[发明专利]海上风电场

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括两个或更多风轮机的海上风电场。在本文中， 措辞海上的意思是在水上的任意位置，例如在海、洋或湖上，靠近海 滨或在远海。

背景技术

海上位置特别有利于风电场，因为能够获得比海滨更高的风能产 量，且几乎没有空间限制。为了建造海上风电场，可以使用漂浮基座， 例如美国公司Marine Innovation & Technology的系统。

在海上风电场中，在风轮机之间的最小距离需要防止由风轮机引 起的湍流干扰撞上相邻风轮机的风流。图1示意示出了具有115米转 子直径的5MW风轮机的计算尾流效果。在上游风轮机和它的下风侧 的其它风轮机之间的距离应当足以使得风轮机在上游风轮机的尾流区 域的外部，以避免能量转换效率的降低和不希望的负载，该不希望的 负载可能加速风轮机部件的损坏。图1示出了在不可变风向情况下的 尾流区域。不过，通常风向是变化的。这导致延伸的尾流区域和局部 的尾流，从而需要进一步间开相邻风轮机。

风轮机通常设置有偏转系统，从而使得它们能够随着风转向，并 对于各风向都保持逆风或顺风方向，以便使得能量效率最大。尾流区 域随着风轮机的偏转而转动。因此，在风轮机之间的距离应当沿所有 方向都足够大。

WO02/073032公开了一种具有三角形浮体的海上浮动风力发电 气设备，该三角形浮体有单点系泊系统和在它的各拐角处的风轮机。 浮体形成等边三角形。风轮机具有平行定向。沿风的方向，一个风轮 机离另外两个一定距离。在风轮机之间的距离应当足够大，以便使得 下风侧的风轮机在前部风轮机的尾流区域之外。因此，必须使用较大 的浮动结构。

发明内容

本发明的目的是提高给定尺寸的海上风电场的能量产量。还一目 的是提供一种高产量的风电场，它具有简单结构的风轮机。

本发明的目的通过一种风电场来实现，该风电场包括至少一个漂 浮结构，该漂浮结构具有设置有风轮机的两个拐角以及包括系泊部分 的第三拐角，其中，第三拐角并不承载其中一个风轮机。这样，由风 轮机引起的湍流不会干扰撞上相邻风轮机的风流。与当第三前部风轮 机存在于漂浮结构上并在两个风轮机前面一定距离处时可能的情况相 比，这两个风轮机能够竖立成靠拢得多。例如，在两个风轮机之间的 距离能够小于转子叶片区域的直径的两倍，例如转子叶片区域的直径 的大约1.5倍。因为漂浮结构能够制作成更紧凑，因此，每单位表面 面积能够使用更多的风轮机，并能够实现具有较高涡轮密度的紧凑风 电场。在系泊部分和风轮机之间的距离增强了通过随风向改变方位 (weathervaning)而自动与风向的对齐。

各风轮机包括转子，该转子具有确定了旋转平面的一个或多个转 子叶片。当风轮机的旋转平面处于相同平面中时，由湍流引起的干扰 最小。当一个或多个风轮机包括偏转机构以便在特定角度范围内偏转 时，风轮机能够定位成这样，当风轮机处于中心偏转位置时，旋转平 面在相同平面内。

当转子叶片确定了旋转平面时，叶片不需要具有平行的直纵向轴 线。需要时，叶片可以总体或局部弯曲、扭转和/或相对于毂成锥形。 不过，在总体印象中，叶片将确定旋转平面。

风轮机例如能够具有相对于漂浮结构的固定方位。在这种情况下， 它们不需要具有偏转机构。当没有偏转机构时，风轮机包括更少的运 动部件，并需要更少的维护和修理。漂浮结构能够旋转，以便将风轮 机定位在逆风或顺风位置。也可选择，一个或多个风轮机能够具有偏 转机构，该偏转机构允许有限的偏转运动，例如在大约20度的范围内 偏转，例如大约10度，以便当在风向和洋流之间并不对齐的情况下风 轮机偏离风向时能够进行校正。

该结构例如能够包括用于系泊线的系泊部分，该系泊线将漂浮结 构锚固在海底。该系泊部分能够形成旋转点。转塔系泊系统特别合适。 转塔系泊系统是线与转塔连接的系泊系统，该转塔通过轴承而允许漂 浮结构环绕锚腿旋转。单点式系泊系统使得漂浮结构能够随风向改变 方向至合适位置。

可选择的，该结构可以设置有一个或多个驱动单元(例如在一个 或多个角上的推进器)，用于更精确地定位漂浮结构。这例如对于补偿 水流使得漂浮的风轮机运动远离相对于风的最佳位置是理想的。