[发明专利]用于支撑近海风力涡轮机的不对称系泊系统

说明书

本申请是发明名称为“用于支撑近海风力涡轮机的不对称系泊系统和带有水收集板的支柱稳定式近海平台”的发明专利申请200980114300.X（PCT/US2009/039692）的分案申请。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有2008年4月23日提交的、名称为“Column-Stabilized Offshore Platform With Water-Entrapment Plates And Asymmetric Mooring System For Support Of Offshore Wind Turbines”的美国临时专利申请No.61/125,241的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

风力涡轮机为一种转动设备，其将风的动能转换成机械能，之后机械能被转换成电能。风力涡轮机已经研发用于陆上设施以及近海设施。陆上风力涡轮机固定在底面上并且位于多风区域中。现有具有竖直布置的主转子轴的竖直轴风力涡轮机，和具有指向风的水平转子轴的水平轴风力涡轮机。水平轴风力涡轮机一般具有塔架和耦联到塔架顶部的发电机。发电机可直接或经由变速箱耦联到毂盘组件和涡轮叶片上。

风力涡轮机还用于近海应用。单塔架近海系统安装在海床中并且限制于深达30米的浅水。如果涡轮机塔架安装在更宽的基础上，例如栅格结构上，则这种浅的深度要求可扩大到50米。在更深的水中，只有浮动系统是经济可行的。浅水系统的缺点在于，通常只有靠近海 岸才是浅的。因此，靠近海岸的风力涡轮机会阻挡海岸视野并且给水上船只和航行器产生导航阻碍以及可能的损害。

当前，已经提出了许多用于近海浮动风力涡轮机平台的构想。通常，它们分为三个主要类别：帆桅、张力腿平台(TLP's)和半潜式/混合系统。浮动风力涡轮机平台的例子包括Statoil Norsk-Hydro海风帆桅（Statoil Norsk-Hydro Hywind spar）（图1）、Blue H TLP最新模型（Blue H TLP recent prototype）（图2）、SWAY帆桅/TLP混合系统（SWAY spar/TLP hybrid）（图3）、Force Technology WindSea半潜式系统（Force Technology WindSea semi submersible）（图4）和Trifloater半潜式系统（Trifloater semi submersible）（图5）。参照图1，帆桅为在结构底部载有较大压载以及在吃水线附近载有浮力罐的长形结构件。为了稳定的目的，重心必须低于浮力中心。这将确保帆桅将笔直地浮动。使用若干将帆桅保持在位的绳索而将帆桅系泊在海底。概括而言，由于帆桅的深吃水深度以及对竖直波浪激励力的降低的响应性，帆桅型结构比半潜式结构具有更好的升起性能。然而，它们还比其他系统具有更多的倾斜和摇摆运动，这是因为在这种设计中有利于稳定的水平面面积减少了。

参照图2，TLP具有将浮子直接连接到海床上的竖直张紧的电缆或钢管。除了在安装阶段之外，不必为了稳定性而要求低重心，在安装阶段时可临时增加浮力模块以提供足够的稳定性。TLP具有非常良好的升起及角运动，但是系泊安装的复杂性和成本、由于潮汐变动而引起的钢筋束张力的变化、以及塔架与系泊系统之间的结构频率耦联是TLP系统的三个主要障碍。

当比较不同类型的近海风力涡轮机结构时，由波浪和风引发的运动并不是要考虑的唯一一个性能要素。经济性也扮演了一个很重要的角色。因此，仔细研究制造、安装、交付使用/停止使用的成本以及实现维护方法的便利性是很重要的。相比帆桅（由于其吃水深度），以及相比TLP系统（由于在钢筋束连接之间的低稳定性），具有浅的吃水深度和在操作和运输情况下的良好稳定性的半潜式构件在拖曳、安装以及交付使用/停止使用方面明显成本较低。

发明内容

这里描述了包括至少三个支柱的半潜式近海浮动风力涡轮机平台。除了至少三个支柱之外，这里所述的风力涡轮机平台还包括改进风力涡轮机平台性能的附加特征。在图6所示的实施方式中，浮动风力涡轮机平台包括在支柱之间使水压载运动以便保持塔架竖直对准的主动压载系统。此外，可将对准传感器耦联到所述平台上以确定风力负载。更进一步地，根据本说明书的风力涡轮机平台可包括一个或多个附加特征，例如不对称的系泊系统和主动压载系统，它们便于形成不但能承受环境负载，而且也比其他平台设计的重量相对更轻，同时还能使发电的经济性更佳的结构。