[發(fā)明專利]一種順應型漂浮式風機基礎和風機系統

有效

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• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112879237B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 李華祥;宋嬌陽;顧爽;蔣勇
• 申請（專利權）人: 上海電氣風電集團股份有限公司
• 主分類號: F03D13/25
• 分類號: 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: 徐雯瓊;張妍

本發(fā)明涉及一種順應型漂浮式風機基礎，包括：多個邊浮筒、中間浮筒、軸承、系泊錨鏈；所述中間浮筒為中空的柱狀結構，軸承套設在中間浮筒上，軸承的內圈與中間浮筒固定連接且無相對轉動，軸承的外圈與中間浮筒相對轉動；多個所述邊浮筒中空的柱狀結構，該些邊浮筒沿著中間浮筒的周向均勻分布，每個邊浮筒通過一桁架與所述軸承的外圈表面固定連接，該些邊浮筒與桁架隨著軸承外圈的轉動隨之轉動；多個所述邊浮筒的底部設有若干根系泊錨鏈。本發(fā)明可以有效釋放風浪不同向造成的塔底與基礎交界面的扭矩；提高結構抵抗載荷的效率，減少用鋼量，簡化建造運維的復雜程度，節(jié)約成本。

技術領域

本發(fā)明涉及海上風力發(fā)電領域，具體涉及一種順應型漂浮式風機基礎。

背景技術

隨著人類對海上風電開發(fā)日益加大，近海風資源日漸將盡，深遠海已是目前以及未來海上風電開發(fā)的重點。對于深遠海，漂浮式風機幾乎是唯一的技術選擇。現有的幾種典型漂浮式風機基礎主要包括張力腿式(TLP)、立柱式(Spar)、以及半潛式(SEMI)。其中半潛式基礎(SEMI)適應水深范圍廣，建造運輸方便，安裝錨定靈活性度高，通用性強，被普遍認為是開發(fā)海上風電資源的重要漂浮式基礎形式。

半潛式風機浮式基礎主要由立柱、橫梁、斜撐、壓水板、系泊系統和錨固基礎組成。目前，歐美已設計了多款半潛型漂浮式風機基礎。例如：

Tri-Floater是由GustoMSC公司設計并推出的海上浮式風機基礎方案，該方案是一種三立柱的半潛式結構，風機塔架位于浮體結構頂部中心位置。

OC4-DeepCwind是美國可再生能源實驗室提出的一種半潛浮式風機概念設計基本思想。該方案每個邊浮筒由上浮筒和下浮筒組成，下浮筒不僅提供浮力，而且起著垂向制蕩板作用，塔筒與中間浮筒相連，橫撐和斜撐連接中間浮筒和邊浮筒。

美國PPI公司提出一種半潛式漂浮風機基礎WindFloat，該基礎是由三個立柱組成的半潛結構，塔筒與其中一個立柱相連，立柱之間通過橫撐和斜撐連接。通過主動壓載系統實現立柱之間排水和壓水以補償風速大小和方向的變化引起的風機運動。

IDEOL公司設計了一種帶阻尼池的半潛型浮式風機基礎Damping-pool，該型基礎由回字型的浮筒和三點系泊系統組成，在回字型基礎的一個側邊安裝風機塔架，其他三個邊均為浮筒結構，風機運營過程中的姿態(tài)可通過浮筒結構內部的壓載及系泊錨鏈系統來控制。

首先，對于海上漂浮式風機基礎系統，塔底與基礎交界面處的載荷一直都是設計者比較關注的問題。塔底與基礎交界處的載荷主要體現為彎矩、扭矩、以及軸向載荷。其中的扭矩主要是由于環(huán)境條件比較惡劣，風浪不同向，以及偏航造成的。如何使得塔底與基礎交界面處的結構可以承受相應的載荷，一直是設計重點。而現有的基礎形式，都是通過增加結構尺寸，或者增加額外的加強結構滿足載荷要求。現有的設計方式有如下問題：

1)傳統的結構尺寸增加以及結構加強的方法抵抗扭矩載荷的效率并不高；

2)增大結構厚度或者尺寸造成了用鋼量的增加，使得成本提高；

3)額外的結構加強使得結構更加復雜，增加了建造和運維難度。

其次，隨著海上漂浮式基礎向更遠海域發(fā)展，環(huán)境條件愈加惡劣，這會對現有的漂浮式風機基礎系統造成了非常大的影響：

1)風浪載荷大小的增大、風浪載荷夾角的增大，都會造成塔底與基礎截面處的扭矩增大，如何抵抗此處載荷成為設計者必須要面對的問題；

2)下部波浪載荷使得漂浮式基礎相應于波浪方向上的運動，基礎的這個運動會帶動上部風機產生運動。由于風浪不同向，這個運動與風機的迎風面有夾角，這會影響風機的發(fā)電效率，還會給控制、偏航系統帶來更大的壓力。

最后，伴隨著平價上網的發(fā)展趨勢，風機不斷朝更大型的方向發(fā)展，風機自身尺寸和重量的增加，會造成漂浮式風機系統載荷的增加，如何提高結構抵抗載荷的效率在設計中顯得尤為重要。