[發明專利]一種漂浮式風機基礎

有效

• 申請號: 202011238449.3
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112943545B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 白奇煒;張友林;張黎;曹廣啟
• 申請（專利權）人: 上海電氣風電集團股份有限公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20;F03D13/25;B63B35/44
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;周乃鑫

本發明公開了一種漂浮式風機基礎，包括：立柱套筒、支撐立柱、若干側立柱、可伸縮橫撐結構、管狀連接件和底部軟艙結構；所述立柱套筒用于支撐風機塔架，所述的支撐立柱具有可在垂直方向伸縮的可伸縮結構；所述側立柱對稱布置在所述支撐立柱周圍；所述可伸縮橫撐結構連接于相鄰的兩個所述側立柱之間，能在水平方向上伸縮；所述管狀連接件包括第一管狀連接件和第二管狀連接件；所述第一管狀連接件的兩端分別與所述側立柱上端和所述立柱套筒鉸接，所述第二管狀連接件的兩端分別與所述側立柱下端和所述底部軟艙結構鉸接，使得所述支撐立柱在所述垂直方向拉伸/壓縮時，所述可伸縮橫撐結構在所述水平方向上壓縮/拉伸。

技術領域

本發明涉及發電設備技術領域，具體涉及一種可變立柱跨距SPAR型單點漂浮式風機基礎。

背景技術

近年來，在人類對可再生能源—風能的開發利用過程中，風機逐漸從陸上轉向近海，又逐步從近海走向深遠海。這個過程中，涌現了多種類型海上漂浮式風機基礎的形式，這當中，以單立柱式(SPAR)、半潛式 (Semi-Submersible)、張力腿式(TLP)以及船型(Barge)四種類型的漂浮式風機基礎最為常見。

目前，歐美國家在漂浮式風機基礎的研發能力和投入上都處于領先地位。其中，最具有代表性的幾類漂浮式風機基礎包括：

(1)挪威國家石油公司(Equinor)研發的Hywind(單立柱式基礎)，該基礎由一根直徑為14.4m的下浮體及直徑為7.5m的過渡段所構成，過渡段上部承載著塔筒和風機，整體結構形式較為簡單；

(2)美國的Principle Power研發的WindFloat(半潛式基礎)，該基礎由三個直徑約10m的立柱構成，立柱間通過橫撐和斜撐進行連接和加強，立柱底部有六邊形的薄板結構作為垂蕩板；

(3)法國的SBM Offshore研發的用于PGL海上風電場項目中的漂浮式基礎(張力腿式基礎)，其整體結構形式為桁架式，其中用于連接系泊系統的部分是三個圓形截面立柱，立柱上安裝有錨鏈鎖緊裝置；

(4)法國IDEOL公司研發的DampingPool(船型風機基礎)，該漂浮式風機基礎由“回字形”的浮筒所構成，它采用了阻尼池技術來實現減搖功能。

由于我國近海岸較淺水深(大部分處在30-50m左右)的限制，目前海上風電場所采用的基礎形式主要還是以單樁、導管架以及高樁承臺等固定式基礎為主。漂浮式基礎的應用尚處于起步階段，其中相對處于領先地位的主要是三峽新能源及龍源電力等公司主推的漂浮式樣機項目，但無一例外的是，這些公司所采用的基礎方案均為半潛式基礎結構形式。

半潛式基礎的主要特點是其水線面面積較小，立柱間跨距較大，結構形式相對較為簡單，但是，體型龐大、建造成本高是其最主要缺點；另外，由于它的立柱跨距較大，當半潛式基礎用于淺水環境時，當其運動較大時(主要為橫搖和縱搖)，則在立柱底部邊界處，極容易發生觸底的事故，存在較大的安全隱患。

立柱式基礎，由于其整體上主要為細長型結構，不存在諸如邊界觸底的問題；同時，其六自由度運動固有周期相對于半潛式基礎更大，對于同樣環境條件的海域而言，立柱式基礎的運動性能更佳，對風機發電也更為有利；然而，對于常規的立柱式基礎結構，其浸沒于水中的部分高度可達80-100m (如Hywind等)，顯然不太適用于我國大部分近海淺水深海域。

另外，對于漂浮式基礎而言，系泊系統的布置也是一大難題。對于半潛式基礎，可利用的系泊系統形式幾乎只能是常規懸鏈線式系泊，而對于立柱式基礎而言，其選擇余地則相對較大，既可以采用懸鏈線式系泊，又能夠采用半張緊或完全張緊式的系泊系統形式，系泊系統方案設計受限相對較小。這對于成本異常敏感的漂浮式風機而言，若能大幅度降低系泊系統的成本占比，無疑更利于商業化推廣。

綜上，為了能夠同時獲得立柱式和半潛式基礎優良的穩定性和運動性能以及適應性更為廣泛的系泊系統設計形式，且在一定程度上滿足從淺水深向中等乃至深水過渡的需求，發明一款新型的漂浮式基礎將變得尤為重要。