中等深度水域的浮式风机装备的制作方法

本发明涉及海上风力发电技术领域，具体是涉及一种中等深度水域的浮式风机装备。

背景技术：

石油天然气等化石资源正面对风能、太阳能等清洁能源的挑战，开发新的可持续能源势在必行，而风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，已受到世界各国关注，正逐步成为重要的电力来源。

目前，陆上风力发电技术已经非常成熟，海上风能的开发正成为风能的主要发展方向。从2000年来，全球海上风电新增装机容量持续增加。截至2019年，全球海上风电累积装机容量达27.2gw。海上风电场的建设借鉴了海洋油气平台的发展路线，逐步从沿海潮间带区域过渡到浅水区域，最终走向深海。目前，海上风电场的建设主要集中在浅水区域及潮间带海域，采用固定式基础风机。固定式基础风机适用水深范围有限(通常不超过40m)。当水深增加时，若继续采用固定式基础将导致技术难度增加且经济成本急剧上升。而水深超过40m的海域面积更加广阔，风能资源更加丰富、稳定、优质，为了开发更深海域的风能，只能采用漂浮式风机技术。

在世界范围内，欧洲、美国、日本等已经发展出一系列浮式风机概念，进行了水池模型试验和小规模的样机海试，并最终在苏格兰成功建成了世界上第一个商业化的浮式海上风电场。目前国外投入使用的海上浮式风机工作水深在100m左右，对于水深在30-100m以内的中浅水海域，虽然有相关的浮式风机概念，但是工程示范较少，还没有大规模的商业发电运营。

因此，亟待开发一种能够在实际工程中适应水深在100m以内中浅海域的风能开发的浮式风机。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种中等深度水域的浮式风机装备，以适应水深在30-100m以内中浅海域的风能开发。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种中等深度水域的浮式风机装备，从上往下包括风电机组、风机塔筒、浮式基础和系泊装置，所述风机塔筒的上端安装所述风电机组，所述风机塔筒的下端固定在所述浮式基础上，所述系泊装置连接在所述浮式基础上，用于将所述装备系泊于海床上，其中，所述浮式基础包括立柱和浮筒，所述立柱包括主立柱和四个次立柱，所述浮筒为十字浮筒，所述四个次立柱和所述十字浮筒在空间上关于所述主立柱对称分布，所述四个次立柱分别连接在所述十字浮筒的四个端部，所述四个次立柱的顶面分布在正方形投影面的四个角上，所述十字浮筒在所述浮式基础的中轴线上交汇，所述主立柱立在所述十字浮筒交汇处的正上方。

进一步地：

所述主立柱具有圆形截面。

所述次立柱具有圆形截面或矩形截面。

所述十字浮筒具有矩形截面。

所述系泊装置包括四组系泊缆，所述四组系泊缆的上端分别系于所述四个次立柱的外侧。

所述十字浮筒具有中空式结构，所述十字浮筒内部设置有固定重物压载和/或活动海水压载。

经设置使得当所述浮式基础达到设计吃水的稳定状态时，所述装备的重心在浮心之下，实现无条件稳定，耐波性能好。

当所述浮式基础达到设计吃水的稳定状态时，所述四个次立柱的上端伸出水面。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供了一种在实际工程中适应于30-100m以内中等水深海域风能开发的浮式风机装备；

(2)本发明的浮式风机装备，其浮式基础结构形式简洁，无支撑杆件，建造容易，造价适中，可采用钢结构或钢筋混凝土材料；

(3)本发明的浮式风机装备，其风电机组和风电塔筒可在船坞内完成现场吊装调试，省却了海上安装过程，降低了海上安装成本；

(4)本发明优选实施例的浮式风机装备，浮式基础的吃水较深，十字浮筒内部放置固定重物压载和活动海水压载，整个系统的重心低于浮心，实现无条件稳定，结构稳性和耐波性能好。

本发明为30-100m以内中等水深海域浮式风电技术开发提供了一个有效解决方案，基础的建造难度和造价都不高，吃水较深，耐波性能好，十分适合我国沿海海域风力发电发展的需求。

附图说明

图1是本发明一种实施例的中等水深浮式风机装备的立体图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1是本发明一种实施例的中等水深浮式风机装备的立体图。参阅图1，在一种实施例中，一种中等深度水域的浮式风机装备，从上往下包括风电机组1、风机塔筒2、浮式基础3和系泊装置4，所述风机塔筒2的上端安装所述风电机组1，所述风机塔筒2的下端固定在所述浮式基础3上，所述系泊装置4连接在所述浮式基础3上，用于将所述装备系泊于海床上，其中，所述浮式基础3包括立柱和浮筒，所述立柱包括主立柱32和四个次立柱31，所述浮筒为十字浮筒33，所述四个次立柱31和所述十字浮筒33在空间上关于所述主立柱32对称分布，所述四个次立柱31分别连接在所述十字浮筒33的四个端部，所述四个次立柱31的顶面分布在正方形投影面的四个角上，所述十字浮筒33在所述浮式基础32的中轴线上交汇，所述主立柱32立在所述十字浮筒33交汇处的正上方。

本发明实施例采用上述结构的浮式风机装备，能够在实际工程中适应30-100m以内中等水深海域风能开发，其浮式基础结构形式简洁，无支撑杆件，建造容易，造价适中，可采用钢结构或钢筋混凝土材料。浮式基础的结构稳性好，吃水较深，可在达到设计吃水的稳定状态时使整个系统的重心低于浮心，实现无条件稳定，而且耐波性能好。而且，该浮式风机装备的风电机组和风电塔筒可在船坞内完成现场吊装调试，省却了海上安装过程，降低了海上安装成本。

以下结合附图进一步描述本发明各种典型的实施例。

如图1所示，一些实施例的中等水深浮式风机装备，从上往下包括风电机组1、风机塔筒2、浮式基础3和系泊装置4。其中风机塔筒2上端安装风电机组1，下端固定在浮式基础3上，系泊装置4连接在浮式基础3上，能将该装备系泊于海床上。在图1所示的实施例中，浮式基础3包括主立柱32、四个次立柱31和十字浮筒33，系泊装置4中的系泊缆上端系泊于次立柱31外侧，下端锚固在海床上。正常生产过程中，产生的电能通过海底电缆和升压站等输送到沿海城市。

在一些实施例中，四个次立柱31和十字浮筒33这两者各自独立地具有如下特征：几何尺寸和材料均相同，在空间上关于主立柱32对称分布；浮式基础3中包括四根次立柱。

在一些实施例中，次立柱31的一端和浮筒33连接，另一端可伸出水面。

在一些实施例中，十字浮筒33在浮式基础3中轴线上交汇连接，主立柱32立在十字浮筒33交汇处的正上方。

在一些实施例中，主立柱32为圆形截面，四个次立柱31为圆形或矩形截面，十字浮筒33为矩形截面。

在一些实施例中，十字浮筒33内部放置固定重物压载和活动海水压载。

在一些实施例中，整个浮式基础3在船坞内完成建造。在建造过程中，将十字浮筒33的内固定重物压载放置完成，固定重物压载可以为混凝土或者铁矿石等重物。将固定重物压载均匀铺放在十字浮筒33内。建造完成后将塔筒2吊装在主立柱32上，最后完成风电机组1的安装。而后在船坞内放入海水，浮式基础3在浮力作用下浮起，达到拖航吃水后，借助拖船等将浮式基础3拖到预定海域。抵达预定海域后，完成系泊装置4的安装并往浮筒33内部注入活动压载海水，使得整个浮式风机装备达到设计吃水，此时，整个系统的重心在浮心之下，实现无条件稳定。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。