一种半漂浮式海上风机制氢平台的制作方法

1.本发明属于海上制氢平台领域，具体涉及一种利用风机供电的海上制氢平台。


背景技术：

2.海上风能作为分布广泛的可再生清洁能源目前已从示范应用向实用化、商业化转变。但随着浅水风场的不断开发，适合风力发电的风场所在海域水深不断变深，部分海域水深已经达到50m以上，使用漂浮式风电平台将成为此区域的必然需求。同时，新的风场离岸距离不断变大，用于将电力传输回陆地的海底输电电缆的使用和安装成本将变得更加昂贵，电能传输损耗也将变大，严重影响海上风能发电平台的经济性。同时由于风速变化是随机的，风电产生的电能也是随机的，风电这种本身的特点使其容量可信性降低，给电网有功、无功平衡调度带来困难。随着海上风电的不断新增，风电对电网带来的困难将不断变大，将海上风电产生的电能转换为其他能源进行储存使用迫在眉睫。
3.氢气作为一种清洁燃料，其热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的；氢气燃烧产物只有水，燃烧不排放二氧化碳，大量使用氢气代替化石燃料，可以减少我国对化石燃料的依赖，同时降低碳排放，能够缓解全球变暖问题，是未来清洁可再生能源的解决方案之一。电解水制氢需要大量的水资源和电能进行支撑，而这正是海上风机制氢的优势。将风机出的电能转化为氢气，可以充分利用可再生能源资源，缓解绿色清洁能源紧缺的问题，同时可以有效解决海上风电输电成本高，对电网不友好等电力供应难题。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种半漂浮式海上风机制氢平台，其所采用的技术方案是：
5.一种半漂浮式海上风机制氢平台，包括三个立柱，三个立柱分别位于等边三角形的三个顶点处，相邻立柱之间连续铺设有底部浮箱和顶部箱型结构，顶部箱型结构位于立柱顶部，底部浮箱位于立柱底部，底部浮箱与顶部箱型结构之间存在间距。
6.立柱内部自下而上依次是固定压载舱、可调节压载水舱、制氢设备舱，立柱内部中心设置有通道，通道自固定压载舱向上连通至制氢设备舱内，制氢系统位于制氢设备舱内，制氢系统带有中控储电模块、海水淡化模块、制氢模块和储氢模块。
7.风机系统固定在其中一个立柱顶部，风机系统带有的风机塔筒位于立柱顶部中心处，风机系统与中控储电模块连接；每个立柱上固定连接有一组系泊装置。
8.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，中控储电模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，海水淡化模块和制氢模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，储氢模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，中控储电模块、海水淡化模块、制氢模块、储氢模块之间通过管路连接，管路铺设在箱型结构内。
9.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，带有风机系统的立柱上还设置有登船梯、吊机、工具间。
10.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，每组系泊装置带有多个系泊链，系泊链是锚链或缆绳，多个系泊链的一端等间距固定在立柱上，另一端固定在海底，系泊链与立柱连接处位于海面以下。
11.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，立柱的直径自下而上逐渐变大。
12.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，箱型结构内设置有人员通道。
13.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，底部浮箱内设置有固定压载舱。
14.上述一种半漂浮式海上风机制氢平台，更进一步地，风机系统包括叶片、轮毂和风机塔筒，风机塔筒固定在立柱顶部中心处，风机塔筒顶端通过轮毂连接有叶片。
15.本发明利用海上风机系统对平台供电，所有制氢系统模块均布置在所述立柱内的制氢设备舱中，可以有效保护制氢系统的各个模块、设备不被飞溅的海水及盐雾腐蚀，延长设备使用寿命，降低制氢设备的制造和维护成本。同时可以使平台不设置专门安放制氢系统设备的主甲板及甲板房，简化平台结构形式，降低平台整体造价，有利于大批量低成本建造风机制氢平台。创新性的将海上半潜漂浮式平台风机发电技术与制氢技术相结合，在利用风能制得绿色无污染的氢能的同时，可以有效解决海上风电输电成本高，对电网不友好等缺点，为开发远海风场的风能提供一种新思路，可缓解绿色清洁的氢能源紧缺的问题，对完成“碳达峰”、“碳中和”的目标，具有较大的应用前景。
附图说明
16.图1是本发明的侧视结构示意图；
17.图2是本发明的俯视剖面结构示意图；
18.图3是图1中a-a视角结构示意图；
19.图4是图1中b-b视角结构示意图；
20.图5是本发明立柱内部带有通道的结构示意图；
21.其中：立柱1、顶部箱型结构2、底部浮箱3、叶片4、轮毂5、风机塔筒6、中控储电模块7、海水淡化模块8、制氢模块9、储氢模块10、制氢设备舱11、可调节压载水舱12、固定压载舱13、通道14、登船梯15、系泊链17。
具体实施方式
22.结合附图对本发明做进一步说明。
23.如图1-4所示的一种半漂浮式海上风机制氢平台，制氢平台有三个立柱，三个立柱分别位于等边三角形的三个顶点处，相邻立柱之间连续铺设有底部浮箱和顶部箱型结构，顶部箱型结构位于立柱顶部，底部浮箱位于立柱底部，底部浮箱与顶部箱型结构之间存在间距。本平台作业吃水较浅，水深适用范围广阔，尤其适用于50m及以上的广泛海域。随着浅水风场的不断开发，适合风力发电的风场所在海域水深不断变深，本发明水深适用范围大的优点将越来越明显。本发明采用三立柱基础结构，水线面附近的结构型式简单，水线面面积小，运动性能较好，承受波浪载荷相对较小，可减少结构强度冗余且容易建造。这种结构设计可保证吃水较浅的情况下，通过改变立柱、顶部箱型结构和底部浮箱等结构构件尺度
及跨度，满足稳性、运动及结构等性能，可保证在50m及以上的广泛海域内，适用于支撑各功率的海上风机，并扩展到8mw及更高功率海上风机机型。
24.立柱和顶部箱型结构为承受风机重量和风倾力矩的主体结构，结构的应力集中区位于水线面之上，不受到静水压力影响，且空气中的腐蚀速率远小于海水中的腐蚀速率。因而，对结构关键区域的疲劳性能有很大好处，从而解决了漂浮式风机发电基础结构设计的核心难点。
25.立柱内部自下而上依次是固定压载舱、可调节压载水舱、制氢设备舱，立柱内部中心设置有通道(如图5所示)，通道自固定压载舱向上连通至制氢设备舱内，制氢系统位于制氢设备舱内，制氢系统带有中控储电模块、海水淡化模块、制氢模块和储氢模块。中控储电模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，海水淡化模块和制氢模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，储氢模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，中控储电模块、海水淡化模块、制氢模块、储氢模块之间通过管路连接，管路铺设在箱型结构内。将制氢系统的中控和储电模块、海水淡化模块、制氢模块和储氢模块等所有模块均布置在立柱内部的制氢设备舱中，可以有效保护制氢系统的各个模块、设备不被飞溅的海水及盐雾腐蚀，延长设备使用寿命，降低制氢设备的制造陈本和维护成本。将中控和储电模块、海水淡化模块与制氢模块、储氢模块分别布置在三个立柱的制氢设备舱中，可以有效避免不同模块设备间的干涉问题。同时可以使平台不设置专门安放制氢系统设备的主甲板及甲板房，简化平台结构形式，降低平台的整体造价，有利于大批量低成本建造风机制氢平台。
26.风机系统固定在其中一个立柱顶部，风机系统带有的风机塔筒位于立柱顶部中心处，风机系统与中控储电模块连接；每个立柱上固定连接有一组系泊装置，没组系泊装置带有三个系泊缆，三个系泊缆等间距固定在立柱外表面，系泊缆另一端固定在海底。系泊连接点安装于水面之下重心附近，可一定程度减少系泊系统对浮体稳性带来的不利影响，可使整个系泊系统位于水下，避免锚链飞溅区疲劳问题。此外，立柱侧面安装系泊系统与底部安装相比，系泊连接点的结构加强相对容易，安装和维修都相对方便。
27.立柱的直径自下而上逐渐变大，立柱上部立柱直径小，底部立柱直径大，由锥形筒进行过渡，可使平台作业工况的吃水处于上部小直径处，可以减小波浪载荷，对平台的运动性能有较大好处。在拖航工况时，吃水处于下部大直径处，增加了水线面面积，对稳性有利。
28.固定压载舱的固体压载物可以在坞内或码头进行灌注，风机系统可在坞内安装，然后采用湿拖法将平台整体拖航至作业点。在作业点处，只需安装锚链，再进行压载水的调整，将平台吃水调整到作业吃水即可，大大简化了整个平台的安装过程。
29.本发明创新性的将海上半潜漂浮式平台风机发电技术与制氢技术相结合，在利用风能制得绿色无污染的氢能的同时，可以有效解决海上风电输电成本高，对电网不友好等难题，为开发远海风场的风能提供一种新思路，可缓解绿色清洁的氢能源紧缺的问题。

技术特征：
1.一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：包括三个立柱(1)，三个立柱分别位于等边三角形的三个顶点处，相邻立柱之间连续铺设有底部浮箱(3)和顶部箱型结构(2)，顶部箱型结构位于立柱顶部，底部浮箱位于立柱底部，底部浮箱与顶部箱型结构之间存在间距；立柱内部自下而上依次是固定压载舱(13)、可调节压载水舱(12)、制氢设备舱(11)，立柱内部中心设置有通道，通道自固定压载舱向上连通至制氢设备舱内，制氢系统位于制氢设备舱内，制氢系统带有中控储电模块(7)、海水淡化模块(8)、制氢模块(9)和储氢模块(10)；风机系统固定在其中一个立柱顶部，风机系统带有的风机塔筒(6)位于立柱顶部中心处，风机系统与中控储电模块连接；每个立柱上固定连接有一组系泊装置。2.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：中控储电模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，海水淡化模块和制氢模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，储氢模块位于其中一个立柱的制氢设备舱内，中控储电模块、海水淡化模块、制氢模块、储氢模块之间通过管路连接，管路铺设在箱型结构内。3.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：带有风机系统的立柱上还设置有登船梯(15)、吊机、工具间。4.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：每组系泊装置带有多个系泊链(17)，系泊链是锚链或缆绳，多个系泊链的一端等间距固定在立柱上，另一端固定在海底，系泊链与立柱连接处位于海面以下。5.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：立柱的直径自下而上逐渐变大。6.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：箱型结构内设置有人员通道(14)。7.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：底部浮箱内设置有固定压载舱。8.根据权利要求1所述的一种半漂浮式海上风机制氢平台，其特征在于：风机系统包括叶片(4)、轮毂(5)和风机塔筒(6)，风机塔筒固定在立柱顶部中心处，风机塔筒顶端通过轮毂连接有叶片。

技术总结
一种半漂浮式海上风机制氢平台，有三个立柱，三个立柱分别位于等边三角形的三个顶点处，相邻立柱之间连续铺设有底部浮箱和顶部箱型结构，顶部箱型结构位于立柱顶部，底部浮箱位于立柱底部。立柱内部自下而上依次是固定压载舱、可调节压载水舱、制氢设备舱，立柱内部中心设置有通道，通道自固定压载舱向上连通至制氢设备舱内，制氢系统位于制氢设备舱内。风机系统固定在其中一个立柱顶部，风机系统带有的风机塔筒位于立柱顶部中心处，风机系统与中控储电模块连接；每个立柱上固定连接有一组系泊装置。本发明可以有效保护制氢系统的各个模块、设备不被飞溅的海水及盐雾腐蚀，延长设备使用寿命，降低制氢设备的制造和维护成本。降低制氢设备的制造和维护成本。降低制氢设备的制造和维护成本。


技术研发人员：姜霄翔 孙明 李在鹏 常洪波 冷阿伟 王欣 邹成业 叶小嵘 李顺 黎林 王晓琴
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/4/21