漂浮式风力涡轮机组件及用于系泊该漂浮式风力涡轮机组件的方法技术

本发明专利技术涉及漂浮式风力涡轮机组件(1)以及用于系泊该漂浮式风力涡轮机组件的方法，该漂浮式风力涡轮机组件包括漂浮平台(2)以及设置在漂浮平台的顶部上的风力涡轮机(3)，风力涡轮机具有包括桅杆轴线(X)的桅杆(4)以及设置在桅杆的顶部上的机舱(6)，桅杆的下端(5)连接至漂浮平台，其中，漂浮平台利用多条张紧的系泊缆绳(8)连接至海底(7)，系泊缆绳各自包括在系泊缆绳的纵向方向上延伸的系泊缆绳轴线(A)，系泊缆绳轴线在交叉位置(9)处彼此相交，其中所述交叉位置(9)在桅杆轴线上并且位于机舱的标高处或高于机舱的标高处。

Floating wind turbine assembly and method for mooring the floating wind turbine assembly

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】漂浮式风力涡轮机组件及用于系泊该漂浮式风力涡轮机组件的方法
本申请涉及漂浮式风力涡轮机组件，其包括漂浮平台以及设置在漂浮平台的顶部上的风力涡轮机，该风力涡轮机包括具有桅杆轴线的桅杆以及设置在该桅杆的顶部上的机舱，该桅杆的下端连接至漂浮平台，该漂浮平台通过多条张紧的系泊缆绳连接至海底，其中每个系泊缆绳均包括在系泊缆绳的纵向方向上延伸的系泊缆绳轴线。本申请还涉及用于系泊这样的漂浮式风力涡轮机组件的方法。
技术介绍
从例如WO2015/048147A1、WO2009/064737A1、KR101488292、WO2014/140653A1、EP2743170A1、WO2013/084632A1、CN102392796A、US2012/103244A1、WO2009/131826A2或者US2008/240864A1可知这样的漂浮式风力涡轮机组件。通常，支撑漂浮式风力涡轮机的浮子样式有各自受到现有的石油和天然气理念的启发的4种类别：1.半漂浮类型；2.柱体式平台(Spar)/深吃水类型；3.驳船类型；4.张紧腿平台(TLP)只能在受限的水深下工作的类型(例如铰接塔)未在上述之列。然而，支撑风力涡轮机面临的主要挑战随支撑装置顶侧的不同而改变，诸如使用钻井装置或系泊装置的情况。首先，设备被支撑，即，涡轮机细长并且在浮子龙骨之上的较高标高处具有很大质量，从而提升整个物体的重心。这导致浮子不稳定。在操作条件下(当涡轮机发电时)，巨大推力施加在机舱标高(即，高于海平面)处。这将导致在涡轮机与浮子的连接处产生巨大的倾覆力矩。迄今为止，所有授权的构思正在试图限制由上述倾覆力矩引起的纵摇(pitch)/横摇(roll)，因为这是由涡轮机制造商施加的最苛刻的限制。浮子的纵摇/横摇中的复原力矩与浮子的稳心高度GM成正比，GM是重心G和其稳心M之间的距离。GM越高，浮子越稳定。对于类别1，半漂浮类型，通过使得水线面面积远离旋转中心以提高稳心M而实现稳定性。这将进而给予纵摇/横摇自由度复原力矩。对于类别2，柱体式平台/深吃水类型，通过降低重心G实现稳定性。这些类型也倾向于通过在接近于水面处呈现小容量以降低波浪引起的载重水平。对于类别3，驳船类型，是给予它们大的水线面面积的相对大的结构。对于类别4，TLP，在运动性能和稳定性方面具有明显优势，这是因为上升下潜(heave)、纵摇(pitch)以及横摇(roll)的自由度被抑制。通过在水面下方施加大浮力并且使用系泊系统中的大张力抵消该浮力而获得上升下潜的稳定性。对于旋转稳定性，通过在腿部的张力方面的差异来平衡倾覆力矩。这可能适用于具有3组腿部的TLP，但是相同的推论对于具有4组甚至更多组腿部的TLP也有效。本申请的目的在于提供特别是当巨大推力施加于机舱标高处时具有改进的稳定性的漂浮式风力涡轮机组件，特别是TLP类型的风力涡轮机组件。
技术实现思路
这里，根据本专利技术，每个系泊缆绳(8)包括作用于系泊缆绳使得浮箱(13)下沉的附加张紧系统。通过逐渐张紧系泊腿部，径向浮箱下沉并且由进入水面的浮箱赋予的静水稳定性逐渐转移至系泊腿部。在漂浮结构固定于海底之前，该漂浮结构的稳定性主要由径向箱赋予。关于双体船类型的船体，浮箱以相距旋转轴线的距离d在水线面面积S上方进入海面的事实引起对旋转的阻力，该阻力与Sxd2成比例。径向浮箱的跨距越大，需要克服的阻力越大。在较小的程度上，如果桁架结构和/或中部箱进入海面，则其也有助于拖动配置的稳定性。该稳定性通常被称为静水稳定性，与当浮子处于操作配置时由张紧的系泊缆绳赋予的系泊稳定性相反。在实施方式中，系泊缆绳轴线在交叉位置彼此相交，其中所述交叉位置在桅杆轴线上并且在机舱的标高或高于机舱的标高处。本专利技术是对支撑风力涡轮机的TLP类型浮子进行系泊的新方式。可由筋腱(tendon)、链、金属线或合成绳索不同地制造的系泊缆绳成角度附接，而不是垂直附接。本文提出的本专利技术受到TLP理念的启发，但是解决了由风力涡轮机施加的特定负载和在机舱处的运动性能的特别限制。代替通过垂直的腿部系泊浮子，腿部相对于垂直面成角度设置，使得它们在桅杆轴线上方的交叉点产生于机舱的标高或高于机舱的标高处。本专利技术的新颖之处在于腿部相对于结构设置的方式。相比于传统的垂直-腿部TLP，本专利技术使得能够调整固定点的位置，整个物体围绕该固定点旋转。在这一点上，当横摇和纵摇符合时，纵荡运动和摇摆运动受到抑制，从而使得与TLP的传统行为不同。另外，这使得能够最适当地响应由风力涡轮机施加的特定的载荷和限制。尽管横摇和纵摇自由度(DOF)符合，但是围绕系泊腿部的交叉点产生旋转。与传统的TLP不同，在本专利技术中，交叉点定位成靠近机舱或在机舱上方。这保证了，与具有符合的横摇/纵摇DOF的其他系统以及未抑制纵荡运动/摇摆运动的传统TLP的系统相比，由机舱和叶片观看的实际横摇/纵摇-引发的平移运动较小。这提高了风力涡轮机的气动性能，并且降低了对由于浮子运动引起的相对风速所导致的复杂控制的需求。这还提高用于维护作业的机舱的可达性。甚至在正常的工作海洋状况下，应该通过浮子的低速运动行为和其系泊系统使得利用直升机着陆在位于机舱水平的平台上成为可能。涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一实施方式，其中，漂浮平台具有：包括上层和下层的大体水平的桁架结构；至少三个共面的浮箱；在中部位置处的中部结构；以及距离中部结构大体等距的三个径向箱，其中，桁架结构在下层处使浮箱相连，并且在中部结构的上方，桅杆的下端在上层处连接至漂浮平台。这导致特别稳定的漂浮配置，尤其是当漂浮平台被拖至现场并且风力涡轮机已经组装完成时。如果需要，中部结构可以包括中部(浮力)箱。涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一个实施方式，其中，系泊缆绳包括至少三条系泊缆绳。涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一个实施方式，其中，至少三条系泊缆绳具有利用连接装置将漂浮平台连结至海底的下端和上端，连接装置设置为接纳三条系泊缆绳的上端，每个上端均处于桁架结构的在与径向箱对应的下层处的位置。涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一个实施方式，其中，系泊缆绳由张紧系统张紧，诸如以保持漂浮平台低于水面，并且仅桁架结构的上层延伸至水面上方。该张紧系统允许工作轴的精确适应性，因此允许精确调整漂浮式风力涡轮机组件的漂浮性能。涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一个实施方式，其中，张紧系统包括在上层处设置在桁架结构上的可移除张紧装置涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一个实施方式，其中，漂浮平台包括张紧缆绳，该张紧缆绳在连接装置和张紧装置之间沿桁架结构延伸并能够与系泊缆绳和张紧装置连接。涉及上述漂浮式风力涡轮机组件的另一个实施方式，其中，系泊缆绳从海底延伸至较低的径向箱之后沿桁架结构偏离，使得连接装置可以位于水面上方并接近张紧装置。本专利技术另一方面涉及系泊上述漂浮式风力涡轮机组件的方法，该方法可以包括以下步骤：-在码头区组装(或在坞边组装)漂浮平台和风力涡轮机以形成漂浮式风力涡轮机组件；-将多条系泊缆绳的下端锚固至期望的海底连接位置处的海底；-将漂浮式风力涡轮机组件拖至海底连接位置和锚固于该处的系泊缆绳上方的期望风力涡轮机位置；-将系泊缆绳的上端连接至漂浮平台上的连接装置，使得系泊缆绳轴线在交叉位置彼此相交，其中所述交叉位本文档来自技高网...

【技术保护点】
漂浮式风力涡轮机组件(1)，包括具有多个径向浮箱(13)的漂浮平台(2)以及设置在所述漂浮平台的顶部上的风力涡轮机(3)，所述风力涡轮机具有包括桅杆轴线(X)的桅杆(4)以及设置在所述桅杆的顶部上的机舱(6)，所述桅杆的下端(5)连接至所述漂浮平台，其中，所述漂浮平台利用多条张紧的系泊缆绳(8)连接至海底(7)，所述系泊缆绳各自具有在所述系泊缆绳的纵向方向上延伸的系泊缆绳轴线(A)，其特征在于，每条系泊缆绳(8)包括作用于所述系泊缆绳上使得所述浮箱(13)下沉的附加张紧系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.26 EP 15174077.61.漂浮式风力涡轮机组件(1)，包括具有多个径向浮箱(13)的漂浮平台(2)以及设置在所述漂浮平台的顶部上的风力涡轮机(3)，所述风力涡轮机具有包括桅杆轴线(X)的桅杆(4)以及设置在所述桅杆的顶部上的机舱(6)，所述桅杆的下端(5)连接至所述漂浮平台，其中，所述漂浮平台利用多条张紧的系泊缆绳(8)连接至海底(7)，所述系泊缆绳各自具有在所述系泊缆绳的纵向方向上延伸的系泊缆绳轴线(A)，其特征在于，每条系泊缆绳(8)包括作用于所述系泊缆绳上使得所述浮箱(13)下沉的附加张紧系统。2.根据权利要求1所述的漂浮式风力涡轮机组件，其中，所述系泊缆绳轴线在交叉位置(9)处彼此相交，所述交叉位置(9)在所述桅杆轴线上并且位于所述机舱的标高处或高于所述机舱的标高处。3.漂浮式风力涡轮机组件(1)，包括漂浮平台(2)以及设置在所述漂浮平台的顶部上的风力涡轮机(3)，所述风力涡轮机具有包括桅杆轴线(X)的桅杆(4)以及设置在所述桅杆的顶部上的机舱(6)，所述桅杆的下端(5)连接至所述漂浮平台，其中，所述漂浮平台利用多条张紧的系泊缆绳(8)连接至海底(7)，所述系泊缆绳各自包括在所述系泊缆绳的纵向方向上延伸的系泊缆绳轴线(A)，其特征在于，所述系泊缆绳轴线在交叉位置(9)处彼此相交，其中所述交叉位置(9)在所述桅杆轴线上并且位于所述机舱的标高处或高于所述机舱的标高处。4.根据权利要求1、2或3所述的漂浮式风力涡轮机组件，其中所述漂浮平台具有：大体水平的桁架结构(10)，具有上层(11)和下层(12)；至少三个共面的浮箱(13)；中部结构(14)，处于中部位置处；以及三个径向箱(15)，距离所述中部结构大体等距，其中，所述桁架结构在所述下层处使所述浮箱相连，并且在所述中部结构的上方，所述桅杆的下端在所述上层处连接至所述漂浮平台。5.根据权利要求1至4中任一项所述的漂浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞西尔·梅里斯，克里斯蒂安·雷蒙德·鲍都恩，弗朗索瓦·凯勒，
申请(专利权)人：瑞士单浮筒系泊公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH