專利名稱：一種漂浮式風電場的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種漂浮式風電場，尤其是一種海底地質條件要求低、水下作業(yè)量小、 穩(wěn)定性和經(jīng)濟性好、且實現(xiàn)方式簡單的漂浮式風電場。
背景技術：
隨著風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，風資源的開發(fā)利用逐漸由陸地轉向海洋。與陸地相比， 海上風資源具有風速更大，湍流度更低，風切變更小，風向更穩(wěn)定的優(yōu)點。另一方面，海上風電場靠近人口眾多、經(jīng)濟發(fā)達、能源需求量大的沿海城市，不需要進行長距離高壓輸電，而且海面可利用面積廣闊，不存在土地占用等問題。因此，海上風資源的開發(fā)利用受到世界各國越來越多的重視。目前，海上風力機一般都安裝在固定于海床的平臺上，這種固定式海上風力發(fā)電平臺對海床地質條件要求高，水下作業(yè)量大，只適用于潮間帶等淺水海域。對于較深海域， 以及離岸較遠的海域，漂浮式平臺是一個較好的選擇。但是，采用漂浮式平臺需要在海床上安裝一定數(shù)量的錨，對于一個漂浮式風電場，如果每一臺風力機下方都安裝錨，成本將會很高，而且需要對大片深水海床進行地質勘探，從而進一步提高了漂浮式海上風電的成本，也限制了漂浮式風力發(fā)電所能應用的海域。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題為了解決現(xiàn)有技術中，漂浮式風電場需要在深水海床安裝大量的錨、海底作業(yè)量大、對海底地質條件要求高、經(jīng)濟性差等不足，本發(fā)明提出一種新型的漂浮式風電場，這種風電場是一種對海底地質條件要求低、水下作業(yè)量小、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性好、且實現(xiàn)方式簡單的漂浮式風電場，尤其適合風力機數(shù)量較多的適用于近海或者靠近深海的大型海上漂浮式風電場，對于海上風能資源的利用具重大實用意義。( 二 )技術方案針對上述所要解決的技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種部署漂浮式風電場的方法，包括使多個離岸漂浮式風力機漂浮到所需離岸位置，將所述多個離岸漂浮式風力機進行陣列布置形成漂浮式風電場，布置至少一圈漂浮式消波裝置將所述漂浮式風電場包圍， 所述漂浮式消波裝置和所述漂浮式風電場外圍的風力機分別使用錨定系統(tǒng)錨定到海床或湖床上，所述漂浮式消波裝置和所述漂浮式風電場外圍的風力機之間使用系鏈連接，相鄰的兩個風力機之間使用系鏈相互連接，連接時系鏈的一端同一個風力機的塔架的中部偏下的位置相連，系鏈的另一端同另一個相鄰的風力機的漂浮平臺的靠近底部的位置相連。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種漂浮式風電場，所述風電場部署在海上或湖泊上，包括外圍帶有錨定系統(tǒng)的多個風力機和內部不帶有錨定系統(tǒng)的多個風力機，每個風力
3機包括風輪、塔架、發(fā)電機及漂浮平臺，所述塔架具有上端以及耦聯(lián)到所述漂浮平臺的下端，所述風輪與發(fā)電機耦聯(lián)且所述風輪和發(fā)電機靠近所述塔架的上端安裝，所述漂浮平臺漂浮在水中以將風力機支撐在水面上方，其特征在于所述錨定系統(tǒng)耦合到所述外圍風力機的漂浮平臺以將所述外圍風力機錨定到海床或湖床上；為保證所述內部風力機的動態(tài)穩(wěn)定性，相鄰兩個風力機之間通過柔性系鏈相互聯(lián)結，聯(lián)結時系鏈的一端同一個風力機塔架的中部偏下的位置連接，系鏈的另一端同相鄰的另一個風力機的漂浮平臺的靠近底部的位置連接；在所述風電場的外圍還布置有至少一圈帶有錨定系統(tǒng)的漂浮式消波裝置，所有風力機被所述漂浮式消波裝置包圍在其中，所述漂浮式消波裝置通過錨定系統(tǒng)被錨定到海床或湖床上，所述外圍風力機通過系鏈同漂浮式消波裝置連接。通過本發(fā)明的上述技術方案可知，漂浮式風電場中外圍的風力機使用錨定系統(tǒng)固定到海床或湖床上、內部的風力機通過系鏈相互連接，由于本發(fā)明的錨定系統(tǒng)和系鏈布置方式，如果內部的某個風力機朝一個方向發(fā)生偏移或傾斜，相反方向的索鏈就會產(chǎn)生一個反方向的拉力或轉矩促使其保持原來的位置和豎直狀態(tài)，從而保證了所述內部風力機的動態(tài)穩(wěn)定性，外圍的風力機則通過錨定系統(tǒng)保持穩(wěn)定。本發(fā)明的上述結構安排可以在減少錨定系統(tǒng)的前提下，而保持風電場中全部風力機的穩(wěn)定性。同時，由于漂浮式消波裝置的存在，將所有漂浮式風力發(fā)電機圍在中間，波浪經(jīng)過時，能量被耗散或吸收，能夠大大消除波浪對風電場的影響，同時還能方便的利用波浪能發(fā)電，增加漂浮式風電場的經(jīng)濟效益。優(yōu)選的，所述外圍和/或內部風力機為水平軸風力機或垂直軸風力機。優(yōu)選的，在所述漂浮平臺的靠近底部的位置的外圍固設有消波板，用以進一步耗散或吸收波浪能量。優(yōu)選的，所述漂浮式消波裝置為波浪能發(fā)電裝置。優(yōu)選的，所述漂浮平臺在靠近底部的位置設置有配重，所述配重使所述漂浮平臺克服風力而穩(wěn)定。優(yōu)選的，所述錨定系統(tǒng)還包括鎮(zhèn)重，所述鎮(zhèn)重設置在所述漂浮平臺和錨之間，所述漂浮式消波裝置和錨之間也設置有鎮(zhèn)重。優(yōu)選的，所述內部風力機的漂浮平臺是自穩(wěn)定的，即不依靠索鏈錨定也能穩(wěn)定的漂浮在海上。優(yōu)選的，所述系鏈的長度使相鄰風力機之間的距離大于一個風力機整體高度的2 倍，當風電場遭遇臺風等極限情況而出現(xiàn)某個風力機倒塌時，不會砸到相鄰的風力機。優(yōu)選的，所述系鏈在風力機傾角大于45°時斷開或脫離所連接的風力機，從而在極限情況下保護沒有倒塌危險的風力機。(三)有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術常規(guī)的漂浮式風電場相比，本發(fā)明只需要安裝少量的錨即可維持所有風力機的穩(wěn)定性，對海底地質條件要求低，水下作業(yè)量小，穩(wěn)定性和經(jīng)濟性好，且實現(xiàn)方式簡單。通過在風電場外網(wǎng)布置至少一圈漂浮式消波裝置，減小了波浪對風力發(fā)電系統(tǒng)的沖擊和侵害，而且可以方便的利用波浪能發(fā)電，提高整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性。


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圖1為本發(fā)明的漂浮式風電場的側視圖。圖2為第一種風電場布置的示意圖。圖3為第二種風電場布置的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，漂浮式風電場100部署在海上，包括外圍帶有錨定系統(tǒng)的多個風力機 1和內部不帶有錨定系統(tǒng)的多個風力機la，每個風力機1、Ia包括風輪(圖中未標示)、塔架 2、發(fā)電機(圖中未標示)及漂浮平臺4，塔架2具有上端以及耦聯(lián)到漂浮平臺4的下端，所述風輪與發(fā)電機耦聯(lián)且所述風輪和發(fā)電機靠近所述塔架2的上端安裝，所述漂浮平臺4漂浮在海面3上以將風力機支撐在海面3上方，錨定系統(tǒng)包括錨6和索鏈5，錨定系統(tǒng)將外圍風力機1錨定到海床7上；為保證所述內部風力機Ia的動態(tài)穩(wěn)定性，相鄰兩個風力機之間通過柔性系鏈8相互聯(lián)結，聯(lián)結時系鏈8的一端同一個風力機塔架2的中部偏下的位置連接，系鏈8的另一端同相鄰的另一個風力機的漂浮平臺4的靠近底部的位置連接，通過這樣的方式使得內部風力機Ia不需要錨定到海床上，從而使整個風電場100的所有風力機1、Ia 相互連接在一起；在所述風電場100的外圍還布置有至少一圈帶有錨定系統(tǒng)的漂浮式消波裝置9，所有風力機1、Ia被所述漂浮式消波裝置9包圍，所述漂浮式消波裝置9通過錨定系統(tǒng)錨定到海床7上，所述外圍風力機1通過系鏈8同漂浮式消波裝置9連接。在圖2所示第一種風電場布置示意圖中，處于風電場100外圍的風力機1用灰色的圓圈表示，外圍的每一個漂浮式風力機1都錨定到海床7上；位于內部的漂浮式風力發(fā)電系統(tǒng)Ia通過系鏈8與周圍的漂浮式風力機相連，連接方法如圖1所示，內部的漂浮式風力發(fā)電系統(tǒng)不需要錨定到海床上。外圍風力機1的漂移或傾斜會受到自身的錨和相鄰風力機的限制，內部風力機Ia的漂移或傾斜會受到相鄰風力機的限制，并最終傳遞到外圍風力機的錨上。圖3所示為第二種風電場布置示意圖，在這個實施例中，所有風力機采取交錯排列的方式。在其他的實施例中，在所述漂浮平臺4的靠近底部的位置的外圍固設有消波板， 用以進一步耗散或吸收波浪能量。所述漂浮式消波裝置為波浪能發(fā)電裝置。這種漂浮式波浪能發(fā)電裝置屬于已有的成熟技術，并具有多種形式；例如，一種由一系列活塞式發(fā)動機和發(fā)電機構成的漂浮式波浪能發(fā)電裝置，可以應用于本發(fā)明作為漂浮式消波裝置，在為漂浮式風力發(fā)電系統(tǒng)抵擋波浪沖擊的同時產(chǎn)生電能，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性；在應用時，活塞式發(fā)動機與發(fā)電機相間布置，排列成一排，活塞式發(fā)動機與發(fā)電機之間的距離為海浪波長的一半，當波浪經(jīng)過時，活塞式發(fā)動機和發(fā)電機交替處于波峰和波谷，產(chǎn)生相對運動，從而使氣缸中的空氣不斷膨脹、壓縮，推動發(fā)電機發(fā)電。所述漂浮平臺4在靠近底部的位置設置有配重，所述配重使所述漂浮平臺4克服風力而穩(wěn)定。所述錨定系統(tǒng)還包括鎮(zhèn)重， 所述鎮(zhèn)重設置在所述漂浮平臺和錨之間，所述漂浮式消波裝置和錨之間也設置有鎮(zhèn)重。所述內部風力機的漂浮平臺是自穩(wěn)定的，即不依靠索鏈錨定也能穩(wěn)定的漂浮在海上。所述系鏈的長度使相鄰風力機之間的距離大于一個風力機整體高度的2倍，當風電場遭遇臺風等
5極限情況而出現(xiàn)某個風力機倒塌時，不會砸到相鄰的風力機。所述系鏈在風力機傾角大于 45°時斷開或脫離所連接的風力機，從而在極限情況下保護沒有倒塌危險的風力機。此外， 在上述實施例中，所有的風力機都可以是水平軸風力機，也可以是垂直軸風力機，對于風力機的結構形式并沒有特殊的限定。通過以上步驟實施，利用目前普遍使用的風力機葉片模態(tài)測試條件和設備，結合數(shù)值仿真計算，獲得了可以描述葉片動態(tài)情況下的頻率參數(shù)。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種漂浮式風電場，所述風電場部署在海上或湖泊上，包括外圍帶有錨定系統(tǒng)的多個風力機和內部不帶有錨定系統(tǒng)的多個自平衡的風力機，每個風力機包括風輪、塔架、發(fā)電機及漂浮平臺，所述塔架具有上端以及耦聯(lián)到所述漂浮平臺的下端，所述風輪與發(fā)電機耦聯(lián)且所述風輪和發(fā)電機靠近所述塔架的上端安裝，所述漂浮平臺漂浮在水中以將風力機支撐在水面上方，其特征在于所述錨定系統(tǒng)耦合到所述外圍風力機的漂浮平臺以將所述外圍風力機錨定到海床或湖床上；為保證所述內部風力機的動態(tài)穩(wěn)定性，相鄰兩個風力機之間通過柔性系鏈相互聯(lián)結，聯(lián)結時系鏈的一端同一個風力機塔架的中部偏下的位置連接，系鏈的另一端同相鄰的另一個風力機的漂浮平臺的靠近底部的位置連接；在所述風電場的外圍還布置有至少一圈帶有錨定系統(tǒng)的漂浮式消波裝置，所有風力機被所述漂浮式消波裝置包圍，所述漂浮式消波裝置通過錨定系統(tǒng)錨定到海床或湖床上，所述外圍風力機通過系鏈同漂浮式消波裝置連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述外圍和/或內部風力機為水平軸風力機或垂直軸風力機。
3.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，在所述漂浮平臺的靠近底部的位置的外圍固設有消波板，用以進一步耗散或吸收波浪能量。
4.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述漂浮式消波裝置為波浪能發(fā)電裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述漂浮平臺在靠近底部的位置設置有配重，所述配重使所述漂浮平臺克服風力而穩(wěn)定。
6.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述錨定系統(tǒng)還包括鎮(zhèn)重，所述鎮(zhèn)重設置在所述漂浮平臺和錨之間，所述漂浮式消波裝置和錨之間也設置有鎮(zhèn)重。
7.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述內部風力機的漂浮平臺是自穩(wěn)定的，即不依靠索鏈錨定也能穩(wěn)定的漂浮在海上。
8.根據(jù)權利要求1所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述系鏈的長度使相鄰風力機之間的距離大于一個風力機整體高度的2倍，當風電場遭遇臺風等極限情況而出現(xiàn)某個風力機倒塌時，不會砸到相鄰的風力機。
9.根據(jù)上述任一項權利要求所述的漂浮式風電場，其特征在于，所述系鏈在風力機傾角大于45°時斷開或脫離所連接的風力機，從而在極限情況下保護沒有倒塌危險的風力機。
10.一種部署漂浮式風電場的方法，包括使多個離岸漂浮式風力機漂浮到所需離岸位置，將所述多個離岸漂浮式風力機進行陣列布置形成漂浮式風電場，布置至少一圈漂浮式消波裝置將所述漂浮式風電場包圍，所述漂浮式消波裝置和所述漂浮式風電場外圍的風力機分別使用錨定系統(tǒng)錨定到海床或湖床上，所述漂浮式消波裝置和所述漂浮式風電場外圍的風力機之間使用系鏈連接，相鄰的兩個風力機之間使用系鏈相互連接，連接時系鏈的一端同一個風力機的塔架的中部偏下的位置相連，系鏈的另一端同另一個相鄰的風力機的漂浮平臺的靠近底部的位置相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種漂浮式風電場，包括外圍帶有錨定系統(tǒng)的多個風力機和內部不帶有錨定系統(tǒng)的多個自平衡的風力機，每個風力機的漂浮平臺漂浮在水中以將風力機支撐在水面上方，錨定系統(tǒng)將所述外圍風力機錨定到海床或湖床上；相鄰兩個內部風力機之間通過柔性系鏈相互聯(lián)結，聯(lián)結時系鏈的一端同一個風力機塔架的中部偏下的位置連接，系鏈的另一端同相鄰的另一個風力機的漂浮平臺的靠近底部的位置連接；在所述風電場的外圍還布置有至少一圈帶有錨定系統(tǒng)的漂浮式消波裝置，所有風力機被所述漂浮式消波裝置包圍，所述漂浮式消波裝置通過錨定系統(tǒng)錨定到海床或湖床上，所述外圍風力機通過系鏈同漂浮式消波裝置連接。
文檔編號F03D9/00GK102454553SQ20111044249
公開日2012年5月16日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權日2011年12月26日
發(fā)明者劉強, 徐建中, 楊科, 黃宸武 申請人:中國科學院工程熱物理研究所