建设海上风力发电场的方法

摘要

本发明公开了一种建设海上风力发电场的方法，包括以下步骤：1)将围堰桩(11)按照预定规律固定于预定海域的海床；2)将止水带(12)固定于相邻两个所述围堰桩(11)之间，形成风机岛围堰；3)向所述风机岛围堰内填充物质，形成风机岛(1)；4)在所述风机岛(1)上按照在陆地安装风力发电机组的方法安装风力发电机组。本发明所提供的建设海上风力发电场的方法不仅能够降低风力发电场建设时对于天气情况的依赖程度，降低海上风力发电场的建设成本和维护成本；而且建设的海上风力发电场的可靠性高，避免了建设完成后的风力发电机组被船只撞击，延长了其使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电场的建设领域，特别是涉及一种建设海上风力发电场的方法。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，电能对经济建设和人们生活的影响越来越大，而风力发电作为多种发电方式中的一种也越来越受到人们的重视。

风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能的一种发电方式。由于海上的风力资源非常丰富，因此，越来越多的风力发电场建设在海上。在海上进行风力发电场的建设，风机(即风力发电机组)的安装是重要的步骤，通常需要借助于大型工程船来完成。其中，风机的安装是指将风机安装于预先在海中设置好的风机安装座上。

然而，采用大型工程船来实现风机的安装，一方面，由于目前的大型工程船并非专门用于风机的安装，在施工过程中难免会造成一些资源的浪费，而且安装成本很高；另一方面，由于大型工程船的尺寸重量等都较大，因此船的吃水深度较高，在浅海作业时，只能在满潮的情况下才能行进，同时，大型工程船的工作受天气的影响也较大，在大风天气或者强风季节，工程船将不能进行海上风力发电场的建设，而在海上风力发电场的建设过程中，难免会遇到天气不理想或者不能开工的情况，从而导致风场施工建设周期的延长，并进一步导致建设成本的增加。

因此，如何降低海上风力发电场建设的成本，并降低海上天气对海上风力发电场建设的影响是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于建设海上风力发电场的建设海上风力发电场的方法，该建设海上风力发电场的方法能够降低风力发电场建设时对于天气情况的依赖程度，降低海上风力发电场的建设成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种建设海上风力发电场的方法，包括以下步骤：

1)将围堰桩按照预定规律固定于预定海域的海床；

2)将止水带固定于相邻两个所述围堰桩之间，形成风机岛围堰；

3)向所述风机岛围堰内填充物质，形成风机岛；

4)在所述风机岛上按照在陆地安装风力发电机组的方法安装风力发电机组。

优选地，所述风机岛围堰与所述预定海域的海岸相对的一侧具有外凸的弧形结构。

优选地，在步骤1)中，所述围堰桩(11)为混凝土柱，所述混凝土柱具有中空结构，且所述混凝土柱的下端部，关于所述混凝土柱的中轴面相对应的两侧分别固定有卡块。

优选地，在步骤2)中，所述止水带(12)为橡胶止水带，所述橡胶止水带的横截面具有“工”字形结构，且所述橡胶止水带包括“工”字形钢和包覆于所述“工”字形型钢外侧的橡胶。

优选地，所述步骤4)具体包括以下步骤：

41)进行风机基础桩(9)的打桩作业；

42)建造风力发电机组的基础；

43)吊装风力发电机组。

优选地，所述步骤42)具体包括以下步骤：

421)挖基础基坑(14)，制造基础钢筋笼(31)；

422)将所述基础钢筋笼(31)放置于基础基坑(14)内，并在所述基础钢筋笼(31)的周围设置模板(32)；

423)向所述模板(32)内浇筑混凝土。

优选地，在步骤423)中，所述混凝土通过混凝土输送管(42)输送至所述风机岛(1)，并通过混凝土泵车(41)浇筑于所述模板(32)内。

优选地，所述混凝土输送管(42)由钢管支架(45)支撑于所述预定海域的上方。

优选地，在所述步骤4)之后，还包括以下步骤：

5)在风机岛(1)上架设太阳能电池板(51)。

优选地，还包括以下步骤：

10)在所述预定海域的大体中心位置建设升压站(2)。

本发明所提供的用于海上风力发电场建设的建设海上风力发电场的方法，首先在预定的海域内建设风机岛：将围堰桩按照预定规律固定于预定海域的海床；将止水带固定于相邻两个围堰桩之间，形成风机岛围堰；向风机岛围堰内填充物质，形成风机岛；然后在风机岛安装风力发电机组，也就是在海上建设风机岛以后，按照在陆地上安装风力发电机组的方法安装风力发电机。当然，风机岛的尺寸以及各风机岛之间的距离均可以根据风力发电机组的型号确定。这样，在进行海上风力发电场的建设时，无需使用大型工程船，只需借助运输船将所需的工具和材料运输至风机岛上即可，从而在一定程度上降低了施工成本；同时，由于在风机岛上进行风力发电机组的安装，从而降低了海上天气情况对于安装作业的影响程度，缩短了海上风力发电场建设的周期，使海上风力发电场能够较快地投入使用，从而不仅进一步地降低了施工成本，而且具有较高的综合收益；再者，使用在陆地上安装风力发电机组的方法建设海上风力发电场，安装的可靠性高，还避免了建设完成后的风力发电机组被船只撞击，延长了其使用寿命；当然，由于施工船只较少，因此对施工海域的污染程度较低，从而保护了风力发电场的周边海域及其海洋生物。

在一种优选实施方式中，本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的风机岛围堰与预定海域的海岸相对的一侧具有外凸的弧形结构。由于外凸的弧形结构可以较好地抵御海浪的冲击，从而延长风机岛的使用寿命，提高了海上风力发电场的效益。

在另一种优选实施方式中，本发明所提供的建设海上风力发电场的方法还包括以下步骤：在风机岛上架设太阳能电池板。由于风机岛上有很大的空间处于空闲状态，而且海上的太阳能资源非常丰富，在风机岛上设置太阳能电池板可以利用风机岛上的空间资源和太阳能资源进行发电，并将产生的电能传输至电网，从而大大提高了风机岛的利用率，进一步提高了建设风机岛的收益。

附图说明

图1为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的第一种具体实施方式的流程示意图；

图2为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的海上风力发电场的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为图1所示的步骤S1的一种具体实施方式的操作示意图；

图4为图1所示的步骤S2的一种具体实施方式的操作示意图；

图5为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所使用的围堰桩一种具体实施方式的结构示意图；

图6为利用本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的部分围堰的结构示意图；

图7为图1所示的步骤S3一种具体实施方式的操作示意图；

图8为图1所示的步骤S3另一种具体实施方式的操作示意图；

图9为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的第二种具体实施方式的流程示意图；

图10为图9所示的步骤S41一种具体实施方式的操作示意图；

图11为图9所示的步骤S42中风力发电机基础基坑加工一种具体实施方式的操作示意图；

图12为图9所示的步骤S42中风力发电机基础加工一种具体实施方式的操作示意图；

图13为图9所示的步骤S42中风力发电机基础加工另一种具体实施方式的操作示意图；

图14为图13所示步骤所使用各装置的布置位置示意图；

图15为图13所示步骤所使用各装置的布置位置侧视示意图；

图16为图9所示的步骤S43一种具体实施方式的操作示意图；

图17为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的第三种具体实施方式的流程示意图；

图18为利用本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的风机岛的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于建设海上风力发电场的建设海上风力发电场的方法，该建设海上风力发电场的方法能够降低风力发电场建设时对于天气情况的依赖程度，降低海上风力发电场的建设成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的第一种具体实施方式的流程示意图；图2为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的海上风力发电场的一种具体实施方式的结构示意图。

如图中所示，在一种具体实施方式中，本发明所提供的用于海上风力发电场建设的建设海上风力发电场的方法，包括以下步骤：

步骤S1：将围堰桩11按照预定规律固定于预定海域的海床。

在预定海域，按照预定位置以及风机岛1的尺寸、形状要求将围堰桩11固定于预定海域的海床。

步骤S2：将止水带12固定于相邻两个围堰桩11之间，形成风机岛围堰。

风机岛围堰具体可以由上述围堰桩11、止水带12以及位于止水带12和围堰桩11之间的混凝土构成。加工过程中，可以首先将围堰桩11固定于预定海域的海床，形成风机岛围堰的骨架，然后将止水带12固定于相邻的围堰桩11之间，各围堰桩11之间的间隔应当略小于止水带12在该方向上的长度，以保证风机岛围堰的密封性，从而防止海水对风机岛围堰内的填充物的冲刷。

步骤S3：向所述风机岛围堰内填充物质，形成风机岛1。

风机岛围堰建设完成后，再向其内侧填充填充物，从而实现风机岛1的建设。

步骤S4：在所述风机岛1上安装风力发电机组。

当风机岛1建设完成以后，将在陆地上安装风力发电机组所需的各设备、装置用运输船运输至风机岛1，从而利用在陆地上安装风力发电机组的方法安装风力发电机组，实现海上风力发电场的建设。

风机岛1建设过程中，采用首先按照各种建设要求建设风机岛围堰，然后通过向风机岛围堰内填充物质，最终形成风机岛1的方法，可以有效地防止建设风机岛1所用泥沙等物质在海水的作用下不断流失，从而不仅方便了风机岛1的建设，而且节省了建设成本。

这样，在进行海上风力发电场的建设时，本发明所提供的用于海上风力发电场建设的建设海上风力发电场的方法，无需使用大型工程船，只需借助运输船将所需的工具和材料运输至风机岛1上即可，在一定程度上降低了施工成本；同时，由于在风机岛1上进行风力发电机组的安装，降低了海上天气情况对于安装作业的影响程度，缩短了海上风力发电场建设的周期，使海上风力发电场能够较快地投入使用，从而不仅进一步地降低了施工成本，而且具有较高的综合收益；再者，使用在陆地上安装风力发电机组的方法建设海上风力发电场，安装的可靠性高，还避免了建设完成后的风力发电机组被船只撞击，延长了其使用寿命；当然，由于施工船只较少，因此对施工海域的污染程度较低，保护了风力发电场的周边海域及其海洋生物。

具体地，如图2所示，可以将风机岛1建设成如图中所示的形状，其中朝向海洋内部的一侧具有向外突出的圆弧状，这样，可以最大限度地抵御海水涨潮对于风机岛1的冲击作用，延长风机岛1以及安装于风机岛1上的风力发电机组的使用寿命。

请参考图3至图8，图3为图1所示的步骤S1的一种具体实施方式的操作示意图；图4为图1所示的步骤S2的一种具体实施方式的操作示意图；图5为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所使用的围堰桩一种具体实施方式的结构示意图；图6为利用本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的部分围堰的结构示意图；图7为图1所示的步骤S3一种具体实施方式的操作示意图；图8为图1所示的步骤S3另一种具体实施方式的操作示意图。

如图3所示，具体地，在步骤S1中，可以使用起重船5上的起重设备4吊起吊锤3，将围堰桩11依次打入海床中。当然，采用其他方式将围堰桩11固定于预定海域的海床也是可以的，其具体实现方式不受本文的限制。

类似地，请参考图4，在步骤S2中，也可以使用起重船5上的起重设备4吊起吊锤3，将止水带12依次打入海床中。

请参考图5，围堰桩11可以为混凝土柱。为了节省建设成本，可以在满足强度要求的基础上，使用具有中空结构的混凝土柱；另一方面，为了提高混凝土柱在海床的固定效果，可以在其下方固定卡块，卡块可以关于混凝土柱的中轴面相对应设置。

如图6所示，为了保证止水带12与围堰桩11之间的密封效果，止水带12可以为橡胶止水带。这样，在海水的压力作用下，止水带12就可以与围堰桩11紧密地贴合，为进一步提高橡胶止水带与围堰桩11之间的贴合效果，还可以使止水带12具有工字形结构，从而其两侧可以在海水的作用下压紧围堰桩11的侧壁，当然，为了保证具有工字形结构的止水带12具有足够地刚性，还可以在其内部添加工字形钢，这样所形成的风机岛围堰的部分结构如图8所示。使用此种止水带12进行建设时，为了提高风机岛围堰抗海水冲击的能力，还可以在围堰桩11与止水带12之间填充混凝土。

请参考图7，在一种具体实施方式中，本发明所提供的建设海上风力发电场的建设海上风力发电场的方法可以通过将海底的砂土填充于风机岛围堰内实现风机岛1的填充，这样，可以充分利用海底的资源，大大了节省填充物的运输成本。具体地，可以使用抽砂泵6将海底的砂土抽至风机岛围堰的内侧，可以很方便地实现风机岛1的填充。

然而，由于海底的砂土中不可避免地含有海水，当抽砂泵6将砂土抽至风机岛围堰的内侧时，同样会把海水抽至风机岛围堰的内侧，同时，风机岛围堰的建设过程中，其内侧的海水并没有抽出，尽管砂土的填充可以使部分海水溢出，当不可避免地会有存留的部分海水，因此，为了使风力发电机组的基础能够牢固地固定于风机岛1，如图8所示，还可以使用降水泵7和降水井管8将风机岛围堰内的海水抽出。

当然，风机岛1的填充和风机岛围堰内的海水的处理方式并不限于以上所述的方法，其他可以实现功能要求的方法都是可以的。

请参考图9，图9为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的第二种具体实施方式的流程示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：进行风机基础桩的打桩作业；

步骤S42：建造风力发电机的基础；

步骤S43：吊装风力发电机组。

当风机岛1建设完成以后就可以在风机岛1上按照在陆地上安装风力发电机组的方法，进行风力发电机组的安装，从而大大减小了天气情况对于海上风力发电场建设的影响。

请参考图10，图10为图9所示的步骤S41一种具体实施方式的操作示意图。

具体地，在步骤S41中，首先使用运输船将打桩机和风力发电机组的基础管桩9运输至风机岛1，然后利用打桩机将基础管桩9打入至风机岛的内部。

请参考图11，图11为图9所示的步骤S42中风力发电机基础基坑加工一种具体实施方式的操作示意图。

当打桩完成以后，可以使用挖掘机挖掘风力发电机组的基础基坑14，为风力发电机组的基础的固定做好准备。

请参考图14至图15，图12为图9所示的步骤S42中风力发电机基础加工一种具体实施方式的操作示意图；图13为图9所示的步骤S42中风力发电机基础加工另一种具体实施方式的操作示意图；图14为图13所示步骤所使用各装置的布置位置示意图；图15为图13所示步骤所使用各装置的布置位置侧视示意图。

在进行风力发电机组的基础加工时，为方便运输，首先将制作基础钢筋笼31的钢筋运输至风机岛1，然后在风机岛1上制作钢筋笼31，再把制作完成的钢筋笼31放置于基础基坑，然后在基础基坑内基础钢筋笼31的周围设置支模板32，并利用混凝土泵车41向模板内浇筑混凝土，完成基础的加工。

为方便混凝土的输送，可以在升压站2上安装混凝土拌合装置44，将砂石、水泥等建筑材料运输至升压站2，然后通过混凝土拌合装置44进行搅拌，拌合好的混凝土通过混凝土输送泵43的泵送作用，经过海上混凝土泵送管42输送至位于风机岛1的混凝土泵车41，然后由混凝土泵车41完成浇筑工作。

为了防止混凝土输送管在海浪的作用下损坏，延长其使用寿命，可以使用钢管支架45将其支撑与预定海域的上方，钢管支架45可以利用起重船5的起重设备4吊起的重锤3大入海床。

请参考图16，图16为图9所示的步骤S43一种具体实施方式的操作示意图。

风力发电机组的基础建设完成后，可以进行风力发电机组的安装，首先将风力发电机组的塔筒15和风力发电机16运输至风机岛1，然后利用起重机将塔筒15吊装就位，然后将风力发电机16吊装于塔筒15的上方。

当风力发电机组出现故障需要进行维修时，只需要将起重机运至风机岛1，使用起重机将其拆下，运回陆地进行检修即可，无需使用特种船只，从而降低了海上风力发电场的维护成本。

请参考图17和图18，图17为本发明所提供的建设海上风力发电场的方法的第三种具体实施方式的流程示意图；图18为利用本发明所提供的建设海上风力发电场的方法所建成的风机岛的结构示意图。

在另一种优选实施方式中，本发明所提供的建设海上风力发电场的方法还可以包括以下步骤：

步骤S5：在风机岛上架设太阳能电池板51。

由于风机岛上有很大的空间处于空闲状态，而且海上的太阳能资源非常丰富，在风机岛上设置太阳能电池板51可以利用风机岛1上的空间资源和太阳能资源进行发电，并将产生的电能通过小型变频变压器53传输至风力发电机的变压器52，并通过变压器52的海底电缆54传输至升压站2，经过升压后，最终传输至电网，从而大大提高了风机岛的利用率，进一步提高了建设风机岛1的收益。当然，太阳能电池板51所产生的电能的传输方式并不限于以上所述的情况，其他的传输方式也是可以的。

当然，为了方便利用风力发电机组所转化生成的电能能够及时方便地输送，本发明所提供的用于建设海上风力发电场的建设海上风力发电场的方法还可以包括以下步骤：

步骤S0：在所述预定海域建设升压站2。

利用设于海底的电缆将各风机岛1上的风力发电机组所产生的电能传输至升压站2，经过升压站2的升压后，传输至电网，以实现远距离的输送。

具体地，步骤S0可以在步骤S1之前进行，也可以在步骤S1和步骤S2之间进行，当然还可以在步骤S2之后进行，后两种建设顺序应当在预定海域首先为风压站预留出建设位置，风压站的具体建设顺序，不受本发明的限制。

可以看出，各风力发电机组发出的电能输送至升压站2，然后再经升压站2升压后供入电网，将升压站2设置于预定海域后，各风力发电机组所发出的电能就可以经过比较近距离的传输，传输至升压站2，传输过程更加方便简单，降低了电能的传输成本。

为了进一步降低电能的输送成本，可以将升压站2建设于预定海域的大体中心位置。这样，各风机岛1距离升压站2的长度都较短，从而缩短了连接风机岛1与升压站2的海底电缆的长度，降低了建设成本。

以上对本发明所提供的建设海上风力发电场的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。