基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础制造技术

本发明专利技术为基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，包括漂浮于海面的上部可变压载舱以及下部可变压载舱，上部可变压载舱与下部可变压载舱通过中部桁架结构连接，上部可变压载舱内部设置单点系泊浮筒，单点系泊浮筒与系泊缆连接。本发明专利技术基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础将单点系泊系统与浮力塔相结合，系泊线紧贴海底提供水平方向的回复力和定位性能，极大提升了安全性和可靠性，消除了服役周期内浮力塔底部吸力筒因不断与岩土层发生相对运动引起的潜在稳定性风险；同时，采用浮力塔以及等径桁架结构，降低了用钢量和造价，采用水平张紧系泊方式，大幅降低系泊线长度，降低系泊系统的成本，增加本发明专利技术的深海风电基础的经济性。风电基础的经济性。风电基础的经济性。

【技术实现步骤摘要】
基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础


[0001]本专利技术涉及海洋工程领域，主要涉及一种基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础。

技术介绍

[0002]近年来，传统能源向清洁新能源的转型是国家和社会的历史潮流。风力发电方式在新能源领域中具有很大的规模化开发潜力和商业化发展前景，获得了迅猛发展。随着中国近海风资源的陆续规划和开发，当前对海上风电的利用趋势逐渐呈现远海和深水化，使得漂浮式风电开发技术成为未来趋势，这对对开发成本提出了较高的要求，尤其突出在电缆、系泊、浮式基础和施工成本。目前漂浮式风电的主流设计分为立柱式、半潜式和张力腿式，从目前工程应用现状来看，尚不能很好的解决成本问题，因此需要新型式的基础设计和系泊设计来有效降低成本、解决制约海上风电深远海开发的瓶颈。
[0003]海上风电场按所处海域分为浅海风电场和深海风电场。目前全球范围内开发的海上风电多位于浅海区域。随着海上风电的迅速发展，海上风电场正在向深海区域发展。在水深大于50m的海域，传统的固定式基础的经济性随着水深的增加会明显下降，而漂浮式基础会逐渐拥有的竞争优势。目前海上风电漂浮式基础主要有三种结构：张力腿平台、单立柱平台和半潜式平台。
[0004]在漂浮式海洋工程中，系泊系统同样扮演着十分重要的角色。系泊形式由系泊线形式和锚固形式决定，当前行业内最主流的系泊线形分为悬链线式和张紧式，而锚固形式分为抓力锚、吸力锚和桩锚。
[0005]悬链线式系泊线的回复力主要依靠系泊线悬空段本身的重量提供，该形式由于在系泊线的趟地终端只有水平方向的力，一般会选用抓力锚；张紧式的系泊线为张紧状态，其回复力由系泊线被拉伸产生的弹性形变提供，由于该形式在系泊线的终端会有垂直方向上的力，因此一般会选用吸力锚或者桩锚作为锚固形式；悬链线式和张紧式多应用于半潜式和立柱式的海工平台设计，系泊线采用锚链和聚酯缆。
[0006]抓力锚在铺设完毕后，受到水平拉力会使锚翼嵌入泥中，越陷越深，提供更大的阻力来停止水平运动。同时抓力锚一般只能承受水平力，不考虑承受垂向力或者只考虑承受相对水平力小很多的垂向力。因此在确定使用抓力锚时，在后续设计要确保抓力锚不会受到垂向拉力。
[0007]吸力锚的形式是一个中空的圆柱结构物，下端开放，上端封闭并带有阀门。不同于抓力锚，吸力锚可以承受一定的垂向力，因此其系泊线允许出现一定程度的张紧，长度和抓力锚相比会缩短不少。吸力锚通过自身自重垂直插入海床一定深度，届时吸力锚上的水泵会进行抽水，海底的巨大水压会将其进一步压入泥土中，完成吸力锚的安装。
[0008]桩锚和吸力锚外形相似，但是是两端都是开放的空心圆柱结构物。在安装上，一般锚桩的安装需要导向支架和水下打桩锤作为施工资源，通过支架维持其方向位置，利用打桩锤将其打入岩土深处。
[0009]单点系泊系统多用于海洋油气行业FPSO上，其主要形式是水下的系泊线连接于一个浮筒上，浮筒和FPSO通过活动机构进行结合，浮筒连接于FPSO船体，并且两者之间可以产生相对转动运动，因此随着海洋环境的不同，FPSO可以围绕着浮筒单点进行360
°
的旋转。浮筒内部往往装有锚机，将系泊线进行适当张紧产生预张力并将其固定在浮筒内部。
[0010]在上述的基础平台设计和系泊系统类型的基础上，海上风电的工程界和学术界发展出了各种各样的衍生类设计，其中，有一种在深水80m～200m适用的浮力塔设计。其概念主要是基于立柱式平台，将其延长，使其底部直接接触海床，同时浮体放弃全实心钢筋混凝土结构，在其中部采用大量桁架结构，呈圆柱形且不变径，底部仍然采用大密度的结构如钢材或混凝土来实现整体较低的重心以保证稳性，但同时底部又有压载空间，使得整个浮体在底部空载时可以处于漂浮状态，在压载状态可以处于垂直稳态。
[0011]传统的固定式在50m～60m以上就失去了经济性，主要由于其从上至下是变径结构，水深越深，则用钢量大幅上升，且体积显著增大，陆地建造、海上运输和施工成本飙升。该设计的核心在于，借鉴了漂浮立柱式的概念，在其中部采用了不变径的桁架，控制了用钢量和建造、运输、施工成本，且底部吸力筒形成了类似铰接的连接形式，整个浮体浮力小于重力，且稳性较好，因此会保持竖直“坐”在海底，形成类似不倒翁的平衡形式。由于中部桁架较长，因此该设计会呈现一定的柔性，较好的顺应水平方向的转动。上部的压载舱提供一部分浮力，该浮力在受海洋环境和风力载荷而出现水平方向的平动时会因排水体积增大而增大并提供回复力矩。
[0012]纵观整个漂浮式风电发展，目前的浮式基础和系泊设计都存在造价高、施工方法复杂、费用昂贵的问题。而浮力塔概念在安全性上有较大的风险。浮体在服役期间因海洋和风力载荷影响，不断的发生纵荡、横荡、纵摇、横摇运动，在吸力桶出会不断产生转动，让土质松软失去固定吸力筒的能力，最后可能引起吸力桶的失位甚至整个浮体平台的漂移，在规模化风场开发层面讲，对海底电缆、其他临近的风机都是极大的风险。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是提供一种更为安全可靠且更为经济的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础。
[0014]本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，包括漂浮于海面用于为风电机组的塔筒提供机构支撑的上部可变压载舱以及深入海水中的下部可变压载舱，所述上部可变压载舱与下部可变压载舱通过中部桁架结构连接，上部可变压载舱内部设置单点系泊浮筒，所述单点系泊浮筒与系泊缆连接，系泊缆连接用于锚固海底的锚。
[0015]本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，其中，所述下部可变压载舱的侧壁上设置有海底导缆孔，所述系泊缆由海底导缆孔进入，并从所述下部可变压载舱上部中心位置伸出，从中心轴向贯穿所述中部桁架结构，连接至上部可变压载舱内的单点系泊浮筒。
[0016]本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，其中，系泊缆连接的锚为抓力锚，所述单点系泊浮筒的内部设置有单点系统锚机。
[0017]本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，其中，上部可变压载舱为圆筒状、下部可变压载舱为半球形状。
[0018]本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，其中，系泊缆由海底导缆孔穿出后沿海床水平延伸。
[0019]本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础将单点系泊系统与浮力塔相结合，系泊线紧贴海底提供水平方向的回复力和定位性能，极大提升了整套设计的安全性和可靠性，消除了服役周期内因吸力筒不断与岩土层发生相对运动引起的潜在稳定性风险；同时，采用浮力塔以及等径桁架结构，降低了用钢量和造价，采用特殊的水平张紧系泊方式，大幅降低系泊线长度，并采用合成纤维材料和抓力锚，降低系泊系统的成本，增加本专利技术的深海风电基础的经济性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础的结构示意图的主视图；
[0021]图2为本专利技术的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，其特征在于，包括漂浮于海面用于为风电机组的塔筒提供机构支撑的上部可变压载舱以及深入海水中的下部可变压载舱，所述上部可变压载舱与下部可变压载舱通过中部桁架结构连接，上部可变压载舱内部设置单点系泊浮筒，所述单点系泊浮筒与系泊缆连接，系泊缆连接用于锚固海底的锚。2.根据权利要求1所述的基于浮力塔概念和单点张紧系泊的深海风电基础，其特征在于，所述下部可变压载舱的侧壁上设置有海底导缆孔，所述系泊缆由海底导缆孔进入，并从所述下部可变压载舱上部中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖然，吕晨光，戴成伟，张双益，崔靓亮，李森，李禹桥，张皓，戴源成，
申请(专利权)人：福建平潭大唐海上风电有限责任公司大唐三亚未来能源研究所有限公司中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：