一種新型海上漂浮式可移動風力發電設備的製作方法

2023-06-15 17:32:41 2

本實用新型涉及海上風力發電技術領域，具體涉及一種新型海上漂浮式可移動風力發電設備。

背景技術：
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目前，由於受氣候環境變化和能源低碳轉型等因素的影響，海上風電產業在全球的普及程度正在不斷提高，目前全球已經有50多個國家和地區開始發展海上風電。風力發電在我國電力總裝機中的比重已超過7％，成為僅次於火電、水電的第三大電力來源。在內陸風電遭遇「棄風限電」嚴峻形勢的背景下，靠近經濟發達區域、具有消納優勢的海上風電項目，成為整個行業的一道亮光。與陸上風電相比，海上風電有著天然的優勢，主要包括：海上的高風速及滿發小時數；不佔用土地資源，不受地形地貌影響，單機容量大，有效規避陸上發展空間的限制；離負荷中心更近，減少電力傳輸損失等，海上風電正成為風電發展的重要方向。但是，海上風電發展受到自然環境、技術、質量、政策等因素制約，如何在「十三五」期間推動海上風電實現又好又快的發展，將是整個風電行業面臨的重大考驗。

現有海上風力發電設備通常以固定樁基和半懸浮式基礎，採用水平式風力發電裝置進行風力發電，雖然在一定程度上解決了海上風力發電問題，但依然存在一些不足：例如缺少先進的防雷技術，難於抵抗颱風、雷電等自然災害，而且在深海施工難度大，維護難；傳統的海上風力發電機通常只能安裝在深度不超過50米的沿岸淺海，對海底的地質、地貌也有諸多要求，這很大程度上限制了海上風電場建置區域的選擇；此外，傳統海上風電需要由特殊的大型工程船逐個安裝，成本高、工期長，難以大規模推廣；海上的安裝基礎比陸地上的安裝基礎更複雜，費用也更高，海上安裝困難更大；要用到吊裝專用船舶，海上空氣溼度大，含鹽高，腐蝕強，風機裡的設備需要做特殊的防腐處理來抵禦海上空氣裡強烈的腐蝕。

因此，海上風電急需一種生產製造及維護成本低、耐腐蝕、防颱風、防雷電、抗擺動、抗共振、漂浮式、可移動風力發電成套裝備。

技術實現要素：
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本實用新型的目的就是為了彌補現有技術的不足，提供了一種新型海上漂浮式可移動風力發電設備，它具有成本低、耐腐蝕、防颱風、防雷電、抗擺動、抗共振、漂浮式、可移動等優點，解決了現有技術中存在的問題。

本實用新型為解決上述技術問題所採用的技術方案是：

一種新型海上漂浮式可移動風力發電設備，包括浮船，浮船上設有複合材料平臺和作業系統，複合材料平臺上設有高強複合材料骨架，高強複合材料骨架上設有高強複合梯形架構，高強複合梯形架構內設有垂直軸風力發電機，垂直軸風力發電機連接有軸流式葉輪，浮船還上設有若干地錨和浮船動力系統，垂直軸風力發電機和浮船動力系統分別通過導線與作業系統連接。

所述高強複合材料骨架上設有綜合有源無源等離子防雷系統，所述綜合有源無源等離子防雷系統包括雷電預警器、等離子發生器和陣列針管，雷電預警器通過導線與作業系統連接，作業系統通過導線與等離子發生器連接，等離子發生器與陣列針管連接。

所述綜合有源無源等離子防雷系統的頂部設有警示系統。

所述高強度複合材料骨架上還設有輸變電系統，輸變電系統與電纜連接器連接，電纜連接器與海底光電複合纜連接，輸變電系統通過導線與作業系統連接。

所述高強度複合材料骨架上還設有太陽能輔助發電系統和儲能系統，太陽能輔助發電系統與儲能系統連接，太陽能輔助發電系統和儲能系統通過導線分別與作業系統連接。

所述複合材料平臺、高強複合梯形架構、綜合有源無源等離子防雷系統、輸變電設備、儲能系統和太陽能發電輔助系統與高強度複合材料骨架固定在一起，形成為一個整體。

所述浮船上設有警示系統。

所述浮船上還設有雷達定位系統和導航系統，雷達定位系統和導航系統分別通過導線與作業系統連接。

所述浮船上還設有遠程監控系統和生活設施系統，遠程監控系統和生活設施系統分別通過導線分別與作業系統連接。

所述複合材料平臺上設有拖曳設施，所述拖曳設施包括拖鉤、拖柱、系纜絞車和吊裝系統。

所述垂直軸風力發電機直接與電纜連接器連接或與輸變電系統連接。

所述複合材料平臺包括若干箱體，箱體之間通過螺栓鉚接，箱體之間還設有密封橡膠件。

所述箱體由高強玻璃纖維和高強樹脂澆築構成，箱體內部設計為中空結構。

所述螺栓為高強耐腐不鏽鋼螺栓。

所述密封橡膠件為耐腐、耐候密封橡膠件。

所述軸流式葉輪包括第一軸流式葉輪和第二軸流式葉輪，所述第一軸流式葉輪和第二軸流式葉輪的葉片傾斜方向相反。

所述軸流式葉輪頂部設有警示系統，警示系統通過導線與作業系統連接。

所述作業系統內設有PLC控制器。

本實用新型採用上述方案，針對現有海上風力發電存在的技術問題，設計了一種漂浮式海上風力發電設備，通過設計浮船，並在浮船上設計複合材料平臺、高強複合材料骨架、垂直軸風力發電機和軸流式葉輪，實現浮動式海上風力發電，替代傳統的樁基方式，安裝移動更加方便快捷，採用垂直軸風力發電機和軸流式葉輪替代傳統水平式風力發電裝置，不僅結構簡單、牢固、發電效率高，而且減去了笨重的風電塔筒支撐，降低了整個發電機組的高度和重量，提高了機組抗擺動、抗共振的能力，有效的抵禦了颱風災害，提高安全性；通過將海上複合材料平臺設計為由高強玻璃纖維、高強樹脂澆築成的箱體拼裝而成，從而保證了海上複合平臺的力學性能和耐腐蝕性能；通過設計綜合有源無源等離子防雷系統，有效提高防雷效果；通過設計輸變電設備系統，簡化了陸上照明系統，節約了大量附件及輔助設施，發電後經海底光電複合纜向陸地輸送電力併網，既節約了土地資源，又減少了投資成本，還解決了沿海城市用電緊張的問題，從而大大增加了投資收益；通過設計海底光電複合纜，傳輸能力強，便於監控；通過設計太陽能輔助發電系統，便於設備維護時供電；通過設計定位雷達和導航儀，便於定位和移動。

附圖說明：

圖1是本實用新型發電設備主視圖；

圖2是本實用新型發電設備俯視圖；

圖3是本實用新型複合材料平臺結構示意圖；

圖4是本實用新型軸流式葉輪結構示意圖；

圖5是圖4中A-A向剖視圖；

圖6是圖4中B-B向剖視圖；

其中，1、浮船，2、複合材料平臺，201、箱體，202、螺栓，203、密封橡膠件，3、作業系統，4、高強複合材料骨架，5、高強複合梯形架構，6、垂直軸風力發電機，7、軸流式葉輪，701、第一軸流式葉輪，702、第二軸流式葉輪，703、葉片，8、警示系統，9、地錨，10、浮船動力系統，11、綜合有源無源等離子防雷系統，12、拖曳設施，13、輸變電系統，14、電纜連接器，15、海底光電複合纜，16、太陽能輔助發電系統，17、儲能系統，18、雷達定位系統，19、導航系統，20、遠程監控系統，21、生活設施系統。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明：

如圖1-6所示，一種新型海上漂浮式可移動風力發電設備，包括浮船1，浮船1上設有複合材料平臺2和作業系統3，複合材料平臺2上設有高強複合材料骨架4，高強複合材料骨架4上設有高強複合梯形架構5，高強複合梯形架構5內設有垂直軸風力發電機6，垂直軸風力發電機6連接有軸流式葉輪7，浮船1上還設有若干地錨9和浮船動力系統10，垂直軸風力發電機6和浮船動力系統10分別通過導線與作業系統3連接，通過設計浮船1，並在浮船1上設計複合材料平臺2、高強複合材料骨架4、垂直軸風力發電機6和軸流式葉輪7，實現浮動式海上風力發電，替代傳統的樁基方式，安裝移動更加方便快捷，採用垂直軸風力發電機6和軸流式葉輪7替代傳統水平式風力發電裝置，不僅結構簡單、牢固、發電效率高，而且減去了笨重的風電塔筒支撐，降低了整個發電機組的高度和重量，提高了機組抗擺動、抗共振的能力，有效的抵禦了颱風災害，提高安全性。

高強複合材料骨架4上設有綜合有源無源等離子防雷系統11，綜合有源無源等離子防雷系統11包括雷電預警器、等離子發生器和陣列針管，雷電預警器12通過導線與作業系統3連接，作業系統3通過導線與等離子發生器連接，等離子發生器與陣列針管連接，該系統通過雷電預警器12探知大氣電場達到預警限值而向空間主動散發有源發生的高濃度等離子體，即雷雲電荷在被保護目標上空尚較稀疏、雷雲電場尚未激化的有利時機，對雷電下部的電荷進行稀釋和電場均勻化，從而消除雷電的產生，達到更好的防雷效果。

高強度複合材料骨架4上還設有輸變電系統13，輸變電系統13與電纜連接器14連接，電纜連接器14與海底光電複合纜15連接，輸變電系統13通過導線與作業系統3連接，簡化了陸上照明系統，節約了大量附件及輔助設施，發電後經海底光電複合纜15向陸地輸送電力併網，既節約了土地資源，又減少了投資成本，還解決了沿海城市用電緊張的問題，從而大大增加了投資收益。

高強度複合材料骨架4上還設有太陽能輔助發電系統16和儲能系統17，太陽能輔助發電系統16與儲能系統17連接，太陽能輔助發電系統16和儲能系統17通過導線分別與作業系統3連接，為啟動風力發電機提供能量，為設備維護時提供電能。

複合材料平臺2、高強複合梯形架構5、綜合有源無源等離子防雷系統11、輸變電設備13、儲能系統17和太陽能發電輔助系統16與高強度複合材料骨架4固定在一起，形成為一個整體。

浮船1上還設有警示系統8，避免與其他設備發生碰撞。

浮船1上還設有雷達定位系統18和導航系統19，雷達定位系統18和導航系統19分別通過導線與作業系統3連接，方便浮船1定位和移動。

浮船1上還設有遠程監控系統20和生活設施系統21，遠程監控系統20和生活設施系統21分別通過導線分別與作業系統3連接，可以遠程操作，控制設備。

複合材料平臺2上設有拖曳設施12，拖曳設施12包括拖鉤、拖柱、系纜絞車和吊裝系統，可以用來安裝浮船1上的各種設備，需要時也可利用海洋拖船對海上浮船1拖曳運輸作業。

垂直軸風力發電機6與輸變電系統連接或直接與電纜連接器連接。

複合材料平臺2包括由若干箱體201通過螺栓202鉚接而成，箱體201之間還設有密封橡膠件203。

箱體201由高強玻璃纖維和高強樹脂澆築構成，箱體201內部設計為中空結構，增強箱體的結構強度和耐腐蝕性能，同時減輕箱體的重量。

螺栓202為高強耐腐不鏽鋼螺栓，提供使用壽命。

密封橡膠件203為耐腐、耐候密封橡膠件203，密封效果更加可靠。

軸流式葉輪7包括第一軸流式葉輪701和第二軸流式葉輪702，第一軸流式葉輪701和第二軸流式葉輪702的葉片703傾斜方向相反，使整體受力更加合理，增長使用壽命。

軸流式葉輪7頂部設有警示系統8，警示系統8通過導線與作業系統3連接連接。

作業系統3內設有PLC控制器。

一種新型海上漂浮式可移動風力發電設備的製作過程：

首先在浮船1上安裝拖曳設施12和作業系統3，通過拖曳設施安裝浮船動力系統10和地錨9，然後在用若干個由高強玻璃纖維、高強樹脂澆築成的箱體201拼裝成複合材料平臺2，箱體201之間採用螺栓202鉚接，並在箱體201之間安裝密封橡膠件203；在複合材料平臺201上固定安裝高強碳纖維骨架從而構成高強複合材料骨架4；在複合材料骨架4上固定安裝高強複合梯形架構5，利用拖曳設施12在高強複合梯形架構5的內部安裝垂直軸風力發電機6，在高強複合梯形架構5上方安裝軸流式葉輪7，同時軸流式葉輪7與垂直軸風力發電機6連接，在軸流式葉輪7頂部安裝警示系統8；再在複合材料骨架4上分別安裝綜合有源無源等離子防雷系統11、太陽能輔助發電系統16、儲能系統17和輸變電系統13；再在浮船1上安裝作業系統3、雷達定位系統18、導航系統19、遠程監控系統20、生活設施系統21和拖曳設施12，垂直軸風力發電機6與輸變電系統13連接，輸變電系統13與電纜連接器14連接，電纜連接器14與海底光電複合纜15連接，然後將垂直軸風力發電機6、警示系統8、綜合有源無源等離子防雷系統11、太陽能輔助發電系統16、輸變電系統13、雷達定位系統18、導航系統19、遠程監控系統20、生活設施系統21和拖曳設施12分別通過導線與作業系統3連接。

本實用新型的工作過程：

首先，通過浮船動力系統10、雷達定位系統18和導航系統19，將浮船1準確運行至指定安裝位置，然後拋出地錨9，使地錨與海底接觸將浮船1固定；並將輸變電系統13與電纜連接器14連接，電纜連接器14與海底光電複合纜15，通過浮船1上的作業系統3開啟各項設備，垂直軸風力發電機6開始工作，在海上風力的作用下，軸流式葉輪7轉動，提供機械能，垂直軸風力發電機6再將機械能轉換為電能，並將電能傳輸給輸變電系統13，輸變電系統13處理後再將電能傳輸給電纜連接器14，電纜連接器14通過海底光電複合纜15傳輸給用戶，當有雷雨天氣時，浮船1上的綜合有源無源等離子防雷系統11開始工作，消除雷電對浮船1設備的不利影響；太陽能輔助發電系統16利用太陽能轉化為電能並儲存在儲存器17內，便於後期設備維護時供電；當需要移動浮船1設備時，收起地錨9，開啟浮船動力系統10，從而將浮船1設備移動。

上述具體實施方式不能作為對本實用新型保護範圍的限制，對於本技術領域的技術人員來說，對本實用新型實施方式所做出的任何替代改進或變換均落在本實用新型的保護範圍內。

本實用新型未詳述之處，均為本技術領域技術人員的公知技術。