单点系泊式深海浮式风机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋可再生能源领域，具体地说是一种具有随风向变化自动调整方位能力的浮式风机。
【背景技术】
[0002]作为一种清洁可再生能源，风能越来越受到世界范围内的广泛关注。由于世界范围内对可再生能源的需求逐步增大，因此用于将风能转换为电能的风机数量也在迅速增长。随着陆上空间的逐步减少、沿海发达地区对电能的需求量大，加之海洋上风强度更大、流动更加稳定等客观因素，在海上的风机容量可以比陆上风机的更大，因此海上风电场的概念也成为风能利用转化领域的一个重要选项。
[0003]随着海上风电开发建设技术逐步成熟，风能开发利用的研究正走向深海。根据支撑风机的基础形式的不同，海上风机通常分为固定式风机与浮式风机，当前的海上风电场一般采用固定式基础，但而随着水深逐步增大，与固定式风机相比，浮式风机在经济性、安装工艺、装机容量等方面的优势更为明显。我国具有海域面积约473万平方公里。尤其我国南海，大量岛礁需要开发，这些岛礁一旦建成，供电形式不可能采用陆地供应，采用风电是优先的技术途径，这些海域的水深一般在100米以上至1000米，具有发展浮式风电的海洋环境条件。
[0004]现代风力发电机结构通常比较复杂，通常由风轮、传动系统、机舱与偏航系统、发电机、控制系统、塔架与基础等多个部分构成。作为风力发电系统的特有伺服系统之一，偏航系统主要功能是使风轮跟踪变化稳定的风向，保证风力发电效率。因此，偏航系统是常见水平轴式风力发电机组的重要组成之一，也是陆上风机必不可少的系统之一。当前国内外设计的浮式风机主要采用多点系泊的方式。但海上环境载荷多变，一旦风向发生变化，采用多点系泊系统定位的浮式风机系统仍将保持原始朝向，此时必须在偏航系统的辅助下调整风轮及机舱的方位，以使风轮正对风向，从而进行正常的发电作业。
[0005]但海上风场与陆上风场相比，海上的空气湿润且含盐分，这样很容易腐蚀风机的钢铁架构。一旦风机生锈将有可能导致轴承、偏航系统等结构的损坏。此外，海上作业困难，一旦偏航系统发生损坏，在百余米高的塔柱上对偏航系统维修并非易事。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种新型单点系泊式浮式风机，该浮式风机具有自动偏航控制能力，在风向发生改变的情况下，无需通过偏航系统辅助，自动调整风机方位，保证风轮对风性，从而提高浮式风机的发电效率。本发明可以简化浮式风机上部发电舱处的结构组成，降低浮式风机发生事故风险，降低保养、维修成本及难度。本发明的技术方案如下:
[0007]—种单点系泊式深海浮式风机，包括半潜型浮式基础(I)，系泊缆(2)，塔柱(3)，发电舱(4)和风轮(5)，其特征在于，该浮式基础包括呈三角形布置的三个立柱式圆筒形结构
(11)，每个立柱式圆筒形结构(11)设压水板(12)，立柱式圆筒形结构(11)之间采用桁架(13)连接;三个立柱式圆筒形结构(11)中的一个为主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端设置有单点设备(14)，系泊缆为多条，各系泊缆的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此单点设备(14)上。
[0008]作为优选实施方式，所述的浮式风机，呈三角型布置的三个立柱式圆筒形结构
(11)呈正三角形布置;各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底。
[0009]本发明的突出优点是:
[0010]1、本发明的浮式风机采用单点系泊系统定位，各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底，另一端均系泊在浮式基础的下方同一单点设备处，浮式基础可以绕该点进行旋转，最终稳定在沿风向的方向上，使得系统具有自动对风的性能，通过随环境载荷方向自动调节风机方位保证了风机发电的效率，同时还可以简化风机上部的偏航系统，从而降低浮式风机维修难度与保养成本；
[0011]2、该单点系泊浮式风机具有良好的水动力性能，浮式风机可以在风机的额定海况下正常作业发电；
[0012]3、根据浮式风机作业水深的不同，可以选取不同系泊缆形式，使得该浮式风机的作业海域灵活，具有很强的适应能力；
[0013]4、该浮式风机既可以使用上风向风机，也可以使用下风向风机作为风能捕获装置。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的单点系泊浮式风机的立体示意图；
[0015]图2为本发明的单点系泊系统布置示意图；
[0016]图3为本发明的浮式风机风标效应示意图。
[0017]图中:I为浮式基础，11为圆筒形立柱，12为压水板，13为桁架，14为单点设备，2为系泊缆，3为风机塔柱，4为发电舱，5为风轮。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进行详细描述。
[0019]参考图1，是根据本发明一个实施例的单点系泊式深海浮式风机的示意图。本浮式风机系统包含半潜型浮式基础I，系泊缆2，塔柱3，发电舱4，风轮5。该浮式基础采用三立柱式圆筒形结构U，各结构下设压水板12以减小浮式基础的升沉运动，立柱式圆筒形结构11之间采用桁架13是结构连接，以增强浮式基础的强度与稳定性，半潜型浮式基础I的三个立柱式圆筒形结构11的布置呈正三角型布置，使得浮式基础在横摇及纵摇两个自由度上运动均能满足风机发电要求。
[0020]根据风机安装海域的具体环境情况不同，选定一定数量的系泊缆，本实施方案中选定6根系泊缆，每隔60°布置一根，将各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底，另一端均系泊在浮式基础I的一根立柱的下方同一单点设备14处，系泊布置示意图如图2所示。通过这样的设计，使得浮式风机在水平面内可以绕着这一系泊单点进行旋转，而不是仅朝向某一个固定的方位。如图3所示，初始时刻海上风向如图中方向A所示，此时浮式风机平衡位置如图中虚线位置所示。当某一时刻风向旋转至方向B时，浮式风机整体就会绕单点进行旋转，逐渐旋转至实线位置处，从而实现风机自动对风。在不需要偏航系统的辅助下，单点系泊系统的设计保证了风轮对风性以及发电效率，从而可以简化塔柱上端机构的复杂度。为减小浮式风机的纵倾，同时进一步增强风机自动对风的特性，将塔柱3以及发电舱4、风轮5设计在单点14所在立柱的正上方，最终对风效果如图3所示。
[0021]系泊缆的形式、长度、布置方案、单点位置等设计参数可以根据作业海域水深、海床土壤性能等参数做出相应设计及调整。由于系统自身已具有对风特性，上风型与下风型风力机均可作为本浮式风机发电所使用的风能捕捉设备。
[0022]本发明的单点系泊浮式风机，可保证在正常工作状况下的稳性，在风浪流作用下发生较小的运动响应。在具体实施过程中，首先在预定海域安装系泊系统所需的各根系泊缆，进而需要把基础拖航至预定地点，再与预安装好的单点系泊系统进行对接，最后安装塔柱及风机。
[0023]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式的单点系泊浮式风机，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种单点系泊式深海浮式风机，包括半潜型浮式基础(I)，系泊缆(2)，塔柱(3)，发电舱(4)和风轮(5)。其特征在于，该浮式基础包括呈三角形布置的三个立柱式圆筒形结构(11)，每个立柱式圆筒形结构(11)设压水板(12)，立柱式圆筒形结构(11)之间采用桁架(13)连接;三个立柱式圆筒形结构(11)中的一个为主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端设置有单点设备(14)，系泊缆为多条，各系泊缆的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此单点设备(14)上。2.根据权利要求1所述的浮式风机，其特征在于，呈三角型布置的三个立柱式圆筒形结构(11)呈正三角形布置。3.根据权利要求1所述的浮式风机，其特征在于，各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底。
【专利摘要】本发明涉及一种单点系泊式深海浮式风机，包括半潜型浮式基础(1)，系泊缆(2)，塔柱(3)，发电舱(4)和风轮(5)，其特征在于，该浮式基础包括呈三角形布置的三个立柱式圆筒形结构(11)，每个立柱式圆筒形结构(11)设压水板(12)，立柱式圆筒形结构(11)之间采用桁架(13)连接；三个立柱式圆筒形结构(11)中的一个为主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端设置有单点设备(14)，系泊缆为多条，各系泊缆的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此单点设备(14)上。本发明具有自动偏航控制能力，能提高浮式风机的发电效率。
【IPC分类】F03D13/20, F03D7/04
【公开号】CN105569928
【申请号】CN201510991559
【发明人】唐友刚, 李焱, 曲晓奇, 翟佳伟, 赵志娟, 王宾, 王臻魁, 李伟
【申请人】天津大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月23日