[发明专利]单点系泊式深海浮式风机

说明书

技术领域

本发明属于海洋可再生能源领域，具体地说是一种具有随风向变化自动调整方位能力的 浮式风机。

背景技术

作为一种清洁可再生能源，风能越来越受到世界范围内的广泛关注。由于世界范围内对 可再生能源的需求逐步增大，因此用于将风能转换为电能的风机数量也在迅速增长。随着陆 上空间的逐步减少、沿海发达地区对电能的需求量大，加之海洋上风强度更大、流动更加稳 定等客观因素，在海上的风机容量可以比陆上风机的更大，因此海上风电场的概念也成为风 能利用转化领域的一个重要选项。

随着海上风电开发建设技术逐步成熟，风能开发利用的研究正走向深海。根据支撑风机 的基础形式的不同，海上风机通常分为固定式风机与浮式风机，当前的海上风电场一般采用 固定式基础，但而随着水深逐步增大，与固定式风机相比，浮式风机在经济性、安装工艺、 装机容量等方面的优势更为明显。我国具有海域面积约473万平方公里。尤其我国南海，大 量岛礁需要开发，这些岛礁一旦建成，供电形式不可能采用陆地供应，采用风电是优先的技 术途径，这些海域的水深一般在100米以上至1000米，具有发展浮式风电的海洋环境条件。

现代风力发电机结构通常比较复杂，通常由风轮、传动系统、机舱与偏航系统、发电机、 控制系统、塔架与基础等多个部分构成。作为风力发电系统的特有伺服系统之一，偏航系统 主要功能是使风轮跟踪变化稳定的风向，保证风力发电效率。因此，偏航系统是常见水平轴 式风力发电机组的重要组成之一，也是陆上风机必不可少的系统之一。当前国内外设计的浮 式风机主要采用多点系泊的方式。但海上环境载荷多变，一旦风向发生变化，采用多点系泊 系统定位的浮式风机系统仍将保持原始朝向，此时必须在偏航系统的辅助下调整风轮及机舱 的方位，以使风轮正对风向，从而进行正常的发电作业。

但海上风场与陆上风场相比，海上的空气湿润且含盐分，这样很容易腐蚀风机的钢铁架 构。一旦风机生锈将有可能导致轴承、偏航系统等结构的损坏。此外，海上作业困难，一旦 偏航系统发生损坏，在百余米高的塔柱上对偏航系统维修并非易事。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型单点系泊式浮式风机，该浮式风机具有自动偏航控制能力， 在风向发生改变的情况下，无需通过偏航系统辅助，自动调整风机方位，保证风轮对风性， 从而提高浮式风机的发电效率。本发明可以简化浮式风机上部发电舱处的结构组成，降低浮 式风机发生事故风险，降低保养、维修成本及难度。本发明的技术方案如下：

一种单点系泊式深海浮式风机，包括半潜型浮式基础(1)，系泊缆(2)，塔柱(3)，发电舱(4) 和风轮(5)，其特征在于，该浮式基础包括呈三角形布置的三个立柱式圆筒形结构(11)，每个立 柱式圆筒形结构(11)设压水板(12)，立柱式圆筒形结构(11)之间采用桁架(13)连接；三个立柱式 圆筒形结构(11)中的一个为主立柱，塔柱(3)固定在主立柱上，在主立柱的下端设置有单点设备 (14)，系泊缆为多条，各系泊缆的一端系泊在海底的不同位置，另一端均固定在此单点设备(14) 上。

作为优选实施方式，所述的浮式风机，呈三角型布置的三个立柱式圆筒形结构(11)呈正三 角形布置；各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底。

本发明的突出优点是：

1、本发明的浮式风机采用单点系泊系统定位，各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底，另 一端均系泊在浮式基础的下方同一单点设备处，浮式基础可以绕该点进行旋转，最终稳定在 沿风向的方向上，使得系统具有自动对风的性能，通过随环境载荷方向自动调节风机方位保 证了风机发电的效率，同时还可以简化风机上部的偏航系统，从而降低浮式风机维修难度与 保养成本；

2、该单点系泊浮式风机具有良好的水动力性能，浮式风机可以在风机的额定海况下正常 作业发电；

3、根据浮式风机作业水深的不同，可以选取不同系泊缆形式，使得该浮式风机的作业海 域灵活，具有很强的适应能力；

4、该浮式风机既可以使用上风向风机，也可以使用下风向风机作为风能捕获装置。

附图说明

图1为本发明的单点系泊浮式风机的立体示意图；

图2为本发明的单点系泊系统布置示意图；

图3为本发明的浮式风机风标效应示意图。