[发明专利]浮动风力涡轮机设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种浮动风力涡轮机设备及一种用于协调风力涡轮机设备的流体静力学性能和流体动力学性能的方法。这种风力涡轮机设备包括浮动基体、布置在浮动基体上的塔、安装在塔上的发生器壳体以及连接至海床上的锚或锚固位置的锚固线装置。所述发生器壳体可相对于风向转动并装配有风力转子、

背景技术

可被用在较深深度的浮动锚固风力涡轮机的发展将极大地提高进入海上区域而扩展风能利用的能力。用于布置在海上的风力涡轮机的现有技术限于将塔永久性地安装在较低地的深度处，约在30m之下。

深度超过30m的永久性设备通常会产生技术问题且成本高。这就意味着，直到现在超过大约30m的海深度从技术上和商业上来看对于风力涡轮机的安装来说均是不利的。

利用在更大海深度处的浮动方案可避免与劳动强度大的复杂安装相关的基本问题和成本问题。

与此相关，需要作更大量的工作来发展浮动方案。但是找到在技术上令人满意且在经济上可行的方案是很困难的。

发明内容

本发明提出了一种技术方案，其可实现材料应用、几何和尺寸设计以及结构方案的组合，这种组合实现了令人满意的技术方案及足够低的成本而使其内容在经济上具有吸引力。

本发明的内容基于为浮动风力涡轮机设备的浮动基体提供长(深)、细长优选为筒形的方案，借助于其特性，将所述浮动基体设计成在波浪中产生较小的运动。另一个前提是塔和涡轮机的重量产生较大的排水量。这对于关于所需的动力学性能和稳定性来实现正确的质量和重量分配来说是必需的。

根据本发明，通过在筒形水下部件中利用水泥，则可以简单、低成本的方式实现深浸入水下结构所需的较大排水量和较高的强度。水泥是一种便宜的材料。通过使系列产品的构造方法系统化和组织化，则可使劳动成本非常低。

使总体成本非常低的另一个重要的前提是：在将单个的涡轮机安装在海上时，避免利用昂贵的辅助容器进行扩展工作。这可通过拖出完全组装的并利用简单的锚固系统锚固的整个涡轮机来实现。

可在具有永久性安装设备的受保护构造场所进行组装和试运转。这就受到如下情况的支配：即从构造场所至安装场所进行拖运需具有充足的拖运路径。特别地，在挪威原来就存在将上述条件用于大型水泥平台的情况。

根据本发明的方法的特征在于：在全风力载荷作用到风力涡轮机上的情况下的静横倾角s_max必需尽量低，优选小于8度，且设备的所有固有周期均在波浪的富能量周期范围之外。升降中的固有周期T₀₃和纵倾中的固有周期T₀₅(摇摆T₀₄)相互之间具有充分的间隔，其中，纵倾(摇摆)中的固有周期优选小于升降中的固有周期的80％。T₀₃和T₀₅之间的比值必需不能接近0.5或1，就如在附加的独立权利要求1中所指出的那样。

此外，根据本发明的浮动风力涡轮机设备的特征在于：所述浮动基体优选具有筒形延伸的细长水泥结构，而所述塔优选具有筒形钢结构，就如在附加的独立权利要求3中所指出的那样。

从属权利要求2和4-5限定了本发明的有利的特征。

附图说明

下面将参照附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

附图1显示了浮动风力涡轮机设备的设计，以及

附图2显示了浮动风力涡轮机设备的简化视图，其为与浮动基体的下部设计相关的另一个实施例。

具体实施方式

如图1和图2所示，浮动风力涡轮机设备主要包括锚固的浮动基座或浮动基体1，该浮动基体1支承在其顶上安装有涡轮机的高塔2，还包括涡轮机发生器壳体3和转子4，所述发生器壳体3封装发电单元(未显示)，而转子4布置成与所述发电单元相连。对于涡轮机的操作和施加在所述塔上的负载来说，随着波浪一起移动的浮动基座本身是一个主要的负面因素。另一个因素为：由于稳定性有限，因此，所述风力涡轮机设备在受到风力的作用时也会倾侧。

因此，与浮动风力涡轮机设备的发展相关的主要挑战在于在保持较低成本的同时，使其在波浪中的运动最小并实现最优的稳定性。

所述成本与设备的尺寸相关。因此，通常的尝试是以最小的材料消耗来实现该结构(concept)。