CN101636583B - 顺风发电设备，以及用于操作顺风发电设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种顺风发电设备(1)，其具有塔(2)、机械外壳(3)以及支撑在该外壳(3)中的涡轮(4)。该涡轮(4)界定旋转平面并且适合于枢轴转动到实质上垂直于风向的位置。至少两根拉线(6)在其一个端部被连接到该塔(2)，并且每根拉线在另一个端部被连接在至少一个连接点中，以在操作过程中将塔保持在竖直位置。每根拉线可以包括至少第一位置和第二位置。在第一位置处，拉线从位于水平力中心或接近水平力中心的连接点以倾斜的角度向下延伸，所述水平力在操作中被涡轮施加到塔。在第二位置处，每根拉线被引导离开旋转平面，以使涡轮平面能围绕垂直轴线自由转动而拉线不会妨碍涡轮平面。而且，描述了一种用于操作此类型的顺风发电设备的方法。

Description

顺风发电设备,以及用于操作顺风发电设备的方法

本发明涉及一种顺风风力发电设备，以及一种用于操作顺风风力发电设备的方法。在依据本发明的风力发电设备中，来自涡轮的轴向力被从实质上涡轮的轮毂高度引导到表面，例如水体底部的海床。和常规的风力发电机相比，这引起塔上以及塔下结构上的力矩的实质上的卸荷。该风力发电机包括塔、机械外壳和支撑在该外壳中的顺风涡轮。该机械外壳也可以为集成的塔的一部分或塔的多个部分。该塔，或塔的多个部分，可以和涡轮一起枢轴转动。在正常的运行过程中该风力发电机通过至少一根拉线被保持竖直，即在逆风侧拉线的一端在上部位置，连接到发电机或机械外壳的上部部分，以及在其另一端连接到表面比如水体的底部。顺风侧的拉线被保持在较低的、向下的位置以避免与涡轮的冲突。 

风力发电设备被用于将风的动能转换成机械能。该机械能随后被转换成电能。陆地上的标准的风力发电机包括被固定到地面的塔，该塔在顶部具有机械外壳。逆风涡轮连接到机械外壳，该逆风涡轮的水平轴线可以主动地向着风枢轴转动。很多可选择的实施方式可以在市场上购买到，但是相对地用的很少。从1980年代直到今天，风力发电机的规模已经增加了相当多，从差不多每个机组几十个千瓦直到每个机组3-5MW。与此同时，每千瓦的成本已经被可观地削减。今天我们既具有在岸上的发电站又具有离岸的发电站。大多数离岸的装置被与刚性地连接到浅水中的底部的塔放置在一起。通过将风力发电机放置在深水上，可得到的资源的基础可以被扩展，不仅因为面积是相当大的而且因为风速更高。涉及面积的可选择地使用的美学冲突和问题被相当程度地上减小，并且对生命和财产的破坏的风险则几乎被消除。对于大多数实际用途来说，深水处的风力发电机将通过漂浮元件保持竖直并且被锚固到海床。 

挪威(Norwegian)专利申请No.20026179描述了可以围绕锚固的机 件自由地枢轴转动的漂浮的风力涡轮。框架被连接到塔并且包括塔和另外的漂浮体之间的支柱(strut)，以及漂浮体和塔的上部部分之间的拉线，以使得塔、支柱以及拉线形成三角形。在某些特定的运行情况中，如果底部拉线的方向处于另外的漂浮元件和塔之间的拉线的延伸方向上，则可以达到塔的力矩的完全的卸荷。对于漂浮体和载荷的要求在这些情况中将被可观地减少。在其它运行情况中，一种情形被认为通过相当大的浮力以及很多压载物(ballast)而具有相当大的矫直力矩。 

挪威专利申请No.20025440，“Apparatus for providing windmills in abody of water and a method for providing the same”描述了连接到发动机架(sub frame)的漂浮的风力发电机。该发动机架包括漂浮的元件以及可能包括连接在漂浮的元件下面的柱状物，其中缆索被连接到风力发电机的塔、漂浮元件和/或柱状物以及连接到海床。在两个实施方式中，缆索在涡轮平面(turbine plane)的下部部分被连接到塔，并且分别地接近于机械外壳。在后面的情形中，设想涡轮平面在水平方向被移动出了一段长距离和/或缆索被以相对于塔的非常尖锐的角度连接。塔和缆索之间的尖锐的角度减小了力矩卸荷并且增加了对于浮力、载荷和/或底部缆索中的张力的要求。 

NO 317.431描述了漂浮在深水上并且使用扭转的刚性支柱(torsionally stiff strut)被锚固到海床的风力发电机。塔的倾角是有限的因为浮力的中心在结构重力的接合点中心(joint centre)上方。相当大的弯曲力矩由涡轮的实际力引起，例如对于结构的中心重力，不得不被由浮力和浮力的中心和重力的中心之间的力臂(torque arm)给出的力矩平衡。支柱中的张力除了使得结构的浮力可以大于结构的重力之外将不会给出任何其它贡献。 

WO 2004/097217描述了NO 317.431的变化形式，其中在海床处的锚固点中的转环(swivel)允许结构绕垂直轴线旋转，以使得风力涡轮可以被顺风定向而不用偏航机构(yaw mechanism)。关于塔的倾角的情形如同关于NO 317.43]的描述。 

WO 01/7392描述了连接到驳船的漂浮的风力涡轮，其带有若干个可 以被装满/排空的载荷罐以便调整倾斜角度。即使水面上方的塔通过塔的上部部分和驳船之间的线被卸荷，仍然必须使由涡轮的轴向力引起的整个倾斜力矩通过浮力和压载物而被吸收(take up)。 

除了NO 2002 6179和NO2002 5440的一部分外，上面提到的所有出版物都描述了设计带有压载物和漂浮元件和/或偏置的张紧的支柱的漂浮的风力发电机的多种方法，以能够吸收由涡轮的轴向力和由塔形成的长杠杆臂产生的力矩。涉及这些解决方案的问题是这些原理都没有减小初始力矩，它们只是描述了抵消它的多种方法。本发明通过卸载用于轴向载荷的结构而克服了此种局限，这在轮毂的高度进行——并且经过一根或若干根缆索将此力传递到表面，例如传递到水体的底部。其优势在于整个结构可以被构造成带有小得多的矫直力矩，某种程度上这将引起重力可观地减小。 

类似于本发明，NO 2002 6179描述了实质上通过将来自涡轮的轴向力向下传递到水体的底部来卸荷力矩的一种风力发电机。然而，除了其他方面以外，NO 2002 6179的特征在于风力发电机将以围绕锚固点的圆形移动。在此圆形中涡轮的位置在任何时间点由相关的风向确定。沿着环形路径重新定位是花费时间的并且将因此产生生产损失。另外，NO 20026179中的发明的特征在于在其端部带有漂浮体的水平支柱。结构的这部分被定向成垂直于沿着圆形路径运动的方向，在所有的实际实施方式中，其在重新定位的过程中将给出抵抗运动的相当大的阻力。另外，结构的此部分将处于由波浪施加的相当大的载荷的作用下。NO 2002 6179中描述的涡轮不具有任何实质上大于由结构的自矫直力矩达到的稳定性的侧向稳定性。此种解决方案也有个问题，就是每个风力发电机将需要取决于水的深度的可观的面积，并且在发电站将被使用时特别成问题。 

NO 2002 5440在图6中展示了将缆索连接到塔的上部部分中的底部的实施方式。图中没有示出与涡轮平面的冲突，但是在该出版物中指出了在此实施方式中(涡轮)外壳必须被扩大。对于将塔中以及塔下的结构的力矩卸荷的可能性，此解决方案的作用很有限。 

大多数用于深水中的风力发电的已知原理研究是基于风力发电站被 做成带有竖直力矩的漂浮的结构的，其中该竖直力矩足够抵消来自涡轮运行过程中的力矩。对于所描述的结构，结构的多于50％的重力可以直接地涉及对于竖直力矩的需要。在作为漂浮的风力发电站的一个实施方式中，本发明对竖直力矩的需要可产生可观地减少。这为可观的重量给出了可能性并因此减少了成本。另外，由于电站以圆形移动而导致的对面积的需要也减少了。 

本发明的目的是通过将涡轮的水平力分量直接地引导到海底来减少海下结构对于竖直力矩的需要，同时涡轮可以枢轴转动而不与拉线冲突。 

对于本发明，水平力可以被从塔的顶部引导离开，而不会如NO 22025440中那样对机械外壳的设计强加相应的要求。与NO 20026179中示出的情形形成对照，本发明将使得能达到此目的而不需允许风力发电站以围绕锚固点的圆形路径漂浮。本发明使得有可能允许风力发电站被坐落在实质上相同的位置，并且可以被锚固到若干个点，以使达到相当程度的侧向的稳定性，同时侧向放置的锚固拉线被绷紧在较低的位置。 

本发明考虑了具有塔、机械外壳以及支撑在该外壳中的涡轮的顺风风力发电机。适应于风力发电设备的其余元件以及局部条件(localcondition)，该塔可以由钢、铝、合成材料、混凝土或其它合适的材料制成，并且可以被设计成圆柱、框架或其它方案或方案的组合。本发明也可以被用在陆地上、浅水上和深水中。在深水中该风力发电设备可以为漂浮的，并且可以具有可调整的浮力和/或载荷以及自竖直力矩。该涡轮可以为顺风涡轮。其可以具有固定的或可变的或周期变矩(pitch)并界定由涡轮叶片的径向延伸界定的环形的旋转平面。涡轮适应于偏航到实质上垂直于风向的位置。至少三根拉线(后拉索、支柱、缆索、绳索、链条、这些物体或适合于承载张紧力的其它装置的组合)被在一端连接到塔或机械外壳，以及在另外一端连接到至少一个连接点以保持塔在运行中处于竖直位置。每根拉线可以采用至少第一位置和第二位置，其中在第一位置时拉线实质上在逆风侧，以从在被运行中的涡轮施加到塔的力的中心中或附近的连接点以倾斜角度向下延伸；以及在第二位置时在实质上顺风侧以及可能在塔的左侧和右侧，取决于拉线的数量，拉线被引导离开旋转平面，以便 涡轮可以围绕垂直轴线偏航而不会使一根或若干根拉线成为妨碍物。这可以被实现，因为每根拉线在塔上的有效连接点被从涡轮平面降低开去，或者因为拉线被允许充分地松弛以使它实质上沿着塔向下悬垂；向下悬垂足够远以使拉线不妨碍涡轮。为了将拉线稳定在较低的位置，在第一种情形中可以被绷紧，例如由于它被向着较低的连接点被拉进。拉线也可以根据需要采用中间位置。 

风力发电机可以被放置在水体中，并且其下部部分可以包括一个或若干个漂浮的元件以及压载物，以便它可以在水体中以竖直的放置方式漂浮而不需张紧拉线。 

拉线可以用它的下端部连接到水体的底部，并且至少一根另外的拉线可以在其一端连接到风力发电设备的实质上的最低点以及在其另外一端连接到水体的底部。 

风力发电设备的塔的全部或者一些部分可以包括被放置在塔的垂直中心轴线的每个侧面的两个柱状物，以便来自柱状物的在主要风向上的风湍流大体上在穿过涡轮的轮毂的垂直线的侧面与涡轮相遇。 

风力发电设备的塔的全部或者一些部分可以和涡轮一起在一垂直轴线周围偏航。 

风力发电设备的塔的全部或者一些部分可以装备有减少对空气和/或水中流体的阻力的减阻装置。 

拉线可以使用包括至少两个连接到塔的可控制地驱动的卷筒的机构被布置在第一位置和第二位置之间。至少两个滑轮(pulley)可以被连接到塔并且在塔的纵向方向被以离开于卷筒一定距离放置。固定到可控制地驱动的卷筒的带有一定长度的调整拉线可以在滑轮上面通过并且返回到可控制地驱动的卷筒。拉线可以被放置在沿着调整拉线的长度的一个位置，以便可控制地驱动的卷筒的操作将在塔的纵向方向引导拉线并从而能够关于塔的纵向方向提升或降低拉线的连接点。 

拉线可以使用包括连接到塔的至少两个可控制地驱动的卷筒的机构可选择地被放置在第一位置和第二位置之间。带有一定长度的调整拉线可以被连接到可控制地驱动的卷筒并且该调整拉线可以沿着长度被连接到拉线上的一个位置以便调整拉线可以向着塔拉进拉线。 

可选择地，拉线可以通过在沿着塔的凹槽或轨道中运动的滑行器或滑架被连接到塔中以便提升和降低拉线。这种滑动可以被普通线性致动器、链条或类似物驱动。 

另外，本发明包括用于操作带有风力涡轮和带有可变的连接点的拉线的顺风风力发电设备的一种方法。在发电设备运行时该拉线可以采用逆风位置和顺风位置。该方法包括用于从风力发电设备的塔中的第一上部位置将连接拉线移动到第二下部位置的步骤、围绕垂直轴线偏航风力涡轮的步骤，以及在涡轮平面被调整成实质上垂直于风向时将逆风拉线移动到第一位置的步骤。 

连接拉线可以被绷紧在其第二下部位置。 

连接拉线可以被绷紧在其第一上部位置。 

本发明将于下文通过附图详细描述，其中： 

图1展示了带有向下至表面中的三个点的拉线的基本实施方式。 

图2展示了与图1相同的实施方式，但风向改变了。 

图3展示了锚固到海床的漂浮的风力发电设备。 

图4展示了用于将拉线在上部位置和下部位置之间移动的机构的实施方式的建议。 

图5展示了带有关于周边环境固定的两部分的塔的风力发电设备。 

图6展示了带有可以和涡轮一起偏航的两部分的塔的风力发电设备。 

图7展示了用于移动和绷紧拉线的机构。 

在图1上展示了风力发电设备1，其包括塔2、带有涡轮4的机械外壳3以及用于操作该风力发电设备的其它设备(图上没有示出)。机械外壳3可以围绕垂直轴线旋转或偏航，以便在任何时候涡轮平面可以保持与风向垂直。在图中展示了涡轮的扫掠面积、涡轮平面，但没有展示一个涡轮叶片。塔2被连接到表面5。拉线6a、6b和6c在其上部端部连接到塔并在其下部端部连接到表面5。风从左侧吹来，并且逆风拉线6a和6b被向上引导到它的上部位置，以使它们可以从那里把力向下传递到表面。拉线6c被引导到其下部位置以便不与涡轮4冲突。在此位置中拉线6c从塔向下延伸同时该方向的水平分量实质上处于风向上，并且将在很小程度上吸收对于风力发电设备的稳定性来说重要的力。 

在图2中展示了图1的实施方式，但是现在风是从右边吹来的。此种操作模式与图1中的操作模式并不完全类似，因为现在只有一根拉线6c位于逆风并处于上部位置。拉线6a和6b现在处于顺风下部位置，并被绷紧以贡献侧向稳定性。 

在图3上，该风力发电设备1被展示为漂浮在水体例如海洋的表面。塔2被从水7的表面引导并进一步向下引导进水中，在水中其水下部分8包括漂浮元件8a以及可能的压载物8b。拉线6可以在其下部端部连接到水体的底部5例如海底。另外至少一根拉线9可以在实质上最低点8b在其一端连接到塔以及在另一端连接到水体的底部。通过偏置该拉线，可能与塔8的纤细的实施方式在受波浪影响的部分中组合，将有可能限制由波浪的运动引起的垂直运动。 

在图3上风从右侧倾斜地吹来。两根顺风的拉线6a和6b因此处于下部位置。两根逆风拉线6c和6d处于逆风位置以提供水平力和垂直力，并因此也贡献侧向稳定性。在此实施方式中，风力发电设备的直立力矩可以被限制到对于在风力发电设备没有进行生产时、例如在拉线断裂过程中达到稳定性所必须的最小量，以便将联合重量(joint weight)保持为低。在合适的海洋深度，可以在电站中放置若干个风力发电设备，锚固到使其适合于分担锚固点的内部距离。在图3上在透视图中提出了处于水体底部例如海床的正方形的部分，其中在四个拐角中的每一个上可以构成用于提出的风力发电设备以及另外的三个其它临近的风力发电设备的连接点10a、10b、10c和10d。如果人们也使用塔的最低点的锚固，则其将在该发电站的中心部分，对每个附加的风力发电设备仅仅需要两个额外的锚固点。 

在深水处其将较不适合于将塔8b的下部部分连接在水体的底部比如海底。因此结构将具有有限的力矩用于受控的偏航中的运动；以及涡轮围 绕垂直轴线的旋转。为了贡献更大的力矩，两根或若干根拉线可以从位于水体底部的一个或若干个连接点延伸。来自底部的相同的点的拉线随后连接在塔的垂直轴线的每一侧。 

在图4上用塔的上部部分和涡轮的部分的透视图展示了漂浮的风力发电设备的另一个实施方式。对海床的参照对应于前面的图(图3)。图4是在顺风方向另外展示的，并且也展示了用于将拉线从上部位置移动到下部位置的机构的实施方式：带有涡轮4的机械外壳3被放置在塔2的上部部分，在该处其可以围绕垂直轴线转动。两根拉线——6a、6b、6c和6d从位于海床的四个连接点10a、10b、10c和10d(图3中)分别地向上延伸到塔2的上部部分。因为来自每个点的两根拉线被向上引导至塔的每一侧所以建立了传递用于偏航控制的力矩的可能性，原因是锚固力被非对称地分配到两根拉线。可选择地，一根拉线可以从每个连接点10a、10b、10c和10d延伸——并且分成两根拉线，接下来像示出的那样被连接在塔的中心轴线的每一侧。对于连接到塔的每根拉线6，其已经包括了用于移动拉线的位置的机构，该机构包括上部被动卷筒11和带有马达/变速箱13的下部马达驱动的卷筒12。马达/变速箱可以为常规的设计，其带有液压的、气动的或电动的推进装置。分离的拉线或调整拉线14在其一个端部被连接在下部卷筒中，围绕下部卷筒卷绕一些圈，然后绕过上部卷筒11，以及向下再次到达下部卷筒12，在下部卷筒12处缠绕若干次并连接。拉线6c被连接到拉线14并沿着拉线14上下移动，此外，在马达/变速箱13被以足够长的时间在一个旋转方向被操作时连接到下部卷筒上。这为在上部位置和下部位置之间移动拉线6c给出了可能性，并也为在两个位置将拉线6c绷紧给出了可能性。在拉线14的端部在卷筒11和卷筒12上绕圈的数量确定了拉线6c在上部位置和下部位置中分别可以被绷紧的程度。此外，除其他方面外，通过绷紧拉线6c实现的力和稳定效果将取决于拉线的弹性和长度。在图中示出了用于两根拉线6c的下部卷筒12沿着共用的马达/变速箱13连接。如果需要，拉线可以给出更大的力矩用于在下部位置中的偏航控制，带有对应的马达/变速箱13的每个卷筒12可以被放置在塔的轴线的每一侧，像对于上部卷筒11示出的那样。为了对偏航控制提供力矩，两个卷筒12可能将两根拉线6c彼此独立地绷紧在上部位置。 卷筒的设计必须依据法兰的材料和尺寸的选择而适合于拉线的类型和载荷状态。对应地，其可以与包括引导滑轮有关，该滑轮在垂直和水平方向稳定拉线。拉线位置的控制与偏航控制协调一致，以便涡轮不能被偏航到它可能与上部位置拉线冲突的位置。这可以通过常规的互锁机构以其最简单的形式出现，但是可以更合适地被集成在用于整个风力发电设备的控制系统中，其中所有的拉线、偏航控制、制动装置以及在停机状态中的可能的涡轮的方位角位置的控制被协调——并且涉及风的测量——以及浪高，另外还涉及天气的预测模型，其中预测模型可以从连接到风力发电装置的传感器或者从其它来源比如卫星测量接收数据。 

风力发电设备的塔的全部或部分可以包括放置在塔的垂直中心轴线的每侧的两个柱状物。塔可以被关于周围环境固定或者可以和机械外壳以及涡轮一起枢轴转动。塔结构在第一情形中可以被定向为使得在主要风向上的柱状物的风湍流大体上在穿过涡轮的轮毂的垂直线的侧面与涡轮相遇。这样可以减小涡轮的动力载荷，因为湍流将不在同一时间与处于完全径向伸展的每个单独的涡轮叶片相遇。相反湍流的影响将在涡轮叶片的有限的区域发生，并将关于叶片向外移动并且每次旋转重复一次。 

图5展示了带有固定的、两部分的塔的一个实施方式。带有涡轮4的机械外壳3被放置在塔2的上部部分上，其中在塔2的上部部分上带有涡轮4的机械外壳3可以围绕垂直轴线转动。机械外壳3的水平延伸部分在该实施方式中必定大于简单的塔结构，使得涡轮一定经过塔2的更宽的横截面。该附图进一步展示了用于在上部位置和下部位置之间移动拉线的机构：从在海床的四个连接点10a、10b、10c和10d中的每一个(如图3中所示)分别延伸有拉线6a、6b、6c和6d，每根拉线在塔2的上部部分连接到卷筒11之前在点16分成两根。对于连接到塔的每根拉线6来说，其包括有用于移动拉线的位置的机构，该机构包括上部马达驱动的卷筒11和下部马达驱动的卷筒12。分离的拉线15被连接到锚固拉线6c，该锚固拉线6c在点16分成两根。通过将拉线6c从上部位置移动到下部位置，分开的拉线中的张力被从马达驱动的上部卷筒11移除，其中下部马达驱动的卷筒12绷紧在拉线15中，从而将拉线6c朝向塔拉动，进入下 部位置，以使涡轮的平面可以被枢轴转动。 

无论塔是具有实质上的传统类型，还是包括两个柱状物，风力发电设备的塔的全部或部分可以被制成使得它(塔)和涡轮一起围绕垂直轴线旋转/偏航。跟随带有两个柱状物的塔的涡轮在围绕垂直轴线枢轴转动的过程中可以随后被定向为使得湍流在任何时候以及在任何风向时都在涡轮上给出最小可能的载荷。为了允许锚固拉线被向着锚固点保持定向在其固定的方向，它们可以被连接在不跟随塔围绕垂直轴线枢轴转动的边缘中。 

图6示出了此种实施方式。涡轮4和机械外壳3连接到圆柱形元件19，该圆柱形元件19形成两部分的塔部分16的上部部分，并且该圆柱形元件19伴随涡轮4和机械外壳3一起旋转/偏航。环形元件19被边缘17围绕，该边缘17为上部卷筒11提供连接。塔2的下部部分具有固定的定向，并且在偏航过程中不跟随涡轮4和塔部分16。在塔2的下部部分的上部部分，连接有下部卷筒18。在涡轮的偏航过程中，两部分的部分16将因此一起跟随运动，而带有上部卷筒的边缘17和带有下部卷筒的塔的下部部分将保持固定。附图没有示出用于在上部位置和下部位置之间移动拉线的机构的细节。 

若干种其它机构可以被用于在上部位置和下部位置之间移动连接拉线。最简单的那些可以是被动的(passive)，因为风力发电设备被允许在风向移动，以便顺风拉线例如通过重力被变得更松弛直到它可以被拉离上部位置。然而此种以及其它类似方案在一些情形中可以给出有限的安全性，并将不会给出用于通过绷紧在下部位置来控制锚固力的机会。图7中概略地示出了在上部位置和下部位置中给出对连接力的控制的实施方式的细节。上部被动卷筒11被放置在塔2的顶部，接近于涡轮轮毂的高度。下部的、两部分的马达驱动的卷筒12被放在涡轮平面的最低点的下面。分离的拉线14被张紧，拉线14位于下部卷筒的一部分12a中的一个端部被围绕此处缠绕多圈，以便随后绕过上部卷筒11并再次向下到达最低卷筒12的另一部分12b，在12b处拉线14被缠绕多圈并被连接。连接拉线6的端部被固定到拉线14并跟随拉线14一起上下。从附图中示出的位置，拉线6将通过在逆时针旋转方向上操作下部马达驱动的卷筒而被朝 向上部位置拉动。反过来它将被朝向下部位置拉动，因为拉线14被以顺时针方向操作。在最后提及的情形中，被动卷筒19将为拉线6界定在下部位置上的高度，即使拉线14进一步在顺时针方向被绷紧也是如此。包括卷筒19的目的部分地是为了能够独立于马达驱动的卷筒的位置来确定下部位置，部分地是为了能将拉线绷紧在下部位置，也是为了拉线6和拉线14之间的接合点对于在卷筒上缠绕若干圈是敏感的拉线解决方案。以此种形式，距离B将界定在拉线6和14之间的接合点后可以被绷紧的长度，而不允许两根拉线之间的接合点被缠绕到下部卷筒12上。距离A应该大约与风力涡轮的半径相同或大于风力涡轮的半径。为了确保拉线14成切线地进入下部卷筒12a，已经包括了两个调整卷筒20。该机构的所有已示出的部分被连接到风力发电设备例如连接到塔。拉线6在其一端被连接到拉线14，以及在其另一端连接到位于水体底部比如海床的连接点。作为一种通用的解决方案，该机构将具有多种实施方式，其中主卷筒和支撑卷筒的布置可以变化。 

风和流将使漂浮的风力发电设备受到海平面以上和以下的水平力。无论风力发电设备有没有处于生产模式，风都会对超过临界水平的结构施加水平力。为了减少这些力，塔可以装备有减阻装置：不能被旋转的塔可以被装备有被动的或主动的减阻装置，该减阻装置可以向着风枢轴转动以便塔上的力被减小。通过使用作为枢轴的塔，减阻装置可以被固定到该塔。 

在与风对水面以上的结构施加相当程度的力对应的一种方法中，大的流速可以在表面下的结构上引起不必要的水平力。为了避免在水面以上和以下的力的大小和方向之间的不必要的冲突，该塔可以包括水位线以下的减阻装置。如果塔可以独立于涡轮平面的定向以流向枢轴转动，那么这些减阻装置可以被固定。在塔不能以流向枢轴转动的情形中，这些减阻装置可以自由旋转以便它们可以被动地朝向流向枢轴转动。这就预示穿过减阻装置的空气动力中心的垂直轴线被放置在关于减阻装置的悬挂点的旋转轴线的参照流向的另一侧(behind)。 

风力发电涡轮的偏航控制可以通过力矩中的支撑实现，其中该力矩通过在锚固拉线中拉紧的力的非对称的侧向分布而产生，但是涡轮也可以装备有周期变矩控制，以便偏航运动(涡轮围绕垂直轴线的枢轴转动)可以借助于此而被实现或被促进。 

Claims (11)

1.一种顺风发电设备(1)，所述顺风发电设备(1)具有塔(2)、机械外壳(3)以及支撑在所述外壳(3)中的涡轮(4)，所述涡轮(4)界定旋转平面并适合于枢轴转动到实质上垂直于风向的位置，其中至少三根第一拉线(6)在一个端部被连接到所述塔(2)，并且每根第一拉线在另一端部被连接在至少一个连接点，其特征在于：

每根第一拉线(6)可采用至少第一上部位置和第二下部位置；

其中所述第一拉线(6)在所述第一上部位置时从在水平力的中心或接近于水平力的中心的连接点以倾斜角度向下延伸，所述水平力在操作中被所述涡轮施加到所述塔；以及

其中每根第一拉线(6)在所述第二下部位置时被引导离开所述旋转平面，以便所述涡轮围绕垂直轴线偏航而所述第一拉线(6)不会成为妨碍物。

2.如权利要求1所述的顺风发电设备，所述顺风发电设备(1)被放置在水体中，其特征在于：所述顺风发电设备(1)的下部部分包括一个或几个元件(8a)和压载物(8b)，以使所述顺风发电设备(1)能在水体中以竖直的放置方式保持漂浮而不需张紧第一拉线(6)。

3.如权利要求2所述的顺风发电设备，其特征在于：第一拉线(6)在所述顺风发电设备(1)的下部端部被连接到水体的底部(5)以及另外至少一根第二拉线(9)在一个端部被连接到所述顺风发电设备(1)的实质上最低点并且在另一个端部被连接到所述水体的底部(5)。

4.如权利要求1-3中任一项所述的顺风发电设备，其特征在于：所述顺风发电设备(1)的所述塔(2)的全部或部分包括放置在所述塔(2)的垂直中心轴线的两侧的两个柱状物(16)。

5.如权利要求1-3中任一项所述的顺风发电设备，其特征在于：所述顺风发电设备(1)的所述塔(2)的全部或部分能够围绕垂直轴线随所述涡轮(4)枢轴转动。

6.如权利要求1-3中任一项所述的顺风发电设备，其特征在于：所述顺风发电设备(1)的所述塔(2)的全部或部分装备有减阻装置，所述减阻装置减小在空气和/或水中的流动阻力。

7.如权利要求1-3中任一项所述的顺风发电设备，其特征在于：所述第一拉线(6)被使用一机构而处于所述第一上部位置和所述第二下部位置之间，所述机构包括：

至少两个可控制地驱动的卷筒(12)，其连接到所述塔(2)；

至少两个滑轮(11)，其连接到所述塔(2)并且放置为在所述塔的纵向方向距所述可控制地驱动的卷筒(12)一定距离；

具有一长度的另外的调整拉线(14)，其连接在所述可控制地驱动的卷筒(12)中，延伸越过所述滑轮(11)，并且返回到所述可控制地驱动的卷筒(12)；并且其中所述第一拉线(6)被连接在沿着所述调整拉线(14)的长度的位置，以使所述可控制地驱动的卷筒(12)的操作将在所述塔(2)的所述纵向方向引导所述调整拉线(14)并从而能够关于所述塔(2)的所述纵向方向提升或降低所述第一拉线(6)的连接点。

8.如权利要求1-3中任一项所述的顺风发电设备，其特征在于：所述第一拉线(6)被使用一机构而处于所述第一上部位置和所述第二下部位置之间，所述机构包括：

至少两个可控制地驱动的卷筒(12)，其连接到所述塔(2)；

具有一长度的另外的调整拉线(15)，其连接到所述可控制地驱动的卷筒(12)；并且其中所述调整拉线(15)被连接在沿着所述第一拉线(6)的长度的位置，以使所述调整拉线(15)能够朝向所述塔(2)拉动所述第一拉线(6)。

9.一种用于使用风力涡轮(4)和拉线(6)操作顺风风力发电设备(1)的方法，其中所述拉线(6)具有可变的连接点，在所述风力发电设备处于运行中时，在所述可变的连接点处，所述拉线(6)可以采用逆风位置和顺风位置，其中所述方法包括以下步骤：

将拉线(6)从所述风力发电设备的塔(2)中的第一上部位置移动到第二下部位置；

使所述风力涡轮(4)围绕垂直轴线枢轴转动；以及

在所述风力涡轮的平面被调整成实质上垂直于风向时，将逆风拉线(6)从第二下部位置移动到第一上部位置。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述拉线(6)被绷紧在所述第二下部位置。

11.如权利要求9和10中任一项所述的方法，其中所述拉线(6)被绷紧在所述第一上部位置。

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