一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构及其调平方法技术

本发明专利技术公开了一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构及其调平方法，包括浮筒、箱型梁、风力发电机组、塔架和锚泊装置；数个浮筒呈多边形竖直对称布置，且浮筒底部通过锚泊装置固定在海床上；在浮筒的下端位置水平设有箱型梁，且通过箱型梁将浮筒固定连接成一浮式平台；在浮筒内部自上而下依次间隔水平设有水密平台，并通过水密平台将对应浮筒内部分隔成空腔、主动压载舱以及固定压载舱；在箱型梁内设有压载水系统，并通过压载水系统调整浮式平台的吃水、纵向横向平稳、以及安全稳心高度；在其中一个所述浮筒上竖直固定设有塔架，且在所述塔架的上端固定设有风力发电机组。本发明专利技术建造难度小，制造成本低，适用于50米以上深水海域。适用于50米以上深水海域。适用于50米以上深水海域。

【技术实现步骤摘要】
一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构及其调平方法


[0001]本专利技术涉及海上风力发电
，具体涉及一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构及其调平方法。

技术介绍

[0002]为应对全球气候变暖的趋势，世界各国都在减少二氧化碳排放。但是目前的能源结构仍然以化石能源为主，为了实现减少碳排放的目标，需要增加清洁能源的比例。为此在石油资源形势日益严峻的情况下，各国均将眼光投向了资源巨大的海洋。因为海上风电场拥有优越的风资源，且具有不占用陆地面积等显著优点，其经济价值和社会价值正得到越来越多的认可，尤其在一些远离陆地的岛屿，海上风电是一种不错的能源来源。
[0003]与陆地风电相比，海上及潮间带风电机组所处的环境与陆地条件截然不同，海上风电技术远比陆地风电复杂，在设计和制造海上风电机组过程中，必须考虑海上风资源特性、海流、波浪、潮汐、海床条件、冲刷等因素的联合作用，同时为了承受海上的强风载荷、海上腐蚀和波浪冲击等，海上风电机组的基础结构复杂、技术难度高、建设成本高。
[0004]目前，海上风力机组大多选址在水深 10~30m、距岸线10~15km左右的近海区域，广泛采用固定式基础结构。然而，近岸浅水区域通常会受到多种制约因素的限制，如军事区、航道等硬性制约，渔民利益、规划冲突等软性制约，还有风资源、海床条件等技术制约，噪声等环境制约，经济制约等。从资源量的角度来看，全球大部分风资源位于水深超过60米的海域，深远海的区域面积大、风资源好，可开发的潜力大。但是随着水深增加，固定式基础结构难以满足海上风电场的要求，且其建设成本骤增。为了突破以上限制，探索和开发更加丰富的深海风能，海上风电场的发展目标逐渐从浅水区域向深海转移。
[0005]浮式风力机浮式结构是海上风电机组基础结构的深水结构形式，可以克服海床底部安装基础结构受水深限制的缺点，一般用于50m以上水深海域，因此，设计开发出稳定性好、结构简单、通用性较强的海上风力机浮式平台对我国开发新能源、调整能源结构具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构及其调平方法，浮式平台强度高、稳定性好，具有承受较大风浪的能力，而且可根据需求增加浮筒数量，进而增加浮式平台占用面积，保证风力发电机组即使在较大风浪时也能够正常运转。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其创新点在于：包括浮筒、箱型梁、风力发电机组、塔架和锚泊装置；3~6个所述浮筒呈多边形竖直对称布置，且每一所述浮筒的底部分别通过锚泊装置固定在海床上；在所有所述浮筒的下端位置水平设有箱型梁，且通过箱型梁将浮筒固定连接在一起，进而组装成一浮式平台，并通过浮筒提供支撑浮式平台的浮力；在每一所述浮筒内部自上
而下依次间隔水平设有数个与之相匹配的水密平台，并通过水密平台将对应浮筒内部分隔成顶层的空腔、中间层的数个主动压载舱、以及底层的固定压载舱；在所述箱型梁内设有压载水系统，并通过压载水系统调整浮式平台的吃水、纵向横向平稳、以及安全稳心高度；在其中一个所述浮筒上竖直固定设有塔架，且在所述塔架的上端固定设有风力发电机组，进而通过风力发电机组进行风力发电。
[0008]优选的，每一所述浮筒均采用圆形截面或矩形截面，且当浮筒数量为四个时，箱型梁选用十字型箱型梁，四个浮筒呈四边形竖直对称布置，且十字型箱型梁的四端分别与对应浮筒固定连接，进而组装成一浮式平台。
[0009]优选的，在所述箱型梁内布置有水平骨材和方形框架结构，且在所述浮筒内布置有垂向分布的骨材和水平环形框架，进而确保浮式平台的整体结构强度。
[0010]优选的，在每一所述浮筒的底部还分别安装有制荡板，每一所述制荡板均为六边形，且其边缘锋利，进而通过制荡板降低浮式平台的运动；每一所述制荡板可采用一层钢板制成，也可采用2层或2层以上钢板制成，且相邻钢板之间采用钢制圆管连接，并垂直焊接固定。
[0011]优选的，所述压载水系统由压载水泵、压载水管路、压载舱以及相关阀件组成，其可根据外界环境变化，为确保风力发电机组正常工作，对压载舱进行注入或排出，以调整浮式平台的吃水、纵向横向平稳、以及安全稳心高度；同时减小浮式平台的变形，进而避免引起过大弯曲力矩和剪切力，降低浮式平台振动。
[0012]优选的，还包括自动平衡装置和液位测量装置；在每一所述浮筒的主动压载舱内还装载压载水，且压载水通过自动平衡装置在对应浮筒的主动压载舱内循环流动，进而通过自动平衡装置确保浮式平台处于正浮状态；在每一所述浮筒的主动压载舱内还安装有液位测量装置，并通过液位测量装置实时测量对应主动压载舱内压载水的液位；在每一所述浮筒的固定压载舱内装载金属、混凝土或压载水实现固定压载，进而降低浮式平台的重心，确保其稳定性。
[0013]优选的，所述自动平衡装置包括水泵、控制装置、压载水管和水阀；所述水泵设置在所述箱型梁内，且在其四周相对于对应浮筒方向还分别连通设有压载水管，并在每一所述压载水管上均设有水阀；每一所述压载水管的另一端分别与对应浮筒的对应主动压载舱连通；在所述箱型梁上x轴以及y轴方向还分别布置设有倾角传感器，且每一所述倾角传感器均与所述自动平衡装置的控制装置电性连接，并通过倾角传感器监测浮式平台的倾斜角度；所述自动平衡装置根据倾角传感器传输的倾角数据，调节对应主动压载舱内水量分布，进而确保风力发电机组处于
±2°
的允许倾角范围内。
[0014]优选的，在其中一个所述浮筒的顶部甲板上布置有监控仪器设备室，且在监控仪器设备室内安装有平台浮态计算系统；所述平台浮态计算系统分别与每一所述液位测量装置相连，压载水进而获得每一个浮筒对应主动压载舱的压载水液位数据，平台浮态计算系统计算出风力发电机组、塔架、浮筒、十字型箱型梁及压载水产生的x、y、z方向的重力矩、以及浮筒、十字型箱型梁产生的浮力矩，再根据风机的气动载荷、以及整体结构x、y、z方向的力矩平衡计算出每一个浮筒对应主动压载舱的压载水重量。
[0015]优选的，在其中一个所述浮筒顶部还安装有测风仪，进而通过测风仪测出风向以及风速；在其中一个所述浮筒接近水面的水下部分还安装有测波仪和海流计，并通过测波
仪测量波浪的高低，通过海流计测量海流速度大小；在其中一个所述浮筒上还装有测量应变、加速度以及位移的传感器，进而实时获得浮式平台的变形、加速度以及位移参数的变化情况，并实时反馈在浮式平台结构运动监测系统内；在其中一个所述浮筒上还设有远程监控装置，并通过远程监控装置远程监控风力发电机组是否正常工作。
[0016]本专利技术的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构的调平方法，其创新点在于：当倾角传感器测得倾角超过一定的安全范围，且在1分钟内未变小时，启动自动平衡装置来保持浮式平台处于正浮状态，具体过程为：（1）平台浮态计算系统计算出浮式平台达到正浮状态时沿x轴或y轴方向对角布置的一对主动压载舱的压载水重量，然后启动水泵调节浮筒内压载舱的压载水量，直至倾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：包括浮筒、箱型梁、风力发电机组、塔架和锚泊装置；3~6个所述浮筒呈多边形竖直对称布置，且每一所述浮筒的底部分别通过锚泊装置固定在海床上；在所有所述浮筒的下端位置水平设有箱型梁，且通过箱型梁将浮筒固定连接在一起，进而组装成一浮式平台，并通过浮筒提供支撑浮式平台的浮力；在每一所述浮筒内部自上而下依次间隔水平设有数个与之相匹配的水密平台，并通过水密平台将对应浮筒内部分隔成顶层的空腔、中间层的数个主动压载舱、以及底层的固定压载舱；在所述箱型梁内设有压载水系统，并通过压载水系统调整浮式平台的吃水、纵向横向平稳、以及安全稳心高度；在其中一个所述浮筒上竖直固定设有塔架，且在所述塔架的上端固定设有风力发电机组，进而通过风力发电机组进行风力发电。2.根据权利要求1所述的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：每一所述浮筒均采用圆形截面或矩形截面，且当浮筒数量为四个时，箱型梁选用十字型箱型梁，四个浮筒呈四边形竖直对称布置，且十字型箱型梁的四端分别与对应浮筒固定连接，进而组装成一浮式平台。3.根据权利要求1所述的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：在所述箱型梁内布置有水平骨材和方形框架结构，且在所述浮筒内布置有垂向分布的骨材和水平环形框架，进而确保浮式平台的整体结构强度。4.根据权利要求1所述的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：在每一所述浮筒的底部还分别安装有制荡板，每一所述制荡板均为六边形，且其边缘锋利，进而通过制荡板降低浮式平台的运动；每一所述制荡板可采用一层钢板制成，也可采用2层或2层以上钢板制成，且相邻钢板之间采用钢制圆管连接，并垂直焊接固定。5.根据权利要求1所述的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：所述压载水系统由压载水泵、压载水管路、压载舱以及相关阀件组成，其可根据外界环境变化，为确保风力发电机组正常工作，对压载舱进行注入或排出，以调整浮式平台的吃水、纵向横向平稳、以及安全稳心高度；同时减小浮式平台的变形，进而避免引起过大弯曲力矩和剪切力，降低浮式平台振动。6.根据权利要求2所述的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：还包括自动平衡装置和液位测量装置；在每一所述浮筒的主动压载舱内还装载压载水，且压载水通过自动平衡装置在对应浮筒的主动压载舱内循环流动，进而通过自动平衡装置确保浮式平台处于正浮状态；在每一所述浮筒的主动压载舱内还安装有液位测量装置，并通过液位测量装置实时测量对应主动压载舱内压载水的液位；在每一所述浮筒的固定压载舱内装载金属、混凝土或压载水实现固定压载，进而降低浮式平台的重心，确保其稳定性。7.根据权利要求6所述的一种多浮筒组成的浮式海上风力发电机构，其特征在于：所述自动平衡装置包括水泵、控制装置、压载水管和水阀；所述水泵设置在所述箱型梁内，且在其四周相对于对应浮筒方向还分别连通设有压载水管，并在每一所述压载水管上均设有水阀；每一所述压载水...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛沛，姬广令，刘灿波，李林海，
申请(专利权)人：南通中远海运川崎船舶工程有限公司，
类型：发明
国别省市：