[发明专利]防冲刷系统

说明书

技术领域

本发明涉及海洋建筑物周围的潮刷领域，所述海洋建筑物包括安装在海底的地基和装置、海底电缆和管线以及尤其是单桩(或者三桩)安装的结构比如近海风轮机。具体地讲，本发明涉及一种控制和/或防止单桩(或三桩)安装的海洋建筑物或海底电缆或管线周围的潮刷的方法，并涉及一种用在这样的方法中的防冲刷装置以及一种组装防冲刷装置的方法。

背景技术

可再生能源对国家乃至全球能源政策越来越重要，利用可再生能源的方法引起投资额逐渐增长。海洋可再生能源装置是能源构成的重要部分，尤其是对于具有大量海洋资源的国家而言。这样的海上可再生装置包括潮汐能装置、波浪能装置以及近海风轮机。

风轮机(或风力发电机或其他风能捕获装置)通常是安装在塔架上的多叶片装置(通常为三叶片)，该塔架利用单桩(或者，对于较大尺寸的涡轮机，越来越多地利用三桩地基)固定在适当位置上。风轮机塔架承受因大量叶片运动和受到变化风况而引起的各种应力。这些应力可以导致塔架移动，塔架移动接着会导致塔架振动。这些振动能够导致风轮机的结构损坏或者增加加强维护需求。单桩式安装装置根据系统的固有频率的振型(尤其是第一振型和第二振型)振动，振型随单桩的高度以及装置的重量分布(以及其他因素)而变。已知的是通过将一定质量以一定高度悬挂在塔架内或与该塔架关联(此减振机构可以通过悬挂质量的摆动来捕获振动能量)而使系统中的振动最小化以及抑制风轮机塔架振动。然而，单桩式安装的近海风轮机易于受海底冲刷(例如，通过潮汐变化或由暴风雨天气造成)影响，海底冲刷将单桩风轮机的底座周围的一块海床移去。事实上，这能够导致风轮机的高度随海底冲刷的角度和严重度变化，结果是振动阻尼系统的最佳位置和最佳结构会变化(导致加强维护以检查和改变阻尼结构和/或增大了装置的结构破坏的风险)。

因此，最重要的是确保围绕单桩底座和相关结构完整性的冲刷、振动变化、维护和可能的结构损坏最小化。

设计成捕获惯常的和可预见的潮汐能的潮汐能装置可以选择性地通过锚或一个或多个海底桩而安装在海底。由于潮汐能装置通常位于高潮流的区域中(以使能量捕获最大)，它们的锚设备特别易受潮刷影响，潮刷会导致锚或海底底架松开并引起移动和损坏或使装置产生隐患。冲刷期间还可以导致潮汐能装置的操作效率低。

同样地，重要的是确保防止用于潮汐或风能捕获装置的海底锚周围的冲刷对系统产生不稳固和防止产生损害。

存在用于海底冲刷防护的方法和材料，且已做出努力以解决与安装在海底的结构有关的受海底冲刷问题。

已发现，在没有冲刷防护的风轮机单桩周围，对单桩的冲刷深度比该单桩的直径大不止两倍，冲刷的存在需要单桩在长度上附加8-10米以用来确保足够的结构稳定性，且冲刷的存在使以上提到的振动变化、维护成本以及损害面临风险。冲刷还可以导致从风轮机引出的电缆遭受湍流且发生损坏。

关于安装在海底的近海风轮机的冲刷防护是意识到的问题且在冲刷防护系统中构造这样的风轮机的成本巨大，这样的冲刷保护系统被认为是不恰当的。

典型的近海风轮机冲刷防护可以以两种方式着手：安装风轮机并接着修补底座周围形成的冲刷(动态冲刷防护)；或者在安装之前形成或在安装之后马上形成冲刷防护(静态冲刷防护)。冲刷防护通常采用装甲防护(例如一层岩石或者大型混凝土单元)，通常，岩石的直径大约为50-100cm，在较小的石头或岩石下的过滤层具有约10cm的直径。防护可以是1米或2米的深度且可以自单桩延长几米半径。

然而，已发现这些传统方法在冲刷防护区域的极限边界和周围海底中产生局部冲刷，这会导致破坏冲刷界限。还发现，由于冲刷防护层下的海底受侵蚀，使单桩底座周围的冲刷防护的地基减低(例如，参见Hansen等的“Scour Protection around Offshore Wind Turbine Foundations，full-scale Measurements”，EWEC 2007)。已说明了对风轮机的单桩或三脚块体/三桩地基周围的侵蚀对风轮机振动的固有频率有明显影响，尤其是对振动的第二振型有明显影响(例如，参见M.B.Saaijer的“Tripod support structure-pre-design and natural frequency assessment for the 6MW DOWEC”，doc.NO.63，TUD，Delft，2002年5月)。