[发明专利]多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备

说明书

本发明公开了一种多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备，所述风力发电设备在受到水平方向的风力作用时的合力作用线所经过的所述风机台的受风面的形心与所述风力发电设备的旋转轴不重合，从而，在所述合力作用线未同时经过所述形心和所述旋转轴时，风力总会对所述风机台产生力矩以使所述风机台绕所述旋转轴旋转至所述合力作用线同时经过所述形心和所述旋转轴的位置。同时，本发明还公开了一种利用这种多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备构建的风力发电场，将最少一个所述多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备组合成一个发电单元，从而减少水下连接电缆的铺设长度，降低电缆电阻的输电消耗，同时降低海底电缆造价。

技术领域

本发明涉及多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备，并且还涉及由这种多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备组成的水上或海上风力发电场。本发明还涉及这种多风力发电机浮式自动对风水上风力发电设备的制造施工方法。

背景技术

世界大都市都是靠近海岸，电力需求大，中国也不例外，海上风力发电本来是最适合各国大都市的发电方式，可是至今，海上风电的开发还落后于陆上风电，其原因是海上风电开发成本高。

海上风力发电主要分为固定式和浮式这两种。前者需要将风力发电机固定到海床上，这只适合浅滩近岸的海域，目前流行的是单桩大直径6-8米钢管桩，打大直径桩必须要特种船只设备，造价高昂，不利于普及推广。另一类为浮式，适合较深水的海域。浮式基础都是以单个风力发电机为服务对象。单个风力发电机浮式基础的一个主要问题是如何稳定风力发电机令它的摆动小于极限值，现代大功率风机塔的高度超过100米，而机头重量约数百吨。对于一个超100米而重量达数百吨集中在顶部的风机塔立于一浮体上而言，若要保持它摆动不超过极限值(一般为10°)是非常困难的，这是因为单个风力发电机的底座尺寸不能过大，否则没有经济效益。因此塔高比底座宽一般要大两倍以上，底座所能提供的横向和纵向惯性矩不足以控制风机塔的摆动幅度，往往需要辅助装置才能保持稳定。常用解决方法有：

1)张力腿式，张拉缆绳将风力发电机底座锚于海床，能抗倾覆弯矩及其引起的上拔力，例如BlueH风力发电机；

2)可调压水浮筒式，将几个浮筒组成的风力发电机底座调整它们之间的压水量，平衡倾覆力矩，例如PRINCIPLE的WINDFLOAT风力发电机；

3)HyWind的spar酒樽式，以一由风力发电机底座伸出至深海的端部带集中重量块的杆，如载有沙的空樽般浮于水上。重块主要是降低重心至很低的位置，远远低于浮心，达到稳定效果，例如HyWind伸出的杆低至150米，此法只适宜很深的水域。

除此以外，在研浮式风力发电机基础的还有MitsnbishiHeavyInsustries Ltd.的FMWFukushimaMitai。

这些已介绍的风力发电场基本上是在广阔海域将多个单独的浮式风力发电机基础彼此间隔开布置。若风力发电场所在海域有一持续单向的风，沿垂直于风向的一方风力发电机布置间距可取1.8D至3D，沿风向的一方，则须增大至6D至10D，其中D是指叶轮的直径。这是要避免下风位风力发电机因受上风位风力发电机尾流影响令功率下降。若它们之间相距太近，则下风力发电机功率损失很大。如果海域没有持续的单向风，则每个方向间距都只能是6D至10D，以便照顾不同方向的风。现代大功率叶轮长都超过50米，6D至10D间距便是300米至500米，若将各风力发电机以水下电缆连接，则连接的距离过大，同时电缆过长也会造成电缆本身电阻耗电过大，影响输电效率。

另外，海上的风通常是按季节改变总体风向的。为了最大化风力转变为电能的效率，通常最好叶轮与风向尽量呈垂直。尽管目前的海上发电风力发电机能够通过自主驱动叶轮根据迎风的方向而变化，但是这需要额外的能量消耗，同时也需要复杂的监控设备。为此，本发明人此前提交一份名称为半潜筏式随风转向水上发电设备、申请号为201410323537.1的发明专利申请前。