CN101965454A - 发电机组 - Google Patents

Abstract

一种漂浮式发电机组，包括设有发电装置并漂浮在水体中的至少三个漂浮装置。三个漂浮装置中的至少一个漂浮装置是张力腿平台。该机组还包括固定到水下表面上的第一锚和连接漂浮体到第一锚的第一缆索。第二锚被固定到水下表面并通过第二缆索连接到漂浮装置。这些漂浮装置大体布置在三角形和四边形的多个顶点处。

Description

发电机组

技术领域

本发明与公开号为WO 2005/040604的国际专利申请相关。

本发明涉及发电机组和与其一起使用的设备。具体地说，本发明涉及(a)水上发电机组；和(b)在水上安置漂浮装置的方法。

背景技术

上述的WO 2005/040604讨论了风力驱动发电机组的优点，特别是能将风电田(即风力驱动发电机组汇集系统)安装于深水中而不需要在海床或其它水下固体表面上设置刚性结构的优点。上述申请描述了一种漂浮式发电机组，其作为组成部件地具有至少三个漂浮在水体上的漂浮装置和至少三个固定到水下固体表面的锚，每个漂浮装置设有发电装置，每个锚通过缆索连接到至少一个漂浮装置，并且每个漂浮装置通过缆索连接到至少两个其他组成部件，该漂浮装置大致布置在至少一个等边三角形的各顶点。

在上述申请中描述的发电机组或风电田使用竖向自由漂浮(“VFF”)装置，就是说，漂浮装置可自由漂浮而没有任何张力腿将其连接到海底；在风电田中使用的缆索用于在多个方向提供水平拉紧力，因此使VFF装置克服水平力而更稳定。该缆索还保证VFF装置不会从预定位置漂走，维持彼此相对的正确定位。虽然这类VFF装置能够产生好的结果，但是需要保证每个漂浮装置的重心在水面下相当深并且每个装置具有若干米的稳心高度(重心和稳心之间的距离)，还需要在水面上安装相当重的风轮机和发电机，这意味着在实际应用中VFF装置必然很重，通常达到几百吨到几千吨。如此重的VFF装置需要大量的建材，因此造价昂贵，尤其是近年来由于能源价格上涨，建材如水泥和钢材的成本大幅度上涨。

已知要在海上使用的风轮机和其它装置被安装到张力腿平台(TLP)上。张力腿平台包括连接到被锚固至海床的至少一根且通常为三根或更多根缆索或类似的连接机构的漂浮体。

这些TLP能被建造成比同样高度的VFF装置更稳固，但是如在下文参照图13至图15详细讨论的，在大的水平力作用下，它们比VFF装置更有可能发生严重倾翻，并且这种易受水平力作用的特性引起安装设备方面的问题，它需要将相当重的装置如风轮和发电机以在水面之上相当高的距离定位在TLP上，这是因为高于水面的大重物的安装增增大了TLP装置出现严重倾翻的趋势。

已经发现，如果上述申请所述的、在风电田中的一些或所有VFF装置被TLP代替，就会产生相当大的优势；TLP比类似的VFF装置更轻更便宜，而通过风电田自身的多个锚和多根缆索(与任何单独的TLP相关的锚和缆索相反)提供的漂浮装置之间的互联减小了TLP对倾翻和水平力的敏感性，因此使TLP为发电用风轮和发电机提供更稳固的安装。

本发明还涉及在前述WO 2005/040604中描述的风电田的一些改进形式。

发明内容

因此，本发明提供一种漂浮式发电机组，它作为组成部件地具有包括发电装置并漂浮在水体中的至少三个漂浮装置，该机组的特点是三个漂浮装置中的至少一个漂浮装置是包括漂浮体的张力腿平台，该机组还包括固定到水体下固体表面上的至少一个第一锚和保持处于张力的并将漂浮体连接到第一锚的至少一根第一缆索，该漂浮式发电机组还包括固定到水体下的固体表面的至少三个第二锚，每个第二锚通过第二缆索连接到至少其中一个所述漂浮装置上，每个所述漂浮装置通过缆索连接到至少其它两个组成部件，漂浮装置大致布置在至少一个三角形或四边形的多个顶点处。

在下文中，本发明的该方案将被称为本发明的“TLP机组”。而且为了方便，与TLP相关的第一锚和第一缆索被称为“TLP锚”和“TLP缆索”，用来保持整个机组就位的第二锚和第二缆索可被称为“机组锚”和“机组缆索”。在这样的TLP机组中，漂浮装置可以都是TLP，或者一些漂浮装置是TLP，而其它漂浮装置是VFF装置。每个发电装置可包括风轮机和用于从波浪或洋流中获取能量的装置中的至少一个。所述三个机组锚可大致布置在三角形的顶点处，其中漂浮装置布置在该等边三角形内或沿各边布置。在锚固的漂浮式机组的一种型式中，为了能在可能产生问题的恶劣天气和/或强流条件下使用，每个漂浮装置通过机组缆索连接到机组的至少三个其它组成部件上。TLP机组可包括至少六个漂浮装置，大致布置在六边形的各顶点，通常在六边形的中心布置有第七个漂浮装置。

当TLP机组中存在VFF装置时，VFF装置中的至少一个优选包括：

从水面上延伸到水面下的杆架；

包括多个叶片的风轮机，风轮机可转动地安装到杆架的上端或邻近上端安装，从而使这些叶片在转动时不接触水；

漂浮部，其邻近水面地安装在在杆架上并设置成为机组提供浮力；和

底座部，其在水面下安装在的杆架上并且具有附接到其上的多根缆索，该底座部被加重使得漂浮装置的重心基本在水面下。

理想的是，在这种机组中，VFF装置的重心位于水面下大约30米处，并且VFF装置优选具有至少10米的稳心高度(其重心和稳心之间的距离)。此外，TLP机组还可包括至少两根从漂浮部延伸到连接底座部和机组其它组成部件的缆索或者延伸到机组其它组成部件(包括其它漂浮装置)的辅助机组缆索。杆架的底座部可设有围箍，其布置成增加漂浮装置的流体动力质量并延长其自然波动周期。该杆架在水面处可具有横截面减小部分，并且在水面下的杆架部分可装有至少一个压载箱。

本发明的TLP机组可按照与前述WO 2005/040604所述和对图29A-29D的描述类似的方法来部署，当然需要部署TLP锚和缆索。

本发明还提供一种漂浮式发电机组，其作为组成部件具有至少三个漂浮在水体上的漂浮装置和至少三个固定到水体下方的固体表面上的锚，每个漂浮装置均配备有发电装置，每个锚通过缆索连接到至少一个漂浮装置上，每个漂浮装置通过缆索连接到至少两个其它组成部件，该机组的特点是漂浮装置大致布置在至少一个四边形的多个顶点处。

在这样的“四边形”发电机组中，每个发电装置包括风轮机和用于从波浪和/或洋流中获取能量的装置中的至少一个。此外，每个漂浮装置可通过缆索连接到机组的至少两个其它组成部件。至少一个漂浮装置可包括：从水面上延伸到水面下的杆架；风轮机，其包括多个叶片并可转动地安装到杆架上端或邻近上端安装，从而使这些叶片在转动时不接触水；漂浮部，其相邻于水面设置在杆架上并设置成为机组提供浮力；底座部，其在水面下安装在杆架上并具有附接到其上的多根缆索，底座部被加重以使漂浮装置的重心基本在水面下。在这样的具有杆架的漂浮装置中，漂浮装置的重心至少在水面下约30米，该机组还可包括从漂浮部延伸到将底座部连接到机组其它组成部件的缆索或延伸到机组其它组成部件的至少两根副缆索。该机组可具有设置在矩形或正方形的顶点的至少四个漂浮装置。至少一个底座部设有围箍，围箍设置用来增加漂浮装置的流体动力质量并延长其自然波动周期。

附图说明

图1是可用在本发明的TLP机组中的张力腿平台装置的从正面上方到其一侧的示意立体图。

图2是图1所示TLP装置的从上方到漂浮部一侧的放大示意立体图。

图3是与图2相似的视图，其中改进的浮力部替代图1和图2所示的相应部分。

图4表示图1和图2所示的TLP装置的变型以及现有技术中的VFF装置。

图5至图8表示缆索连接到本发明所用的各TLP装置的方式的细节。

图9至图12表示各种缆索配置，VFF和TLP装置通过该缆索配置相互连接到本发明的机组。

图13至图15示意表示作用于TLP装置的力和其失效方式。

图16是用于本发明机组中的优选的TLP装置的示意侧视图，并且示出了该装置减小倾向于引起装置失效的力。

图17是改进的TLP装置的示意侧视图，其中浮箱可相对装置的其它组成部件移动。

图18是VFF装置的局部示意侧视图，其中浮箱可相对装置的其它组成部件移动。

图19是缆索稳定装置的侧视图(局剖)，其可附接到本发明机组的一根或多根机组缆索上。

图20是图19所示的缆索稳定装置的端视图。

图21和图22表示可用于替换图11所示缆索配置的替代缆索配置。

图23表示图19和图20所示缆索稳定装置的改进型式的侧视图(局剖)。

图24A和图24B表示上述WO 2005/040604的漂浮式发电机组的、被改进以便利用已知风主要在一个方向上的地方的改进形式。

图25A至图25C表示本发明漂浮式发电机组的形式，其中漂浮装置按四边形布置。

图26A和图26B表示本发明的漂浮式发电机组，其中使用了与非发电漂浮装置相关的发电漂浮装置。

图27和图28表示被用在图26A和图26B的机组中的两种非发电漂浮装置。

图29A至图29D是表示部署本发明漂浮式发电机组的优选方法的示意俯视图。

具体实施方式

如已经指出的，本发明的第一方面涉及对在前述WO 2005/040604中描述的发电机组和风电田的改进，其中一些或所有的漂浮装置呈张力腿平台形式。据此，本发明的TLP机组可包括在WO 2005/040604中描述的漂浮装置的任何可选特征。

这些附图中的图1是从正面上方到张力腿平台装置(总体用标记100表示)的一侧的示意立体图，其可被用在本发明的TLP机组中。装置100包括风轮102，该风轮包括多个叶片(示出三个)并且被安装在轮毂(或机舱)104上，可绕在水面上方足够高的水平轴线旋转，从而这些风轮叶片在旋转时不接触水面；实际上，为保证风轮叶片不受表面阻力的阻碍而利用风的全速率，理想的是，风轮叶片在其最低点在水平面上方有至少15米间距。轮毂104容纳发电机(或其它形式的功率输出系统，未示出)并支承在塔架或杆架106上。包括风轮和装有发电机的轮毂的装置可从市场上购得，市售的装置可容易地被用在本发明的风电田中。市售的装置已经配置有用于保持风轮面向风的机构(未示出)，还设有位于轮毂下方不太远的旋转接头(未示出)，用于使轮毂和风轮能在固定杆架上转动，因此尽量减小在风轮转而面对盛行风时必须旋转的重量。

至此，装置100的构造都是常规的。然而，代替固定到刚性支承、陆地或海床，装置100呈用于锚固在深水中的张力腿平台形式。如图1所示，装置100还包括漂浮部(总体用标记108表示)，这将在下文中参考图2作详细描述。装置100还包括缆索安装部，其具有环形毂110H，从环形毂以120°间隔延伸出三个支腿或辐杆110S；根据TLP机组的具体型式，辐杆或支腿的数目和相邻辐杆或支腿之间的角度自然可以大范围变化(缆索安装部110可具有适合维持连接到其上的TLP缆索的相对位置的替代结构设计，例如一组构造为等边三角形的三个桁条，其中TLP缆索112被连接到每个角)。三根第一缆索或TLP缆索112从漂浮部108竖直向下延伸，经过辐杆并固定到辐杆110S的外端，从那里竖直向下延伸到TLP锚(未示出)，TLP锚以与在常规张力腿平台中一样的方式将缆索112下端例如通过重力锚和/或吸力桩锚固到海床。三根下机组缆索114从辐杆110S外端起向外和略微向上延伸，三个上机组缆索116从漂浮部108起向外且向下延伸。如在下文详细描述的，下和上机组缆索114和116在远离装置100的位置彼此连接。

如图2所示，图2是从上方到图1所示漂浮部108的一侧看过去的示意立体图，漂浮部108包括三角形平台120，该平台支承杆架106。一个中央支承件122和三个外支承件124分别从三角形平台120的中心和各个顶点竖直向下延伸，穿过水面。竖向支承件122和124的设置降减小在吃水线处的漂浮部横截面积，因此减小装置100对波浪作用的敏感性；参见美国专利US7,293,960，图13A、图13B、图14A和图14B以及说明书第13和14栏。竖向支承件122和124的下端固定安装到空心的浮箱126上，浮箱为TLP装置100提供浮力。如图2所示，浮箱126大体呈两端具有截头圆锥部的扁圆柱体的形式，所述两端截头圆锥部自中央圆柱部起向内逐渐变细。中央支承件122固定安装到上截头圆锥部的平坦上表面，而外支承件124固定安装到靠近上截头圆锥部的、其与中央圆柱部相接的外边缘。

三根水平缆索连接支杆128从中央支承件122起以120°间隔水平向外延伸(这些支杆的数量和支杆间的角度可根据将用到其的TLP机组的具体结构而大范围变化)，并且连接到并向外越过外支承件124。为了在大量负载施加于缆索连接支杆128时防止其外部过度弯曲，撑杆130从外支承件124和浮箱126相接处起向上向外延伸，这些撑杆靠近缆索连接支杆128的外端连接到缆索连接支杆128。

图3是与图2相似的视图，其表示可用于替代图1和图2所示的相应部分108的改进的漂浮部。如图3所示，在改进的漂浮部308中，杆架106仍然安装到三角形平台120上，该三角形平台具有从其中心竖直向下延伸的中央支承件122。然而，在漂浮部308中，外支承件324从三角形平台120的顶点处向下并向外延伸。此外，在漂浮部308中，图2所示的漂浮部108的单个浮箱126被三个独立的浮箱326A、326B和326C代替，每个浮箱为在其端部具有半球部的长圆柱体。浮箱326A、326B和326C通过保持件328保持在水面下的同一深度上并保持在等边三角形的顶点处保持彼此隔开。从每个保持件328的中心起，向内伸出一个水平支承支杆330，其连接到中央支承件122的下端。TLP缆索112附接到浮箱326A、326B和326C的圆形底部的中心，上机组缆索联接在这些浮箱的圆柱体部分的上端附近。

图4表示图1和图2所示装置100的其它变型以及现有技术中的VFF装置。为了对装置尺寸有一个总体概念，在图4的左手侧示出了以米标刻的竖向尺度。在图4中，以“A”表示的装置是现有技术的VFF装置，其基本上与如美国专利US 7,293,960的图15所示并在本说明书中所描述的相同，除了在装置A中，底座部的最低部分由框架代替。在图4中的装置F是如图1和图2所示的装置，其中对浮箱形状进行了略微改变。

图4中的装置B是所谓的“单腿高浮体”装置，其可被视为通过移除装置A的底座部的下部并将其替换为单根TLP缆索和改进的图1所示缆索安装部110H和110S而构成。如在图1和图2所示的装置100种，下机组缆索连接到缆索安装部的辐杆外端，而上机组缆索，如在装置A中，安装到浮箱的上端。

在图4中的装置D和E是装置F的变型。装置D是所谓的“三腿高漂浮体”，其可被视为通过缩短竖向支承件122和124、取消撑杆130并将上机组缆索直接连接到竖向支承件与浮箱相接合的位置处而从图1和图2所示的装置100中衍化而来。由于在装置D中的浮箱靠近水面，所以该设计最适合用于没有大波浪的受保护区域。装置D中的缆索连接支杆直接安装到浮箱下端，因此不需要与图2所示的那些撑杆130对应的撑杆。

图4中的装置E是所谓的“三腿低浮体”装置，其基本上是装置F的变型，被设计用于保持浮箱在水面下更深的位置；装置E因此能够更好地适合于具有更高波浪的区域。装置E的下部基本上与装置D的下部相同。然而，在装置E的上部，竖向支承件被加长，并赋予长的外支承件以刚性，它们通过连接三个外支承件的三角形“轴环”在靠近其中点的位置彼此连接。该轴环可包括与图2所示的缆索连接支杆128相似的支杆，或与图3所示的构件328相似的保持件，以及与图3所示的支杆330相似的支杆。外支承件可通过在它们的中点和中央支承件的下端之间延伸的斜撑杆支撑。上机组缆索在它们与轴环的联接处连接到外支承件。

最后，图4中的装置C是所谓的“单腿低浮体”装置，其可被视为是装置E的上部与装置B的下部的结合体，因此不需要进一步描述。

图5至图8表示TLP和机组缆索连接到本发明机组所用的各种装置的方式的细节。图5示出了缆索连接到图1和图2所示的装置100。如之前描述，TLP缆索112从支杆128起竖直向下延伸到TLP锚(未示出)，该TLP锚以在传统张力腿平台中相同的方式将缆索112下端锚固到海床。三根下机组缆索114从缆索安装部110的外端起向外且略微向上延伸，三根上机组缆索116从支架128起向外向下延伸。在远离装置100的位置，下和上机组缆索114和116被收进缆索滑轮组130，并且单根缆索132从每个缆索滑轮组130延伸到附近的TLP或VFF装置。

图6是与图5相似的视图，但示出了TLP缆索和机组缆索连接到图3所示的装置所采用的方式。如上所述，TLP缆索112从浮箱326A、326B和326C(最后一个在图6中看不见)竖直向下延伸，经过并固定到缆索安装部110的外端，从那里竖直向下延伸到TLP锚(未示出)。应当注意，在该装置中使用的缆索安装部110虽然与图1所示的缆索安装部的结构相似，但比其大，以便在图3所示装置中的TLP缆索112的安装位置之间提供更大的空间。图6中的缆索滑轮组130和缆索132的配置与图5中的相似。

图7和图8表示与图5和图6中相似的视图，但分别使用在图4中示出的装置E和C。应当注意，上机组缆索的安装位置是如此设置的，即在图5至图8中，这些安装位置在水面下的距离均基本相同，尽管图7和图8中的浮箱在水面下的深度大于图5和图6中的浮箱在水面下的深度。

在本发明的机组中的TLP和VFF装置(如果有)的优选配置与在前述WO 2005/040604中详细描述的以及如下所述的那些配置相同，参见图10A-图10F和图20A-图20J以及WO 2005/040604中相关的描述，以及下文描述的图24A、图24B、图25A-图25C、图26A和图26B。

请注意在这类机组中的相邻装置之间延伸的缆索的配置。图9至图11分别表示用于将图左手边的如图4所示的VFF装置A互连到图右手边的如图1和图2所示的装置100的缆索设置。在图9至图11中，应当理解的是，下和上机组缆索处于相当大的张力(大约数吨级)，并且这些图在很大程度上夸大了由缆索自身重量引起的某些缆索的弯曲程度。在图9中，下机组缆索基本上直接在装置A的基部和装置100的缆索连接部之间伸展，而上机组缆索从装置的上部延伸出来。

在图10所示的改进布置中，下机组缆索和上机组缆索的配置与图9示出的相似，但上缆索的长度已被如此调整，即下缆索和上部缆索的联接点所处的位置比图9所示的深度浅。取决于缆索长度，上缆索与下缆索的相连位置可位于在下和上缆索连接到两个装置的深度的大约一半处。

图11表示一种不同类型的上机组缆索。这种上缆索没有连接到下缆索，而是直接在两个相邻的漂浮装置之间延伸，基本平行于下缆索但在下缆索之上延伸。这种互连形式可在装置之间提供抗拉强度更高的连接。虽然其在装置之间提供更结实的连接，但确实有这样的缺点，即，它使上缆索更易受波浪影响，并且如果漂浮式机组位于船只需要经过的区域时，上缆索仅允许船只具有有限的吃水深度。

最后，图12表示可用于连接两个TLP装置并适合连接VFF装置的缆索连接形式。实质上，图12所示的缆索配置是通过去除下机组缆索而仅保留连接至两个TLP装置的上机组缆索而从图11所示的缆索配置中演化而来的。图12所示的缆索配置通过去除下机组缆索及其安装减少了费用。图12的缆索配置在稳定TLP装置方面之所以有效的原因将参考图13至图16在下文中加以解释。

在图9至图12中示出了连接缆索在其自身重量下已下垂。这种下垂的程度在这些图中被非常夸大了，这是因为这种下垂被缆索中的相当大的张力限制。为了进一步减小下垂，缆索可被设计成浮力中性；“浮力中性缆索”提供直线连接，因此提供装置的刚性结构。然而，(通过进一步研究例如水力模拟)可能发现该刚性结构在一些情况下或多或少是合适的，因为其倾向于将一个装置的横向运动和力传给其周围的装置。因此，本发明扩展到既使用普通缆索，也使用浮力中性缆索。浮力中性缆索可围绕钢芯地形成有厚保护层，保护层通常由合成材料如合成泡沫形成，因此有浮力。浮力中性缆索可与VFF和TLP装置连用并具有本文所示的所有缆索构造，包括在下文参考图21和图22描述的交叉张紧缆索。

现在，将解释本发明稳定TLP装置的方式。图13非常示意性地示出了作用在单个传统TLP装置上的力，该TLP装置没有连接到任何类似的装置上。箭头A表示推动风轮、轮毂和设置在水面上方的装置其它部分的风推力。该推力随叶片和轮毂的结构和尺寸变化而变化。如果达到极端情况，即推力A超过TLP装置的设计极限，则整个TLP装置将绕点E逆时针转动(如图所示)，在该点E处，TLP缆索连接到装置的“张力腿连接臂”。因此，在极端的风推力下的整个TLP装置的转矩可通过将点E和其它张力腿连接臂定位在水面下更浅的位置而被减小。

图13中的箭头B表示作用于TLP装置的水平波浪力。该波浪力(对于一个结构)在接近水面处最大。据此，使TLP装置的接近水面处的横截面面积最小可减小该力。而且，在水面下更浅的位置安置张力腿连接臂可减小以点E为中心的力B的力矩。

箭头C表示作用在TLP装置的水下部分的水平波浪力，箭头D表示作用在其上的竖向波浪力。在这两种情况下，波浪力取决于结构的流体力学设计，并且将TLP装置的大型部件(尤其是漂浮部)布置在较深的位置可减小该力。

在TLP装置中最希望避免的情况是图14示出的“向后倒”的情况。在此极端情况下，水平波浪力B和竖直波浪力D结合风推力A，形成以点E为中心的灾难性力矩，引起对面的张力腿变松，从而整个装置向后倒，这可能引起严重的损坏，甚至造成叶片和发电机损坏。还需要防止出现图15所示的“向后推移”的情况。在这种情况下，风推力A、水平波浪力B和水平波浪力C都作用在同一个方向上，从而产生相当大的水平力，导致整个TLP装置过度水平加速(小的水平运动经常发生，仅当TLP装置发生过度水平加速时，向后推移情况将成为问题)。图14和图15所示的两个独立的失效模式的存在使传统TLP的设计者陷入两难的困境；将TLP的大型部件(尤其是漂浮部)放置在水下更深的位置可显著减小波浪力C和D，但如果点E处于与漂浮部同样的深度，则增大了围绕点E的力矩。

现有技术试图解决上述问题，包括加长张力腿连接臂以增大围绕臂端部(如上文所述的点E)的浮力(由TLP装置的漂浮部提供)力矩，臂端部在失效情况下作为旋转中心点。然而，这样的臂加长导致TLP装置的水下部分具有更大和更重的结构，并且除了使整个装置更大更重且成本更高之外，几乎没有有效的措施解决“向后推移”问题。

如图16所示，本发明所使用的优选的TLP装置通过这样的措施缓解上述问题，即将在水面处的装置横截面面积最小化(像在图2中通过设置窄的竖向支承件122和124)以减小水平波浪力B和将漂浮部足够深地布置以尽量减小波浪力C和D，同时，保持张力腿连接点E更接近水面。水平的下和上机组缆索的设置为缓解“向后推移”问题提供了支持，这是所示设计的重要优势之一。此外，在图15所示的风力和波浪力增大时，TLP的任何向后推移运动将减小在右上电缆116上的竖向分力并将增大左上机组电缆116上的竖向分力，因此有助于稳定TLP和降低图14所示的“向后倒”情况的风险。

图17表示上文所述的TLP装置的漂浮部的改进型式，其可进一步减小装置上的波浪力。实际上，图17所示的改进装置允许最大的水力部件即浮箱可控地摇摆，减小结构其余部分的动力态波浪力。

如图17所示，改进的TLP装置具有三角形平台120和竖向支承件122和124，这些部件皆与图1和图2所示装置的相应部分基本相同(为便于显示，图17中省略了杆架106)。然而，代替固定连接到浮箱，支承件122和124的下端被固定到包括第一水平部720(其与图2所示的支杆128或图3所示的构件328和330相似)、三个竖直部722(在图17中仅可看见两个)和第二水平部724的框架，该第二水平部类似于图2所示的支杆128或图3所示的构件328和330。TLP缆索112和上机组缆索116连接到第一水平部720的边缘。浮箱726保持在框架720、722、724中；所述浮箱726的下端通过万向接头728安装到第二水平部724上，而每个竖直部722通过主动运动控制阻尼器连接到浮箱726的上端。

万向接头728允许浮箱726在框架中作有限摇摆，而主动运动控制阻尼器730控制该摇摆并限制浮箱726相对框架的最大运动。该阻尼器730可以是气动的、液压的或弹簧式的，可被设置成产生附加的电能。

使用活动的浮箱来减小波浪力未被局限于在TLP装置中，还可扩展到用于VFF装置。例如，图18示出了活动的浮箱726用在图4所示的VFF装置A的改进型式中。

图19和图20分别是缆索稳定装置(“CSU”，总体以800表示)的侧视图(局剖)和端视图(从图19的左边看)，该缆索稳定装置可连接到上述机组的一个或多个机组电缆，用于增强缆索抵抗VFF或TLP装置水平运动的能力。如图19和图20所示，缆索稳定装置800包括浮体802，其静置于水面下，但在CSU的其它部件上方有一小段距离，并且控制缆索稳定装置以及连接到其上的缆索的位置和浮力，如下所述。浮体802通过缆索804连接到CSU的主体，其包括在周缘处附接到空心圆柱808的盘形件806。机组缆索(如图5至图8任一所示的缆索132)经过盘形件806中心，六根CSU缆索810(盘形件806每侧各三根)从圆柱808上的间隔点起延伸到缆索132上的与CSU 800隔开的位置，因此保持盘形件806垂直于缆索132。

CSU 800用来为缆索132的水平运动提供附加阻力，因此为连接到缆索132上的VFF或TLP装置的水平运动提供附加阻力。CSU 800应当被如此定位，使其不会受到波浪运动作用的影响(波浪运动作用可能会引起缆索132作不期望的水平运动)，因此其理想地布置在缆索132的最深部分，通常是连接到缆索的VFF或TLP装置之间的中间点。CSU 800可沿着在VFF和/或TLP装置之间的缆索布置，以利用相对于VFF和/或TLP上的波浪力的相位的、CSU上的波浪力的期望相位。

例如，盘形件806可具有8米的直径，圆柱808具有4米轴向长度。这样的CSU的流体动力质量为大约200吨，并且浮体802的排水量约为20吨。浮体802可由纤维增强塑料或类似的材料制成，并且缆索804由合成绳索、钢索或钢链制成。盘形件806和圆柱880可由纤维增强塑料或类似的合成材料、钢或钢筋混凝土制成。

图21和图22示出替代的缆索配置，其可用于替换图11所示的缆索配置。在图21和图22中，设置交叉张紧缆索830，它们在一个VFF或TLP装置上的上缆索连接点和相邻装置上的下缆索连接点之间延伸，从而两根交叉张紧缆索830在两个装置之间按“对角线”延伸。在两根交叉张紧缆索830彼此交叉的位置，它们可相互连接，或在该位置处彼此可相对自由运动。图21示出了用于连接两个VFF装置的交叉张紧缆索，而图22示出了用于将一个VFF装置连接到一个TLP装置的交叉张紧缆索；交叉张紧缆索当然也可以用于连接两个TLP装置。使用交叉张紧缆索可用来减少波浪引发的VFF或TLP平台移动，并且由于所需要的总张力可分布到四根缆索而不是两根上，所以使单根缆索可被制造得更细更轻。或者，图21和图22所示的上和下缆索可被去除，从而仅存在交叉张紧缆索。

图23表示图19和图20中的缆索稳定装置的改进型式(总体以标记900表示)。图23所示的CSU 900与图19和图20所示的CSU 800的不同在于去除了主缆索132的经过盘形806中心的部段。这需要CSU缆索810足够结实，使在盘形件806每侧的三根(或设置其它数目)CSU缆索能承载主缆索132中的总张力。以图23示出的方式去除主缆索132的经过盘形件806中心的部段，可简化CSU同主缆索的连接，因为不需要使主缆索经过CSU的盘形件。

现在，请注意本发明的第二主要方面，即四边形和类似的发电机组，这类发电机组的使用与装置是VFF型或TLP型或其组合无关。在前述WO2005/040604的图10和图20所示的各漂浮式发电机组中，VFF装置布置成等边三角形。然而，这不是发电机组的主要特征；以等边三角形布置漂浮装置使得单位水面面积的漂浮装置的数量最大化，但非等边三角形或其它多边形尤其是四边形在特定环境下是理想的。特别是，当漂浮式发电机组处在风主要来自一个方向的位置时，已经发现通过沿盛行风向延展基于等边三角形的配置形式如图10和图20所示的配置形式来改变基于等边三角形的配置形式是有利的。理论上，漂浮装置应当如此设置，使得当风在盛行方向吹动时，漂浮装置尽量减小相互遮挡(“遮挡”指的是上风向漂浮装置减小下风向漂浮装置的功率输出的倾向)。实践中，这基本上不可能实现，因为即使在风通常处于恒定方向的区域中，例如全年刮信风的地区，该“盛行风向”将实际约为45度。据此，在实践中，理想的是如此布置漂浮装置，即装置之间的距离在沿着接近盛行风向的方向上较大。基于被改变的等边三角形的机组的例子在图24A和图24B中示出。

图24A表示对WO 2005/040604的图20G所示的6个锚和19个漂浮装置作出的变型，其被改进成允许出现盛行风，为了说明目的，假定该盛行风在图中的水平方向之上或之下的小角度吹动(当然沿图中的地表取向也是允许的)。为允许更盛行的风，机组沿着偏离盛行风向很小角度的方向延长约50％，从而相邻的漂浮装置在该“延长”方向上间隔开叶片直径六倍的距离，但在垂直于该方向的方向，仅间隔叶片直径四倍的距离。在该延长方向上的漂浮装置之间间距的增大减少了一个漂浮装置对其相邻的下游漂浮装置的“遮挡”效应。

如图24A所示的机组可具有大于120度的敞角，其中相邻的漂浮装置之间的间距在一个方向上增大。如此大的敞角往往使机组更易受天气的影响。根据机组布置地点的期望的天气条件，最好能提供附加的锚来增强机组稳定性并且重新配置一些缆索以消除大的敞角。例如，图24B示出了图24A所示机组的改进型式，其具有四个附加的锚2802并具有数根连接到这些锚2802上的缆索被重新配置以消除大的敞角。

如已经提及的，本发明所用的漂浮式发电机组的漂浮装置不需要设置在三角形的顶点，却可设置在四边形优选为矩形或正方形的顶点。图25A至图25C表示这种机组。图25A表示包括8个锚和21个漂浮装置的机组，漂浮装置基本上以改进的5×5阵列布置，其中省略了角处的装置，从而这些漂浮装置布置在十个正方形和四个直角三角形的顶点处。图25B表示图25A的机组的改进型式，其以与图24B所示的机组相同的方式进行变化，例如图25B的机组通过在水平方向上拉长图25A中的机组而形成，该水平方向假定为接近盛行风的方向。图25C中的机组也通过拉长图25A中的机组来形成，但这次是沿对角线方向，使图25C中的漂浮装置实际设置在平行四边形而非正方形(如图25A所示的)或非矩形(如图25B所示的)的顶点。

图26A和图26B表示这样的漂浮式机组，其结合发电装置和非发电漂浮装置并主要打算用于研究和监控目的。图26A所示的机组包括4个锚、1个发电漂浮装置900和直升机甲板装置3102。图26B所示的机组包括6个锚、1个发电漂浮装置900、直升机甲板装置3102和雷达装置3104，其中三个装置900、3102和3104以等边三角形设置，每个都连接到两个锚。

图27和图28是分别如图26A和图26B所示的装置3102和3104的放大侧视图。每个装置3102和3104的水下部分与WO 2005/040604的图11所示的漂浮装置1100非常相似并且被相应地标识。直升机甲板装置3102的水下部分具水下系泊站3220。在水线之上，装置3102和3104都配备有小型船码头3222和实验室或工作间3224。装置3102的平坦上表面形成直升机甲板3226。

装置3104的上部包括雷达或通讯罩3228。此外，装置3104具有传感装置，其包括被缆索3232系到副缆索1114上的浮体3230。杆或缆索3234自浮体3230垂下并且带有一个或多个传感装置3236(在图28中仅示出一个传感装置)；这些传感装置3236可测量波浪运动(如图28中的双箭头所示)、水温和盐度、水流和任何其它需要的参数。如果需要，可在主缆索和副缆索上设置附加的传感器或传感装置，所有的传感装置可反馈信息给实验室3224中的仪器。

应当理解，在装置3102和3104上设置的多种附加结构如水下系泊站、船码头和传感装置是完全可变的，任何附加结构可设置在任一装置上。实际上，通过加大甲板3226，可以设置直升机甲板和雷达或通讯罩，因此实质上结合了装置3102和3104的功能。

图29A至图29D非常示意性地示出了形成漂浮式发电机组所需的锚和缆索的组装方式和VFF和/或TLP装置连接到这些锚和缆索的方式。为了简单起见，图29A至图29D示出了WO 2005/040604的图20D中的漂浮式发电机组的组情况，其具有7个漂浮装置和6个锚，因为组合多个复杂布局所需要的方法的必要改进据信对于部署锚固漂浮装置的领域的技术人员将是显而易见的。

如图29A所示，该方法起始于将锚2002放置在它们在最终的漂浮式发电机组中占据的位置。锚2002通过缆索部连接到用于延长或缩短与它们相关的缆索的缆索调节装置2004、临时连接件2006和临时浮体2008(注意，锚2002中的一个，如图29A中所示的左手边的那个，带有两个临时连接件2006，而其它的每个锚仅有一个临时连接件)。如图29B所示，在该方法的下一个步骤中，通过缆索调节装置2004调节缆索长度，并且缆索被互相连接，从而临时连接件2006基本占据漂浮装置900在最终机组中将占据的位置，缆索网的形貌与最终网的形貌相同，尽管没有精确地占据相同的位置。为了清楚起见，在图29B中省略了临时浮体2008，但占据的位置非常接近与它们关联的临时连接件2006，并且用于保持临时连接件2006和相邻的缆索部分接近于水面。

接下来，如图29C所示，临时连接件2006被漂浮装置900代替，基本上不改变机组的几何结构；由于漂浮装置900的浮力使临时浮体2008成为不必要的，临时浮体2008在该阶段也被去除。最终，如图29D所示，缆索调节装置2004被用来调整缆索长度，从而在缆索中提供必要的张力并形成最终的漂浮式发电机组。

本文所述类型的漂浮装置可以高度规模化，不用显著改变设计，因此，根据期望的具体的功率输出，上面提到的优选的尺寸、重量和功率输出可发生改变。

Claims (19)

1.一种漂浮式发电机组，作为组成部件地具有带有发电装置并漂浮在水体中的至少三个漂浮装置，其特征在于，所述至少三个漂浮装置中的至少一个漂浮装置是包括漂浮体的张力腿平台，该机组还包括固定到水体下方的固体表面上的至少一个第一锚和保持处于张力并将该漂浮体连接到该第一锚的至少一根第一缆索，该漂浮式发电机组还包括固定到水体下的固体表面上的至少三个第二锚，每个所述第二锚通过第二缆索连接到至少两个其它组成部件，这些漂浮装置布置在至少一个三角形或四边形的多个顶点上。

2.根据权利要求1所述的机组，其特征在于，每个所述发电装置包括风轮机和用于从波浪或洋流中获取能量的装置中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的机组，其特征在于，每个所述漂浮装置通过机组缆索连接到该机组的至少三个其它组成部件上。

4.根据权利要求1所述的机组，其特征在于，所述至少一个漂浮装置包括：

杆架，其从水面上延伸到水面下；

包括多个叶片的风轮机，该风轮机可转动地安装到该杆架的上端或靠近该杆架的上端安装，从而使所述叶片在转动时不接触水；

漂浮部，其靠近水面设置在该杆架上并布置成为该机组提供浮力；和

底座部，其在水面下方设置在该杆架上并具有连接到其上的缆索，该底座部被加重以使该漂浮装置的重心处于水面下。

5.根据权利要求1所述的机组，其特征在于，所述至少一个漂浮装置包括：

包括多个叶片的风轮机，该风轮机可转动地安装到水面上方，从而所述叶片在转动时不接触水；

杆架，其支承该风轮机并自该风轮机向下延伸；

平台，设置在该杆架的下端；

多个支承件，它们自该平台起向下延伸；

至少一个浮箱，其连接到所述多个支承件的下端。

6.根据权利要求5所述的机组，其特征在于，还包括缆索连接支杆，其固定到其中一个所述支承件上并具有用于将缆索连接到其上的机构。

7.根据权利要求5所述的机组，其特征在于，具有连接到所述支承件上且配备有用于将缆索连接到其上的机构的多个浮箱。

8.根据权利要求5所述的机组，其特征在于，至少一个浮箱包括固定到所述至少一个支承件上的框架和可移动地固定到该框架上的漂浮件，用于减小由作用于漂浮件的波浪力引起的该机组的水平加速度。

9.根据权利要求1所述的机组，其特征在于，还包括连接到缆索上的至少一个缆索稳定装置，该缆索稳定装置包括浮体和通过连接件连接到该浮体的盘形件，该盘形件连接到该缆索上并用于增大缆索穿过水的运动阻力。

10.一种漂浮式发电机组，作为组成部件地具有漂浮在水体上的至少三个漂浮装置和固定到水体下方的固体表面上的至少三个锚，每个所述漂浮装置配备有发电装置，每个所述锚通过缆索连接到至少其中一个所述漂浮装置上，并且每个所述漂浮装置通过缆索连接到至少两个其它组成部件，所述漂浮装置大致布置在至少一个四边形的多个顶点处。

11.根据权利要求10所述的漂浮式发电机组，其特征在于，每个所述发电装置包括风轮机和用于从波浪和/或洋流中获取能量的装置中的至少一个。

12.根据权利要求10所述的漂浮式发电机组，其特征在于，每个所述漂浮装置通过机组缆索连接到该机组的至少三个其它组成部件上。

13.根据权利要求10所述的漂浮式发电机组，其特征在于，所述至少一个漂浮装置包括：

杆架，其从水面上延伸到水面下；

包括多个叶片的风轮机，该风轮机可转动地安装到该杆架的上端或靠近该杆架的上端安装，从而使所述叶片在转动时不接触水；

漂浮部，其靠近水面设置在该杆架上且布置成为该机组提供浮力；和

底座部，其在水面下方设置在该杆架上且具有连接到其上的缆索，该底座部被加重以使该漂浮装置的重心处于水面下。

14.根据权利要求13所述的漂浮式发电机组，其特征在于，该漂浮装置的重心处于水面下至少约30米。

15.根据权利要求13所述的漂浮式发电机组，其特征在于，还包括至少两根副缆索，它们从该漂浮部延伸到将该底座部连接到该机组的其它组成部件的缆索或者延伸到该机组的其它组成部件。

16.根据权利要求13所述的漂浮式发电机组，其特征在于，该机组具有至少三个漂浮装置，它们布置在等边三角形或一个通过沿一条轴线拉长等边三角形而沿其它轴线不变而形成的三角形的多个顶点处。

17.根据权利要求10所述的漂浮式发电机组，其特征在于，该机组具有设置在矩形和正方形的多个顶点处的至少四个漂浮装置。

18.根据权利要求13所述的漂浮式发电机组，其特征在于，所述底座部设有围箍，该围箍布置成增大所述漂浮装置的流体动力质量并延长其自然波动周期。

19.一种用于组装漂浮式发电机组的方法，该漂浮式发电机组作为组成部件地具有漂浮在水体上的至少三个漂浮装置和固定到水体下方的固体表面上的至少三个锚，每个所述漂浮装置配备有发电装置，每个所述锚通过缆索连接到至少其中一个所述漂浮装置，并且每个所述漂浮装置通过缆索连接到至少两个其它组成部件上，该方法包括以下步骤：

将所述锚放置在期望的位置，其中在每个所述锚上连接有缆索、用于改变缆索长度的装置、至少一个能将至少两根缆索相互连接的临时连接件和能够在水面上保持缆索端部远离所述锚的漂浮机构；

通过所述临时连接件将所述缆索相互连接，以产生在最终机组中所需要的缆索之间连接；

用所述漂浮装置替换临时连接件；以及

缩短至少一根缆索的长度以形成最终机组。

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