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一种具有抗冰性能的极地 风 力发电装置

阅读：524发布：2020-12-14

专利汇可以提供一种具有抗冰性能的极地风力发电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型的一种具有抗冰性能的极地风力发电装置，包括：风力发电机组、电机支柱、支撑结构、平台结构、防撞正倒锥体结构、系泊系统和压载系统。风力发电机组固定在电机上，支撑柱对称作用于支柱两侧，斜撑作用于两层平台之间，平台由五个桩腿支撑，桩腿为防冰撞的正倒锥体结构，且中部桩腿中设有系泊系统和压载系统。当结冰时，通过桩腿打入固定平台；当冰解冻时，通过系泊锚链稳定平台。本实用新型通过正倒锥体桩腿结构与系泊压载系统相结合，提高了发电装置平台的防冰撞能力，为极地风力发电平台提供了一个灵活、稳定的基础。，下面是一种具有抗冰性能的极地风力发电装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有抗冰性能的极地风力发电装置，包括风力发电机组(1)，所述的风力发电机组(1)通过风机支柱(2)固定在风力发电平台(3)上，所述的风力发电平台(3)下部设置有若干个桩腿(4)，所述的桩腿(4)上部位于水平面之上，下部位于水平面之下，其特征是：每一个桩腿(4)均在其与水平面交接的部分设置连续的斜面(43)或弧面，使海冰与桩腿(4)接触时，挤压在斜面(43)或弧面上。
2.根据权利要求1所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的桩腿(4)与水平面交接的部分设置成一对相接的正向锥体结构和倒向锥体结构。
3.根据权利要求2所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的桩腿(4)的数量为五个，其中，四个为对称布置在风力发电平台(3)下部的四角的边腿(41)，一个为设置在风力发电平台(3)下部中心位置的中腿(42)。
4.根据权利要求3所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的风力发电平台(3)为上下双层平台，所述的边腿(41)穿过下层平台(32)同时与上层平台(31)和下层平台(32)固定连接，所述的上层平台(31)与下层平台(32)之间通过斜撑结构(33)固定连接。
5.根据权利要求4所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的中腿(42)中设有系泊系统(5)和压载系统(6)，所述的系泊系统(5)由系泊链(51)和安装在系泊链(51)下端的锚(52)组成，所述的系泊链(51)上端固定在中腿(42)中。
6.根据权利要求5所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的压载系统(6)由水舱构成。
7.根据权利要求6所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的风机支柱(2)与风力发电平台(3)之间设有倾斜的支撑柱(7)，所述的支撑柱(7)上端与风机支柱(2)固定连接，下端固定在上层平台(31)的上表面。
8.根据权利要求7所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的支撑柱(7)与上层平台(31)的夹角设为30°45°。
~
9.根据权利要求1至8任一所述的具有抗冰性能的极地风力发电装置，其特征是：所述的风力发电机组(1)为双馈型风力发电机组。

说明书全文

一种具有抗冰性能的极地 风 力发电装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于极地风能利用的技术领域，具体涉及一种具有抗冰性能的极地风力发电装置。

背景技术

[0002] 随着世界经济的飞速发展，常规能源已经远远不能满足人类生产生活的需求，同时由于其不可再生性，以及使用化石燃料给环境带来的严重污染，已经给人类生存发展带来了严峻挑战。当前，世界各国的相关机构都在积极开发利用可再生的绿色能源。风能作为可再生的清洁能源，在极地地区有丰富的风能资源，尤其在北极地区，使极地风力发电技术成为近年来探讨研究的热点，以及成为未来开发应用的趋势。

[0003] 如环北极地区六国处于沿海或位于北冰洋，常年风速较高，年理论发电量、年技术可开发量分别占全球风能资源的18.5%、17.2%，风能资源丰富，具备成为全球能源互联网风电基地的资源条件。白令海、楚科奇海、巴伦支海、格陵兰岛、喀拉海相对适于风电开发。北极地区风电技术可开发容量为110.6×108kW，其中陆地73.1×108kW，海域37.5×108kW；如去除格陵兰岛冰盖厚度超过10m的面积，可开发装机容量为88.9×108kW，其中陆地51.4×108kW，海域同上。据估计随着相关技术进步，未来风能资源开发能力可进一步提升至1000×108kW。

[0004] 但是由于近年来全球气候变暖，北极冰川融解加剧，随着大量冰川融化破碎，增加了浮动冰山和小型冰体的数量，也增加了同海上结构物的碰撞概率。海冰在风和流的驱动下，对下风或顺流方向上与其接触的平台产生水平推压力。随风、流漂移的流冰，与平台碰撞时产生撞击力，流冰从该风力发电平台侧面流过时，对平台产生切割、磨损作用。当海冰作用于平台时，随着海冰破碎时冰作用力的消除，可能引起平台的振动，当这种振动的频率与平台的自振频率接近时，引起的共振也能导致平台倾倒。

[0005] 冰排的破坏形式主要是挤压破坏、压屈破坏、纵向剪切破坏和弯曲破坏。根据对海冰物理力学性质的研究中发现，冰排的弯曲强度明显低于压缩强度。如果在水面变化范围内采用带有倾斜面的桩柱，那么冰排的破坏形式将由挤压为主的破坏转变为弯曲为主的破坏，这样就可以通过冰排破坏形式的改变大大减小作用于结构物上的冰力。当冰排与斜面结构物作用时，作用在斜面上的冰压力可以分解为垂直于斜面的法向力和沿斜面的斜向分力。斜向分力使冰块沿斜面上升。法向力分解出的垂直力使冰层产生弯曲或剪切，分解出的水平力则明显的比直壁圆柱的挤压力小的多。由此可见，斜体结构是一种有效的抗冰型式。实用新型内容

[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具有抗冰性能，为极地风力发电平台提供了一个灵活、稳定的基础的极地风力发电装置平台。

[0007] 为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

[0008] 一种具有抗冰性能的极地风力发电装置，包括风力发电机组，风力发电机组通过风机支柱固定在风力发电平台上，风力发电平台下部设置有若干个桩腿，桩腿上部位于水平面之上，下部位于水平面之下，其中：每一个桩腿均在其与水平面交接的部分设置连续的斜面或弧面，使海冰与桩腿接触时，挤压在斜面或弧面上。

[0009] 为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

[0010] 上述的桩腿与水平面交接的部分设置成一对相接的正向锥体结构和倒向锥体结构。

[0011] 上述的桩腿的数量为五个，其中，四个为对称布置在风力发电平台下部的四角的边腿，一个为设置在风力发电平台下部中心位置的中腿。

[0012] 上述的风力发电平台为上下双层平台，边腿穿过下层平台同时与上层平台和下层平台固定连接，上层平台与下层平台之间通过斜撑结构固定连接。

[0013] 上述的中腿中设有系泊系统和压载系统，系泊系统由系泊链和安装在系泊链下端的锚组成，系泊链上端固定在中腿中。

[0014] 上述的压载系统由水舱构成。

[0015] 上述的风机支柱与风力发电平台之间设有倾斜的支撑柱，支撑柱上端与风机支柱固定连接，下端固定在上层平台的上表面。

[0016] 上述的支撑柱与上层平台的夹角设为30°45°。~

[0017] 上述的风力发电机组为双馈型风力发电机组。

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] 1）将风力发电装置平台桩腿中底部设置为防冰撞的斜面或弧面，优选正倒锥体结构，因为在水面变化范围内采用带有斜面的桩柱，那么冰排的破坏形式将由挤压为主的破坏转变为弯曲为主的破坏，这样就能大大减小作用于平台上的冰力；通过采用正倒锥体结构，当海水水位在平均水位以下时，海冰作用于倒锥体，冰排发生表面弯曲破坏；当海水水位在平均水位以上时，海冰作用于正锥体，冰排发生根部弯曲破坏；每个桩腿的中底部通过设置2个及以上的正倒锥体结构，在对极地地区的水文资料不能准确了解的情况下，充分的利用锥体结构，从而减小冰力的优势；

[0020] 2）在极地地区通过采用双馈型风力发电机组，可捕获最大风能，在风速变化的情况下实时调节风力机转速，使之始终运行在与该风速对应的最佳转速上，从而提高了机组发电效率，优化了风力机的运行性能；

[0021] 3）通过设置斜撑、桩腿等支撑结构，有效的保证在风力作用下风机支柱以及平台结构的稳定；

[0022] 4）通过正倒锥体桩腿结构与系泊压载系统相结合，无论是极地在结冰或是解冻时，都能为风力发电平台提供一个灵活、稳定的基础。附图说明

[0023] 图1是在极地风力发电装置平台的整体视图；

[0024] 图2是在结冰时风力发电平台工作的主视图；

[0025] 图3是在解冻时风力发电平台工作的主视图；

[0026] 图4是风力发电平台的俯视图。

[0027] 其中的附图标记为：风力发电机组1、风机支柱2、风力发电平台3、上层平台31、下层平台32、斜撑结构33、桩腿4、边腿41、中腿42、斜面43、系泊系统5、系泊链51、锚52、压载系统6、支撑柱7。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

[0029] 如图1所示，本实施例包括：风力发电机组1、风机支柱2、上层平台31、下层平台32、斜撑结构33、桩腿4、系泊系统5、压载系统6、支撑柱7。其中：风力发电机组1固定在风机支柱2上，支撑柱7对称作用于风机支柱2两侧，斜撑结构33作用于上层平台31、下层平台32之间，上层平台31、下层平台32由五个桩腿4支撑，桩腿4为防撞的正倒锥体结构，且中部桩腿中设有系泊系统5和压载系统6，系泊系统由系泊链51、锚52组成。

[0030] 风力发电机组1为双馈型风力发电机组，功率等级建议采用单机容量2.3MW、5MW的机型。在风速变化的情况下实时调节风力机转速，使之始终运行在与该风速对应的最佳转速上，从而提高了机组发电效率，优化了风力机的运行性能。

[0031] 本实用新型的四个支撑柱7对称作用于风机支柱2两侧，支撑柱7与上层平台31间的夹角设为30°～45°，同时上层平台31、下层平台32之间也由斜撑结构33支撑。有效的保持了在风力作用下，单柱式支柱与平台结构的稳定。

[0032] 风力发电装置平台由五个桩腿支撑，其中四个桩腿对称布置在上层平台31、下层平台32四个角上，一个桩腿布置在平台中部。桩腿4的中底部设置2个及以上的防冰撞的正倒锥体结构。充分的利用锥体结构，将冰排的破坏形式由挤压为主的破坏转变为弯曲为主的破坏，减小作用于平台上的冰力。通过正倒锥体桩腿结构与系泊系统5、压载系统6相结合，无论是极地在结冰或是解冻时，都能为风力发电平台提供一个灵活、稳定的基础。

[0033] 本实施例的工作过程如下：在极地结冰期，风力发电装置平台通过桩腿打入冰层，从而使平台得以固定并工作。在冰河解冻时，压载和系泊系统开始作用，使整个平台具有良好水动力性能，同时平台与冰排相撞时，正倒锥体结构能起到有效保护平台结构强度的作用，使风力发电平台处与一个灵活、稳定的状态。

[0034] 本实施例中由于极地地区风电场冬季可能出现-65 -70℃的极端低温，现有风电~设备以及相关材料若不进行相关适应性设计、采取专门措施提高其耐寒性能，均不能在极地地区正常使用。

[0035] 以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

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