[發(fā)明專利]半潛筏式隨風(fēng)轉(zhuǎn)向水上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410323537.1
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN105240221B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃燦光
• 申請（專利權(quán)）人: 珠?？逅构こ套稍冇邢薰?/a>
• 主分類號: F03D13/25
• 分類號: F03D13/25;B63B35/44;B63B35/613
• 代理公司: 北京永新同創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11376
• 代理人: 楊勝軍

本發(fā)明涉及半潛筏式隨風(fēng)轉(zhuǎn)向水上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、尤其海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括：由至少三個(gè)浮筒和連接梁組成的半潛筏；至少三個(gè)在所述半潛筏的浮筒上承載的風(fēng)力發(fā)電機(jī)；以及將所述半潛筏能夠旋轉(zhuǎn)地經(jīng)由纜索錨固于水底，其中，從投影方向看，所述設(shè)備在受到水平方向的風(fēng)力作用時(shí)的合力作用線所經(jīng)過的質(zhì)心與所述設(shè)備的旋轉(zhuǎn)中心不重合，從而在所述合力作用線未同時(shí)經(jīng)過所述形心和所述旋轉(zhuǎn)中心時(shí)，總會產(chǎn)生使得所述半潛筏繞所述旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)以確保所述合力作用線同時(shí)經(jīng)過所述質(zhì)心和所述旋轉(zhuǎn)中心的力矩。本發(fā)明還涉及具有所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電場以及所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的建造方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半潛筏式隨風(fēng)轉(zhuǎn)向水上或海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并且還涉及由這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備組成的水上或海上風(fēng)力發(fā)電場。本發(fā)明還涉及這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造施工方法。

背景技術(shù)

風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的綠色能源目前正越來越受到重視。除了陸地風(fēng)力發(fā)電以外，水上或海上風(fēng)力發(fā)電由于其不受地理限制的優(yōu)勢而更加受到關(guān)注。

由于近岸風(fēng)力發(fā)電場會對附近居民造成滋擾，所以目前海上風(fēng)力發(fā)電場由近岸發(fā)展至外海成為一種趨勢，外?？臻g寬闊，風(fēng)力強(qiáng)而穩(wěn)定，距海岸遠(yuǎn)且在岸邊看不見，居民反對聲音小。

海上風(fēng)力發(fā)電場主要分為固定式和浮式這兩種。前者需要將風(fēng)電場的基礎(chǔ)固定到海床上，對于外海深水環(huán)境而言，造價(jià)高昂。因此，后者、即浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)由于施工建設(shè)簡單、造價(jià)相對深水固定基礎(chǔ)較低而成為外海風(fēng)電場建設(shè)的必然選擇。

浮式基礎(chǔ)都是以單個(gè)風(fēng)機(jī)為服務(wù)對象。單個(gè)風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)的一個(gè)主要問題是如何穩(wěn)定風(fēng)機(jī)令它的擺動小于極限值，現(xiàn)代大功率風(fēng)機(jī)塔的高度超過100米，而機(jī)頭重量約數(shù)百噸。對于一個(gè)超100米而重量達(dá)數(shù)百噸集中在頂部的風(fēng)機(jī)塔立于一浮體上而言，若要保持它擺動不超過極限值(一般為10°)是非常困難的，這是因?yàn)閱蝹€(gè)風(fēng)機(jī)其底座尺寸不能過大,否則沒有經(jīng)濟(jì)效益。因此塔高比底座寬一般要大兩倍以上，底座所能提供的橫向和縱向慣性矩不足以控制風(fēng)機(jī)塔的擺動幅度,，往往需要輔助裝置才能保持穩(wěn)定。常用解決方法有：

1)張力腿式，張拉纜繩將風(fēng)機(jī)底座錨于海床，能抗傾覆彎矩及其引起的上拔力，例如Blue H風(fēng)機(jī)；

2)可調(diào)壓水浮筒式，將幾個(gè)浮筒組成的風(fēng)機(jī)底座調(diào)整它們之間的壓水量，平衡傾覆力矩，例如PRINCIPLE的WINDFLOAT風(fēng)機(jī)；

3)HyWind的spar酒樽式，以一由風(fēng)機(jī)底座伸出至深海的端部帶集中重量塊的桿，如載有沙的空樽般浮于水上。重塊主要是降低重心至很低的位置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于浮心，達(dá)到穩(wěn)定效果，例如HyWind伸出的桿低至150米，此法只適宜很深的水域。

除此以外，在研浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的還有Mitsnbishi Heavy Insustries Ltd.的FMWFukushima Mitai。

這些已介紹的風(fēng)力發(fā)電場基本上是在廣闊海域?qū)⒍鄠€(gè)單獨(dú)的浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)彼此間隔開布置。若風(fēng)力發(fā)電場所在海域有一持續(xù)單向的風(fēng)，沿垂直于風(fēng)向的一方風(fēng)機(jī)布置間距可取1.8D至3D，沿風(fēng)向的一方，則須增大至6D至10D，其中D是指風(fēng)機(jī)葉片的直徑。這是要避免下風(fēng)位風(fēng)機(jī)因受上風(fēng)位風(fēng)機(jī)尾流影響令功率下降。若它們之間相距太近，則下風(fēng)機(jī)功率損失很大。如果海域沒有持續(xù)的單向風(fēng)，則每個(gè)方向間距都只能是6D至10D，以便照顧不同方向的風(fēng)。現(xiàn)代大功率風(fēng)機(jī)葉片長都超過50米，6D至10D間距便是300米至500米，若將各風(fēng)機(jī)以水下電纜連接，則連接的距離過大，同時(shí)電纜過長也會造成電纜本身電阻耗電過大，影響輸電效率。

另外，海上的風(fēng)通常是按季節(jié)改變總體風(fēng)向的。為了最大化風(fēng)力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男?，通常最好風(fēng)機(jī)葉片與風(fēng)向盡量呈垂直。盡管目前的海上發(fā)電風(fēng)機(jī)能夠通過自主驅(qū)動風(fēng)機(jī)葉片根據(jù)迎風(fēng)的方向而變化，但是這需要額外的能量消耗，同時(shí)也需要復(fù)雜的監(jiān)控設(shè)備。若可以設(shè)計(jì)出根據(jù)風(fēng)向改變自動調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片方向使之與風(fēng)向垂直的話，勢必可以顯著增加風(fēng)力發(fā)電的效率。

發(fā)明內(nèi)容