[發明專利]半潛式海上浮動風機基礎

有效

• 申請號: 201210265025.5
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102765466A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 李榮富;朱海飛;石磊;汪亞洲
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: B63B35/44
• 分類號: B63B35/44
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓明星

技術領域

本發明屬于風力發電領域，涉及一種海上浮動風機基礎。

背景技術

在遠離大陸的深海區域，有很多優質的風力資源可被開發利用，市場前景廣闊。要開發這些水深超過50米的深海風電場，按照目前近海風場普遍采用的各種貫穿樁結構固定在海底的做法不具備優勢，這是因為：隨著水深增加，固定式基礎成本直線上升；固定式海上風力發電機(簡稱風機)施工成本比浮動式更高。因此，為了使海上風電場的建設可以向深海區發展，需要開發經濟實用的浮動式風機，如何開發運動特性優異、結構緊湊、經濟實用的浮動式風機基礎成為開發浮動式風機的關鍵環節。

應用于海上風電領域的浮動式風機基礎所承受的載荷不同于傳統的海油工程中的漂浮式平臺，浮動式海上風機基礎除了承受風浪流的聯合作用外，還要承受風機這一高聳結構運行所引起的陀螺回轉效應、傾覆力矩Mx、My以及繞垂直軸的扭矩Mz，整個風機會產生六個自由度的劇烈運動，包括X、Y和Z軸的軸向移動以及繞軸的擺動，給風機的變槳和偏航控制系統帶來很大干擾，會影響到風機的正常運行，影響發電量，甚至會危及整個系統結構的安全性。

現階段為了開發深海風電場的需要，將海洋石油行業常用的深海漂浮式石油平臺型應用于風電領域，相繼開發了采用單立柱平臺(SPAR)、半潛式平臺(Semi-submersible)、張力腿平臺(TLP)的浮動式風機以及其它復合形式的浮動式風機。

到目前為止，已有三個浮動式風機項目建成，即，Hywind、Blue?H和Windfloat浮動式風機項目。

Hywind是由挪威國家海油海德羅公司(Statoil?Hydro)、法國德克尼普公司(Technip)和德國西門子公司聯合開發成功，于2009年在挪威附近的北海建成。Hywind采用的基礎概念為SPAR，漂浮結構是一個約為117m長的細長鋼質管，一端是底座，另一端為風機法蘭。使用壓載水艙填滿的鋼管被運送至安裝地點并立于海面，浮體的整個結構與海底通過三點纜索系錨相連。

2007年，荷蘭Blue?H公司在意大利沿海安裝了一臺風力渦輪原型機，使用了張力腿平臺設計，平臺的浮力大于重力，張力腿始終處于張緊狀態，以保持平臺的穩定。

2011年底，Principle?Power、Vestas與EDP合作，在葡萄牙西海岸合作完成Windfloat項目，該浮動基礎為半潛式概念，主體由三個浮筒組成，風機立于其中一個浮筒上，動態壓載水可以自動抵消風傾力矩，底部通過四根懸鏈線系固在水深超過50m的海底。

Hywind項目中采用的SPAR平臺由于是傳統的單柱式平臺，不同于truss-spar，流體的附加阻尼較小，在風機載荷Mx、My、MZ的作用下，整個平臺的搖動會很大，風機極限工況下甚至會達到40°以上，這是風機設計所不允許的。如果采用SPAR平臺形式，則需要附加阻尼器或調整纜索系固方式，這會大大增加設計難度，工程造價也會增加。

Blue?H項目采用的是張力腿平臺，采用多根張緊的張力腿，這種定位方式較大的張力腿預張力使平臺平面外的運動(橫搖、縱搖和垂蕩)較小，近似于剛性，但是張力腿在平面內的運動(橫蕩、縱蕩和首搖)幅度較大，為了抑制平面內運動同樣需要在這些方向上設置阻尼器，這也會增加設計建造難度。

Vestas與Windfloat合作項目采用半潛式結構，主體由三個相距35m的浮筒組成，風機安裝在其中一個浮筒上，壓載水自動調整以抵御風傾力矩，定位系統采用系泊定位，在每個浮筒底部的設置阻尼板增大垂蕩運動的阻尼，能有效降低垂蕩運動幅度。然而，該半潛式浮動風機安裝在其中一個浮筒上，作用在基礎上的重力載荷不對稱，需要調整三個浮筒中的壓載以抵消這部分載荷，但是在實際風機運行過程中，風向會發生變化，整個風機受到的風傾力矩方向會發生改變，需要動態調整壓載水的數量，這樣對風機控制策略和壓載泵的要求較高，設計難度大且成本高，而且該結構形式管節點較多，對結構疲勞壽命影響較大。

發明內容

根據本發明提供一種半潛式海上浮動風機基礎，所述浮動風機基礎采用變截面的立柱，且立柱間距設計為半波長與下浮體尺寸進行合理匹配，可以極大的減小整個浮動基礎受到的波浪力的作用，該半潛式浮動風機基礎在各個方向的運動性能都比較優異，能滿足大型風電機組正常運行的需要。

根據本發明，一種半潛式海上浮動風機基礎包括：多個立柱，按照等邊形排列；下浮體，將所述多個立柱的底端連接起來；甲板，將所述多個立柱的頂端連接起來；短立柱，位于甲板的中央。