[发明专利]一种双风轮海上浮式风电机组

说明书

本发明公开一种双风轮海上浮式风电机组，包括前风轮、后风轮、后轮毂、机舱、前轮毂、塔筒、浮体、悬链线以及锚定装置；前风轮布置于上风向，后风轮布置于下风向，前风轮与和后风轮通过轮毂与机舱两端相连，机舱、塔筒和浮体由上至下依次相连；机舱与塔筒之间的法兰盘处有偏航系统；前风轮的叶片和后风轮的叶片分别与前轮毂和后轮毂之间通过法兰盘相连；前风轮的每个叶片与前轮毂连接的法兰盘处设置有变桨系统；后风轮的每个叶片与后轮毂连接的法兰盘处设置有变桨系统；后风轮可以充分捕获前风轮剩余风能，实现风能的梯级利用，提高风电机组综合风能利用系数，减少尾流影响，提升海上风电场海域利用率和整场发电效率。

技术领域

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种双风轮海上浮式风电机组。

背景技术

海上漂浮式风电机组适用于水深较大的区域，相比传动固定式基础的风电机组，具有制造、安装成本较低的优点，是未来深远海风能资源开发的重要方式。

但是，浮式风电机组基础具有天然的不稳定性，风电机组在海上总是处于一定幅度的晃动、摇摆中，当风速过大、风轮转速较快时，传统的单风轮风电机组受惯性力作用还将有绕塔筒水平转动的趋势，且无法消除，加剧了浮式风电机组基础结构的过载，严重时将导致风电机组发生倾覆。

单风轮风电机组受贝茨极限限制，理论最大风能利用系数为0.593，工程实际难以突破0.5，特别是叶片叶根处的风能利用率很低。较低的风能利用系数导致资源利用效率低，且对后排风电机组产生较强的尾流效应，影响风电场的能量综合利用。

海上风电机组额定功率大，风轮直径往往超过150米，超长的柔性叶片容易发生颤振，造成结构失效。巨大的尺寸导致制造、运输、安装过程难度大，成本高，不利于海上风电的可持续发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种双风轮海上浮式风电机组，风轮系统采用双风轮结构，利用后风轮吸收前风轮剩余风能，提高风能利用率，降低风电机组水平转动惯量，提高系统稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双风轮海上浮式风电机组，包括前风轮、后风轮、后轮毂、机舱、前轮毂、塔筒、浮体、悬链线以及锚定装置；前风轮布置于上风向，后风轮布置于下风向，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机舱的两端；

机舱、塔筒和浮体由上至下依次相连；机舱与塔筒之间的法兰盘处有偏航系统；浮体通过悬链线与锚定装置连接，锚定装置固定在海床上；前风轮和后风轮均包括若干叶片，前风轮的叶片和后风轮的叶片分别与前轮毂和后轮毂之间通过法兰盘相连；前风轮的每个叶片与前轮毂连接的法兰盘处设置有变桨系统；后风轮的每个叶片与后轮毂连接的法兰盘处设置有变桨系统。

前风轮和后风轮叶片数量为1～4片，材质为木质、玻璃纤维或玻璃纤维-碳纤维复合材料。

前风轮和后风轮直径为20～300米，前风轮与后风轮风轮直径比为0.1～10；机组额定功率为0.5～15MW。

机舱中设置两条传动链，传动链的动力输入端分别与前风轮和后风轮连接；发电机与传动链的动力输出端相连，发电机的数量为1或2个，发电机采用励磁异步发电机或永磁同步发电机。

浮体的一周设置锚定支架，锚定支架连接浮体与悬链线；悬链线、锚定装置数量为锚定支架数量的1～2倍；浮体、锚定支架、悬链线、锚定装置外表面均设有耐腐蚀层。

塔筒与浮体之间设置过渡段，过渡段的上端连接塔筒，过渡段的下端连接浮体。

前风轮与后风轮的转速为0～50rpm。

机舱长10～30米，截面为圆形、椭圆形或方形，塔筒与机舱长度方向的任意位置处连接；塔筒高度为50～400米，材质为钢、混凝土或钢混结构，截面为圆形或正多边形，截面面积为10～180m²。