[发明专利]支撑海上风机和海洋能发电机的预应力混凝土浮式平台

说明书

交叉引用

本申请主张申请号为CN 2011102849315、申请日为2011年9月22日、题目为“海上风电和海浪发电的悬浮预应力混凝土支撑结构和基础”的中国专利申请的优先权。本文将享有上述申请的全部权益，且上述申请以引用的方式整体并入到本文中。

技术领域

本发明涉及支撑海上风电和波浪能及太阳能发电机的混凝土半潜式的浮式平台，尤其涉及一种采用预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土或上述组合制成的浮式平台、以及它们的建造和施工方法。

背景技术

目前用在浅水区的海上风机支撑结构和基础主要为桩基础或重力式基础。30米至50米中度深水区使用桁架型导管架(Jacket)基础。深水区(60米深或更深)使用底部固定型基础太过昂贵，因此需要找到一种新型的基础。基于半潜式概念，现有技术包括欧洲的蓝H集团(Blue H Group)的张力腿浮式平台(Tensioned Legs Platform)以及世界第一风电机组制造商丹麦的维斯塔斯(Vestas)和美国原理电力公司(PRINCIPLE POWER INC)在欧洲2011年11月建成的海上风电钢浮式平台WindFloat(三角形钢浮筒)。目前所有这些海上风电浮式平台都由钢材制成。每个钢浮式平台支撑约2兆瓦的海上风机。应用5兆瓦或更大兆瓦海上风机，其所受到的风力载荷比2兆瓦的海上风机也将相应地增加数倍。水面以上100米处的风力载荷在5兆瓦风机三个风机叶片的表面上产生的风机塔底部倾覆弯矩是相当巨大的。风机的大尺寸还意味着机舱的质量要更重，当与质量较轻的钢浮式平台结合时，将导致结构重心太高，从而无法达到足够的结构稳定。而采用预应力混凝土浮式平台可降低整个系统的重心，从而提高了稳定性。

发明内容

本发明提供了一种由预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维加强型混凝土制成的浮式平台。浮式平台包括至少三个半潜式的悬浮空心圆柱体(以下称为浮筒)，各浮筒通过多个框架结构相互连接，通过横向框架结构连接各浮筒以形成平面为三角形或四边形或多边形结构。每个浮式平台安装一个水平轴风机和/或至少一个垂直轴风机及可选择安装太阳能和/或波浪能发电机。每个浮式平台包括至少三个浮筒，以形成平面为三角形或四边形或多边形的平台结构以作为基本单元，基于该基本单元还可选择构建更加复杂的相互联结的至少三个浮式平台海上风电场，以增加多平台体系抗风浪的稳定性。在对称设计中，风机塔设置在浮式平台的平面重心处；非对称设计，风机塔设置在浮式平台平面的非重心处。

本发明的三浮筒三角形浮式平台，水平轴风机设置在浮式平台的平面重心处，并通过连结梁或框架杆件支撑风机塔和风机。

本发明的另一种由四个浮筒组合形成平面为正方形的浮式平台，沿该正方形各边长连接各浮筒的框架杆件，框架结构由空心或实心或两者组合的梁和杆件组成。并通过设置在正方形对角线的预应力拉索使得正方形浮式平台更稳定。用于支撑水平轴风机的浮筒尺寸更大。其余3个浮筒支撑3台垂直轴风机。

本发明的第3种五浮筒正方形浮式平台，由四个卫星浮筒设置在平面正方形的四个角点处，第五个浮筒设置在平面正方形的重心处。框架结构沿正方形对角线连接中心浮筒与四个卫星浮筒。通过预应力拉索沿正方形的四边连接四个卫星浮筒使得五浮筒正方形浮式平台更稳定。

为了减少维修人员在浮筒之间活动带来的危害，各浮筒的顶梁可用平面较大的空心杆件，以利于维修人员在浮筒之间行走。为了增加平台的浮力，各浮筒的底梁也可应用空心杆件。

为了减少钢制的风机塔的腐蚀，尤其是减少风机塔与浮筒之间的连接的腐蚀，可优选设置(例如浇注)短钢筋混凝土塔和较长的钢风机塔相结合，该短的混凝土塔在浪溅区以上具有一定的高度，例如大约10米。