基于SPAR平台的风能-潮流能集成式发电装置的制作方法

基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置
技术领域
1.本技术涉及海上发电设备技术领域，特别是一种基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置。


背景技术：

2.海洋蕴藏着巨大的能源，海洋能源主要以潮汐、潮流、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。其中，潮流能作为海洋能源的一种，是由月球或太阳引力导致的海水流动的动能，与其他可再生能源相比，潮流能具有可准确预测、环境影响小（较拦坝式潮汐能）、技术成熟度高等特点。
3.由于近海空间资源有限，对海洋新能源的开发正逐渐从浅近海走向深远海，当水深超过60m之后，漂浮式海上风机比固定式海上风机更具有工程经济性。海上漂浮式风机极大地拓展了海上风电的应用范围，并且具有诸多优势，例如：风机机位部署更加灵活、可在岸上完成整体组装、海上施工安装更加方便、可完全拆解与迁移、可搭载更大功率的风电机组等。
4.漂浮式海上风机多通过spar平台漂浮于海面上实现海上风能发电。spar平台的水下部分为圆柱体结构，其较深的吃水量和较小的水线面，使得平台在深水环境中受潮流的影响较小。
5.但在海上长期使用过程中，一旦该平台发生纵摇或横摇幅度过大，不仅会影响其自身结构稳定性，还会导致连接到海床的管线等设备产生较大的运动或弯曲，不仅影响电力的正常传输严重时，还会造成管线的损坏，也会导致平台上的设备、人员因无法保持平衡而造成损坏或受伤。
6.现有spar平台只能利用海上风能发电，无法利用潮汐能，降低了单个海上风力发电设备的能源利用效率。


技术实现要素：

7.本技术针对上述技术问题，提供了一种稳定性高、纵摇倾角小、同时利用潮汐能和风能的双风机spar式风能、潮流能集成发电装置。
8.本技术提供了一种基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，包括：风机组件、水平轴潮流能的水轮机、塔筒、桁架结构、检修平台、垂荡板、压载舱、发电设备组件；
9.塔筒漂浮设置于海上；风机件组、发电设备组件、检修平台安装于塔筒上；
10.桁架结构设置于塔筒底面下；水平轴潮流能的水轮机、压载舱、垂荡板从海面向海底依次间隔设置于桁架结构上；
11.基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置的浮心高于重心；
12.发电设备组件分别与风机组件、水平轴潮流能的水轮机电连接。
13.优选地，包括：多组锚泊系统；锚泊系统的一端锚固设置于海床上，另一端与基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置的系泊点连接。
14.优选地，锚泊系统包括：多组悬链线、多个锚定结构；多个锚定结构环绕基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置设置于海床上；悬链线的一端与锚固结构相连接，另一端与系泊点相连接。
15.优选地，包括：两组风机组件；风机组件对称设置于塔筒顶部两端。
16.优选地，包括：风机连接轴；风机连接轴安装于塔筒顶面上；风机连接轴的两端从塔筒向外延伸；风机组件成对对称设置于风机连接轴两延伸端上。
17.优选地，风机组件包括：风机叶片组、风机轮毂；风机轮毂与发电设备组件电连接；风机叶片组设置于风机轮毂上。
18.优选地，水平轴潮流能的水轮机包括：水轮机连接轴、水轮机轮毂、多个水轮机叶片；水轮机连接轴安装于桁架结构上，另一端伸出桁架结构外；水轮机连接轴的延伸端上设置水轮机轮毂；多个水轮机叶片安装于水轮机轮毂上。
19.优选地，风机组件包括：风机叶片组；风机叶片组为碳纤维复合材料叶片；塔筒为碳纤维复合材料塔筒。
20.本技术能产生的有益效果包括：
21.1）本技术所提供的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，通过在海面以下布置水平轴式潮流能发电机，且布置在底部压载舱之上，可以同垂荡板、压载舱一起负责提供床载，确保浮心高于重心，进一步保障装置的稳定性，减小spar平台的纵摇倾角；其次，针对目前水平轴风力发电机的转换效率不高的问题，将风能发电装置和潮流能发电装置整合在一起，并且风轮系统采用双风轮结构，具有发电效率高、可紧凑布置、节约用海、减小成本的优点。
22.2）本技术所提供的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，通过在桁架结构下部布置垂荡板，垂荡板可以增加spar平台的垂荡和纵摇固有周期，并减小其在潮流情况下纵摇和垂荡等运动响应，进一步保障了装置的稳定性，减小spar平台的纵摇倾角。
附图说明
23.图1为本技术提供的风能、潮流能联合发电装置主视结构示意图；
24.图2为本技术提供的风能、潮流能联合发电装置侧视结构示意图；
25.图例说明：
26.1、检修平台；2、桁架结构；3、风机叶片组；4、风机轮毂；5、水轮机叶片；6、水轮机轮毂；7、悬链线；8、塔筒；9、风机连接轴；10、垂荡板；11、水轮机连接轴；12、锚定结构；13、压载舱；14、电缆。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型
中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
29.本技术中未详述的且并不用于解决本技术技术问题的技术手段，均按本领域公知常识进行设置，且多种公知常识设置方式均可实现。
30.参见图1~2，本技术提供的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，包括：发电设备组件、水平轴潮流能的水轮机、前风轮、后风轮、后轮毂、风能连接轴9、前轮毂、塔筒8、悬链线7以及锚定结构12；前风轮与前轮毂连接，后风轮与后轮毂相连，前轮毂和后轮毂设置在风能连接轴9的两端；为提高整体装置的抗风强度，风机叶片组3和塔筒8的材料可以采用高强度碳纤维复合材料制成。
31.塔筒8下端与检修平台1通过螺栓组装或焊接连接，发电设备组件安装在塔筒8上。发电设备组件与风机轮毂4连接。塔筒8底部安装桁架结构2，桁架结构2没入海水中设置，水平轴潮流能的水轮机设置于桁架结构2上，实现对潮汐能的利用。
32.塔筒8下部设有水平轴潮流能的水轮机；该水平轴潮流能水轮机包括：水平设置并与发电设备组件通过螺栓或焊接连接的水轮机连接轴11，该水轮机连接轴11的自由端伸出桁架结构2通过螺栓连接水轮机轮毂6，水轮机轮毂6上安装有水轮机叶片5，该水轮机叶片5采用不锈钢合金材料，外涂环氧树脂型重防腐涂料制成。水轮机叶片5在海水中受到潮汐能的推动转动，进而带动水轮机轮毂6转动，产生电能。
33.中段的开放式主体为柱状的桁架结构2，采用垂荡板10分为数层，底部设有压载舱13，主要负责提供负载，增加整体稳定性。
34.在spar平台的检修平台1底面上设置系泊点，共设置三组锚泊系统，每组由二根系泊索组成，悬链线7的一端连接在系泊点上，另一端通过锚定结构12固定设置于海底海床上，实现对该装置的有效固定，提高整体稳定性。该装置底部设置电缆14实现电能的传输。
35.悬链线7材质为不锈钢或高强度纤维，悬链线7上设置张紧结构，平时可张紧也可松弛。
36.在spar型浮式平台的中部还设有中央井口连接海底电缆14，实现电能输送。
37.此装置在海面以下布置水平轴潮流能的水轮机，且布置在底部压载舱13之上，可以同垂荡板10、压载舱13一起负责提供床载，从而确保浮心高于重心，进一步保障装置的稳定性，减小spar平台的纵摇倾角。
38.此装置在桁架结构2处布置有垂荡板10，垂荡板10可以增加spar平台的垂荡和纵摇固有周期，并减小其在潮流情况下纵摇和垂荡等运动响应，进一步保障了装置的稳定性，减小spar平台的纵摇倾角。
39.此装置的风力发电装置选取双风机形式，由于双风轮结构可以实现两次利用风能，相比较于单风轮结构的一次利用，所述风力发电机提高了风能的采集效率和转化为电能的效率，具有更高的经济效益。
40.此装置选择桁架式spar式平台，下段采用开放式构架结构，杆件主要承受拉力和压力，可以充分发挥材料的力学特性，既可以降低风力机整机重量，又节省50%的钢材，大大节省了装置造价。
41.此装置选取风机叶片组3和塔筒8的材质为高强度碳纤维复合材料，相比传统风机叶片组3和塔筒8采用的材料，其质量轻、刚度大、韧性好；水轮机叶片5的材质为不锈钢合金
材料，叶片表面外涂环氧树脂型重防腐涂料，使叶片具有耐腐蚀性强、冲击强度高、疲劳强度大和断裂韧性高等优点，可以保证叶片长期运行的需要。
42.此装置将风力发电与潮流能发电结合在一起，实现了对海上资源的充分利用，减少固定设备投入，降低成本；同时充分利用海洋不同空间能量资源形式，提高海域使用率，提高单位面积的装机容量和发电量，增加经济效益，提高海上能源综合利用开发能力。
43.尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，包括：风机组件、水平轴潮流能的水轮机、塔筒（8）、桁架结构（2）、检修平台（1）、垂荡板（10）、压载舱（13）、发电设备组件；塔筒（8）漂浮设置于海上；风机组件、发电设备组件、检修平台（1）安装于塔筒（8）上；桁架结构（2）设置于塔筒（8）底面下；水平轴潮流能的水轮机、压载舱（13）、垂荡板（10）从海面向海底依次间隔设置于桁架结构（2）上；基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置的浮心高于重心；发电设备组件分别与风机组件、水平轴潮流能的水轮机电连接。2.根据权利要求1所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，包括：多组锚泊系统；锚泊系统的一端锚固设置于海床上，另一端与基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置的系泊点连接。3.根据权利要求2所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，锚泊系统包括：多组悬链线（7）、多个锚定结构（12）；多个锚定结构（12）环绕基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置设置于海床上；悬链线（7）的一端与锚固结构相连接，另一端与系泊点相连接。4.根据权利要求1所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，包括：两组风机组件；风机组件对称设置于塔筒（8）顶部两端。5.根据权利要求1或4所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，包括：风机连接轴（9）；风机连接轴（9）安装于塔筒（8）顶面上；风机连接轴（9）的两端从塔筒（8）向外延伸；风机组件成对对称设置于风机连接轴（9）两延伸端上。6.根据权利要求1或4所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，风机组件包括：风机叶片组（3）、风机轮毂（4）；风机轮毂（4）与发电设备组件电连接；风机叶片组（3）设置于风机轮毂（4）上。7.根据权利要求1所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，水平轴潮流能的水轮机包括：水轮机连接轴（11）、水轮机轮毂（6）、多个水轮机叶片（5）；水轮机连接轴（11）安装于桁架结构（2）上，一端伸出桁架结构（2）外；水轮机连接轴（11）的延伸端上设置水轮机轮毂（6）；多个水轮机叶片（5）安装于水轮机轮毂（6）上。8.根据权利要求1所述的基于spar平台的风能-潮流能集成式发电装置，其特征在于，风机组件包括：风机叶片组（3）；风机叶片组（3）为碳纤维复合材料叶片；塔筒（8）为碳纤维复合材料塔筒。

技术总结
本申请公开了一种基于SPAR平台的风能-潮流能集成式发电装置，包括：风机组件、水平轴潮流能的水轮机、塔筒、桁架结构、检修平台、垂荡板、压载舱、发电设备组件；塔筒漂浮设置于海上；风机组件、发电设备组件、检修平台安装于塔筒上；桁架结构设置于塔筒底面下；水平轴潮流能的水轮机、压载舱、垂荡板从海面向海底依次间隔设置于桁架结构上。该装置在海面以下布置水平轴式潮流能发电装置，且布置在底部压载舱之上，可以同垂荡板、压载舱一起负责提供床载，确保浮心高于重心，进一步保障装置的稳定性，减小Spar平台的纵摇倾角。减小Spar平台的纵摇倾角。减小Spar平台的纵摇倾角。


技术研发人员：代敏 奚泉 王国进 李祖辉
受保护的技术使用者：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/28