單點系泊式深海浮式風機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋可再生能源領域，具體地說是一種具有隨風向變化自動調整方位能力的浮式風機。
【背景技術】
[0002]作為一種清潔可再生能源，風能越來越受到世界范圍內的廣泛關注。由于世界范圍內對可再生能源的需求逐步增大，因此用于將風能轉換為電能的風機數(shù)量也在迅速增長。隨著陸上空間的逐步減少、沿海發(fā)達地區(qū)對電能的需求量大，加之海洋上風強度更大、流動更加穩(wěn)定等客觀因素，在海上的風機容量可以比陸上風機的更大，因此海上風電場的概念也成為風能利用轉化領域的一個重要選項。
[0003]隨著海上風電開發(fā)建設技術逐步成熟，風能開發(fā)利用的研究正走向深海。根據(jù)支撐風機的基礎形式的不同，海上風機通常分為固定式風機與浮式風機，當前的海上風電場一般采用固定式基礎，但而隨著水深逐步增大，與固定式風機相比，浮式風機在經濟性、安裝工藝、裝機容量等方面的優(yōu)勢更為明顯。我國具有海域面積約473萬平方公里。尤其我國南海，大量島礁需要開發(fā)，這些島礁一旦建成，供電形式不可能采用陸地供應，采用風電是優(yōu)先的技術途徑，這些海域的水深一般在100米以上至1000米，具有發(fā)展浮式風電的海洋環(huán)境條件。
[0004]現(xiàn)代風力發(fā)電機結構通常比較復雜，通常由風輪、傳動系統(tǒng)、機艙與偏航系統(tǒng)、發(fā)電機、控制系統(tǒng)、塔架與基礎等多個部分構成。作為風力發(fā)電系統(tǒng)的特有伺服系統(tǒng)之一，偏航系統(tǒng)主要功能是使風輪跟蹤變化穩(wěn)定的風向，保證風力發(fā)電效率。因此，偏航系統(tǒng)是常見水平軸式風力發(fā)電機組的重要組成之一，也是陸上風機必不可少的系統(tǒng)之一。當前國內外設計的浮式風機主要采用多點系泊的方式。但海上環(huán)境載荷多變，一旦風向發(fā)生變化，采用多點系泊系統(tǒng)定位的浮式風機系統(tǒng)仍將保持原始朝向，此時必須在偏航系統(tǒng)的輔助下調整風輪及機艙的方位，以使風輪正對風向，從而進行正常的發(fā)電作業(yè)。
[0005]但海上風場與陸上風場相比，海上的空氣濕潤且含鹽分，這樣很容易腐蝕風機的鋼鐵架構。一旦風機生銹將有可能導致軸承、偏航系統(tǒng)等結構的損壞。此外，海上作業(yè)困難，一旦偏航系統(tǒng)發(fā)生損壞，在百余米高的塔柱上對偏航系統(tǒng)維修并非易事。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種新型單點系泊式浮式風機，該浮式風機具有自動偏航控制能力，在風向發(fā)生改變的情況下，無需通過偏航系統(tǒng)輔助，自動調整風機方位，保證風輪對風性，從而提高浮式風機的發(fā)電效率。本發(fā)明可以簡化浮式風機上部發(fā)電艙處的結構組成，降低浮式風機發(fā)生事故風險，降低保養(yǎng)、維修成本及難度。本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種單點系泊式深海浮式風機，包括半潛型浮式基礎(I)，系泊纜(2)，塔柱(3)，發(fā)電艙(4)和風輪(5)，其特征在于，該浮式基礎包括呈三角形布置的三個立柱式圓筒形結構
(11)，每個立柱式圓筒形結構(11)設壓水板(12)，立柱式圓筒形結構(11)之間采用桁架(13)連接;三個立柱式圓筒形結構(11)中的一個為主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端設置有單點設備(14)，系泊纜為多條，各系泊纜的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此單點設備(14)上。
[0008]作為優(yōu)選實施方式，所述的浮式風機，呈三角型布置的三個立柱式圓筒形結構
(11)呈正三角形布置;各系泊纜的一端呈輻射式系泊在海底。
[0009]本發(fā)明的突出優(yōu)點是:
[0010]1、本發(fā)明的浮式風機采用單點系泊系統(tǒng)定位，各系泊纜的一端呈輻射式系泊在海底，另一端均系泊在浮式基礎的下方同一單點設備處，浮式基礎可以繞該點進行旋轉，最終穩(wěn)定在沿風向的方向上，使得系統(tǒng)具有自動對風的性能，通過隨環(huán)境載荷方向自動調節(jié)風機方位保證了風機發(fā)電的效率，同時還可以簡化風機上部的偏航系統(tǒng)，從而降低浮式風機維修難度與保養(yǎng)成本；
[0011]2、該單點系泊浮式風機具有良好的水動力性能，浮式風機可以在風機的額定海況下正常作業(yè)發(fā)電；
[0012]3、根據(jù)浮式風機作業(yè)水深的不同，可以選取不同系泊纜形式，使得該浮式風機的作業(yè)海域靈活，具有很強的適應能力；
[0013]4、該浮式風機既可以使用上風向風機，也可以使用下風向風機作為風能捕獲裝置。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的單點系泊浮式風機的立體示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的單點系泊系統(tǒng)布置示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的浮式風機風標效應示意圖。
[0017]圖中:I為浮式基礎，11為圓筒形立柱，12為壓水板，13為桁架，14為單點設備，2為系泊纜，3為風機塔柱，4為發(fā)電艙，5為風輪。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進行詳細描述。
[0019]參考圖1，是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單點系泊式深海浮式風機的示意圖。本浮式風機系統(tǒng)包含半潛型浮式基礎I，系泊纜2，塔柱3，發(fā)電艙4，風輪5。該浮式基礎采用三立柱式圓筒形結構U，各結構下設壓水板12以減小浮式基礎的升沉運動，立柱式圓筒形結構11之間采用桁架13是結構連接，以增強浮式基礎的強度與穩(wěn)定性，半潛型浮式基礎I的三個立柱式圓筒形結構11的布置呈正三角型布置，使得浮式基礎在橫搖及縱搖兩個自由度上運動均能滿足風機發(fā)電要求。
[0020]根據(jù)風機安裝海域的具體環(huán)境情況不同，選定一定數(shù)量的系泊纜，本實施方案中選定6根系泊纜，每隔60°布置一根，將各系泊纜的一端呈輻射式系泊在海底，另一端均系泊在浮式基礎I的一根立柱的下方同一單點設備14處，系泊布置示意圖如圖2所示。通過這樣的設計，使得浮式風機在水平面內可以繞著這一系泊單點進行旋轉，而不是僅朝向某一個固定的方位。如圖3所示，初始時刻海上風向如圖中方向A所示，此時浮式風機平衡位置如圖中虛線位置所示。當某一時刻風向旋轉至方向B時，浮式風機整體就會繞單點進行旋轉，逐漸旋轉至實線位置處，從而實現(xiàn)風機自動對風。在不需要偏航系統(tǒng)的輔助下，單點系泊系統(tǒng)的設計保證了風輪對風性以及發(fā)電效率，從而可以簡化塔柱上端機構的復雜度。為減小浮式風機的縱傾，同時進一步增強風機自動對風的特性，將塔柱3以及發(fā)電艙4、風輪5設計在單點14所在立柱的正上方，最終對風效果如圖3所示。
[0021]系泊纜的形式、長度、布置方案、單點位置等設計參數(shù)可以根據(jù)作業(yè)海域水深、海床土壤性能等參數(shù)做出相應設計及調整。由于系統(tǒng)自身已具有對風特性，上風型與下風型風力機均可作為本浮式風機發(fā)電所使用的風能捕捉設備。
[0022]本發(fā)明的單點系泊浮式風機，可保證在正常工作狀況下的穩(wěn)性，在風浪流作用下發(fā)生較小的運動響應。在具體實施過程中，首先在預定海域安裝系泊系統(tǒng)所需的各根系泊纜，進而需要把基礎拖航至預定地點，再與預安裝好的單點系泊系統(tǒng)進行對接，最后安裝塔柱及風機。
[0023]盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式的單點系泊浮式風機，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種單點系泊式深海浮式風機，包括半潛型浮式基礎(I)，系泊纜(2)，塔柱(3)，發(fā)電艙(4)和風輪(5)。其特征在于，該浮式基礎包括呈三角形布置的三個立柱式圓筒形結構(11)，每個立柱式圓筒形結構(11)設壓水板(12)，立柱式圓筒形結構(11)之間采用桁架(13)連接;三個立柱式圓筒形結構(11)中的一個為主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端設置有單點設備(14)，系泊纜為多條，各系泊纜的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此單點設備(14)上。2.根據(jù)權利要求1所述的浮式風機，其特征在于，呈三角型布置的三個立柱式圓筒形結構(11)呈正三角形布置。3.根據(jù)權利要求1所述的浮式風機，其特征在于，各系泊纜的一端呈輻射式系泊在海底。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單點系泊式深海浮式風機，包括半潛型浮式基礎(1)，系泊纜(2)，塔柱(3)，發(fā)電艙(4)和風輪(5)，其特征在于，該浮式基礎包括呈三角形布置的三個立柱式圓筒形結構(11)，每個立柱式圓筒形結構(11)設壓水板(12)，立柱式圓筒形結構(11)之間采用桁架(13)連接；三個立柱式圓筒形結構(11)中的一個為主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端設置有單點設備(14)，系泊纜為多條，各系泊纜的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此單點設備(14)上。本發(fā)明具有自動偏航控制能力，能提高浮式風機的發(fā)電效率。
【IPC分類】F03D13/20, F03D7/04
【公開號】CN105569928
【申請?zhí)枴緾N201510991559
【發(fā)明人】唐友剛, 李焱, 曲曉奇, 翟佳偉, 趙志娟, 王賓, 王臻魁, 李偉
【申請人】天津大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月23日