【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及漂浮式海上風力發電，具體而言，涉及一種適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎及使用方法。
技術介紹
1、近年來隨著國內外科技進步，風力發電有向深海發展的趨勢，于深海海域，漂浮式海上風電基礎受到廣泛關注，主要有三種常見的類型：spar立柱式、tlp張力腿式和半潛式。
2、spar立柱式設計和制造工藝簡單，活動部件少，但施工安裝困難，為了達到穩性要求，spar立柱式基礎的整體重量較大，吃水較大，限制了其返回碼頭維修的可行性。
3、tlp張力腿式用鋼量少，活動部件少，可以在陸上安裝和調試，從而避免了海上安裝的各種難題。不過，tlp張力腿式基礎通過垂向下的系泊張力平衡浮體向上的超額浮力，使得系泊和錨泊系統受力極大，風險大，tlp張力腿式基礎的固有頻率易與海浪的頻率發生共振，導致結構疲勞和損壞，盡管tlp張力腿式基礎可以在陸上安裝和調試，但其海上安裝過程仍然復雜，需要精確的張力控制和錨固系統，安裝過程具有很大挑戰性，技術相對不成熟，需要專業定制的安裝船。
4、相較之下，半潛式海上風電基礎在穩定性、技術成熟度方面有顯著優勢。半潛式漂浮式風機基礎穩定性好、移動靈活且運行可靠，適用水深范圍廣，吃水小，水線面較大，可移動和重復利用，安裝方便，可在近岸調試好后拖到風電場利用錨鏈定位，是今后海上風能開發最有發展前景的基礎之一。但半潛式海上風電基礎依賴于其浮力來保持穩定，隨著水深的增加，基礎的浮力和穩定性可能受到影響，尤其是在極端天氣條件下，波浪和風力的作用可能導致基礎的浮動和傾斜，且半潛式基礎的設計通常
5、因此，開發一種能有效適應不同水深或環境、穩定性好的半潛式海上風電基礎及使用方法，是當前海洋發電技術發展的難題。
技術實現思路
1、針對上述技術背景提到的不足，本專利技術的目的在于提供一種適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎及使用方法。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：
3、一種適應水深的懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，包括用于支撐風機的三立柱半潛基礎、系泊系統以及用于所述風電基礎自動化控制的控制系統，所述三立柱半潛基礎包括三個垂直立柱、撐桿以及壓載沉箱，三個所述垂直立柱等間距圍成一個等邊三角形，所述撐桿兩端分別與相鄰的所述垂直立柱連接，所述壓載沉箱設置在所述等邊三角形的中點處，并通過滑索與設置在所述垂直立柱側壁的滑軌連接，所述控制系統控制所述滑索相對于所述滑軌進行上下滑動，使得所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱進行上下移動；所述系泊系統包括與所述垂直立柱一一對應的系泊纜和系泊錨，所述系泊纜的一端固定安裝在所述垂直立柱的底部，另一端連接所述系泊錨，所述系泊錨錨固于海底。
4、作為本專利技術優選技術方案，所述壓載沉箱的底部設有自適應伸縮寬度的垂蕩板。
5、作為本專利技術優選技術方案，所述壓載沉箱采用混凝土圓筒型結構，所述控制系統通過控制所述滑索在所述滑軌上的移動距離，進而控制所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱的移動距離，完成所述三立柱半潛基礎的重心調整。
6、作為本專利技術優選技術方案，所述壓載沉箱采用液壓艙結構，所述液壓艙通過與所述控制系統電性連接的液壓泵將海水注入或排出所述液壓艙的內部，以改變所述液壓艙的重量和浮力，完成所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱進行上下移動，所述液壓艙的內部和外壁均設有壓力傳感器，分別用于實時監測海水的深度和所述液壓艙的艙內水壓變化。
7、作為本專利技術優選技術方案，所述系泊纜采用懸鏈線鋼質錨鏈，所述系泊錨采用吸力筒錨或者沉箱錨。
8、作為本專利技術優選技術方案，所述撐桿包括水平撐桿和斜撐桿，每一所述垂直立柱的頂端與相鄰所述垂直立柱的頂端通過所述水平撐桿連接，每一所述垂直立柱的底端與相鄰所述垂直立柱的底端通過所述水平撐桿連接，每一所述垂直立柱的底端與相鄰所述垂直立柱的頂端通過所述斜撐桿連接。
9、作為本專利技術優選技術方案，所述控制系統包括監測子系統和控制子系統，所述監測子系統通過設在所述三立柱半潛基礎上的超聲波風速風向傳感器實時監測風速和風向信息，并反饋至所述控制系統，所述控制系統分析所述風速和風向信息并對所述控制子系統發出動態控制命令，所述控制子系統根據命令調整所述壓載沉箱與所述垂直立柱之間的距離。
10、本專利技術的一種適應水深的懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎的使用方法，用于所述適應水深的懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，所述使用方法包括以下步驟：
11、s1監測環境條件：利用超聲波風速風向傳感器實時監測所述風電基礎周圍的風速以及風向，并將監測數據傳輸至所述控制系統；
12、s2計算傾覆力矩：所述控制系統根據所述監測數據計算所述風電基礎上的風力，基于風力的作用點和所述風電基礎的重心位置，計算出風力產生的傾覆力矩mt，滿足以下關系式：
13、
14、mt＝fw·d
15、式中，fw為風力，ρ為空氣密度，a為風力作用面積，即風機葉片的投影面積，cd為風阻系數，v為風速，d為風力作用點到所述風電基礎重心的水平距離；
16、s3計算抗傾覆力矩：根據所述風電基礎的重力以及所述壓載沉箱的沉水深度計算抗傾覆力矩ma，滿足以下關系式：
17、ma＝μ·w·h
18、式中，w為所述風電基礎的重力，h為所述風電基礎重心到其底部的垂直距離，μ為安全系數，取值小于1.0；
19、s4調整所述壓載沉箱的深度：所述控制系統根據步驟s2和s3的計算結果分析判斷所述風電基礎是否安全，當mt≥ma時，判斷為不安全，所述控制系統通過滑索和滑軌調整所述壓載沉箱的深度，直至mt＜ma，其中所述壓載沉箱調整后的深度h＇滿足以下關系式：
20、h'＝h+dbox
21、ma′＝μ·w·h′
22、ma′＞mt
23、式中，dbox為所述壓載沉箱需要增加的深度，ma＇為所述壓載沉箱調整深度h＇后所述風電基礎的抗傾覆力矩；
24、s5數據記錄與分析：將所有監測數據、計算結果和調整記錄存檔，以便后續分析和優化所述風電基礎的設計和操作，通過數據分析，可以識別出潛在的風險因素，并為未來的風電項目提供參考。
25、作為本專利技術優選技術方案，步驟s2中所述傾覆力矩還包括波浪荷載所產生的傾覆力矩，滿足以下關系式：
26、ms＝mt+mw
27、mw＝ρ＇·g·h·a＇·d＇
28、式中，ms為所述風電基礎所受到的總傾覆力矩，mw為波浪荷載產生的傾覆力矩，ρ＇為海水密度，a＇為波浪作用面積，h為波高，d＇為波浪荷載作用點到所述風電基礎重心的水平距離。
29、作為本專利技術優選技術方案，所述安全系數μ取值0.6。
30、綜上所述，本專利技術的有益效果是：
31、本專利技術通過在風電基礎內設置可根據實時的海洋環境條件調整深本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：包括用于支撐風機的三立柱半潛基礎、系泊系統以及用于所述風電基礎自動化控制的控制系統，所述三立柱半潛基礎包括三個垂直立柱、撐桿以及壓載沉箱，三個所述垂直立柱等間距圍成一個等邊三角形，所述撐桿兩端分別與相鄰的所述垂直立柱連接，所述壓載沉箱設置在所述等邊三角形的中點處，并通過滑索與設置在所述垂直立柱側壁的滑軌連接，所述控制系統控制所述滑索相對于所述滑軌進行上下滑動，使得所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱進行上下移動；所述系泊系統包括與所述垂直立柱一一對應的系泊纜和系泊錨，所述系泊纜的一端固定安裝在所述垂直立柱的底部，另一端連接所述系泊錨，所述系泊錨錨固于海底。
2.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述壓載沉箱的底部設有自適應伸縮寬度的垂蕩板。
3.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述壓載沉箱采用混凝土圓筒型結構，所述控制系統通過控制所述滑索在所述滑軌上的移動距離，進而控制所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱的移動距離，完成所述三立柱半潛基礎
4.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述壓載沉箱采用液壓艙結構，所述液壓艙通過與所述控制系統電性連接的液壓泵將海水注入或排出所述液壓艙的內部，以改變所述液壓艙的重量和浮力，完成所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱進行上下移動，所述液壓艙的內部和外壁均設有壓力傳感器，分別用于實時監測海水的深度和所述液壓艙的艙內水壓變化。
5.據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述系泊纜采用懸鏈線鋼質錨鏈，所述系泊錨采用吸力筒錨或者沉箱錨。
6.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述撐桿包括水平撐桿和斜撐桿，每一所述垂直立柱的頂端與相鄰所述垂直立柱的頂端通過所述水平撐桿連接，每一所述垂直立柱的底端與相鄰所述垂直立柱的底端通過所述水平撐桿連接，每一所述垂直立柱的底端與相鄰所述垂直立柱的頂端通過所述斜撐桿連接。
7.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述控制系統包括監測子系統和控制子系統，所述監測子系統通過設在所述三立柱半潛基礎上的超聲波風速風向傳感器實時監測風速和風向信息，并反饋至所述控制系統，所述控制系統分析所述風速和風向信息并對所述控制子系統發出動態控制命令，所述控制子系統根據命令調整所述壓載沉箱與所述垂直立柱之間的距離。
8.一種適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎的使用方法，其特征在于：用于如權利要求1-7任一所述適應水深的懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，所述使用方法包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎的使用方法，其特征在于：步驟S2中所述傾覆力矩還包括波浪荷載所產生的傾覆力矩，滿足以下關系式：
10.根據權利要求8所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎的使用方法，其特征在于：所述安全系數μ取值0.6。
...【技術特征摘要】
1.一種適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：包括用于支撐風機的三立柱半潛基礎、系泊系統以及用于所述風電基礎自動化控制的控制系統，所述三立柱半潛基礎包括三個垂直立柱、撐桿以及壓載沉箱，三個所述垂直立柱等間距圍成一個等邊三角形，所述撐桿兩端分別與相鄰的所述垂直立柱連接，所述壓載沉箱設置在所述等邊三角形的中點處，并通過滑索與設置在所述垂直立柱側壁的滑軌連接，所述控制系統控制所述滑索相對于所述滑軌進行上下滑動，使得所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱進行上下移動；所述系泊系統包括與所述垂直立柱一一對應的系泊纜和系泊錨，所述系泊纜的一端固定安裝在所述垂直立柱的底部，另一端連接所述系泊錨，所述系泊錨錨固于海底。
2.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述壓載沉箱的底部設有自適應伸縮寬度的垂蕩板。
3.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述壓載沉箱采用混凝土圓筒型結構，所述控制系統通過控制所述滑索在所述滑軌上的移動距離，進而控制所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱的移動距離，完成所述三立柱半潛基礎的重心調整。
4.根據權利要求1所述的適應水深懸掛壓載式漂浮式海上風電基礎，其特征在于：所述壓載沉箱采用液壓艙結構，所述液壓艙通過與所述控制系統電性連接的液壓泵將海水注入或排出所述液壓艙的內部，以改變所述液壓艙的重量和浮力，完成所述壓載沉箱相對于所述垂直立柱進行上下移動，所述液壓艙的內部和外壁均設有壓力傳感器，分別用于實時監測海水的深...
【專利技術屬性】
技術研發人員：應宗權，左華楠，林美鴻，王雪剛，溫承永，
申請(專利權)人：中交四航工程研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。