海上风机发电系统

501 编辑：中冶有色技术网来源：上海电气风电集团股份有限公司

2024-05-20 14:09:09

权利要求书： 1.一种海上风机发电系统，其特征在于，其包括有至少两个发电机组；

设置在所述发电机组下方的浮体，所述浮体用于对所述海上风机发电系统提供浮力，所述浮体包括第一浮体和至少两个第二浮体，所述第二浮体和所述发电机组均分别设置在所述第一浮体两侧，任意一个所述第二浮体与所述第一浮体通过第一支撑连接，任意一个所述发电机组与所述第一浮体通过第二支撑连接，任意一个所述发电机组与同侧的所述第二浮体通过第三支撑连接；

所述海上风机发电系统还包括：

系泊装置，所述系泊装置用于固定所述海上风机发电系统在海上的位置；

与所述第一浮体连接的浮筒，所述浮筒的下端与所述系泊装置的一端连接，所述第一浮体还包括轴承，所述浮筒与所述第一浮体通过所述轴承连接，所述第一浮体可以相对所述浮筒转动；

所述发电机组包括向外输出电能的电缆，所述第二支撑和所述第一浮体包括有供电缆穿过的通道，所述浮筒包括有供电缆穿过的中间通道，所述中间通道从所述浮筒的顶端延伸至所述浮筒的底端，所述电缆先后穿过所述通道和所述中间通道连接至外界。

2.如权利要求1所述的海上风机发电系统，其特征在于，所述第一支撑和所述第三支撑的数量为至少两个。

3.如权利要求1所述的海上风机发电系统，其特征在于，所述第一支撑为两个，所述第三支撑为两个，任意一个所述第二浮体一侧的第一支撑、第二支撑和第三支撑在空间上呈四面体形状。

4.如权利要求1所述的海上风机发电系统，其特征在于，所述第二浮体呈流线型。

5.如权利要求1所述的海上风机发电系统，其特征在于，所述第二浮体在水面上呈长条形，所述第二浮体的长度方向一致，任意一个所述发电机组的叶片所在平面与所述第二浮体的长度方向垂直。

6.如权利要求1所述的海上风机发电系统，其特征在于，所述系泊装置包括锚链或吸力锚。

7.如权利要求1?6任意一项所述的海上风机发电系统，其特征在于，所述发电机组为偶数个，所述发电机组在所述第一浮体两侧对称分布。

说明书：海上风机发电系统技术领域[0001] 本发明涉及一种海上风机发电系统。背景技术[0002] 现有技术中多采用提高单机容量来降低海上风电单位度电成本，单机大容量意味着需要更大的风轮来捕获风能，需要更大的塔架来支撑发电机组，同时也需要更强的基础来支撑塔架，现有技术中海上发电机组支撑多采用Y型塔架，同时使用多根斜拉索来提高塔架的刚度，目前已有的漂浮式基础型式主要有张力腿式、半潜式、单立柱式和驳船式，这几种基础型式中对吃水要求最低的是驳船式基础，但驳船式基础外形方正，在相同的波流条件下，受到的波流力最大，已有的风机多采用半潜式和单立柱式，这两种基础型式对吃水的要求相对较高，特别是单立柱式，公开号为CN211874639U的专利采用半潜式基础型式，公开号为EP2906818B1的专利采用单立柱式基础，这两件专利都采用了Y型塔架来支撑两台发电机组，同时，采用多根斜拉索来提高塔架的刚度，斜拉索的安装和预张力的张拉到位比较繁琐，而且，斜拉索的破断是脆性的，发生脆断时毫无预警，危险性较高。发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中海上发电机组支撑的缺陷，提供一种海上风机发电系统。[0004] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：[0005] 一种海上风机发电系统，其包括有至少两个发电机组；[0006] 设置在所述发电机组下方的浮体，所述浮体用于对所述海上风机发电系统提供浮力，所述浮体包括第一浮体和至少两个第二浮体，所述第二浮体和所述发电机组均分别设置在所述第一浮体两侧，任意一个所述第二浮体与所述第一浮体通过第一支撑连接，任意一个所述发电机组与所述第一浮体通过第二支撑连接，任意一个所述发电机组与同侧的所述第二浮体通过第三支撑连接。[0007] 在本方案中，通过设置多个支撑结构，可以将多个浮体和多个发电机组连接成一个整体，支撑结构可以有效地将风力发电机组的重力以及气动载荷传递到浮体上，提高了对发电机组支撑的强度和稳定性，而且免除传统塔架结构中斜拉索的使用，避免因使用斜拉索发生破断产生的危险，同时，由于设置多个浮体，增大了水线面积，降低了吃水要求，而且多个发电机组共用多个浮体，降低了度电成本。[0008] 较佳地，所述第一支撑和所述第三支撑的数量为至少两个。[0009] 在本方案中，采用多个第一支撑和第三支撑使发电系统的支撑结构受力更均匀，提高了支撑的强度和稳定性。[0010] 较佳地，所述第一支撑为两个，所述第三支撑为两个，任意一个所述第二浮体一侧的第一支撑、第二支撑和第三支撑在空间上呈四面体形状。[0011] 在本方案中，浮体和发电机组通过呈四面体分布的支撑结构连接，既可以将浮体连接成一个整体，而且四面体的每个面都是稳定性更好的三角形，提高了支撑的强度和稳定性，同时结构简单，节省材料。[0012] 较佳地，所述海上风机发电系统还包括：[0013] 系泊装置，所述系泊装置用于固定所述海上风机发电系统在海上的位置；[0014] 与所述第一浮体连接的浮筒，所述浮筒的下端与所述系泊装置的一端连接，所述第一浮体可以相对所述浮筒转动。[0015] 在本方案中，多个发电机组共用系泊装置，从而降低单位度电成本，通过系泊装置和浮筒可以将整个发电系统固定在指定海域，而且当风向变化时，由浮体、支撑结构和发电机组连接成的整体可以相对浮筒转动，通过整体相对浮筒的转动，可以使得发电机组的风轮始终垂直风向，使发电量最大，提高发电效率。[0016] 较佳地，所述第一浮体还包括轴承，所述浮筒与所述第一浮体通过所述轴承连接。[0017] 较佳地，所述发电机组包括向外输出电能的电缆，所述第二支撑和所述第一浮体包括有供电缆穿过的通道，所述浮筒包括有供电缆穿过的中间通道，所述中间通道从所述浮筒的顶端延伸至所述浮筒的底端，所述电缆先后穿过所述通道和所述中间通道连接至外界。[0018] 在本方案中，电缆穿过通道后向下延伸至外界的电缆系统，多个发电机组共用电缆系统，可以降低单位度电成本，同时，电缆在第二支撑、第一浮体和浮筒内的通道延伸，避免了电缆与其他结构缠绕。[0019] 较佳地，所述第二浮体呈流线型。[0020] 在本方案中，第二浮体采用流线型外形，水线面积大，可以最大限度减小其受到的风浪流力，便于使海上风机发电系统固定在指定海域。[0021] 较佳地，所述第二浮体在水面上呈长条形，所述第二浮体的长度方向一致，任意一个所述发电机组的叶片所在平面与所述第二浮体的长度方向垂直。[0022] 在本方案中，当风浪方向发生变化时，由浮体、发电机组和支撑结构所构成的整体会绕着浮筒转动，由于第二浮体在水面上呈长条形，第二浮体的长度方向会始终朝着所受浪流最小的方向，即与风浪方向一致，发电机组的叶片可以始终面对风向，使本发电系统具有方向标特点，实现自动对风，使发电量最大，保证发电效率。[0023] 较佳地，所述系泊装置包括锚链或吸力锚。[0024] 较佳地，所述发电机组为偶数个，所述发电机组在所述第一浮体两侧对称分布。[0025] 在本方案中，当风吹向发电机组的叶片时，由于发电机组在第一浮体两侧对称分布，各叶片上产生的力矩可以完全抵消，避免发电机组的叶片偏离风向，保证发电效率。[0026] 本发明的积极进步效果在于：通过设置多个支撑结构，可以将多个浮体和多个发电机组连接成一个整体，支撑结构可以有效地将风力发电机组的重力以及气动载荷传递到浮体上，提高了对发电机组支撑的强度和稳定性，而且免除传统塔架结构中斜拉索的使用，避免因使用斜拉索发生破断产生的危险，同时，由于设置多个浮体，增大了水线面积，降低了吃水要求，而且多个发电机组共用多个浮体，降低了度电成本。附图说明[0027] 图1为本发明一实施例的海上风机发电系统结构示意图。[0028] 图2为本发明一实施例的第二支撑、第一浮体和浮筒内部结构示意图。[0029] 附图标记说明：[0030] 发电机组1[0031] 第一浮体20[0032] 第二浮体21[0033] 第一支撑31[0034] 第二支撑32[0035] 第三支撑33[0036] 系泊装置4[0037] 浮筒5[0038] 电缆6具体实施方式[0039] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。[0040] 如图1所示，一种海上风机发电系统，其包括有至少两个发电机组1；还包括设置在发电机组1下方的浮体，浮体用于对海上风机发电系统提供浮力，浮体包括第一浮体20和至少两个第二浮体21，第二浮体21和发电机组1均分别设置在第一浮体20两侧，任意一个第二浮体21与第一浮体20通过第一支撑31连接，任意一个发电机组1与第一浮体20通过第二支撑32连接，任意一个发电机组1与同侧的第二浮体21通过第三支撑33连接。通过设置多个支撑结构，可以将多个浮体和多个发电机组1连接成一个整体，支撑结构可以有效地将风力发电机组1的重力以及气动载荷传递到浮体上，提高了对发电机组1支撑的强度和稳定性，而且免除传统塔架结构中斜拉索的使用，避免因使用斜拉索发生破断产生的危险，同时，由于设置多个浮体，增大了水线面积，降低了吃水要求，而且多个发电机组1共用多个浮体，降低了度电成本。[0041] 如图1所示，在本实施例中，第一浮体20设置为圆柱形，其直径约为20～30米，在其他实施例中也可以设置为船型，其中第一浮体20两侧分布着两个第二浮体21，第二浮体21的长约为140米，宽约18米，第一浮体20和两侧的第二浮体21用于给整个海上风机发电系统提供良好的浮力恢复稳定性，两侧的第二浮体21通过横截面直径为2～5米的第一支撑31与第一浮体20连成整体，使得浮体的运动始终保持一致，发电机组1的机舱底部通过横截面直径均为1～4米的第二支撑32和第三支撑33分别与第一浮体20和第二浮体21连接，第二支撑32和第三支撑33可以有效地将发电机组1的重力以及气动载荷传递到浮体上，整个系统的吃水深度约为10米，在其他实施例中，可以设置多个发电机组1和相对应的多个第二浮体

21，可以进一步降低度电成本。

[0042] 进一步地，第一支撑31和第三支撑33的数量为至少两个，采用多个第一支撑31和第三支撑33使发电系统的支撑结构受力更均匀，提高了支撑的强度和稳定性。如图1所示，在本实施例中，第一支撑31和第三支撑33的数量分别为两个，在其他实施例中，可以设置多个第一支撑31和第三支撑33，以使支撑效果更好。在其他实施方式中，第一支撑31和第三支撑33的数量为也可以设置为一个。[0043] 如图1所示，在本实施例中，第一支撑31为两个，第三支撑33为两个，任意一个第二浮体21一侧的第一支撑31、第二支撑32和第三支撑33在空间上呈四面体形状。浮体和发电机组1通过呈四面体分布的支撑结构连接，既可以将浮体连接成一个整体，而且四面体的每个面都是稳定性更好的三角形，提高了支撑的强度和稳定性，同时结构简单，节省材料。[0044] 在本实施例中，海上风机发电系统还包括系泊装置4和浮筒5，系泊装置4用于固定海上风机发电系统在海上的位置，浮筒5与第一浮体20连接，浮筒5的下端与系泊装置4的一端连接，第一浮体20可以相对浮筒5转动。多个发电机组1共用系泊装置4，从而降低单位度电成本，通过系泊装置4和浮筒5可以将整个发电系统固定在指定海域，而且当风向变化时，由浮体、支撑结构和发电机组1连接成的整体可以相对浮筒5转动，通过整体相对浮筒5的转动，可以使得发电机组1的风轮始终垂直风向，使发电量最大，提高发电效率，其中浮筒5位于第一浮体20的中心位置，在其他实施例中也可以设置浮筒5位于第一浮体20的前部，浮筒5为圆柱形，下部由系泊装置4连接至海底，系泊装置4包括锚链或吸力锚，具体地，系泊装置

4可以采用悬链线锚链或者张力缆绳连接海底的吸力锚，在本实施例中，第一浮体20还包括轴承(图中未示出)，浮筒5与第一浮体20通过轴承连接，轴承包括主轴承和下轴承，主轴承可以采用滚柱轴承或者齿轮轴承。在其他实施例中，也可以不设置系泊装置4，现有技术中其他可以固定在海上的位置的装置均可以替代，同样也可以不设置浮筒5。

[0045] 如图2所示，在本实施例中，发电机组1包括向外输出电能的电缆6，第二支撑32和第一浮体20包括有供电缆6穿过的通道，浮筒5包括有供电缆6穿过的中间通道，中间通道从浮筒5的顶端延伸至浮筒5的底端，电缆6先后穿过通道和中间通道连接至外界。电缆6穿过通道后向下延伸至外界的电缆6系统，多个发电机组1共用电缆6系统，可以降低单位度电成本，同时，电缆6在第二支撑32、第一浮体20和浮筒5内的通道延伸，避免了电缆6与其他结构缠绕。[0046] 在本实施例中，第二浮体21呈流线型，第二浮体21采用流线型外形，水线面积大，可以最大限度减小其受到的风浪流力，便于使海上风机发电系统固定在指定海域，当然，在其他实施例中第二浮体21也可以不设置流线型，可以设置为其他形状，诸如矩形或菱形等。[0047] 在本实施例中，第二浮体21在水面上呈长条形，第二浮体21的长度方向一致，任意一个发电机组1的叶片所在平面与第二浮体21的长度方向垂直。当风浪方向发生变化时，由浮体、发电机组1和支撑结构所构成的整体会绕着浮筒5转动，由于第二浮体21在水面上呈长条形，第二浮体21的长度方向会始终朝着所受浪流最小的方向，即与风浪方向一致，发电机组1的叶片可以始终面对风向，使本发电系统具有方向标特点，实现自动对风，使发电量最大，保证发电效率。[0048] 发电机组1为偶数个，发电机组1在第一浮体20两侧对称分布，当风吹向发电机组1的叶片时，由于发电机组1在第一浮体20两侧对称分布，各叶片上产生的力矩可以完全抵消，避免发电机组1的叶片偏离风向，保证发电效率，如图1所示，在本实施例中，发电机组1为两个，在第一浮体20两侧对称分布，在其他实施例中，发电机组1的个数可以设置为4个、6个和8个等偶数个，且在第一浮体20两侧对称分布，当然，在其他实施例中，也可以设置发电机组1为奇数个，或者偶数个时发电机组1在第一浮体两侧非对称分布。[0049] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。