[发明专利]铰接式海上风力机

说明书

一种铰接式海上风力机，包括用于发电的风力发电单元，所述的风力发电装置安装在塔架的顶端，所述塔架的底端固定连接在塔柱的位于水面之上的顶端上，所述塔柱的底端通过万向接头铰接在设置在水下的地基上，其中，所述塔柱的底部设置有用于降低装置整体重心的压载舱，所述塔柱上在位于水面下面且临近水面的位置处设置有用于使塔柱保持直立姿态的浮力舱。本发明适用于50‑100米水深的海上风力机，安装在水深50‑100米的海域进行发电作业。本发明能够通过调节压载舱的压载量改变整体系统的重量和重心位置，从而改变整体系统运动的固有周期，提高风力机运动稳定性，避免与波浪主要周期遭遇引起共振，有效保护风力机结构，提高发电效率。

技术领域

本发明涉及一种海上风力机。特别是涉及一种可以在水深50-100米的海域进行风力发电的铰接式海上风力机。

背景技术

风能作为一种清洁无污染、分布广泛而且取之不尽用之不竭的自然资源，成为人类研究利用的主要对象。古代人们就懂得利用风来提水、磨面、鼓动船帆等，但利用风能进行发电还是近几十年的事。欧洲在1973年第一次世界石油危机之后为了摆脱对石油的依赖，最早进行了大规模风电的开发，经过四十多年的发展，风电逐渐由分散小规模演变为专门大型风电场，由最初的单机几十KW发电功率到现在的6MW，由陆地发展为海上。相对于陆地，海上风能资源丰富、可利用时间长、不占用土地、不消耗水资源，并且风速大、静风期少、湍流强度低，适宜大规模开发。1990年，瑞典安装了世界上第一台单机容量为220KW的海上示范风电机组，1991年，丹麦建成了世界上第一个风电场，在随后的二十多年里，海上风电得到了快速发展。据统计，2016年全球海上风电新增装机容量2.19GW，全球海上风电装机容量累计为14.38GW，我国海上风电近年来也发展迅速，2016年海上风电新增装机容量590MW，累计装机容量达1630MW，比上年增长64％，仅次于英国和德国，位列全球第三。

我国拥有丰富的海洋风能资源，海岸线长达18000公里，管辖海域约300万平方公里，根据全国第2次风能资源普查结果，我国陆地风能离地面10m高度的经济可开发量2.53亿KW，离地面50m估计可能增大一倍；近海风能资源估计比陆地上大3倍，10m高经济可开发量约7.5亿KW，50m高约15亿KW；对于远海，风能资源更为充沛。

海上风电场依据水深由浅到深依次为潮间带和潮下带滩涂风电场，近海风电场和远海风电场。潮间带是指大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位之间的海域；潮下带滩涂一般指最低潮位到5m水深内的海域；近海一般指最低潮位以下5m～50m的海域，远海为最低潮位以下50m及以上水深的海域。目前已建成的海上风电场均为近海风电场，但潮间带和潮下带滩涂及近海风电场场址距离岸线较近，开发时经常与海域其他使用功能产生矛盾，相互影响、制约性因素较多，协调工作量大，在远海建设风电场能够避免这些问题，并且远海风能资源较近海更佳，所以远海风电场的研究开发很有必要。

近海风电场风力机基础大多采用固定式，主要包括单桩基础、多桩基础、三角桩基础、重力式基础、负压桶式(吸力锚式)基础、导管架式基础，这些固定式基础主要适用于水深在50m以内的海域。对于大于50米以上的水深海域，固定基础风力机的海底弯矩很大，为了克服海底基础稳定性的问题，不得不将海底基础埋深和范围加大，由此引起建造、运输、安装成本大幅增加，经济性降低。

为了解决固定式基础在水深大于50米海域费用增加的问题，人们提出了深海风力机的浮式基础形式，目前浮式基础形式主要有三种，包括：张力腿式浮式基础(TLP)、半潜式浮式基础以及单柱式浮式基础(SPAR)。为了满足三种浮式基础支撑的风力机正常发电工作，这三种浮式基础均需要水深在120米-200米之间，甚至更大的水深。我国水深在50-100米范围的海域，也具有良好的风场条件，适合于风力发电。由于水深小于100米，不能够安装目前张力腿式浮式基础(TLP)、半潜式浮式基础以及单柱式浮式基础(SPAR)。