本发明专利技术涉及半潜筏式随风转向水上风力发电设备、尤其海上风力发电设备，其包括：由至少三个浮筒和连接梁组成的半潜筏；至少三个在所述半潜筏的浮筒上承载的风力发电机；以及将所述半潜筏能够旋转地经由缆索锚固于水底，其中，从投影方向看，所述设备在受到水平方向的风力作用时的合力作用线所经过的质心与所述设备的旋转中心不重合，从而在所述合力作用线未同时经过所述形心和所述旋转中心时，总会产生使得所述半潜筏绕所述旋转中心旋转以确保所述合力作用线同时经过所述质心和所述旋转中心的力矩。本发明专利技术还涉及具有所述风力发电设备的风力发电场以及所述风力发电设备的建造方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半潜筏式随风转向水上或海上风力发电设备，并且还涉及由这种风力发电设备组成的水上或海上风力发电场。本专利技术还涉及这种风力发电设备的制造施工方法。
技术介绍
风能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源目前正越来越受到重视。除了陆地风力发电以外，水上或海上风力发电由于其不受地理限制的优势而更加受到关注。由于近岸风力发电场会对附近居民造成滋扰，所以目前海上风力发电场由近岸发展至外海成为一种趋势，外海空间宽阔，风力强而稳定，距海岸远且在岸边看不见，居民反对声音小。海上风力发电场主要分为固定式和浮式这两种。前者需要将风电场的基础固定到海床上，对于外海深水环境而言，造价高昂。因此，后者、即浮式风机基础由于施工建设简单、造价相对深水固定基础较低而成为外海风电场建设的必然选择。浮式基础都是以单个风机为服务对象。单个风机浮式基础的一个主要问题是如何稳定风机令它的摆动小于极限值，现代大功率风机塔的高度超过100米，而机头重量约数百吨。对于一个超100米而重量达数百吨集中在顶部的风机塔立于一浮体上而言，若要保持它摆动不超过极限值(一般为10° )是非常困难的，这是因为单个风机其底座尺寸不能过大，否则没有经济效益。因此塔高比底座宽一般要大两倍以上，底座所能提供的横向和纵向惯性矩不足以控制风机塔的摆动幅度，，往往需要辅助装置才能保持稳定。常用解决方法有:1)张力腿式，张拉缆绳将风机底座锚于海床，能抗倾覆弯矩及其引起的上拔力，例如Blue Η风机；2)可调压水浮筒式，将几个浮筒组成的风机底座调整它们之间的压水量，平衡倾覆力矩，例如PRINCIPLE的WINDFL0AT风机；3)Hyffind的spar酒樽式，以一由风机底座伸出至深海的端部带集中重量块的杆，如载有沙的空樽般浮于水上。重块主要是降低重心至很低的位置，远远低于浮心，达到稳定效果，例如HyWind伸出的杆低至150米，此法只适宜很深的水域。除此以外，在研浮式风机基础的还有Mitsnbishi Heavy Insustries Ltd.的FMWFukushima Mitai。这些已介绍的风力发电场基本上是在广阔海域将多个单独的浮式风机基础彼此间隔开布置。若风力发电场所在海域有一持续单向的风，沿垂直于风向的一方风机布置间距可取1.8D至3D，沿风向的一方，则须增大至6D至10D，其中D是指风机叶片的直径。这是要避免下风位风机因受上风位风机尾流影响令功率下降。若它们之间相距太近，则下风机功率损失很大。如果海域没有持续的单向风，则每个方向间距都只能是6D至10D，以便照顾不同方向的风。现代大功率风机叶片长都超过50米，6D至10D间距便是300米至500米，若将各风机以水下电缆连接，则连接的距离过大，同时电缆过长也会造成电缆本身电阻耗电过大，影响输电效率。 另外，海上的风通常是按季节改变总体风向的。为了最大化风力转变为电能的效率，通常最好风机叶片与风向尽量呈垂直。尽管目前的海上发电风机能够通过自主驱动风机叶片根据迎风的方向而变化，但是这需要额外的能量消耗，同时也需要复杂的监控设备。若可以设计出根据风向改变自动调整风机叶片方向使之与风向垂直的话，势必可以显著增加风力发电的效率。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的主要目的在于提供一种半潜筏式随风转向水上或海上风力发电设备，其能够根据风向的变化自动调整从而使得风机叶片总是处于与风向大致垂直的最佳发电状态。另外，本专利技术的目的还在于提出一种利用这种半潜筏式随风转向发电设备构建的风力发电场，从而减少水下连接电缆的铺设长度，降低电缆电阻的输电消耗。根据本专利技术的一个方面，提供了一种半潜筏式随风转向水上风力发电设备、尤其海上风力发电设备，其包括:由至少三个浮筒和连接梁组成的半潜筏；至少三个在所述半潜筏的浮筒上承载的风力发电机；以及将所述半潜筏能够绕竖直轴线旋转地经由缆索锚固于水底，其中，从投影方向看，所述设备在受到水平方向的风力作用时的合力作用线所经过的质心与所述设备的旋转中心不重合，从而在所述合力作用线未同时经过所述质心和所述旋转中心时，总会产生力矩使得所述半潜筏绕所述旋转中心旋转以确保所述合力作用线同时经过所述质心和所述旋转中心。通过半潜筏将风力发电机连成一个整体，显著增大整体的横向和纵向惯性矩，能有效地控制风机塔的摆动幅度，，提高了稳定性。此外，半潜筏随风自动转向，使得风力发电机总是处于最佳的风电能量转换状态，提高了发电效率。优选地，连接梁处于水面下约14米或更深的位置。优选地，在所述合力作用线同时经过所述质心和所述旋转中心的情况下，风力发电机的叶片大致垂直于风向。在此状态下，风力发电机的风电能量转换效率最高。优选地，在所述合力作用线同时经过所述质心和所述旋转中心的情况下，所述旋转中心相对于所述质心迎风处于在前的位置。由此，若合力作用线未同时经过质心和旋转中心，将总是会产生使得质心绕旋转中心旋转，从而在迎风的方向上旋转中心在前、质心在后排列成由合力作用下同时经过。优选地，所述半潜筏包括三个浮筒并呈三角形、尤其呈等边三角形，所述浮筒位于三角形的顶点处，工作时，两个风力发电机迎风位于前方。优选地，所述半潜筏包括三个浮筒并呈三叉星形，所述浮筒位于三叉星形的末端处，工作时，两个风力发电机迎风位于前方。优选地，所述半潜筏呈与浮筒数量对应的多叉星形，每个浮筒位于星叉的末端处。优选地，所述半潜筏包括三个浮筒并呈T形，所述浮筒位于T形的末端处，工作时，两个风力发电机迎风位于前方。优选地，所述半潜筏包括八个浮筒并呈等腰梯形分成两排:一排为5个浮筒、另一排为3个浮筒，并且所述风力发电机为5个，分别间隔1个浮筒地布置在所述两排浮筒中，具有两个风力发电机的那排浮筒迎风位于前方。可选地，自每个浮筒底部固定有一根缆索，且三根缆索在一从投影方向看与所述旋转中心重合的位置处汇合，然后经由铰链可以旋转地锚固于水底的缆索相连。可选地，自迎风位于前方的那排浮筒中的每个浮筒底部固定有一根缆索，这些缆索在所述旋转中心处汇合，然后经由铰链可以旋转地锚固于水底的缆索相连。缆索形成了柔性旋转轴，确保半潜筏在海浪的作用下正常随风转向。优选地，每个浮筒配备有船锚。当风暴潮来临时，各浮筒放下船锚，作多点锚固，待风暴潮过后，收起船锚，继续工作。优选地，所述浮筒的底部选择性配备有朝向水底的锥体。该锥体在半潜筏下沉后使能插入水底中，增加横向阻力，确保半潜筏在风暴潮时的安全性。优选地，每个风力发电机能够根据指令旋转机头方向，从而在风向不变的情况下，通过选择性使得风力发电机机头转向而令半潜筏绕旋转中心旋转。优选地，迎风在前的风力发电机布置成其尾流不会影响在后的风力发电机。优选地，锚固于水底的缆索能够控制成选择性将所述半潜筏牵拉到水中合适深度。优选地，缆索经由重力锚而锚固于水底。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种水上或海上风力发电场，其包括多个前述的半潜筏式随风转向风力发电设备。采用该技术手段，本专利技术的风力发电场减少了水底连接电缆的总长度至少二分之一，显著降低了水上或海上风力发电场的造价，同时减少了海底连接电缆的电阻消耗，提高了输电效率。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种前述的半潜筏式随风转向水上或海上风力发电设备的建造方法，其包括:采用节段对接浇筑方法在陆地工厂预制至本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半潜筏式随风转向水上风力发电设备、尤其海上风力发电设备，其包括：由至少三个浮筒和连接梁组成的半潜筏；至少三个在所述半潜筏的浮筒上承载的风力发电机；以及将所述半潜筏能够旋转地经由缆索锚固于水底，其中，从投影方向看，所述设备在受到水平方向的风力作用时的合力作用线所经过的质心与所述设备的旋转中心不重合，从而在所述合力作用线未同时经过所述质心和所述旋转中心时，总会产生力矩使得所述半潜筏绕所述旋转中心旋转以确保所述合力作用线同时经过所述质心和所述旋转中心。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄灿光，
申请(专利权)人：广东强光海洋工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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