CN102656363B - 浮动能量生产设备 - Google Patents

Abstract

一种浮动能量生产设备(1)，其包括至少三个风力发电机(2)，发电机附接到共同的浮动单元，浮动单元独立于放置位置和水深。前述单元包括由管道(4)构成的框架系统(F)，管道与至少三个具有节点(3，5)形状的附接点相连接。管道(4)在其各自的端部(4a，4b)处被密封，并且形成单独的浮动部件，部件适于与节点(3，5)相连接。

Description

浮动能量生产设备

背景技术

风力发电正成为较为优选的能量提取系统，因为风力发电不会将二氧化碳排放到大气中。陆上风力发电的一些问题是，它们破坏环境，并且因为它们往往是放置在无人居住的地区，所以维护费用高昂。因此，维护、修理和零件更换往往需要针对分离单元进行复杂运输并要求麻烦的工程操作，例如需要用吊车进行起重。

根据现有技术的风力发电单元也作为分离的单元放置在海洋里，采用混凝土柱浇铸到底座。这需要相对较浅的水域，并且因此通常安置在靠近海岸和靠近居住区或休闲区。从环境角度来看这些区域都不令人满意。因此，靠近海岸的海岸线应该尽可能不进行这种类型的安装，特别是如果存在更好的选择的话。现今基于近海的单一单元的维护成本比在陆地上相应的单元高出3-4倍。进一步向远海建立风力发电设备，遇到了通常深度更大的问题，而且也遇到了管理和维护的实际经济问题。由于事实上，风力发电设备时至今日还在使用单独的风力发电单元，进一步向远海放置很快就会变得不经济。原则上风力发电设备放置在海上的优势是，海上通常有更频繁和更强的风。

发明内容

本发明的目的是建立一种回收风能的风力发电设备。本能量生产设备如权利要求1所述。

根据权利要求1所述的本能量生产设备包括至少三个风力发电机，各风力发电机均附接到共同的浮动单元。该单元可独立于放置位置和水深而放置在水上。前述单元包括由管道构成的框架，管道与至少三个具有节点形状的附接点相连接。本发明的特征是管道在各自的端部处被密封，并且形成分离的浮动部件，部件适于与节点相连接。

这就构成了一种风力发电设备，其可以放置在离岸边较远的水域上，而避免在海岸线上进行安装。因为在同一单元上排布至少三个风力发电机，所以维修可以很便利。优选地，所述至少三个风力发电机被优化地放置在单元的表面，由此每一个单独的风力发电机可以尽可能多地回收风能。当管道形成单独的浮动部件时，就便于管道运输和设备组装。因此，本设备不必在坚实的地面上组装以运出到海上。相反，单独的部件可以更快速更经济地运出到设备区。也可以采用简单的方式替换破损的部件。

在本发明的一个实施例中，管道端部设有第一附接装置，其适于装配排布于节点上的第二附接装置。或者，第一附接装置可以设计为凸形部件，第二附接装置可以设计为凹形部件，或者，第二附接装置可以设计为凸形部件，第一附接装置可以设计为凹形部件。所述附接装置用来将管道相互连接或将管道与节点相连。

在一个实施例中，每个节点有至少两个附接装置，以便每个节点能通过所述附接装置连接到至少两个管道。在各管道部件之间，节点形成绑定的连接。

在另一个实施例中，第一和第二附接装置互相紧靠密封并且用机械锁相连接。因此，在管道里形成一密封空间。

在一个实施例中，管道端部被可开启舱门密封。在另一个实施例中，第二附接装置还包括可开启舱门，其被安排穿过节点的外壳。当在管道两端安排可开启舱门进入节点时，节点和管道可以相互连接，管道形成在节点之间的传输路径，并且这些部件中的空间可以用做传输路径、工作间、储藏室，住宿间或为其他功能提供空间。例如一个节点可以作为本设备的主建筑，其可以作为酒店和会议室使用。

在一个实施例中，本单元还包括中心节点，中心节点连接到外建筑/框架系统，该外建筑/框架系统包括外围节点和连接节点的管道。通过对管道进行连接，就建立了一个符合生产成本效益的简单建筑。

在一个实施例中，管道可以从中心节点发散到外围节点。这些额外的管道进一步稳定了建筑，并且每个节点因此由至少三个附接点/附接装置连接到管道。

在一个实施例中，发电机放置在节点上，这些节点形成了发电机的基座。节点形成了发电机的基座。这就导致形成具有良好水位的固定单元。

在另一个实施例中，至少一个水箱放置在管道里和/或节点里。水箱中的水量是可调节的。在向两个节点组装或从两个节点拆卸期间，水箱中的水量可以用来平衡和定位水中单独的管道。水箱中的水量也可以根据天气和海浪高度来平衡整个能量生产设备。

在一个实施例中，本设备包括锚固系统，其适于将设备与底座锚定。锚固系统可以放置得比以前的设备更深。

在锚固系统的一个实施例中，锚固系统放置在正中央。由于这一放置位置，设备可以围绕中心轴线自由旋转。如果中心节点被用作浮动单元的一部分，则只有中心节点可以被锚定到底座。由于这个建筑，其外部建筑可以如此安排以至建筑可以围绕中心节点旋转360度。

在另一个实施例中，本设备可以随风向对其自身进行设置，由此固定附接的风力发电机总是沿优化的方向放置。

随风调整的执行可以采用例如风舵和/或吊舱推进器(Azipod)，即，电驱动推进器。

为使建筑在底座中进行坚实锚固，锚固系统可包括至少三个侧路排布的锚固附件。

为了创建建造起来既简单又实惠的建筑，设备共同的漂浮单元可包括管道和节点，所述管道和节点由钢制成。

为了防御天气和风，在一个实施例中，管道和/或节点设有外隔离部，其包括，粘在管道上的泡沫塑料层，所述泡沫塑料层被玻璃纤维铠装塑料外层覆盖。

浮动单元可具有六角形的形状。这种形状使风力发电机得以自然且优化地平衡和放置。

设备共同的浮动单元优选地包括直径2到15米之间的管道和直径10到30米之间、高度15到40米之间的节点。管道长度可为120-300米。

风力发电机可以是风力发电机塔，竖直旋转的螺旋桨单元可设置在塔上。风力发电机也可是站立式或卧式风铲装置。为了回收尽可能多的能量，风力发电机塔优选地高度约50-150米，螺旋桨半径约50米。螺旋桨单元的入口通道优选地被实现穿过塔里的内轴。风力发电机塔的内轴被管道和节点连接，从而可以实现部件和螺旋桨单元相互间的室内交通。

也为了保护风力发电机免受环境磨损，风力发电机塔和螺旋桨单元可设有外隔离部，外隔离部包括，粘在管道上的泡沫塑料层，所述泡沫塑料层被玻璃纤维铠装塑料外层覆盖。

本设备还可被实现和优化为带有其他电力发电系统。例如，设备在海洋中的竖直运动，可用于能量转换。此外，依靠安排在设备上的太阳能电池，太阳能也可以被转换。为了优化回收风能，风铲设备可以放置在共同浮动单元和风力发电机塔的螺旋桨下方之间的一层。

显然，所有的实施例或者一个实施例中的各部分可以采用所有可能的方式进行组合。

具体实施方式

下面，对本发明的实施例进行详细解释。所有示例应视为概括描述的一部分，并且因此可以以任何方式相组合。不同实施例的单独部分只要在本发明的范围内就可以自由组合或互换。

本发明的目的之一，是尽量减少陆基或近海沿岸风电设备的环境问题，并且同时实现每千瓦时(kwh)最低的可能的价格。出发点是，由于环境因素，海上风力发电设备优先于陆基风力发电设备。然而，这就必须提供技术，而该技术还应提供有竞争力的价格。当前发明满足了这些需求。采用本发明，海上风力发电装置可以放置在较远的深水区，如果需要的话可以超越地平线，即，根据建筑的高度，远离海岸约20-30公里。然而，根据本发明的建筑并不令人不快，相反，它是有趣且具有吸引力的旅游点，原因在于，例如它也可以作为带有优化风电技术示范的海上餐厅或海洋生活中心。通过仅仅安装根据本发明的一个单元，就可以满足海岸社区约2万居民的所有能量需求。

本发明的一个实施例公开于如图1a和1b，并且是一种浮动设备1，该浮动设备1上已建有六个风力发电机。设备包括至少三个风力发电机2，且可以多达六个到八个或更多，这取决于使用哪种类型的风力发电机。优选地使用至少四个和最大七个传统风力发电机。风力发电机2，优选地是带有竖直螺旋桨2a类型的风力发电机塔，但是它们也可以是带有水平旋转的螺旋桨的风力发电机塔。

设备优选地是六边形形状，带有一个中心节点3，中心节点建立了自然的优化平衡和风力发电机塔的安放位置。设备的组装依靠一个中心节点3与外框架系统F相连接，外框架系统F包括大型钢管道4，直径或截面约7-11米。所述管道可以是圆形、矩形或任何其他合适的形状。外框架系统可包括一组安排在水面上或水面下的管道，或者两组在竖直方向上基本平行的管道。这些管道4通过外围节点5相互连接，外围节点5放置在框架系统F的相应钢管道4的末端，从而在六边形的每一个角上，并且形成了外框架系统F。风力发电机塔放置在外围节点5上。外围节点5可以设成直径约20米，高约30米。在角/节点3、5之间的管道4长度例如在130-200米之间。管道4′将外围节点5与中心节点3连接，管道4′可以具有但并非一定具有相对较小的直径/截面积。除了给建筑带来强度和浮力之外，管道4还可以作为连接路径、住宿场所、车间和储藏室。起重吊车或类似装置也可以安放置在本设备上，以便执行设备的组装、护理和维修工作。装置可以沿着布置于输送管道4、4′的顶部表面上的轨道系统运输于风力发电机塔之间。

在管道4、4′和/或节点3、5内，可以放置带泵系统的稳定和平衡水箱6。通过分配或多或少的水到每个水箱，建筑可以在组装和使用浮动风力发电设备期间维持平衡，尤其是在极端天气下。在组装和可能的更换管道期间，前述平衡功能也很重要，而在将管道与节点相连接期间的组装技术基于如下：密封管端部4a、4b设有附接构件7，该附接构件7适于在特定的共同浮动位置处配合在节点5上的对应的附接构件8。更全面的解释如下。

管道4，可由钢制成，直径或横截面可为例如9米，壁厚可为例如18-22毫米，长度可为例如130-220米。他们可设有外隔离部，该外隔离部包括粘在管道上的泡沫塑料层，约30毫米厚，泡沫塑料层被玻璃纤维铠装塑料外层所覆盖，该外层约8毫米，在建筑的预期寿命(至少50年)里，该结构可承受当地的气候条件。如果管道上发生了严重的损坏，例如因碰撞，则如有必要，管道可以移除和更换或被拖往码头进行修理。

如进一步在图2-4中所述，管道4的每个管道端部4a、4b，被例如可开启舱口形式的密封部件9密封。因此，管道形成密封的充满空气的单元，该单元可以浮在水面上并被拖到建造能量生产单元的位置。密封部件9可放置在管道的末端4a、4b中或位于管道内一定距离处。

管道4在它们各自的端部4a、4b处设有第一附接装置7，该附接装置7装配至在节点3、5上各自的第二附接装置8。在图3和4所公开的第一附接装置7的实施例中，管道端部4a、4b是渐缩的，且适于作为凸形部件插入于第二凹形附接装置8，附接装置8设置在节点3、5上。当然，也可以在管道端部4a、4b上设置凹形部件，在节点3、5上设置凸形部件，如图2中所公开。当部件相互连接时，部件采用密封件和/或被密封表面所密封，其防止以水或空气的形式的介质在管道内体及其周围之间传输。

在管道4和节点3、5连接期间，部件优选地相互成直线排成一行并且与牵引装置10(例如绞车)相连接，该牵引装置10可以把附接装置拉到一起，使得他们彼此紧靠密封。如果管道4和节点3的连接在海上进行，则被附接装置7、8围绕的体积VI将装满水，即，在图2中，在管道4的密封部件9和节点的主体3、5之间通过由节点所设置的第二连接器件8所形成的体积VI。为了排光体积VI的填充水，优选使用泵11。当体积VI的空间被清空时，泵用来在所述空间里形成低压(underpressure)。这种低压形成了在第一和第二附接装置7、8之间的吸力，从而导致部件之间密封更紧密。为了将部件固定到节点上，优选地使用机械锁定装置。该装置可以手动或自动地与附接装置相连接。

如果使用了两个竖直方向上平行的管道4，则至少这些管道中较低的管道设置有一个或多个水位调节水箱系统6。当执行最终机械连接时，在连接管和节点之间，水箱系统被充满水或清空水，从而沿着朝向处于管道和节点之间的预定锁定位置的方向沉浸或提升管道。在拆卸管道时，例如为了修理或更换，执行相反的过程。当带有水箱系统的整个单元进行压舱物平衡时，尽管存在破损的管道节段或一些管道部件处于更换状态，整个建筑通常也总能校准到适当的浮力位置。

中心节点和外围节点3、5优选由钢制成，厚度例如18-22毫米。风力发电机塔2优选放置在节点上。塔高度可为例如50-150米，螺旋桨半径可为例如50米。通向发电机房的通道优选可通过塔内的内轴。外围节点5装备至少两个但优选三至六个其他附接装置8。所述附接装置被引导朝向中心节点3并朝向在外框架系统F中的周边节点5。如果两个平行管道4作为外框架系统F使用，则其他连接器件优选竖直地彼此交叠地放置在节点上。可开启舱口12可以穿过该节点的外壳排布，并被放置与其他附接装置8相互作用。因此，在管道之间穿过管内容积的可能运输路线被创建起来。

由于风力发电单元的浮动特性，其运行可以独立于深度。其可以锚定在底座，例如，通过用于大型码头的锚固系统13进行锚定。见图5。锚固系统13，例如品牌“Seaflex”，例如从中心节点的中心轴线A1发散出例如三至八个侧向延伸锚固附件14。锚固附件14附接至相对于中心节点3可旋转的轮毂15。轮毂15优选地有旋转轮的形状，放置在中心节点下方或离中心节点一定的距离处。在底座处的锚固例如由锚固附件14执行，锚固附件14有三行或更多行的形式，从轮毂以大约45度角延伸。轮毂15通过锚固附件紧固地锚定在底座，并且整个建筑可以围绕这个轮毂15转动。通过这个轮毂，电线可以延伸，其目的是分配产生的电力。

因此，整个建筑1可以围绕这个内轮毂15自由旋转360度，并且与风向一致地自动调整，由此牢固附接的风力螺旋桨总是放置在最佳位置。优选地，在平台上安装风舵16来实现上述过程。优选地，还可以在它相对于风向的后部处，但也可以采用其他放置方式。根据本发明的浮动风力发电设备可以有若干种不同的几何形状。重要的是，它可以在例如风舵16和/或吊舱推进器17(即，电驱动推进器)的帮助下朝着风调整。

根据本发明的风力发电设备也可以用其他电流发生系统补充和优化，例如波浪发电、太阳能电池和纵向或横向围绕其自身轴线转动的风铲，从而能够使用在螺旋桨的最低位置下方吹动的来风。此外，可以利用整个平台在海上的竖直运动进行能量提取，例如在节点内部，节点直径例如20米，高度例如30米。

通过能够使用根据本发明的浮动风力发电设备的多个风力发电机(优选放置在平台表面上)，并能够利用在直接对着波浪的一侧上沿着设备外侧的波浪的能量，可以建立大规模生产的优势。这使得将固定人员保持在设备上进行修理和维护工作成为可能。在海洋上单一放置的风力发电机有20％的效率损失，而根据本发明安装通过计算则只有8％的效率损失。

Claims (12)

1.一种能量生产设备(1)，包括至少三个风力发电机(2)，所述风力发电机附接到共同的浮动单元，浮动单元能够独立于放置位置和水深而放置于水上，其中所述单元包括由管道(4)构成的框架系统(F)，各管道(4)被连接于至少三个附接点，管道(4)在各自的端部(4a，4b)处被密封，并且形成适于连接在所述附接点的分离的浮动部件，其特征在于：所述附接点具有节点(3,5)的形状，管道端部(4a、4b)设有第一附接装置(7)，第一附接装置(7)适于装配安排在节点(3、5)上的对应的第二附接装置(8)，管道端部(4a，4b)使用可开启舱门(9)密封，第二附接装置(8)包括被安排经过所述节点的外壳的第二可开启舱门(12)。

2.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，第一附接装置(7)设计为凸形部件，并且第二附接装置(8)设计为凹形部件。

3.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，第二附接装置(8)设计作为凸形部件，并且第一附接装置(7)设计为凹形部件。

4.根据权利要求1、2或3所述的能量生产设备(1)，其特征在于，第一和第二附接装置(7，8)互相紧靠密封并且用机械锁相连接。

5.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，所述节点(3，5)包括：中心节点(3)，该中心节点(3)连接到包含管道(4)的外框架系统(F)；和在管道(4)之间的外围节点(5)。

6.根据权利要求5所述的能量生产设备(1)，其特征在于，管道(4')从中心节点(3)发散至外围节点(5)。

7.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，发电机(2)放置在节点(3,5)上，节点(3,5)形成所述发电机所用的基座。

8.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，至少一个水箱(6)放置在管道(4)中和/或在节点(3,5)中，并且其中水箱中的水量是可调的。

9.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，所述设备包括锚固系统(13)，该锚固系统(13)适于将所述设备锚定于底座。

10.根据权利要求9所述的能量生产设备(1)，其特征在于，锚固系统(13)被放置成，所述设备能够围绕一轴线(A1)自由旋转，从而使所述设备针对风向自动调整。

11.根据权利要求10所述的能量生产设备(1)，其特征在于，能够通过风舵(16)和/或吊舱推进器(17)执行随风调整。

12.根据权利要求1所述的能量生产设备(1)，其特征在于，管道(4)和/或节点(3,5)装备有外隔离部，该外隔离部包括，粘在管道上的泡沫塑料层，该泡沫塑料层被玻璃纤维铠装塑料外层覆盖。