[实用新型]一种浮式风机的移动压载调平控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电领域，涉及一种海上漂浮式风机基础。

背景技术

陆地风资源的逐步枯竭将人类的视线转移到了清洁能源的新方向——海上风电。海上风电具有风速高、电量大、运行稳定、适合大规模开发等优势，且海上风能资源最丰富的东南沿海地区，毗邻用电需求大的经济发达地区，可以实现用电就近消化，降低输送成本，发展潜力巨大。据估算，海上风能资源的能量效益比陆上风电要高20％至40％。

对于水深大于40米的深水海洋环境，漂浮式的风机基础经济性更好。与海上风机的固定基础相比，漂浮式风机基础的优势包括：

(a)受水深限制小，风场地址选取更灵活；

(b)远海上风资源量更足、质更高；

(c)风机、浮式基础及系泊锚的海上安装工艺简单，大部分施工可在港口完成；

(d)受海床地基条件的影响小，成型方案可移植性高；

(e)可安装在远海消除对近海景观的视觉污染。

目前，依托于石油工业的海洋平台技术，主要存在三种浮式风机基础：单柱型(Spar)、张力腿型(Tension-Leg Platform,TLP)、半潜型(Semi-Submersible)。

张力腿型的浮式基础具有非常好的垂荡和转动稳性，但张力腿造价高、安装复杂，潮汐变化也会影响系泊腿中张力大小，且上部结构与张力腿系统的同频耦合振动都使得此类系统难于设计与施工。

单柱型基础结构简单，通过降低重心及较大的吃水深度，可提供足够回复力矩和稳性，其在竖向波浪外激力较小，具有较好的垂荡稳性。但较小的水线面面积无法贡献横摇及纵摇两个方向的稳性，风机的倾覆力矩将降低基础稳定和风机效率。本实用新型利用固体压载提供的回复力矩，能够克服立柱式基础大倾角稳性不足的问题。

此外，依靠分散柱体稳定的半潜式多柱平台水线面积较小(材料省)却能提供较大的回复力矩，在保证经济性的前提下，平台稳定性最好。此外，该基础和风机的施工安装均可在港口完成，拖航至海上风场下锚固定。

基于以上分析，国际上提出的浮式风机概念设计很多，但目前已建造运营的浮式海上风机多数采用了柱稳式半潜基础，包括由Principle Power公司的Windfloat及日本Fukushima Forward项目中2MW Mirai及7MW Shimpuu。

Windfloat是由Principle Power公司设计海上浮式风机基础产品。在2011年建造了全尺寸原型机安装在离海岸5km的葡萄牙海域，其上安装了一台2MW风机，试运行一年后的发电量为3GWh。该平台由对称的三个圆立柱及连接的杆件组成，三个圆立柱底部设置了压水板，与桁架式立柱平台类似。风机安装在一个立柱上，每个圆立柱底部设置了恒定的压水舱用来降低浮体中心，提高稳性。当来流风向改变时，通过主动控制的闭环水泵调节三个浮筒的压舱水重也可提高系统的稳性，抑制振动。

Fukushima Forward项目第一阶段(2011-2013)包括建造一台2MW的半潜式四柱漂浮风机。Fukushima Mirai采用全钢结构设计，采用了高品质钢材以提高平台防腐蚀和抗疲劳特性，其上安装的2MW风机转子直径80m，轮毂高度离水面65m，基础平台高度为32m，吃水约16m，采用6根悬链式的钢制系泊索。改基础结构中四根立柱均为圆柱，外围圆柱底部向外扩展，起到了垂荡板的作用，底部浮筒截面较大，提供浮力并降低重心。

Fukushima Forward项目第二阶段(2014-2015)包括建造一台7MW的漂浮式风机Fukushima Shimpuu，采用钢材制造，V型三柱式平台，立柱截面为矩形。

此外，已建造运营的浮式海上风机还有部分采用了立柱式半潜基础，包括有挪威的SWAY及Hywind 2.3MW，以及日本Fukushima Forward项目中的Hamakaze 5MW。

SWAY是一台1:6的测试风机，2011年3月安装于挪威卑尔根沿海，基础由一根立柱组成，全尺寸SWAY风机能够承受26米高巨浪，而该缩尺风机仅可经受4米高海浪。当年11月，一次超过6米的波浪导致风机沉没。

Statoil公司的Hywind立柱式风机2009年9月安装于挪威离岸10公里的西南沿海，基础的立柱由钢材制造，底部填入了压舱水和石块，水下长度为100米，通过三点悬链系泊保持风机不发生漂移。自2010年以来，已发电32,5GWh。基于该测试风机的设计，英国苏格兰海域正在筹划建立 5台6MW的30MW的浮式风机风场。