[發(fā)明專利]一種格柵式結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電機(jī)組漂浮式基礎(chǔ)及施工方法

有效

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• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN113530761B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈侃敏;高山;王濱;姜貞強(qiáng);陳金忠;趙生校;王淡善;李煒;李昕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號: F03D13/25
• 分類號: F03D13/25;F03D80/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明提供了一種格柵式結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電機(jī)組漂浮式基礎(chǔ)及施工方法，包括風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙、風(fēng)電機(jī)組葉片、塔筒、錨泊系統(tǒng)，所述漂浮式基礎(chǔ)設(shè)置格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)、中心立柱以及下部壓水板；所述格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)由多個外輪廓為扇環(huán)形的鋼制艙室組成，所述格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)圍繞于中心立柱，中心立柱和格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)之間通過連接結(jié)構(gòu)連接；在漂浮式基礎(chǔ)的底部安裝下部壓水板。本發(fā)明較傳統(tǒng)的漂浮式基礎(chǔ)具有更好的水動力運(yùn)動性能，穩(wěn)性更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種格柵式結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電機(jī)組漂浮式基礎(chǔ)，適用于海上風(fēng)電開發(fā)領(lǐng)域，水深適用范圍廣。

背景技術(shù)

海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電場的概念最早于1972年提出。在工程界，一般認(rèn)為當(dāng)水深超過60米時(shí)，漂浮式風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)成本和工程實(shí)踐性將勝于固定式基礎(chǔ)的海上風(fēng)機(jī)。目前，漂浮式風(fēng)機(jī)在海上風(fēng)電中的應(yīng)用尚處于探索階段。然而，在海上石油天然氣工業(yè)中，漂浮式鉆井平臺的應(yīng)用己經(jīng)有數(shù)十年歷史。海上石油天然氣工業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)不僅表明漂浮式風(fēng)力機(jī)的長期運(yùn)行在技術(shù)方面具有可行性，而且為漂浮式風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供了多種可選的基礎(chǔ)形式。

目前主流的海上風(fēng)機(jī)的漂浮式基礎(chǔ)型式主要有單柱型、半潛型以及張力腿型。這些經(jīng)典的由海上石油開采技術(shù)繼承而來的漂浮式基礎(chǔ)已在部分漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目上得以實(shí)施。但是，大量研究和項(xiàng)目報(bào)告表明這些漂浮式基礎(chǔ)在應(yīng)用海上風(fēng)電開發(fā)領(lǐng)域依然存在很多問題：單立柱型基礎(chǔ)的水線面對穩(wěn)性的貢獻(xiàn)小，發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)的阻尼較小，其橫搖和縱搖運(yùn)動都較大；此外，其較大的主尺度對于水深要求高，其建造和安裝的難度也較大。張力腿型基礎(chǔ)的系泊系統(tǒng)安裝費(fèi)用高，使用水深淺，張力筋腱的預(yù)張力受海流、潮汐的影響較大，上部結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)的頻率耦合易發(fā)生共振運(yùn)動；對環(huán)境高頻載荷敏感，易發(fā)生鈴振現(xiàn)象，且張力筋腱易疲勞，風(fēng)險(xiǎn)大。相對而言，半潛型基礎(chǔ)因其較大的水線面面積，穩(wěn)性好，應(yīng)用水深廣，但相對的其建造費(fèi)用也較高。

對于海上風(fēng)電開發(fā)而言，保證上部風(fēng)電機(jī)組的工作條件是浮式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的第一要務(wù)。為保證其穩(wěn)定的發(fā)電效率，其設(shè)計(jì)上對于穩(wěn)定性的要求要更嚴(yán)苛于石油開采工業(yè)。所謂的穩(wěn)定性包含下部浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動的最大幅值和傾角、最大速度和加速度等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對漂浮式海上風(fēng)電開發(fā)的需求，提供一種格柵式結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電機(jī)組漂浮式基礎(chǔ)，較傳統(tǒng)的漂浮式基礎(chǔ)具有更好的水動力運(yùn)動性能，穩(wěn)性更高。為此，本發(fā)明采用以下方案：

一種格柵式結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電機(jī)組漂浮式基礎(chǔ)，包括風(fēng)電機(jī)組塔筒、錨泊系統(tǒng)，其特征在于：所述漂浮式基礎(chǔ)設(shè)置格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)、中心立柱以及下部壓水板；

所述格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)由多個外輪廓為扇環(huán)形的鋼制艙室組成，所述格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)圍繞于中心立柱，中心立柱和格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)之間通過連接結(jié)構(gòu)連接；在漂浮式基礎(chǔ)的底部安裝下部壓水板。

所述扇環(huán)形的艙室與中心立柱同軸，由中心向外側(cè)層層分布，所述格柵式扇環(huán)基礎(chǔ)的每層有數(shù)個扇環(huán)形艙室，每層扇環(huán)形艙室的分布位置存在一定間距，相鄰層之間具有一定間距，層與層之間的扇環(huán)形艙室通過連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，中心立柱和最內(nèi)層的各扇環(huán)形艙室之間也通過連接結(jié)構(gòu)連接。

扇環(huán)形艙室的布置個數(shù)、層數(shù)可根據(jù)工程實(shí)際要求具體確定。

由于每層的扇環(huán)布置間存在間隙，因此波浪與來流均可以由這些間隙進(jìn)入扇環(huán)陣列的內(nèi)部。更優(yōu)的，層與層之間的扇環(huán)間隙交錯分布，形成扇環(huán)陣列的交錯弧形水道將改變進(jìn)入陣列內(nèi)部的水流走向。這一設(shè)計(jì)將一方面削弱波浪對于結(jié)構(gòu)的荷載，起到消除波能的作用；一方面將提高結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動和平動時(shí)的阻尼，降低結(jié)構(gòu)運(yùn)動時(shí)的幅值與加速度，提高結(jié)構(gòu)整體在風(fēng)、浪、流作用下的運(yùn)動穩(wěn)性。

每一個扇環(huán)形艙室都是一個水密壓載艙，并且為可獨(dú)立灌注壓載水和調(diào)節(jié)壓載水的加入量，因此，格柵分布的扇環(huán)形陣列實(shí)際上構(gòu)成了一種離散式的環(huán)形分布分艙策略，面對于不同方向的風(fēng)、浪、流荷載，可以通過對各個艙室抽排壓載水來達(dá)到對浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在各個方向上的傾角、吃水的調(diào)節(jié)，進(jìn)而在各種工況下都可以保證浮式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性和運(yùn)動幅值。