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浮动式风电机组与海上浮动式风电站
2012-04-23 来源:中国风能设备网

概要:海上浮动式风电机组由大型立轴风电机组与浮动基础一体化紧密配合构成;风机出力传递到在浮动基础内设置的多发电机调控系统形成价值化调控;多个浮动式风电机组组合设计形成海上浮动式风力发电站,项目技术填补了海上风能开发整机关键技术的空白,填补了近海、远海海上风能开发装备市场需求空白,全球市场空前巨大,建设方式灵活方便,出口规模前所未有。

邀请资金共同开发全球市场



                        浮动式风电机组与海上浮动式风电站
                       (文章主体内容来自发明专利申请文件)
海上风力强劲稳定,尤其是在远离海岸的区域风能就更加强大;远海海域可建设海上风电的区域广泛,拥有极其巨大的风电开发空间潜力。此外多数国家沿海区域又均是经济发达地区,对于电力需求常年旺盛。
然而,沿用现有整机形态的风电机组去发展近海海上风电并非易事,用其开发远海深海区域的风能更是无法实现,而采用浮动式海上风力发电机组将是最理想、最方便、最廉价的选择,是海上风电产业技术的发展方向。但是发展浮动式风力发电如果仍然沿用现有整机形态与出力方式的风机也将难于形成优质化的效果,甚至无法正常使用。
发展海上风电实现风机单机大型化设计是必然选择,但现有垂直轴风机均难于实现大型化设计,而采用现有水平轴风机在其大型化设计后将与浮动基础条件之间形成严重的力学原理的对立背离,即:风机功率越大,浮动设计越难。因为风机功率越是加大将导致叶片大幅度延长,还将迫使塔架加高导致风机顶部水平方向乘风推力加大,从而形成了杠杆式撬动基础力量的加剧放大,将使塔架强度的要求加大,将使浮动基础容易破坏,更易引发整体性质的倾斜倒塌。
此外,当前风机的发电机设备全部是在顶部设置,形成了头重脚轻的整体重量分布格局,在浮动基础条件下风机顶部重中稍微偏离垂直中心就将形成杠杆式超级放大的倾斜倒塌力量,导致其难于在单一浮动基础上形成稳定的设置。
采用多机相互连接组合形成大面积的刚性浮动基础是解决上述问题的唯一出路,但是当前的大型风机风轮叶片偏航旋转占用空间很大,其将导致两个风机之间必须具备很远的设计距离,在上述杠杆式巨大撬动基础力矩下及形成的倾斜倒塌力量作用下将导致两个浮动体之间的连接结构与连接材料在巨大风浪下难于实现稳固安全设计与安全应用。
如果将两个机组之间的连接结构采用超级加强设计,又将导致在风机出力形成能力不大的情况下浮动式风电机组整体重量巨大、整体成本巨大,这将与浮动设计的初衷形成严重的背离,甚至难于实现浮动设计。
此外,现有风机叶片没有回避台风、飓风的调控结构与调控能力也将导致在海上应用过程中形成许多现实的困难问题与巨大危险。由此可见,优质化发展浮动式海上风电并非仅仅是浮动基础的问题,更要有适合于海上浮动式风电机组的风机机型创新作为前提基础。
浮动式风电机组与海上浮动式风力发电站发明专利创新技术可全部优质化满足各种规模化海上浮动式风电发展需求,包括特大规模化海上浮动式风电发展需求,形成全新优质的应用效果;浮动式风电机组与海上浮动式风力发电站可填补近海、远海海上风能开发整机关键技术的缺失与相关产品的市场空白。
浮动式风电机组是由大型立轴风电机组与浮动基础一体化紧密配合构成,大型立轴风力发电机组的结构包括在机组中部设置塔架,在塔架的上部设有围绕塔架旋转的立式风轮,在立式风轮上通常均布设置4-6个旋转风力板,大直径的风轮可形成6-12个旋转风力板。在各个旋转风力板的外侧排列设置通过推拉方式可一同实现迎风一侧展开大面积乘风与逆风一侧收缩实现几乎无阻力回转周期性交替变化的排列叶片,其还可实现在迎风一侧时对于排列叶片开闭大小程度的控制变化,达成立式风轮适应风力强弱变化及其形成出力能力变化的调控和实现将迎风一侧排列叶片也全部敞开的台风状态调控,风轮乘风方向变化是以风向标方向变化为传感器信号的自动控制。
通过上述调控过程形成的稳定的立式风轮乘风旋转出力由传动齿轮组以及上下传动轴的配合传动传递到在浮动基础内设置的发电机或多发电机调控系统上实现风力发电能力,及再实现风轮出力能力调控与多发电机调控系统发电机投入工作数量配合的双重价值化调控。
浮动基础通常是由大型钢结构箱体构成,浮动基础箱体内部设置大型立轴风电机组的发电机或者多发电机调控系统(除了顶部调控排列叶片开闭程度与调控驱动对风装置的电机之外)的全部电器控制系统设备,在浮动基础上设置通风管路与传动轴套管,传动轴套管同时兼有通风管(出气)与支撑传动齿轮箱的功能作用,而通风管路(进气)同时兼有设备维护人员进出浮动基础内发电机设备间的功能作用,在进气的通风管路上设有遮蔽雨水过滤空气的装置,防止或者消除海水、盐雾、雨水进入设备机舱;浮动基础多数箱体体积置于水面之下。
海上浮动式风电站是由2个以上浮动式风电机组以多种不同形态组合形成的一体化整体设计,其是将浮动式风电机组的浮动基础以不同组合形态相互连接形成的一体化组合体结构,通过多个浮动式风电机组的相互连接可形成更加稳定的庞大整体组合基础结构,可抗拒深海巨大风浪与形成更加高大的风机形态与功率设计,满足更大规模海上风电发展的需求;由若干个海上浮动式风电站排列共同构成小型、中型、大型浮动式海上风电场。
海上浮动式风电机组的整体结构技术优势与出力方式形成优势完全满足了海上浮动式风电机组的关键性能要求,立式风轮采用超薄排列叶片设计将导致风轮重量较轻,从而形成上轻、下重、乘风出力能力很大却不会导致巨大的侧面水平推力的形成,巨大乘风出力不能形成顶部杠杆撬动基础效应及形成塔架被迫加高的需求形成的倒塌危险,风机的出力调控范围很大、拥有回避台风的调控手段、在风机顶部设置避雷针可天然拥有避雷结构等风机整体综合性能优势表现。
浮动式风电机组的风轮可以通过排列叶片宽度、高度、旋转力矩、风力板数量设计轻松拓展能力,因此通常单机功率就可轻易达到5—20兆瓦,由于机组绝大多数重量均设置在水面之下,因此导致机组在水中将形成“漂流瓶、不倒翁”的力学效果,其浮动基础与大型立轴风电机组的优质化配合可导致相互利用、相得益彰的优势效果形成。
而通过多机组合形成的海上浮动式风电站的各个机组之间的相互连接结构由于其没有抗拒因风机头重脚轻形成的巨大杠杆撬动效应与倒塌力矩的巨大扭矩吃力的问题,各个浮动式风电机组之间又无需距离很远设置,因此导致安全稳定长久的应用,导致连接结构与连接材料成本重量的降低,甚至还可形成非完全刚性的连接结构,导致大型浮动风电站形成与波浪共同起伏的波浪式整体柔性浮动状态,因此可抗拒滔天巨浪对于巨大完全刚性的漂浮平台形成的淹没式的冲击。

北京净技佳环保技术研究所
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