漂浮式风力发电平台及漂浮式风力发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种漂浮式风力发电平台及漂浮式风力发电系统。


背景技术：

2.近年来，在人类对可再生能源-风能的开发利用过程中，风机逐渐从陆上转向近海，又逐步从近海走向深远海。这个过程中，涌现了多种类型的海上漂浮式风机基础形式，如单立柱式(spar形式)、三立柱式(半潜形式)、张力腿式(tlp)以及船型(barge)等。
3.相关技术中主要采用以下两种形式的海上风力发电平台：
4.(1)三立柱形式，如“扶摇号”漂浮式基础以及windfloat(半潜式)漂浮式基础，虽然其抗击海浪能力较强，然而由于其源于海上油气平台，成本较高，且在海域相对温和的黄海和欧洲大部分海域，其经济竞争性较差，适用范围窄；
5.(2)船型形式的海上风力发电平台，虽然其成本低，但是海浪对浮体稳性造成较大威胁，易发生侧翻的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的第一个目的在于提供一种漂浮式风力发电平台，其旨在解决相关技术中船型形式的海上风力发电平台易发生侧翻的技术问题。
7.为达到上述目的，本实用新型提供的方案是：
8.一种漂浮式风力发电平台，包括：船体、至少一对侧翼浮体结构、横向连接结构和支撑架；
9.每对所述侧翼浮体结构包括两个浮体结构，两个所述浮体结构沿水平方向对称设于所述船体相对的两侧；
10.每个所述浮体结构均包括浮体和固定架，所述浮体安装于所述固定架，且所述浮体和所述固定架均与所述船体间隔设置；
11.所述固定架通过所述横向连接结构与所述船体连接；
12.所述支撑架设于所述船体的顶部，且所述支撑架向上延伸并形成有用于安装风机的安装位。
13.进一步地，所述固定架包括配重部件和连接架，所述连接架固定安装于所述配重部件的顶部，所述浮体安装并收容于所述连接架内；所述船体通过所述横向连接结构与所述配重部件或所述连接架连接。
14.进一步地，所述配重部件包括混凝土压块，所述连接架安装于所述混凝土压块的顶部，所述船体通过所述横向连接结构与所述混凝土压块或所述连接架连接。
15.进一步地，所述配重部件还包括垂荡板，所述垂荡板连接于所述混凝土压块的底部；或者，
16.所述混凝土压块的至少一边缘沿水平方向延伸出所述垂荡板。
17.进一步地，所述船体包括甲板和船身，所述甲板安装于所述船身的顶部；
18.所述横向连接结构连接所述船身的侧部和所述配重部件；或者，
19.所述横向连接结构跨设于所述甲板的顶部并与所述甲板固定。
20.进一步地，所述浮体包括至少两个内部形成空腔的第一浮筒，同一所述浮体的各所述第一浮筒沿平行于所述船体长度的方向并排排列；或者，
21.所述浮体包括至少一个第二浮筒，每个所述第二浮筒包括支撑体、至少两个筒体、至少两个沿所述支撑体的长度方向间隔设置的第一连接件以及至少两个沿所述支撑体的外周向方向间隔设置的第二连接件，所述支撑体安装于所述固定架，所述第一连接件和所述第二连接件交错连接，每个所述筒体穿设连接于所述第一连接件和所述第二连接件的相交处。
22.进一步地，所述浮体结构的长度小于或等于所述船体二分之一的长度；且/或，
23.所述横向连接结构包括至少两根沿所述船体的长度方向间隔平行设置的横梁。
24.进一步地，所述船体上设有用于向外发射信号和/或接收信号的信号收发部件；且/或，
25.所述船体设有用于增大所述船体自身浮力的第三浮筒。
26.进一步地，所述船体包括船首部、主体部和船尾部，所述船首部、所述主体部和所述船尾部沿所述船体的长度方向依次连接以形成所述船体；所述漂浮式风力发电平台还包括设于所述船体外的一个锚固部，所述船首部设有与所述锚固部对应连接的定位部；或者，
27.所述漂浮式风力发电平台还包括设于所述船体周围的至少四个锚固部，所述船体上设有至少四个与所述锚固部一一对应连接的定位部。
28.本实用新型的第二个目的在于提供一种漂浮式风力发电系统，包括风机以及上述的漂浮式风力发电平台，所述风机安装于所述安装位上。
29.本实用新型提供的漂浮式风力发电平台，通过在船体相对的两侧分别设置与船体形成间隔的两个侧翼浮体结构，每个浮体结构包括浮体和固定架，浮体和固定架都具有一定的自身重量，可产生一定的维稳性，当其中一侧来风时，一侧的海浪对漂浮式风力发电平台带来冲击力，使得船体发生倾斜，此时受海浪冲击一侧的浮体结构至少部分会浸没水中，而另一侧的侧翼浮体结构浮出水面，两侧浮力发生变化，可抵消风力带来的部分作用力，使得漂浮在海面上的船体受到海浪冲击时，分设于船体两侧的侧翼浮体结构可以分散船体受到的海浪冲击力，并对船体提供支撑力，提高船体面对海浪冲击时的平衡能力，从而提高船体漂浮在海面上的稳定性，以降低船体发生侧翻现象的概率。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
31.图1是本实用新型实施例提供的漂浮式风力发电系统的结构示意图；
32.图2是图1的一部分结构示意图；
33.图3是图1的另一部分结构示意图；
34.图4是本实用新型实施例一提供的漂浮式风力发电平台的结构示意图；
35.图5是本实用新型实施例一提供的船体搭载信号收发部件的结构示意图；
36.图6是本实用新型实施例一提供的浮体结构的结构示意图；
37.图7是本实用新型实施例二提供的漂浮式风力发电平台的结构示意图；
38.图8是本实用新型实施例三提供的第二浮筒的结构示意图。
39.附图标号说明：
40.100、漂浮式风力发电平台；200、漂浮式风力发电系统；
41.110、船体；111、甲板；112、船身；113、船首部；114、主体部；115、船尾部；120、侧翼浮体结构；121、浮体结构；1211、浮体；12111、第一浮筒；12112、第二浮筒；121121、支撑体；121122、筒体；121123、第一连接件；121124、第二连接件；1212、固定架；12121、配重部件；121211、混凝土压块；121212、垂荡板；12122、连接架；130、横向连接结构；131、横梁；140、支撑架；141、安装位；150、信号收发部件；151、信号塔；160、第三浮筒；170、锚固部；171、锚；180、定位部；181、锚固点；190、锚链；210、风机；211、叶片。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
44.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者也可以是通过居中元件间接连接另一个元件。
45.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
46.如图1至图8所示，本实施例提供的漂浮式风力发电平台100，其可应用于漂浮式风力发电系统200，用来提高风机210在海上发电时的漂浮稳定性，并有效避免风机210在发电时发生侧翻的现象。
47.实施例一
48.本实施例提供的漂浮式风力发电平台100可参阅图1至图6。
49.如图1、图2和图4所示，本技术实施例提供一种漂浮式风力发电平台100，包括船体110、至少一对侧翼浮体结构120、横向连接结构130和支撑架140，例如设置一对、两对或三对侧翼浮体结构120，具体可根据船体110上搭载风机210等设备的重量，以及考虑台风等情
况合理选择侧翼浮体结构120的对数。本实施例以设置一对侧翼浮体结构120进行举例说明，显然，本实施例并不限制侧翼浮体结构120的数量。其中，每对侧翼浮体结构120包括两个浮体结构121，两个浮体结构121沿水平方向对称设于船体110相对的两侧，位于船体110相对的两侧的两个浮体结构121用于在通过横向连接结构130与船体110连接时，为船体110提供两个方向上的漂浮支撑力。每个浮体结构121均包括浮体1211和固定架1212，浮体1211安装于固定架1212，且浮体1211和固定架1212均与船体110间隔设置，浮体结构121能漂浮于海面上，浮体1211和固定架1212都具有一定的自身重量，可产生一定的维稳性。固定架1212通过横向连接结构130与船体110连接，支撑架140设于船体110的顶部，且支撑架140向上延伸并形成有用于安装风机210的安装位141，支撑架140能支撑风机210。
50.可以理解的，本技术实施例提供的漂浮式风力发电平台100，通过在船体110周围设置至少一对侧翼浮体结构120，且每一对侧翼浮体结构120均包含有两个沿水平方向对称设于船体110相对的两侧的浮体结构121，来对船体110增加支撑浮力，以增强船体110的抗浪涌能力和保持平衡能力。同时，每个浮体结构121均包括浮体1211和固定架1212，浮体1211和固定架1212都具有一定的自身重量，可产生一定的维稳性，这样，当其中一侧来风时，一侧的海浪对漂浮式风力发电平台100带来冲击力，使得船体110发生倾斜，此时受海浪冲击一侧的浮体结构121的至少部分会浸没水中，排水体积增加，导致该位置产生向上的浮力增加，而另一侧的浮体结构121能抬升更多的浮出水面，排水体积减小，导致该位置产生的浮力减小，从而使得两侧浮力发生变化，并相对增加了侧翼浮体结构120的力矩，且该力矩的方向与一侧来风的方向相反，可消耗风力带来的部分作用力，从而使得漂浮在海面上的船体110受到海浪冲击时，对称分设于船体110两侧的浮体结构121可以分散船体110受到的海浪冲击力，并对船体110提供支撑力，提高船体110面对海浪冲击时的平衡能力，从而提高船体110漂浮在海面上的稳定性，进而降低船体110发生侧翻现象的概率。
51.如图2所示，作为一种实施方式，固定架1212包括配重部件12121和连接架12122，连接架12122固定安装于配重部件12121的顶部，浮体1211安装并收容于连接架12122内，连接架12122可以是钢制框架，船体110通过横向连接结构130与配重部件12121或连接架12122连接。配重部件12121用于增加船体110的自重，连接架12122用于提高浮体1211的安装稳定性，从而提高浮体结构121对船体110的支撑力。
52.如图4和图6所示，作为一种实施方式，配重部件12121包括混凝土压块121211，连接架12122安装于混凝土压块121211的顶部，混凝土压块121211用于支撑连接架12122，并增加浮体结构121的自重，使得浮体结构121受到海浪冲击时不容易完全沉没。船体110通过横向连接结构130与混凝土压块121211或连接架12122连接，使得用户可以根据搭建的漂浮式风力发电平台100的具体情况灵活将船体110与混凝土压块121211或连接架12122连接。
53.如图6所示，作为一种实施方式，配重部件12121还包括垂荡板121212，垂荡板121212连接于混凝土压块121211的底部，或者混凝土压块121211的至少一边缘沿水平方向延伸出垂荡板121212。垂荡板121212也可用作挡水板，为混凝土压块121211和浮体1211在海浪中产生一定的阻尼。垂荡板121212的设置能在配重部件12121受到较高的海浪冲击时，产生一定的上下作用的阻尼效果，可抵抗部分海浪的冲击，阻止海浪对浮体结构121的垂荡作用，降低浮体结构121的上下颠簸程度，增强浮体结构121的漂浮稳定性。为使抗海浪冲击效果更好，垂荡板121212的四周沿水平方向延伸出垂荡板121212。
54.如图1、图2和4所示，作为一种实施方式，船体110包括甲板111和船身112，甲板111安装于船身112的顶部，支撑架140设于甲板111上，船身112漂浮于海面上并用于支撑甲板111，甲板111用于搭载风机210以及放置发电所需的设备等。横向连接结构130连接船身112的侧部和配重部件12121，使得浮体结构121通过与船身112连接来为船体110提供支撑力。
55.如图4和图6所示，作为一种实施方式，浮体1211包括至少两个内部形成空腔的第一浮筒12111，第一浮筒12111可以使用钢筋混凝土材质、碳钢材质或复合材料组成的空心浮筒，其形状可以是方形或圆形等。同一浮体1211的各第一浮筒12111沿平行于船体110的长度方向并排排列，以当受海浪冲击时，为连接架12122和混凝土压块121211提供浮力，保证连接架12122和混凝土压块121211不沉下去，从而保证能为船体110提供支撑力。
56.如图4所示，作为一种实施方式，浮体结构121的长度小于或等于船体110二分之一的长度，这样，方便设置多对侧翼浮体结构120，使得同一侧的各浮体结构121均能通过横向连接结构130连接到船体110，并能稳定间隔漂浮在船体110的侧边。通常，为使侧翼浮体结构120支撑船体110的效果更好，每对侧翼浮体结构120中的两个浮体结构121沿水平方向间隔、平行设于船体110相对的两侧。
57.如图4所示，作为一种实施方式，横向连接结构130包括至少两根沿船体110的长度方向间隔平行设置的横梁131。横梁131可以是碳钢材质的方形梁，并与船体110的侧壁进行局部加强焊接，同时在横梁131的内表面和外表面涂布防腐蚀的油漆，以增强横向连接结构130与船体110之间的连接牢固性以及增强横向连接结构130抗海水腐蚀能力。
58.如图4和图5所示，作为一种实施方式，船体110上设有用于向外发射信号和/或接收信号的信号收发部件150，例如在船体110上搭建信号塔151，用于在无通讯信号覆盖的海域内进行信号传输。
59.如图4和图5所示，作为一种实施方式，船体110设有用于增大船体110自身浮力的第三浮筒160，以抵抗海浪冲击。示例性地，第三浮筒160为橡胶浮筒，并设置于船体110的船首部113。
60.如图1、图2和图5所示，作为一种实施方式，为简化船体110的结构，船体110包括船首部113、主体部114和船尾部115，船首部113、主体部114和船尾部115沿船体110的长度方向依次连接以形成船体110。本技术的漂浮式风力发电平台100还包括设于船体110外的一个锚固部170，船首部113设有与锚固部170对应连接的定位部180，从而使得船体110可以随风向的变化而绕锚固部170旋转，实现船体110自动对风，而当在漂浮式风力发电平台100上搭载风机210时，无需风机210偏航系统进行追风。示例性的，可以通过锚链190来连接锚固部170和定位部180，且锚固部170为与锚链190配套的锚171，定位部180为锚固点181。
61.如图1、图2和图5所示，作为一种实施方式，漂浮式风力发电平台100还包括设于船体110周围的至少四个锚固部170，船体110上设有至少四个与锚固部170一一对应连接的定位部180。各锚固部170与对应的定位部180通过锚链190连接，这样，在多根锚链190的拉引作用下，船体110可以被定位在锚固部170围成的海域内，并使得船体110不随风浪变化而旋转，从而提高船体110的漂浮稳定性，也使船体110受海浪冲击时不易发生侧翻现象。
62.如图4所示，作为一种实施方式，船体110使用船体110长度不低于60米并能在海上航行的船，使得船体110能够抵抗其所在海域的风浪流影响，而且，为增加船体110的自重以增强船体110的浮力，在船体110的底部压载水或者矿石。
63.实施例二
64.请参阅图7，本实施例提供的漂浮式风力发电平台100与实施例一的区别主要在于如下所述的横向连接结构130不同，具体如下：
65.在本实施例中，横向连接结构130跨设于甲板111的顶部并与甲板111固定，这样，横向连接结构130的重量可压载在船体110以及船体110两侧的浮体结构121上，相当于在一定程度上给船体110自身以及浮体结构121本身增加了自重，从而提高了船体110和浮体结构121抗海浪冲击能力，而且，横向连接结构130的这种设置在抵抗同样海浪作用的设计要求下，能够减少材料的消耗。
66.在本实施例中，横向连接结构130包括至少两根沿船体110的长度方向间隔平行设置的横梁131，横梁131为由钢管组成的桁架结构。
67.实施例三
68.请参阅图8，本实施例提供的漂浮式风力发电平台100与实施例一的区别主要在于如下所述浮体1211的结构不同：
69.在本实施例中，浮体1211包括至少一个第二浮筒12112，第二浮筒12112可以是橡胶浮筒，每个第二浮筒12112包括支撑体121121、至少两个筒体121122、至少两个沿支撑体121121的长度方向间隔设置的第一连接件121123以及至少两个沿支撑体121121的外周向方向间隔设置的第二连接件121124，第一连接件121123和第二连接件121124都可以是使用拉绳将多个杆体穿设连接起来的结构，支撑体121121安装于连接架12122，第一连接件121123和第二连接件121124交错连接，每个筒体121122穿设连接于第一连接件121123和第二连接件121124的相交处，以为连接架12122和混凝土压块121211提供浮力，从而抵抗海浪。
70.如图1所示，本技术还提供一种漂浮式风力发电系统200，包括风机210以及实施例一、实施例二和实施例三中任一者的漂浮式风力发电平台100，风机210安装于安装位141上。
71.本技术提供的漂浮式风力发电系统200，将风机210搭载在上述实施例一、实施例二和实施例三中任一者的漂浮式风力发电平台100上，可使得风机210在发电时面对浪涌以及侧向来风等情况时不易发生侧翻，提高风机210发电时的稳定性。
72.如图1和图4所示，作为一种实施方式，风机210搭载于船体110的中心，以提高风机210的搭载稳定性，也使船体110不易侧翻。示例性的，在当设置一对侧翼浮体结构120时，横向连接结构130中的横梁131设置两根，风机210位于两根横梁131与船体110围成的搭载空间的中心，可使得船体110均匀承受风机210施加的力。
73.如图1、图3和图5所示，作为一种实施方式，风机210具有相对定位部180转动的叶片211以及偏航系统(未标示)，使得风机210发电时，风机210的偏航系统能自动找到来风的方向，并启动系统将风机210的叶片211正对着来风方向进行发电。同时，风机210发电可使得当该系统在深海中运行时，可以给信号塔151等需要供电的设备进行供电，使得这些设备可以持续工作。
74.如图1至图3所示，作为一种实施方式，在船体110的船首部113和船尾部115分别各设置两个锚固点181，四个锚固点181以支撑架140为中心，分别对应连接有一条锚链190，船体110四周的海域则配套设置锚171，用来通过锚链190连接船体110上的锚固点181，以将船
体110限制在一定海域内。同时，由于风机210搭载在支撑架140上，当风力正向或反向吹向船体110时，发电过程中，风推动叶片211旋转，风能不断转化为机械能，因此风机210和支撑架140都会产生一个向后方向的拉力并在支撑架140根部形成一个较大力矩，此时，海中的锚链190通过锚将船体110拉住，限定了船体110的移动。
75.而当风向转变为侧向吹向船体110时，偏航系统检测到风向变化并进行追风，以将叶片211调整到侧向位置，此时风机210发电同样会产生沿着风向的力和力矩。位于风机210底部并与船体110连接的锚链190可以平衡风机210受到的推力，而风机210产生的力矩则通过两侧的浮体结构121抵消。具体地，当力矩对船体110产生倾斜、倾覆力矩时，在风机210叶片211下游侧的浮体结构121会部分压入水下，使得排水体积增加，导致该位置产生向上的浮力增加，增加的浮力在以船体110上的支撑架140底部为支点时，会产生一个与风吹动叶片211时产生的力矩的方向相反。使得在风机210叶片211上游侧的浮体结构121会有部分拉高，使得排水体积减小，导致该位置产生的浮力减小，从而相对的增加了浮体结构121的力矩，最终实现侧向吹风时船体110具有良好稳性。
76.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。