本发明专利技术提供一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置及其运行方法，该风力机装置包括漂浮式平台，漂浮式平台上设有塔筒和风力机叶片，所述漂浮式平台底部设置若干漂浮式支腿，漂浮式支腿上设有风力机稳定装置，风力稳定装置包括与漂浮式支腿连接的y向稳定杆和x向稳定杆。该装置及运行方法取消系泊系统，可布置在深远海域中。通过风力机稳定装置、偏航尾翼和主动偏航控制系统来确保风力机始终正对前方来流，进而最大限度利用来流风的能量，依靠风力机定位及螺旋桨动力系统确保风力机始终运行在指定的运行发电海域。运行在指定的运行发电海域。运行在指定的运行发电海域。
【技术实现步骤摘要】
一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置及其运行方法
[0001]本专利技术涉及风力发电
，特别涉及一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置及其运行方法。
技术介绍
[0002]海上风电是一种具有巨大发展潜力的清洁能源，大力发展海上风电是实现可持续发展的重要途径之一。在近海风的电开发中，风力机下侧基础依靠安装设备打入海床中，整个风力机装置为固定式。考虑到安装和基础成本，固定式海上风力机仅适用于一定水深范围内的海洋环境（约50m）。随着近岸风资源开发趋于饱和，海上风电产业逐步走向深远海，水深也随之增加，漂浮式风力机成为深远海风电场开发的必然趋势。
[0003]漂浮式风力机的基础漂浮在海面上，不直接接触海床。传统的漂浮式风力机配备有系泊系统，系泊线一端固定在漂浮式基础上，一端固定在海床上，系泊系统确保漂浮式风力机的运动限制在一定范围内。系泊系统是传统漂浮式风力机的重要构件，承担了基础定位和风机安全运行的重要作用，其成本高昂，可占整体基础成本的50%以上。除此之外，系泊系统的设计也较为复杂，施工也具有一定挑战，特别是随着海上风电开发水深的进一步增加，系泊系统设计和施工的难度也会进一步加大，成本也随之增加，不利于海上风电更深海域的进一步发展。因此，需要开发一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置及其运行方法，取消系泊系统，可布置在深远海域中。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，包括漂浮式平台，漂浮式平台上设有塔筒和风力机叶片，所述漂浮式平台底部设置若干漂浮式支腿，漂浮式支腿上设有风力机稳定装置，风力稳定装置包括与漂浮式支腿连接的y向稳定杆和x向稳定杆。
[0006]优选的方案中，所述y向稳定杆和x向稳定杆均设置为上下两组，两组y向稳定杆之间或两组x向稳定杆之间通过竖直连接杆连接。
[0007]优选的方案中，所述漂浮式平台上设有储能装置。
[0008]优选的方案中，所述塔筒上设有机舱，机舱上设有测风装置，机舱内设置主动偏航控制系统,主动偏航控制系统与测风装置电性连接，主动偏航控制系统对风力机叶片进行控制。
[0009]优选的方案中，所述漂浮式支腿通过支撑架与螺旋桨动力系统连接，螺旋桨动力系统包括螺旋桨外壳和设置在螺旋桨外壳内的螺旋桨，螺旋桨通过风力机定位及螺旋桨控制系统进行控制。
[0010]优选的方案中，所述机舱尾部设有两组偏航尾翼，偏航尾翼为前窄后宽的扇形结构。
[0011]本专利技术还提供一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置的运行方法，包括如下运行情况：运行情况一、当来流风速小于风力机启动风速时，风力机发电和储能装置储能过程停止，通过风力机定位及螺旋桨控制系统确定风力机所处的海域位置，如果风力机处于运行发电中心海域内，则风力机保持自由漂浮的状态；如果风力机处于运行发电中心海域之外，则通过风力机定位及螺旋桨控制系统开启螺旋桨动力系统，推动风力机驶向运行发电中心海域内；运行情况二、当来流风速大于风力机的启动风速，并且风力机处于运行发电海域内时，风力机叶片开始旋转发电，风力机稳定装置会避免或延迟风力机发生艏摇，同时配合偏航尾翼和主动偏航控制系统，风力机始终正对前方来流；运行情况三、当来流风速大于风力机的启动风速，并且风力机处于缓冲控制海域内时，风力机叶片开始旋转发电， 风力机在该运行状态下，通过风力机定位及螺旋桨控制系统开启螺旋桨动力系统，依靠对风力机的准确定位，推动风力机驶向运行发电海域；运行情况四、当自由来流风速大于风力机的启动风速，并且风力机处于限制海域内时，风力机叶片停止旋转，风力机停止发电，风力机在该运行状态下，通过风力机定位及螺旋桨控制系统开启螺旋桨动力系统，依靠对风力机的准确定位，推动风力机驶向运行发电海域。
[0012]优选的方案中，所述运行情况二中，储能装置的储能容量达到额定容量，风力机叶片停止旋转，发电和储能过程停止，待工程人员将储能装置更换后，风力机叶片再开始运行发电。
[0013]本专利技术提供的一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置及其运行方法，具有以下有益效果：1、风力机无系泊系统，可布置在任意水深的海域中，减少了风力机固定式基础或系泊系统成本；2、风力机所发电量直接转换为低碳燃料储存在储能装置中，不需要电力传输系统，减少了风力机投资成本；3、设置风力机稳定装置、偏航尾翼和主动偏航控制系统来确保风力机始终正对前方来流，进而最大限度利用来流风的能量。
附图说明
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为传统的具有系泊系统的漂浮式海上风力机装置的结构示意图；图2为本专利技术的无系泊系统的漂浮式海上风力机装置的结构示意图；图3为图2中A处的放大图；图4为风力稳定装置沿x方向示意图；图5为风力稳定装置沿y方向示意图；图6为功率曲线对比示意图；图7为本专利技术的风力机所处的不同海域示意图。
[0015]图中：漂浮式平台1，塔筒2，风力机叶片3，漂浮式支腿4，y向稳定杆5，x向稳定杆6，
竖直连接杆7，储能装置8，机舱9，测风装置10，主动偏航控制系统11，支撑架12，螺旋桨外壳13，螺旋桨14，风力机定位及螺旋桨控制系统15，偏航尾翼16。
具体实施方式
[0016]如图2~5所示，一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，包括漂浮式平台1，漂浮式平台1上设有塔筒2和风力机叶片3，所述漂浮式平台1底部设置若干漂浮式支腿4，漂浮式支腿4漂浮于海洋中，漂浮式支腿4的数量根据风力机基础形式确定，漂浮式支腿4上设有风力机稳定装置，风力稳定装置包括与漂浮式支腿4连接的y向稳定杆5和x向稳定杆6，y向稳定杆5和x向稳定杆6垂直设置，每一组y向稳定杆5和x向稳定杆6的数量均为两根，沿漂浮式支腿4对称设置。
[0017]优选的，所述y向稳定杆5和x向稳定杆6均设置为上下两组，两组y向稳定杆5之间或两组x向稳定杆6之间通过竖直连接杆7连接。
[0018]设置风力机稳定装置，可增加风力机沿垂直海平面方向旋转时在水中受到的阻力，从而避免风力机发生艏摇，每个漂浮式基础支腿4上设置上下两组，y向稳定杆5和x向稳定杆6呈交叉垂直分布，增强结构稳定性。
[0019]该风力机装置无系泊系统，可布置在任意水深的海域中，减少了风力机固定式基础或系泊系统成本，可布置在深远海域中。
[0020]优选的，所述漂浮式平台1上设有储能装置8。储能装置8中的工质可以根据技术条件和实际工程需求选择氢气、甲烷或其他低碳燃料。储能装置的容量需根据实际情况确定。
[0021]风力机所发电量直接转换为低碳燃料储存在储能装置8中，不需要电力传输系统，减少了风力机投资成本。
[0022]优选的，所述塔筒2上设有机舱9，机舱9上设有测风装置10，机舱9内设置主动偏航控制系统11。
[0023]测风装置10用于测量来流速度和方向，能够时刻监控风力机是否正对自由来流。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，包括漂浮式平台（1），漂浮式平台（1）上设有塔筒（2）和风力机叶片（3），其特征在于，所述漂浮式平台（1）底部设置若干漂浮式支腿（4），漂浮式支腿（4）上设有风力机稳定装置，风力稳定装置包括与漂浮式支腿（4）连接的y向稳定杆（5）和x向稳定杆（6）。2.根据权利要求1所述的一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，其特征在于，所述y向稳定杆（5）和x向稳定杆（6）均设置为上下两组，两组y向稳定杆（5）之间或两组x向稳定杆（6）之间通过竖直连接杆（7）连接。3.根据权利要求1所述的一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，其特征在于，所述漂浮式平台（1）上设有储能装置（8）。4.根据权利要求1所述的一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，其特征在于，所述塔筒（2）上设有机舱（9），机舱（9）上设有测风装置（10），机舱（9）内设置主动偏航控制系统（11）,主动偏航控制系统（11）与测风装置（10）电性连接，主动偏航控制系统（11）对风力机叶片（3）进行控制。5.根据权利要求1所述的一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，其特征在于，所述漂浮式支腿（4）通过支撑架（12）与螺旋桨动力系统连接，螺旋桨动力系统包括螺旋桨外壳（13）和设置在螺旋桨外壳（13）内的螺旋桨（14），螺旋桨（14）通过风力机定位及螺旋桨控制系统（15）进行控制。6.根据权利要求4所述的一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置，其特征在于，所述机舱（9）尾部设有两组偏航尾翼（16），偏航尾翼（16）为前窄后宽的扇形结构。7.一种无系泊系统的漂浮式海上风力机装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：张子良，刘延超，马璐，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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