一种漂浮式海上风电及其新型浮式基础的制作方法

1.本发明涉及海上风电技术领域，特别涉及一种漂浮式海上风电及其新型浮式基础。


背景技术：

2.海上风能资源丰富、发电稳定、毗邻负荷中心，是实现“碳达峰、碳中和”的重要支撑电源形式之一。近五年中国海上风电年均复合增长率达74.5％，至2021年，中国海上风电装机规模已跃居世界第一，累计装机容量达26.39gw。中国深远海风资源总量丰富，约10亿千瓦，相当于近海风资源的两倍，具有巨大的开发潜能，海上风电开发也将逐渐从近海走向深远海。固定式海上风电基础造价随着水深增加急剧上升。因此，漂浮式海上风电成为深远海风能开发的首选技术手段。然而，目前漂浮式海上风电存在如下的问题：
3.1、目前已有浮式基础重心高，稳定性较差；
4.2、对于漂浮式风机，由于整机重心高，在工作时会遭受巨大的风倾力矩，这对漂浮式风机基础的稳性和耐波性设计提出了更高的要求；
5.3、维修成本高，浮式基础一般都是深海海域，水下部分的维修成本很高；
6.4、安装运输费用高；
7.5、无法实现模块化与大批量制造，需根据具体场址设计不同的浮式结构；
8.6、深水海域，采用桩式钢结构的直径大，长度长，打桩极其困难。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明提供了一种新型浮式基础，浮箱和所有浮力柱内均装有压载水，而且通过升降装置可调节每个浮力柱在浮箱的上下安装位置，进而使得浮式基础可实现压载位置的自动调节，从而有助于降低浮式基础的重心位置，有利于提高浮式基础的稳定性。
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.一种新型浮式基础，包括：浮箱、系泊缆、锚固基础、多个浮力柱和多个升降装置；
12.所述浮箱内装有压载水；
13.所述系泊缆连接在所述浮箱与所述锚固基础之间；
14.多个所述浮力柱分别可上下移动设置于所述浮箱，且围绕所述浮箱的中心均匀分布，每个所述浮力柱内均装有所述压载水；
15.多个所述升降装置用于一一对应带动多个所述浮力柱相对于所述浮箱上下移动。
16.优选地，所述浮箱分别开设有贯通其顶面和底面的几个镂空槽，且围绕所述浮箱的中心均匀分布；
17.多个所述浮力柱一一对应可上下移动设置于所述浮箱的几个镂空槽；
18.多个所述升降装置用于一一对应带动多个所述浮力柱相对于对应所述镂空槽上下移动。
19.优选地，每个所述镂空槽均为圆柱形镂空槽，且其内周壁设有内螺旋齿；
20.每个所述浮力柱的外周壁均设有用于同对应所述镂空槽的内螺旋齿旋合的外螺旋齿；
21.每个所述升降装置包括：
22.设置于对应所述浮力柱内，且用于带动对应所述浮力柱绕其轴线转动的电机组件。
23.优选地，所述浮力柱的长度大于所述浮箱的两倍高度。
24.优选地，所述浮箱内均匀划分为多个舱室，且每个所述舱室内均装有所述压载水；
25.几个所述镂空槽一一对应分布于多个所述舱室的中间位置。
26.优选地，所述舱室的最短边长大于或等于所述浮力柱的两倍直径。
27.优选地，所述浮箱开设有一一对应连通于多个所述舱室的浮箱进水口，和开设有一一对应连通于多个所述舱室的浮箱排气口；
28.每个所述浮力柱的顶部均开设有浮力柱进水口和浮力柱排气口；
29.所述新型浮式基础还包括：水泵；
30.所述水泵设置于所述浮箱，且其进水管伸入海水中，出水管分别与多个所述浮箱进水口和多个所述浮力柱进水口连接。
31.优选地，所述锚固基础为吸力筒式锚固基础。
32.一种漂浮式海上风电，包括：浮式基础、塔架和风机，所述浮式基础为如上所述的新型浮式基础；
33.所述塔架安装于所述新型浮式基础的浮箱顶部的中间位置。
34.从上述的技术方案可以看出，本发明提供的新型浮式基础，浮箱和所有浮力柱内均装有压载水，而且通过升降装置可调节每个浮力柱在浮箱的上下安装位置，进而使得浮式基础可实现压载位置的自动调节，从而有助于降低浮式基础的重心位置，有利于提高浮式基础的稳定性。
35.本发明还提供了一种漂浮式海上风电，由于本方案采用了上述的新型浮式基础，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例提供的新型浮式基础的结构示意图；
38.图2为本发明实施例提供的新型浮式基础安装运输时的状态示意图；
39.图3为本发明实施例提供的新型浮式基础在位时的状态示意图；
40.图4为本发明实施例提供的浮力柱自由运动状态示意图；
41.图5为本发明实施例提供的新型浮式基础压载时的示意图。
42.其中，10为浮箱，11为内螺旋齿，12为舱室，13为浮箱进水口，14为浮箱排气口，20为系泊缆，30为锚固基础，40为浮力柱，41为外螺旋齿，42为浮力柱进水口，43为浮力柱排气口，50为水泵，51为进水管，52为出水管，60为塔架。
具体实施方式
43.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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明实施例提供的新型浮式基础，如图1所示，包括：浮箱10、系泊缆20、锚固基础30、多个浮力柱40和多个升降装置；
45.浮箱10内装有压载水；
46.系泊缆20连接在浮箱10与锚固基础30之间；
47.多个浮力柱40分别可上下移动设置于浮箱10，且围绕浮箱10的中心均匀分布，每个浮力柱40内均装有压载水；
48.多个升降装置用于一一对应带动多个浮力柱40相对于浮箱10上下移动。
49.在本方案中，需要说明的是，如图1所示，锚固基础30的数量为四个，且均通过系泊缆20与浮箱10底部的四个边角一一对应连接；此外，浮箱10和多个浮力柱40内可装入海水作为压载水；另外，多个浮力柱40在浮箱10上为均匀分布；其中，多个浮力柱40可一一对应分布于浮箱10的多个侧壁，也可以贯穿于浮箱10的顶面和底面，而且多个浮力柱40均能够相对于浮箱10可上下移动，并且每个浮力柱40均通过对应的升降装置带动可相对于浮箱10上下移动。除此之外，本方案的浮力柱40和浮箱10等部件，可以采用标准模块化的结构(即采用标准化制造)，使得本方案的浮式基础具有制造方便、运输方便、安装便利和可极大降低成本等特点，而且浮力柱40的截面形状除了圆形，还可以为正方形或矩形，同样地，浮箱10可以采用圆柱体、长方体或正方体等任意形状；当然，浮力柱40可优选采用圆柱形浮力柱，浮箱10可优选采用长方体结构。
50.也就是说，本方案的浮箱10和所有浮力柱40内均装有压载水，而且通过升降装置可调节每个浮力柱40在浮箱10的上下安装位置，进而使得浮式基础可实现压载位置的自动调节，从而有助于降低浮式基础的重心位置，有利于提高浮式基础的稳定性。
51.在本方案中，如图2和图3所示，浮箱10分别开设有贯通其顶面和底面的几个镂空槽，且围绕浮箱10的中心均匀分布；
52.多个浮力柱40一一对应可上下移动设置于浮箱10的几个镂空槽；
53.多个升降装置用于一一对应带动多个浮力柱40相对于对应镂空槽上下移动。本方案如此设计，使得多个浮力柱40分别可上下移动贯穿设置于浮箱10，从而使得浮式基础的结构更为紧凑、平稳性更好。
54.具体地，如图3所示，每个镂空槽均为圆柱形镂空槽，且其内周壁设有内螺旋齿11，其结构可参照图4所示；其中，每个浮力柱40均为圆柱形空腔体，且可为钢管或混凝土管等；
55.每个浮力柱40的外周壁均设有用于同对应镂空槽的内螺旋齿11旋合的外螺旋齿41，其结构可参照图4所示；
56.每个升降装置包括：
57.设置于对应浮力柱40内，且用于带动对应浮力柱40绕其轴线转动的电机组件。也就是说，本方案通过电机组件带动浮力柱40运转，然后基于外螺旋齿41与内螺旋齿11旋合，可实现浮力柱40沿圆柱形空腔体的上下移动，而且这种移动方式，可使得浮力柱40的上下
移动更加地平稳，也有助于实现浮力柱40的移动自锁；并且通过升降装置将浮力柱40提升，还可方便人员运维和维修浮力柱40，避免了人员潜水运维和维修的风险。此外，如图4所示，内螺旋齿11介于圆柱形镂空槽的两端之间，外螺旋齿41介于浮力柱40的两端之间，如图2所示，浮力柱40位于上极限位置时，浮力柱40的底端与圆柱形镂空槽的底端平齐，这时候方便浮式基础的整体运输；如图3所示，浮力柱40位于下极限位置时，浮力柱40的顶端平齐于或微凸出于圆柱形镂空槽的顶端。另外，本方案还需要说明的是，为更好实现电机组件驱动浮力柱40转动；相应地，每个浮力柱40均包括：活动外筒、固定内筒、上转动轴和下转动轴；
58.外螺旋齿41设置于活动外筒的外周壁；
59.固定内筒同轴设置于活动外筒内；
60.电机组件(转动电机)设置于固定内筒内；
61.上转动轴和下转动轴均沿竖直方向设置于活动外筒内，且上转动轴的顶端与活动外筒顶部的内壁连接，中间部分可转动贯穿设置于固定内筒的顶部，底端与电机组件的输出轴传动连接，下转动轴的底端与活动外筒底部的内壁连接，中间部分可转动贯穿设置于固定内筒的底部，顶端与电机组件的输出轴传动连接；其中，本方案通过电机组件带动上、下转动轴旋转，进而以带动活动外筒相对于固定内筒运转，从而实现浮力柱40的上下移动；此外，电机组件还与电机控制器通讯连接，且电机控制器可设置于塔架60内，进而使得可以在浮力柱40外部通过电机控制器控制电机组件的正反运转，从而实现浮力柱40的上移或下移。当然，本方案附图中所示的浮力柱40，即展示的是活动外筒，而且如下文所述的浮力柱40的长度和直径，即为活动外筒的长度和直径，浮力柱40顶部开设有浮力柱进水口和浮力柱排气口，即为活动外筒顶部开设有浮力柱进水口和浮力柱排气口。
62.进一步地，如图2或图3所示，浮力柱40的长度大于浮箱10的两倍高度。本方案如此设计，以便于更好地调节浮式基础的压载位置，从而更有助于浮式基础重心位置的调节。
63.再进一步地，如图2或图3所示，浮箱10内均匀划分为多个舱室12，且每个舱室12内均装有压载水；也就是说，本方案浮箱10的每个舱室12和每个浮力柱40内均装有压载水，从而方便浮式基础的压载调平；
64.几个镂空槽一一对应分布于多个舱室12的中间位置，使得浮式基础的结构分布均匀合理，避免浮式基础的重心失稳。
65.此外，还需要说明的是，本方案的浮箱10为长方体结构，且其内均匀划分为四个舱室12；圆柱形镂空槽的个数为四个，且一一对应分布于多个舱室12的中间位置，圆柱形镂空槽的直径略大于浮力柱40直径，其中，圆柱形镂空槽的直径为浮力柱40直径的1.1-1.3倍，方便浮力柱40沿圆柱形镂空槽上下移动；另外，浮箱10内还可以划分成上下舱室，而且浮力柱40内也可以划分舱室，此处不再赘述。
66.在本方案中，为使得浮箱10具有较好的平稳性，如图2或图3所示，舱室12的最短边长大于或等于浮力柱40的两倍直径。
67.具体地，如图5所示，浮箱10的顶部开设有一一对应连通于多个舱室12的浮箱进水口13，和开设有一一对应连通于多个舱室12的浮箱排气口14；
68.每个浮力柱40的顶部均开设有浮力柱进水口42和浮力柱排气口43；
69.所述新型浮式基础还包括：水泵50；
70.水泵50设置于浮箱10的顶部，且其进水管51伸入海水中，出水管52分别与多个浮
箱进水口13和多个浮力柱进水口42连接。本方案如此设计，以便于本方案的浮式基础实现海水压载，即可通过水泵50抽取海水灌至浮箱10的每个舱室12和每个浮力柱40内，从而可使得浮式基础的压载更加地快捷和便利，而且浮箱10的每个舱室12和每个浮力柱40均开设有进水口和排气口，也便于浮式基础压载调平。当然，本方案的浮箱10不只限于一个，还可以为多个，除最上面的浮箱10位于水面处外，其它浮箱10可以压载到水中，以便于降低重心。
71.进一步地，锚固基础30为吸力筒式锚固基础，该结构具有安装方便、施工周期短等特点。
72.本发明实施例还提供一种漂浮式海上风电，包括：浮式基础、塔架60和风机，所述浮式基础为如上所述的新型浮式基础；
73.如图1所示，塔架60安装于所述新型浮式基础的浮箱10顶部的中间位置。其中，塔架60采用焊接方式安装于浮箱10顶部的中间位置，当然，塔架60还可安装于浮箱10顶部的其它位置。由于本方案采用了上述的新型浮式基础，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
74.此外，本方案的漂浮式海上风电的安装流程可为：
75.首先将浮力柱40、浮箱10和塔架60底段均在码头安装好后，采用整体拖航的方式将浮式结构拖到指定位置，在拖航运输过程中，如图2所示，将浮力柱40的底端与浮箱10底端齐平，而且为保险起见，可额外采用法兰固定浮力柱40，达到指定位置后，将系泊缆20与浮箱10的四角处连接，然后采用升降装置，将浮力柱40下降，使得其顶端与浮箱10顶端齐平(可根据计算需要，不一定是齐平的，上端可以漏出浮箱部分)，待浮力柱40到达指定位置后，采用水泵抽取海水对浮力柱40和浮箱10的独立舱室进行灌水，由于浮力柱40和独立舱室单独一体，有利于压载过程中的平稳调节，最后待浮箱10压载到指定水位线后，停止灌水，然后再开始安装剩余塔架60和机组。
76.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
77.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。