技术领域
[0001] 本发明涉及一种海洋可再生能源利用技术领域的装置，尤其涉及一种基于单点系泊的船型浮式风机基础。
相关背景技术
[0002] 随着国际社会对环境保护的日益重视及能源需求的持续增长，风能作为一种可再生清洁能源迅速得到推广应用。相比陆上风电，海上风电具有风资源丰富、风湍流强度小、临近沿海负荷中心、对居民生活影响小等优势。尽管海上风电在建设投资方面总体上高出陆上风电，但随着海上风力涡轮机、海上风电基础相关技术的进步及海上风电的大容量化规模化发展，海上风电的度电成本将大幅下降。
[0003] 当前，海上风电开发正逐渐从浅海走向深海，海上风机基础技术研究集中在浮式风机基础的研发设计上。借鉴传统的海洋工程浮式结构物的基本原理，结合海上风电的载荷特点，浮式风机基础型式创新设计百花齐放，其中技术较为成熟的仍为单立柱式、半潜式、驳船式和张力腿式这四类。挪威Statoil的Hywind、美国PrinciplePower的WindFloat和法国Ideol的Ideol是目前应用最多的三个概念系列。简单言之，Hywind作为单立柱式基础，结构简单，但对水深要求高、安装较复杂且摇摆幅度较大；WindFloat是一种三立柱半潜式结构，基础吃水小，便于运输安装，但为了保持较小的纵倾角度需要动态调载系统；Ideol是一型带阻尼池的驳船式基础，建设工艺简单，受水位影响小，但为了更大的抗倾覆性能，驳船需要造得大且重，波浪及流载荷较突出。此外，张力腿式基础往往具有良好的垂荡与摇摆运动特性，但系泊系统复杂、安装成本高昂，且受海流、水深与潮位变化影响大。我国海上风电开发条件具有水深较浅，台风多发的特点，上述几类浮式风电基础存在水深条件适应性差或系泊系统设计困难等不足。
[0004] 基于我国海上浮式风电开发的现实特点，从降低风机系统环境载荷、扩大风机基础水深适用范围、提高风机工作效率的角度出发，本领域的技术人员致力于设计开发一种基于单点系泊的船型浮式风机基础。
具体实施方式
[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0034] 实施例一，如图1、图2、图3所示，为本发明一个采用内转塔单点系泊系统的实施例的风机系统的示意图。该实施例中，浮式风机系统包括风机主体1、浮体基础2及系泊系统3。其中，风机主体1为常规的水平轴风机，包括三个叶片11、轮毂12、机舱13及塔筒14。浮体基础2包括主船体21、附属浮体23及连接杆件22。系泊系统3包括内转塔31、多根系泊链32及锚固结构等。附属浮体22布置在主船体21两侧，每侧均由四根连接杆件23连接起来。塔筒14底部固定在主船体21居中位置。主船体21与附属浮体22采用流线型设计，在本实施例中，主船体21长宽比例约为4:1，船艏与船尾均为简单的半圆形设计，附属浮体22采用瘦长的椭圆形设计，长宽比例约为2.5:1。通过流线型设计使得系统的浮体结构整体承受的波浪载荷与流载荷降低。在对风状态下，风机主体1所承受的风载荷主要为纵向推力及纵倾弯矩，而主船体21较大的长宽比例能够获得较大的纵稳性高，从而能够保持足够的稳性与较小的俯仰角度。附属浮体22分布于主船体21两侧一定距离处，有助于以较小的排水体积获得较大的横稳性补偿，以抵抗叶轮转动扭矩或风载不对称引起的横倾或横摇。
[0035] 根据风机主体1及带侧翼船体2所受到的环境载荷及作业海域的水深与海底条件，选定一定数量一定长度的系泊链32，在本实施例中，选用3根系泊链32，相互之间的间隔为120°。内转塔31布置在主船体21艏部位置，系泊链32一端与内转塔31底部连接，另一端与锚固结构连接在海底锚点位置。在此基础上，带侧翼船体2及与其固接的风机主体1即可绕着内转塔31的中心位置自由转动。当风向变化时，带侧翼船体2与风机主体1将自动调整朝向，实现自动对风，内转塔31转塔直径可以设计得很大，为布置设备和管汇提供足够的空间；内转塔嵌入船体之中后可以得到很好的保护；能够保证采油的连续性，使带侧翼船体2在作业年限内的任何工况下都能正常工作。。
[0036] 实施例二，如图4所示，为本发明一个采用外转塔单点系泊系统的实施例的风机系统示意图。该实施例与第一个实施例基本情况大致相同，区别在于本实施例中采用的是外转塔33而非内转塔31。外转塔33布置在主船体21船艏外延结构上，外转塔33位于船体的外部，减少了对船体的必需的维修，降低船体自身的重量。
[0037] 实施例三，如图5所示，为本发明一个采用悬链式浮筒系泊系统的实施例的风机系统示意图。该实施例与第一个实施例基本情况大致相同，区别在于本实施例采用了悬链式浮筒系泊系统。在本实施例中，系泊链32与浮筒34连接，保持浮筒34的位置在一定范围内。浮筒34中包括了单点系泊转台结构，系泊转台的系泊桩与主船体21艏部位置通过系泊缆绳
35连接。通过上述布置，带侧翼船体2及风机主体1同样能够绕着浮筒中心位置随着风向改变而调整朝向。
[0038] 实施例四，如图6所示，为本发明一个采用导管架软刚臂系泊系统的实施例的风机系统示意图。该实施例与第一个实施例基本情况大致相同，区别在于本实施例采用了导管架软刚臂系泊系统。导管架软刚臂系泊系统主要由单点平台36、系泊臂37、压载舱38、系泊腿39及系泊支架40构成。单点平台36为上部带转台的导管架平台立于海底上，系泊臂37一端活动安装在单点平台36的转台上，系泊臂37另一端与压载舱38连接，系泊支架40与主船体21艏部甲板固定连接，系泊支架40与压载舱38通过系泊腿39连接。当风浪流载荷作用于带侧翼船体2及风机主体1时，带侧翼船体2及风机主体1将朝着远离单点平台36方向移动，系泊系统上各点按自身尺度关系作相应移动，此时系泊系统将依靠自身重量及压载舱38重量产生回复力。由于单点平台36上带有转台结构，因而采用导管架软刚臂系泊系统能够实现定位及风向标效应。这种采用导管架软刚臂单点系泊系统的实施例，尤其适合我国近岸浅水深海域浮式风电场开发。
[0039] 实施例五，如图7所示，为本发明一个采用基于锚基转塔的单点系统示意图。该实施例与第一个实施例基本情况大致相同，区别在于本实施例采用了基于锚基转塔的单点系统，所述带侧翼船体上固定连接有系泊链32，另一端与固定锚点连接，固定锚点设有系泊链安装块4，系泊链安装块4上设有锚基转塔41，系泊链32固定安装在转动连接轴41上。如此，锚基与带侧翼船体2之间只需要一根系泊缆/链进行系泊，有效减少系泊线数量及成本。此外，风机电力输出通过附在系泊缆/链上的电缆进行外输，并在锚基转塔41处采用防水高压滑环送出。最后，风机机组可以整体移至主船体21船头，主船体21内部及上部可以布置制氢装置。风机发电既可以通过电缆外输，也可以直接用于制氢。
[0040] 进一步地，所述固定锚点可以为固定浮筒、固定锚、水下固定柱其中的一种。
[0041] 进一步地，所述风机电力输出通过附在系泊缆/链上的电缆进行外输，并在锚基转塔处采用防水高压滑环送出；所述电缆上均匀设有防止拖底浮力块；通过如此设计，可以避免在带侧翼船体2在运动时没有对系泊缆/链进行张紧导致拖地，如此容易造成其上方设置的电缆损坏造成事故。
[0042] 本发明能够适用于我国沿海20米至300米水深范围，且不依靠偏航系统保持叶轮对风角度，能够抵抗我国海域台风环境条件。
[0043] 工作原理
[0044] 本发明根据工作海域水深及海底条件，选用合适的单点系泊装置实现系统的定位，同时，单点系泊转台能够允许带侧翼船体保持相对顺浪顺流的姿态，风机叶轮保持对风角度。风机主体由主船体提供浮力与稳性，附属浮体用于避免风机侧翻。
[0045] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0046] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
