第二储存腔与第一储存腔相连通，能够增加存储容积，并且，随着制氢容量的增加，漂浮式基础和浮体的重力增大，从而也能够提高海上风力发电系统运行稳定性，保证海上风力发电系统的运行安全。

附图说明

下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本申请实施例的海上风力发电系统的结构示意图；

图2是本申请实施例的海上风力发电系统在航行状态下的俯视图；

图3是本申请实施例的海上风力发电系统在偏航状态下的俯视图；

图4是本申请实施例的海上风力发电系统在发电模式的控制逻辑图。

附图中：

1-浮体；2-制氢装置；21-引水管；22-输氢管；23-输氧管；3-漂浮式基础；4-风力发电机；5-变流器；6-动力装置；7-锚固装置；

S1-第一子腔室；S2-第二子腔室；S3-第三子腔室；S4-第四子腔室。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的海上风力发电系统进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了更好地理解本申请，下面结合图1至图4根据本申请实施例的海上风力发电系统进行详细描述。

请参阅图1和图2，根据本申请实施例提出了一种海上风力发电系统，包括制氢系统以及风力发电机组，制氢系统包括浮体1以及设置于浮体1上的制氢装置2，浮体1内设置有第一储存腔，制氢装置2与第一储存腔连接，风力发电机组包括漂浮式基础3以及设置于漂浮式基础3上的风力发电机4，风力发电机4与制氢装置2电连接，并向制氢装置2供电，漂浮式基础3连接于浮体1一侧且其内设置有第二储存腔，第一储存腔和第二储存腔相连通。

本申请实施例提供的海上风力发电系统，包括制氢系统以及风力发电机组，通过将制氢系统与风力发电机组相结合，风力发电机4所产生额外电力能够通过制氢系统直接消纳，消除弃风限电影响，提高风力发电的利用率。在此基础上，通过使漂浮式基础3内设置有第二储存腔，并将第二储存腔与第一储存腔相连通，能够增加气体的存储容积，并且，随着制氢容量的增加，漂浮式基础3和浮体1的重力增大，从而也能够提高海上风力发电系统运行稳定性，保证海上风力发电系统的运行安全。

此外，由于浮体1本身具有较大的体积和重量，故相较于风力发电机组单独设置，在将制氢系统与风力发电机组相结合后，也可提高风力发电机组的基础刚度，有利于风力发电机组抵抗大兆瓦下的巨大基础载荷，进一步增加海上风力发电系统运行稳定性。

可以理解的是，在氢氧产生量较少阶段，漂浮式基础3和浮体1的重力较小，此时可通过降低风力发电机4的发电功率方式，来减少海上风力发电系统运行稳定性的风险。在氢氧产生量较多阶段，漂浮式基础3和浮体1的重力较大，海上风力发电系统的稳定性提高，此时即可提高风力发电机4的发电功率，以产生更多的电能。

请参阅图1和图2，在一些可选地实施例中，第一储存腔包括相独立的第一子腔室S1和第二子腔室S2，第二储存腔与第一子腔室S1和第二子腔室S2中的至少一者相连通。

当风力发电机4向制氢装置2提供电能时，制氢装置2以风力发电机4输入的电能作为动力源，通过引水管21引入海水，通过制氢装置2产生氢气和氧气，产生的氢气和氧气分别通过输氢管22和输氧管23导入第一子腔室S1和第二子腔室S2中。通过在浮体1内设置独立的第一子腔室S1和第二子腔室S2，以用于分开存储氢气和氧气，以使得两种气体均能够得到有效收集，避免浪费，并且也能够实现两种气体的单独存储，无需后续分离。

通过使漂浮式基础3内的第二储存腔与第一子腔室S1和第二子腔室S2中的至少一者相连通，能够对浮体1内的第一子腔室S1和/或第二子腔室S2进行扩容，以根据实际需要增加氢气和/或氧气的存储容积，来满足使用需求。

在一些可选地实施例中，第二储存腔包括相独立的第三子腔室S3和第四子腔室S4，第一子腔室S1与第三子腔室S3相连，第二子腔室S2与第四子腔室S4相连通。通过在第二储存腔内设置第三子腔室S3和第四子腔室S4，能够对第一子腔室S1和第二子腔室S2同时进行扩容，更便于排布设计。

请参阅图1和图2，在一些可选地实施例中，第一子腔室S1的体积大于第二子腔室S2的体积，第一子腔室S1用于存储氢气，第二子腔室S2用于存储氧气。

由于电解产生的氢气和氧气体积的比例不同，故通过使第一子腔室S1的体积大于第二子腔室S2的体积，能够更好地与产生气体容量相匹配，便于气体存储，并且也可使得第一子腔室S1内的压力与第二子腔室S2内的压力趋于一致，减少第一子腔室S1和第二子腔室S2分隔板的受力。

可以理解的是，由于电解产生的氢气和氧气的体积之比约为2:1，故可使得第一子腔室S1的体积与第二子腔室S2的体积约等为2:1，以进一步满足气体存储要求。此外，也可使得第一子腔室S1的体积与第二子腔室S2的体积之比不等于2:1，例如可使得第一子腔室S1的体积与第二子腔室S2的体积之比小于2:1，此时可通过将第二储存腔与第一子腔室S1相连通，来使得第二子腔室S2与第一子腔室S1的体积之和、与第二子腔室S2的体积之比约为2:1。其具体体积分布可根据实际调整，即能够满足海上风力系统中，用于存储氢气的体积与用于存储氧气的体积之比约为2:1即可。

由于第一子腔室S1用于存储氢气，故在此基础上，在浮体1上，制氢装置2可设置于靠近第一子腔室S1的一侧。由于氢气比氧气更轻，即电解产生的氢气和氧气的重量之比约为1:8，故通过将制氢装置2设置于靠近第一子腔室S1的一侧，能够让浮体1尽可能保持平衡，提高整个海上风力发电系统的稳定性和安全性。

请参阅图1和图2，在一些可选地实施例中，浮体1与漂浮式基础3设置为一体式结构，即浮体1与漂浮式基础3可结合形成组合体，从而减小因两者连接处断裂而造成浮台与漂浮式基础3分离的风险，使海上风力发电系统更加稳定，在海上工作和移动时更加安全可靠。

可选地，浮体1与漂浮式基础3可设置为长条形组合体，从而能够使得组合体具有较长的迎风向距离，提高组合体的俯仰刚度，提高海上风力发电系统的运行稳定性。

在一些可选地实施例中，风力发电机4的数量为两个以上，海上风力发电系统还包括变流器5，各风力发电机4分别与变流器5的输入端电连接，制氢系统与变流器5的输出电连接。

通过增加风力发电机4的数量，能够提高风力发电机4的总发电功率，分散风力发电机4产生的推力，并且也能够降低每个风力发电机4的高度，提高适用性。当设置多个风力发电机4时，多个风力发电机4所产生的电能通过动力电缆传输到变流器5，以通过变流器5整流后变为直流电，通过直流电输入制氢装置2中，来进行制氢。

请参阅图2和图3，在一些可选地实施例中，海上风力发电系统还包括动力装置6以及锚固装置7，动力装置6可转动连接于浮体1上，海上风力发电系统包括航行状态和偏航状态。

在航行状态下，动力装置6的朝向轴线被配置为与航行的方向相同，在偏航状态下，海上风力发电系统被配置为通过锚固装置7系泊于锚定点，动力装置6的朝向轴线被配置为与动力装置6和锚定点的连线方向具有夹角。

即海上风力发电系统包括发电配置和移动配置，通过设置动力装置6，海上风力发电系统自身即具有自航功能，从而可实现海上风力发电系统的移动，以提高海上风力发电系统的适用性。

图2为海上风力发电系统处于航行状态的示意图，在航行状态下，锚固装置7收设于浮体上，此时动力装置6处于第一位置，由于在第一位置下，动力装置6的朝向轴线与航行的方向相同，故在动力装置6的驱动下，海上风力发电系统会沿航行方向移动，从而实现海上风力发电系统的航行。

其中，航行状态可用在点位部署、台风躲避和转运卸氢等场景中。

在点位部署的场景下，动力装置6可被配置为在整个海上风力发电系统在码头完成组装和吊装后，驱动组合体到达目标海域。

在台风躲避的场景下，动力装置6可被配置为驱动组合体按规划路线移动到安全区域，以降低恶劣天气对海上风力发电系统的影响。

在转运卸氢的场景下，海上风力发电系统还具有与第一储存腔和/或第二储存腔相连通的接口，动力装置6可被配置为驱动组合体按规划路线移动至海岸基地，海上风力发电系统可以被配置为在到达海岸基体后，将接口与陆上系统对接，完成氢氧转移。此外，除了通过动力装置6将组合体移动至海岸基地外，也可移动至与转运船相对接，本申请不以此为限。

可以理解的是，在将海上风力发电系统通过动力装置6航行至指定区域后，可将海上风力发电系统调整为发电配置，此时锚固装置7系泊于锚定点，以可靠实现海上风力发电系统的发电。

图3为海上风力发电系统处于偏航状态的示意图，在偏航状态下，锚固装置7系泊于锚定点，此时动力装置6处于第二位置，由于在第二位置下，动力装置6的朝向轴线与动力装置6和锚定点的连线方向具有夹角，故在动力装置6的驱动下，海上风力发电系统会以锚定点为轴转动，从而可实现海上风力发电系统的偏航。

其中，偏航状态主要可用在风力发电机4的偏航对风中。

具体地，海上风力发电系统可具有测风系统以及控制系统，测风系统被配置为检测风向偏差，控制系统被配置为根据风向偏差驱动动力装置6，动力装置6被配置为驱动海上风力发电系统以锚固点为轴转动，以实现风力发电机4的偏航对风。

可选地，海上风力发电系统还包括驱动件，驱动件用于驱动动力装置6转动，从而实现动力装置6在第一位置和第二位置之间的切换。驱动件可设置为电机。

此外，可以理解的是，动力装置6并不局限于在第一位置和第二位置，在实际过程中，可使得动力装置6工作在第一位置和第二位置之间的任一位置，即能够实现组合体的航向与偏航即可。可选地，动力装置6可设置为螺旋桨驱动器。

请参阅图2和图3，在一些可选地实施例中，动力装置6的数量为两个以上，沿航行的方向，两个以上的动力装置6对称设置于浮体1的两侧。通过将两个以上的动力装置6对称设置，能够提高驱动的稳定性，以更为可靠地实现组合体的航行或偏航。

可选地，当浮体1与漂浮式基础3可设置为长条形组合体时，锚固装置7和动力装置6分别设置于组合体沿自身延伸方向的两端，从而增加了锚固装置7和动力装置6之间的距离，即增加了偏航状态下的驱动力臂，可降低对动力装置6的驱动力需求，在一定程度解决了大兆瓦风力发电机组因偏航载荷过大而偏航系统设计困难的问题。

可以理解的是，海上风力发电系统在移动到指定位置或偏转至指定状态后，即可进入发电配置，下面结合附图1至图4，说明本申请实施例中海上风力发电系统的发电逻辑。

在一些可选地实施例中，海上风力发电系统还包括储能系统，设置于浮体1，储能系统与风力发电机4电连接并用于存储电能。

在发电模式下，锚固装置7使风力发电机组合体小范围固定，风力发电机4在控制系统指令下完成启机发电，所发电能储存在浮体1的储能系统中。在风机处于发电配置且储能系统达到设定能量阈值(如80％)下，制氢系统在控制系统指令下开始工作，并将产生氢氧分别传送至储氢和储氧系统中。即储能系统主要支持动力装置6工作、风机自耗电和储能系统自耗电，海上风力发电系统优先供应储能系统，以维持风力发电机组正常运转，并在储能系统内的电能达到阈值时，控制风力发电机4向制氢装置2供电，从而实现制氢，避免电力浪费，提高能源利用率。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种海上风力发电系统，其特征在于，包括：

制氢系统，包括浮体(1)以及设置于所述浮体(1)上的制氢装置(2)，所述浮体(1)内设置有第一储存腔，所述制氢装置(2)与第一储存腔连接；

风力发电机组，包括漂浮式基础(3)以及设置于漂浮式基础(3)上的风力发电机(4)，所述风力发电机(4)与所述制氢装置(2)电连接，并向所述制氢装置(2)供电，所述漂浮式基础(3)连接于所述浮体(1)一侧且其内设置有第二储存腔，所述第一储存腔和所述第二储存腔相连通。

2.根据权利要求1所述的海上风力发电系统，其特征在于，所述第一储存腔包括相独立的第一子腔室和第二子腔室，所述第二储存腔与所述第一子腔室和所述第二子腔室中的至少一者相连通。

3.根据权利要求2所述的海上风力发电系统，其特征在于，所述第一子腔室的体积大于所述第二子腔室，所述第一子腔室用于存储氢气，所述第二子腔室用于存储氧气。

4.根据权利要求3所述的海上风力发电系统，其特征在于，在所述浮体(1)上，所述制氢装置(2)设置于靠近所述第一子腔室的一侧。

5.根据权利要求2所述的海上风力发电系统，其特征在于，所述第二储存腔包括相独立的第三子腔室和第四子腔室，所述第一子腔室与所述第三子腔室相连，所述第二子腔室与所述第四子腔室相连通。

6.根据权利要求1所述的海上风力发电系统，其特征在于，所述浮体(1)与所述漂浮式基础(3)设置为一体式结构。

7.根据权利要求1所述的海上风力发电系统，其特征在于，还包括储能系统，设置于所述浮体(1)，所述储能系统与所述风力发电机(4)电连接并用于存储电能。

8.根据权利要求1所述的海上风力发电系统，其特征在于，还包括动力装置(6)以及锚固装置(7)，所述动力装置(6)可转动连接于所述浮体(1)上，所述海上风力发电系统包括航行状态和偏航状态；

在所述航行状态下，所述动力装置(6)的朝向轴线被配置为与航行的方向相同；

在所述偏航状态下，所述海上风力发电系统被配置为通过所述锚固装置(7)系泊于锚定点，所述动力装置(6)的朝向轴线被配置为与所述动力装置(6)和所述锚定点的连线方向具有夹角。

9.根据权利要求8所述的海上风力发电系统，其特征在于，所述动力装置(6)的数量为两个以上，沿所述航行的方向，两个以上的所述动力装置(6)对称设置于所述浮体(1)的两侧。

10.根据权利要求1所述的海上风力发电系统，其特征在于，所述风力发电机(4)的数量为两个以上，所述海上风力发电系统还包括变流器(5)，各所述风力发电机(4)分别与所述变流器(5)的输入端电连接，所述制氢系统与所述变流器(5)的输出端电连接。