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浮動式風電機組與海上浮動式風電站
2012-04-23 來源:中國風能設備網

乒乓球胶皮正胶哪种好 www.clxetc.com.cn 概要:海上浮動式風電機組由大型立軸風電機組與浮動基礎一體化緊密配合構成;風機出力傳遞到在浮動基礎內設置的多發電機調控系統形成價值化調控;多個浮動式風電機組組合設計形成海上浮動式風力發電站,項目技術填補了海上風能開發整機關鍵技術的空白,填補了近海、遠海海上風能開發裝備市場需求空白,全球市場空前巨大,建設方式靈活方便,出口規模前所未有。

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                        浮動式風電機組與海上浮動式風電站
                       (文章主體內容來自發明專利申請文件)
海上風力強勁穩定,尤其是在遠離海岸的區域風能就更加強大;遠海海域可建設海上風電的區域廣泛,擁有極其巨大的風電開發空間潛力。此外多數國家沿海區域又均是經濟發達地區,對于電力需求常年旺盛。
然而,沿用現有整機形態的風電機組去發展近海海上風電并非易事,用其開發遠海深海區域的風能更是無法實現,而采用浮動式海上風力發電機組將是最理想、最方便、最廉價的選擇,是海上風電產業技術的發展方向。但是發展浮動式風力發電如果仍然沿用現有整機形態與出力方式的風機也將難于形成優質化的效果,甚至無法正常使用。
發展海上風電實現風機單機大型化設計是必然選擇,但現有垂直軸風機均難于實現大型化設計,而采用現有水平軸風機在其大型化設計后將與浮動基礎條件之間形成嚴重的力學原理的對立背離,即:風機功率越大,浮動設計越難。因為風機功率越是加大將導致葉片大幅度延長,還將迫使塔架加高導致風機頂部水平方向乘風推力加大,從而形成了杠桿式撬動基礎力量的加劇放大,將使塔架強度的要求加大,將使浮動基礎容易破壞,更易引發整體性質的傾斜倒塌。
此外,當前風機的發電機設備全部是在頂部設置,形成了頭重腳輕的整體重量分布格局,在浮動基礎條件下風機頂部重中稍微偏離垂直中心就將形成杠桿式超級放大的傾斜倒塌力量,導致其難于在單一浮動基礎上形成穩定的設置。
采用多機相互連接組合形成大面積的剛性浮動基礎是解決上述問題的唯一出路,但是當前的大型風機風輪葉片偏航旋轉占用空間很大,其將導致兩個風機之間必須具備很遠的設計距離,在上述杠桿式巨大撬動基礎力矩下及形成的傾斜倒塌力量作用下將導致兩個浮動體之間的連接結構與連接材料在巨大風浪下難于實現穩固安全設計與安全應用。
如果將兩個機組之間的連接結構采用超級加強設計,又將導致在風機出力形成能力不大的情況下浮動式風電機組整體重量巨大、整體成本巨大,這將與浮動設計的初衷形成嚴重的背離,甚至難于實現浮動設計。
此外,現有風機葉片沒有回避臺風、颶風的調控結構與調控能力也將導致在海上應用過程中形成許多現實的困難問題與巨大危險。由此可見,優質化發展浮動式海上風電并非僅僅是浮動基礎的問題,更要有適合于海上浮動式風電機組的風機機型創新作為前提基礎。
浮動式風電機組與海上浮動式風力發電站發明專利創新技術可全部優質化滿足各種規?;I細《椒緄綬⒄剮棖?,包括特大規?;I細《椒緄綬⒄剮棖?,形成全新優質的應用效果;浮動式風電機組與海上浮動式風力發電站可填補近海、遠海海上風能開發整機關鍵技術的缺失與相關產品的市場空白。
浮動式風電機組是由大型立軸風電機組與浮動基礎一體化緊密配合構成,大型立軸風力發電機組的結構包括在機組中部設置塔架,在塔架的上部設有圍繞塔架旋轉的立式風輪,在立式風輪上通常均布設置4-6個旋轉風力板,大直徑的風輪可形成6-12個旋轉風力板。在各個旋轉風力板的外側排列設置通過推拉方式可一同實現迎風一側展開大面積乘風與逆風一側收縮實現幾乎無阻力回轉周期性交替變化的排列葉片,其還可實現在迎風一側時對于排列葉片開閉大小程度的控制變化,達成立式風輪適應風力強弱變化及其形成出力能力變化的調控和實現將迎風一側排列葉片也全部敞開的臺風狀態調控,風輪乘風方向變化是以風向標方向變化為傳感器信號的自動控制。
通過上述調控過程形成的穩定的立式風輪乘風旋轉出力由傳動齒輪組以及上下傳動軸的配合傳動傳遞到在浮動基礎內設置的發電機或多發電機調控系統上實現風力發電能力,及再實現風輪出力能力調控與多發電機調控系統發電機投入工作數量配合的雙重價值化調控。
浮動基礎通常是由大型鋼結構箱體構成,浮動基礎箱體內部設置大型立軸風電機組的發電機或者多發電機調控系統(除了頂部調控排列葉片開閉程度與調控驅動對風裝置的電機之外)的全部電器控制系統設備,在浮動基礎上設置通風管路與傳動軸套管,傳動軸套管同時兼有通風管(出氣)與支撐傳動齒輪箱的功能作用,而通風管路(進氣)同時兼有設備維護人員進出浮動基礎內發電機設備間的功能作用,在進氣的通風管路上設有遮蔽雨水過濾空氣的裝置,防止或者消除海水、鹽霧、雨水進入設備機艙;浮動基礎多數箱體體積置于水面之下。
海上浮動式風電站是由2個以上浮動式風電機組以多種不同形態組合形成的一體化整體設計,其是將浮動式風電機組的浮動基礎以不同組合形態相互連接形成的一體化組合體結構,通過多個浮動式風電機組的相互連接可形成更加穩定的龐大整體組合基礎結構,可抗拒深海巨大風浪與形成更加高大的風機形態與功率設計,滿足更大規模海上風電發展的需求;由若干個海上浮動式風電站排列共同構成小型、中型、大型浮動式海上風電場。
海上浮動式風電機組的整體結構技術優勢與出力方式形成優勢完全滿足了海上浮動式風電機組的關鍵性能要求,立式風輪采用超薄排列葉片設計將導致風輪重量較輕,從而形成上輕、下重、乘風出力能力很大卻不會導致巨大的側面水平推力的形成,巨大乘風出力不能形成頂部杠桿撬動基礎效應及形成塔架被迫加高的需求形成的倒塌危險,風機的出力調控范圍很大、擁有回避臺風的調控手段、在風機頂部設置避雷針可天然擁有避雷結構等風機整體綜合性能優勢表現。
浮動式風電機組的風輪可以通過排列葉片寬度、高度、旋轉力矩、風力板數量設計輕松拓展能力,因此通常單機功率就可輕易達到5—20兆瓦,由于機組絕大多數重量均設置在水面之下,因此導致機組在水中將形成“漂流瓶、不倒翁”的力學效果,其浮動基礎與大型立軸風電機組的優質化配合可導致相互利用、相得益彰的優勢效果形成。
而通過多機組合形成的海上浮動式風電站的各個機組之間的相互連接結構由于其沒有抗拒因風機頭重腳輕形成的巨大杠桿撬動效應與倒塌力矩的巨大扭矩吃力的問題,各個浮動式風電機組之間又無需距離很遠設置,因此導致安全穩定長久的應用,導致連接結構與連接材料成本重量的降低,甚至還可形成非完全剛性的連接結構,導致大型浮動風電站形成與波浪共同起伏的波浪式整體柔性浮動狀態,因此可抗拒滔天巨浪對于巨大完全剛性的漂浮平臺形成的淹沒式的沖擊。

北京凈技佳環保技術研究所
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