CN103930669B - 多兆瓦海流能量提取装置 - Google Patents

Abstract

一种用于从海流和深水潮汐发电的水下装置。潜水平台包括2个或多个电源模块，每个电源模块具有1个转子，该转子带有固定间距叶片，以及封装在通过提供浮力的横向结构连接的压力容器内的传动系统，该横向结构可以是机翼压载、水翼、桁架，或者流线型管。通过前向的系泊缆和限制所述装置在水域中深度的垂直系泊缆将平台连接至海底的锚上。所述平台操作利用被动的，而不是主动的深度控制。所述机翼压载和转子拉力负载，保证所述平台寻找预定的操作水流速度。所述转子直接耦合至水力泵，该水力泵驱动至少1个定常速度水力马达发电机集并且能够水力制动。射流轴承对驱动水力泵的主轴上的非力矩转子负载去耦。

Description

多兆瓦海流能量提取装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2011年10月31日提交的美国临时专利申请No.61/628,518的优先权，并根据35U.S.C.§120要求于2012年4月23日提交的美国专利申请No.13/454,059的优先权，其全部公开内容通过引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及水力资源发电系统、方法和利用水下潜流驱动发电转子组件的装置。

背景技术

从诸如河流、海洋的水流产生电力的水下发电机的普遍使用是本领域熟知的。现有技术的海洋装置有两种类型：固定式涡轮机和系留式涡轮机(tethered turbines)。固定式涡轮机利用基于海底的固定塔。发电涡轮机以预定的深度安装在塔上，其带有的转子叶片正对塔的流动逆流或顺流。该类型设计受到至少如下不利因素的影响：相对较高的水下建造和部署成本；涉及到深水中安装塔的困难工程挑战；与放置在靠近海底的涡轮机相关的减少的或者限制的流速引起的低电力输出；以及维修和接近海底系统的固有困难。

系留式涡轮机通过锚定或者系泊装置锚定在海底，但是它相对于锚具有1个移动度。在一些情况下，机翼(水翼)提供提升和/或压载舱，用来提供浮力，以保持涡轮机在最佳深度。这样一些涡轮机使用浮力室来调节其总体浮力，从而调整其在水流中的操作深度。其它装置增加了起升降器作用的可移动表面，来控制装置的深度。需要时调整升降器表面辅助装置潜入或升高。

通过利用两种局部洋流测量和熟知的全球水流模式，在海洋中识别了许多位置来部署洋流发电装置，这意味着几万亿兆瓦的潜在以及未开发的发电。全世界很多国家严重依赖进口燃料发电，缺乏可行的可再生能源资源。鉴于当前的人口增长(每周增加1,500,000人)，气候变化的危险趋势，对天然气和石油不断增长的需求，以及日益增长的寻找和开发新石油领域的困难度，针对碳基化石燃料之外的转型能量资源和消耗，对开发和部署新的可持续性的、有成本效率的技术产生了1个迫切需求。

许多洋流发电技术转向潜水系统的使用。利用功能类似风力涡轮机的潜水涡轮机，通过水动力而非空气动力提升或者拖拉的方法转换能量，可从海洋中提取能量。这些涡轮机具有转子叶片、将旋转动力转换为电的发电机，以及将产生的电流传送至岸基输电网络的装置。

今天，对从海流产生动力通常考虑水平和垂直轴涡轮机。海流动力系统处于早期开发阶段；迄今为止只对少数小型原型机和少数示范装置进行了测试和展示，并且很多装置操作在2MW发电能力等级以下。

与从海流产生能量的系统相关公开了很多专利。一些专利描述了使用主动稳定、深度和转子控制的装置，通常会增加成本并降低可靠性。

常规设计描述了复杂主动系统，如控制表面、可变压载、可变间距、绞车系统，或者升高/降低结构的机械装置。在受到来自强海洋潮汐流、环流(稳定海流)，以及涡流引起的严苛的环境和结构负载的系泊系统中，失效经常会导致无法接近设备，或者，在最糟糕的情况下，完全损失结构或者对行驶在该区域的船舶航行产生危害。除了固有的风险，这些控制缺乏简易性；对失效提供了多个变量和机会，以及与控制方法类型相关联的额外成本。电力生产的低可靠性、低操作实用性，以及高维修要求意味着现有技术中展示的设计的成本效益不好。

为满足客户需求，液体动力装置必须提供低成本能源、可用电网的高可靠性和高操作实用性，以及具有超过20年的使用期限和操作及维修中的高安全系数。比起陆上的电站，离岸发电结构的维修成本需要完全不同的模式。例如，接近潜水系统的机械元件典型地需要高度专业化的人员，潜水员，自动水下航行器(AUV)或者远程操作航行器(ROV)，用来转移和拆卸的船舶成本，以及相关的燃料成本。为了与其它能量成本基础上的发电技术可比，执行维修的预定访问应该是大约每五年一次。为了将对操作热人员的风险降到最低，维修必须在海洋表面。因此，子系统必须简单可靠，必须使用证明过了的元件来获得低能量成本的目标。

因此，需要采取系统的方法来提供简单可靠的系统，该系统容易维护和检修，具有低能量成本(COE)和超过20年的使用期限。

对耦合到发电系统的简化的、系留的、水下的、水流驱动转子组件存在1个需求，该组件以高成本效益的方式，对变化的海流被动调整，以限制无主动控制表面的结构负载，对稳定性、安全性和发电性能的影响最小。

为了降低安装和维修成本，对水下结构和移动零件的使用应该最少化。应该提供将水下装置安全经济地系泊安装在其操作位置的方法，并且提供将装置安全带上表面进行维修或者元件更换的步骤。应该消除可变叶片间距，以减少间距系统失效可能性和其它维修事宜。对装置的完全应急关闭，包括停止转子叶片旋转应该是可能的，并且该装置应该具有故障保护深度控制来避免意外上浮。

发明内容

本发明通过提供水下发电，克服了现有技术的不足和缺点，该水下发电中的潜水装置，或者平台包括2个或者更多反向旋转的转子组件集，每个转子组件具有转子叶片，优选其间距固定。水流驱动的转子组件驱动水力泵，依次驱动固定和可变排量水力马达，优选以定常速度驱动封装在水密封电源模块内的发电机。电源模块通过横向结构连接在一起，该结构可以是以水翼、桁架，或者流线型管形状制成的翼板。潜水装置通过前向的系绳连接至1个或多个海底上的锚。该装置还通过垂直向下的系绳连接至海底上的附加锚，以限制潜水装置在预定深度，避免意外上浮，并抵消浮力。随深度增加垂直水流剪切具有较低的流速。翼板产生负的提升来抵消浮力，并且保证潜水装置向下寻找/潜入到沿对应特定深度垂直剪切的预定操作水流速度。利用桁架或者流线型管，协同主导转子拉力负载可以实现相同的效果。由于水流速度和操作速度不同，因而增加了拉力载荷，该装置沿着垂直剪切潜入更深，直到其达到对应水流速度的平衡(力平衡)。

在本发明的一种实施方式中，潜水多兆瓦电站平台包括：横向结构，该横向结构包括1个连接点，用于在部署中将该横向结构耦合至锚；以及至少2个连接至该横向结构的电源模块，每个电源模块包括1个干的有浮力的压力容器以及包含2个固定间距的转子叶片的湿转子组件，当固定间距的转子叶片受水流驱动的时候每个电源模块发电；其中将横向结构和连接至该横向结构的至少2个电源模块配置成操作在预定水流速度上，其中横向结构和至少2个电源模块的配置使得当实际水流速度大于预定水流速度的时候，在部署中该横向结构潜入到更深的深度，当实际水流速度小于预定水流速度的时候，在部署中该横向结构上升至较浅的深度。该横向结构可包括桁架、流线型大直径管，或者具有负冲角的固定机翼。在顺流配置中，至少2个电源模块放置在横向结构的相反端。或者，2个附加电源模块可连接至横向结构，其中该2个附加电源模块放置在至少2个电源模块中间，并且布置在逆流配置中。至少2个电源模块在逆流配置中放置在横向结构的相反端，并且进一步包含连接至该横向结构的2个附加电源模块，其中该2个附加电源模块放置在至少2个电源模块中间，并且布置在顺流配置中。或者，任何数目的附加模块可连接至横向结构，沿着横向结构，从横向结构的一端到相反的一端，至少2个电源模块和几个附加电源模块等距间隔，并且所有的电源模块布置在顺流配置中。该平台在部署中可进一步包含耦合至连接点和锚的预定长度的锚线，该锚线在部署中维持横向结构在预定水流速度上的预定深度。每个电源模块可包含独立的水力直接驱动系统，该系统包含从转子组件到水力泵的驱动轴，以及至少1个转子驱动的水力泵和1个水力制动，该水力泵操作性地连接到至少1个定常速度的水力马达，马达操作性地连接到至少1个发电机。

在本发明的另一种实施方式中，一种控制水体水流中潜水多兆瓦电站平台深度的方法包含的步骤有：对平台判定预定操作水流速度；将该平台锚定到水体底部，其中平台的锚定允许保持潜水的同时平台变化其深度；当实际水流速度大于预定操作水流速度的时候，增加水体中平台的深度；当实际水流速度小于预定操作水流速度的时候，降低水体中平台的深度。平台的预定操作水流速度使发电最大化，并且不超过平台的操作参数。该方法可进一步包含调节锚定，以允许平台升至水体表面。

在本发明的另一种实施方式中，潜水电站设备包含：横向机翼结构；附着在横向机翼结构的可拆卸的至少2个浮力电源模块，每个电源模块包含：具有定距转子叶片的水流驱动的转子组件，该转子组件耦合至封装在流体密封的压力容器内的发电系统，该发电系统包含独立的水力直接驱动系统，该系统包含从转子组件到水力泵的驱动轴，以及至少1个转子驱动的水力泵和1个水力制动，该水力泵操作性地连接到至少1个定常速度的水力马达，该马达操作性地连接到至少1个发电机；至少1个前向的系泊缆，每根缆具有第一端和第二端，每根前向系泊缆的第一端连接至平台上的中间连接点，并且每根前向系泊缆的第二端连接至海底的锚上；和1个具有第一端和第二端的垂直系泊缆，该垂直系泊缆的第一端连接至放置在平台下海底的锚上，并且该垂直系泊缆的第二端连接至平台较低侧的连接点上，所述的垂直系泊缆具有防止在海洋表面下平台上升至规定深度之上的长度；该平台利用被动深度调整达到稳态平衡位置，以使平台上的力最小化。机翼结构从翼板、水翼、桁架，或者大直径流线型管中选择。每个转子组件的转子叶片配置成以顺时针或者逆时针方向操作，所述的转子组件配置成以电源模块的逆流或者顺流操作。平台具有一对、两对或者三对电源模块，并且一对中的每个转子分别以反旋转方向操作。每个电源模块进一步包含上面安装并旋转转子的外射流轴承，从而对从转子到驱动系统的驱动轴上的非力矩负载去耦，使得只允许力矩传送至驱动系统。水力制动进一步包含对供给蓄能器的主水力回路的移除，蓄能器根据需要放电，以对驱动系统的驱动轴使用水力制动。每个发电系统的水力制动配置为同时关闭，以确保平台稳定性。

根据本发明的1个方面，发电系统封装在水密封的有浮力的压力容器中。发电系统包括操作性地连接至1个或者多个水力泵的驱动轴，和至少1个水力或者机械制动。该水力泵接着通过水力管路连接至可变的或者固定排量的水力马达，马达直接连接至并且驱动至少1个发电机。根据本发明的1个方面，主轴在射流(海水润滑的)轴承中旋转，该轴承去耦非力矩负载，从而驱动耦合了至少1个定常速度水力马达的至少1个水力泵和发电机，并且能够水力制动。

根据本发明的1个方面，射流轴承阻止非力矩负载进入密封区域，因此减少了泄露途径，并且耦合在驱动管路的挠曲阻止了偏心负载作用在水力泵上。

根据本发明的1个方面，对冗余通过单独的机械制动或者水力制动泵协同机械制动作用能够让转子组件慢下来或者停止。

根据本发明的1个方面，水力制动利用来自供给蓄能器的主水力回路的能量，使用水力压力来停止转子组件，该蓄能器在需要时放电，以对转子驱动轴使用水力制动。

根据本发明的1个方面，提供了一种根据测量的水流速度剪切属性控制装置水下深度的方法，所述水流的速度随深度减少。控制深度包含：通过连接至前向锚的前向系绳根据流体流动锚定装置，以抵抗转子拉力负载；并且将装置连接至后面的(船尾)锚，该锚固定在该装置下面的位置，使得后面的锚限制该装置至水面下的预定深度，对抗浮力，并阻止装置上浮。

船尾的锚在设计流速上将装置维持在预定深度，随着水流速度增加，由于装置增大的拉力和/或翼板的负提升力，使得装置移至更深的深度。类似地，随着水流速度减少，导致拉力减少，装置由于其浮力上升，直至达到预定深度，船尾系绳拉紧，阻止装置上浮。

根据本发明的1个方面，装置被带到海洋表面通过：(1)制动转子组件到完全停止，从而减少了转子拉力；和(2)从平台放松后面的系泊缆使得正浮力的装置上升至表面。

水力直接驱动具有维修间隔时间大于40,000小时(5年)的优点。由于其稳健性，驱动系统很少需要维修访问和上浮。在极端工作环境中，这就转化成能量的低寿命循环成本。这一优点的好处超过了基于标准变速箱和多变速发电机的驱动系统的高效率的好处；该系统具有文档记载了的低可靠性，在极端海洋环境中，可靠性变差。

水力直接驱动同样具有在消除容易失效的变速箱、多变速发电机和电力电子方面的优点，它同样取消了对逆变器和整流器的需要。同时，多变速发电机的消除同样减少了对稀土磁体依赖的风险，其具有较高的商品价格风险。

主轴上的水力制动具有消除了需要时对转子/驱动系统机械去负载的多变间距转子叶片需要的优点。转子组件的直接水力激活制动，耦合了机械制动和被动深度控制，提供了保护系统过载的冗余，使得可利用简单、可靠的固定间距的转子叶片。

较之重的、齿轮传动的电力系统，水力系统的高电力密度(kW/kg)意味着较小的体积浮力，结构尺寸、机身阻力的减小，以及增加诸如昂贵复合塑料泡沫以弥补平台浮力的低密度材料的需要。

一些先前的技术专利推荐一种双转子系统，在潮汐或者海流环境中，如果1个转子组件以不同旋转速度旋转，该系统将会出现相当大的首摇和横摇不稳定性。可以理解，转子组件中的1个的失效将必然导致2个转子系统的装置关闭和发电损失。

本发明的四个或者更多转子组件实施方式带有成对逆向旋转的转子组件，其具有1个转子组件的旋转速度和力矩的不平等可利用其配对的相对的逆转转子组件逆向平衡的优点。转子组件配对的使用将消除装置的不稳定性，通过对水力驱动系统控制将转子组件调整到匹配的旋转速度和力矩。该装置可以持续供电，即使1个转子组件完全停止旋转，其配对的另1个也停止，剩余的逆转组件配对持续发电。

随着转子组件数的增加，系泊和电力连接的单位成本降低。针对可并入潜水装置设计中的转子数，用于系泊系统的非专业设计部件的结构限制、机翼/桁架结构要求，以及安装设备用到的容器容积组成了限制因素。

该发明具有进一步的优点为中间的系泊连接允许装置定标或者自由定位于水流方向，减少了装置主动(间距、横摇，和首摇)控制的需求。系统依赖于装置在6个自由度内的固有稳定性，并且，在受到水流扰动时，装置产生必要的恢复力矩，以获得动力和静力稳定。如果，例如，系泊缆丢失，该装置保持稳定，并且剩余的系泊缆支持拉伸负载。具有多个连接点将会过度约束该装置，并且如果该装置受到水流方向的变化，在系统中将会引起不稳定性。转子叶片的五度的或者更大的船尾斜度(转子锥度)对附加系统稳定度提供了定标效果。

在高等级的流速上，转子组件开始达到设计极限，在该点很多在流装置通过多变间距的方法开始制动或者回浆转子叶片，很像现代的风力涡轮机。对系留式装置来说，使用制动停止转子组件减少了转子组件的拉力，在更高流速经常存在的水域中导致系绳上的低拉伸力和装置的潜在上升。对过失速叶片状态中转子的制动导致力矩负载中的瞬间冲高、气穴的出现，以及非线性稳定效果的出现。为了避免高流动区域上的这些问题，可使用多变压载控制降低设备到低流速水域中的深度。但是如前所述，压载控制的失效将导致装置的损失或者沉没。相反，为了处理高于正常操作范围的水流速度，配置带有负冲角的固定机翼以被动获得装置下降至水域中更合适的流动范围，消除了压载或者控制上浮的需要。由于流速随着垂直剪切深度方向增加而降低，该装置可利用翼板来驱动至更深的深度，作为负载落在转子上的一种方法。另外，翼板提供了一种方法，用于将装置处于预定速度和转子力矩，以避免过载条件。这一方法同样避免了定性转子组件在过失速范围中的非线性流动范围的详细水道测试，目前计算流体力学不能可靠预测过失速范围。

为了避免操作在比规定深度浅的深度，该规定深度可能是1个航行危险，引入了一种深度限制系泊缆。深度限制缆的概念是利用长度等于海底到预定转子深度距离的垂直缆，以及连接该缆到海底锚上的海底系泊连接器。当浮在海表面的时候，为安装该装置，系上前向系泊缆，利用1个重量将浮力装置降到足够低，以获得垂直缆放松。ROV将带公末端连接器的放松的垂直缆引到母的连接器，该母的连接器提前连接在泥垫上(用于定位和固定球抓的母位置的装置)。如果锚定装置是1个埋入锚，使用泥垫；否则连接器可直接增加到锚上(即DWT锚)。或者，为了安装该装置，机载绞车可以收起深度限制垂直缆，从而将该装置拉低至其操作深度。可使用压载来辅助这一过程。

为了维修，通过制动停止转子组件引起低的轴向负载，装置上拉力的减少并且向下力矢量的减少，从而浮力和垂直系泊缆的释放允许装置上升到1个表面，在该面上可执行维修或者可更换装置元件来维修。

根据下文的本发明优先实施方式的更为特别的描述、附图和优先权，本发明前述的、以及其它特征和优点是显而易见的。

附图说明

为了更全面了解本发明，该对象和优点，现在参考随后的描述，结合如下简单描述的附图：

图1是根据本发明一种实施方式系留在海底上的潜水多兆瓦电站平台的立体图；

图1A是图1所示的到机翼的前向系泊缆连接的潜水多兆瓦电站平台的局部放大图；

图2是图1的潜水多兆瓦电站平台的侧视图；

图3是图1的潜水多兆瓦电站平台的俯视图；

图4是根据本发明一种实施方式系留在海底上的潜水多兆瓦电站平台的立体图。

图5是图4的潜水多兆瓦电站平台的侧视图；

图6是图4的潜水多兆瓦电站平台的俯视图；

图7说明了根据本发明另一种实施方式的潜水多兆瓦电站平台；

图8说明了根据本发明另一种实施方式的潜水多兆瓦电站平台；

图9是表示作用在本发明2发电模块实施方式的力的侧视图；

图10A-C描绘了图4三个单独流动条件下操作的实施方式；

图11A-N表示了描绘安装图1的潜水多兆瓦电站平台过程的顺序图；

图12是电源模块实施方式的侧视图；

图13描绘了表示了湿转子一种实施方式的图12沿着线13-13所示电源模块的剖面图；

图14是叶片插座和内叶片梁的分解立体图；

图15是图14的组装后的叶片插座的立体图；

图16是电源模块另一种实施方式的侧视图；

图17描绘了图16所示电源模块沿着线17-17表示的湿转子组件的第二种实施方式的剖面图；

图18是图17所示的机械密封组件的局部放大剖面图；

图19是海水膜轴承组件元件的分解立体图；

图20是组成转子叶片元件的分解立体图；

图21是带叶片到叶片横跨杆的转子轮毂的三叶片整体实施方式的平面图；

图22是变化转子叶片配置的立体图，在该配置中，结构外轮毂和外叶片环绕着较小的内轮毂和一套内叶片；

图23是驱动系统水力回路的示意图；

图24是制动释放回路的示意图；

图25是压力容器内部元件的立体剖视图；

图26是表示带2个HMG的泵的压力容器的剖面图；

图27是表示带2个HMG的串联安装泵的压力容器的剖面图；

图28描绘了典型水流中的速度分布；以及

图29是单个驱动系统功率曲线的示例。

具体实施方式

参考附图1-29，下文详细描述了本发明进一步的特点和优点，以及本发明各种实施方式的结构和操作。尽管本发明的描述是以海洋环境情况下的部署为背景，本领域内的普通技术人员可知，本发明可实施在移动水环境下的任何形式中，例如但不限于湖、海、河、海峡和溪流。

本发明提供了水下发电，其中的潜水装置，或者平台包括2个或者多个逆向旋转的转子组件集，每个转子组件具有转子叶片，根据本发明的一种实施方式叶片最好是固定间距。水流驱动的转子组件驱动水力泵，依次驱动固定和可变排量水力马达，最好以定常速度驱动封装在水密封电源模块内的发电机。电源模块通过横向结构连接在一起，该结构可以是以水翼、桁架，或者流线型管形状制成的翼板。潜水装置通过前向的系绳连接至1个或多个海底上的锚。该装置还通过垂直向下的系绳连接至海底上的附加锚，以限制潜水装置在预定深度，避免意外上浮，并抵消浮力。随深度增加垂直水流剪切具有较低的流速。翼板产生负的提升力来抵消浮力，并且保证潜水装置向下寻找/潜入到沿对应特定深度垂直剪切的预定操作水流速度。本文将这一特征称之为被动深度控制，也就是说，电站平台顺从地改变其操作深度，以响应于流动速度的变化。利用桁架或者流线型管协同主导转子拉力负载可以实现相同的效果。由于水流速度和操作速度不同，因而增加了拉力负载，该装置沿着垂直剪切潜入更深，直到其达到对应水流速度的平衡(力平衡)。

图1-3说明了根据本发明一种实施方式的潜水多兆瓦电站平台10。这些图分别用立体图、侧视图和俯视图表示了平台10。平台10有4个电源模块，每个模块刚性连接至横向结构机翼12。每个电源模块11包含1个干的有浮力的压力容器13(包含1个轴承和密封组件和驱动系统)和1个湿转子组件14，该组件最好带有2个固定间距的转子叶片16。电源模块11和结构机翼12包含所有所需设备，经由连接至电力收集系统的升起电缆17，发电和供电至电网。在操作中，无论是顺时针或者逆时针，转子叶片16的旋转方向对每个电源模块11是定常的。

对平台10的描绘带逆流和顺流转子组件14。逆流配置是指放置在机翼12逆流侧的转子组件14。顺流配置是指放置在机翼12顺流侧的转子组件14。每个电源模块11的大部分重量放置在压力容器13的转子组件14末端附近，这一布置有助于平衡浮力和重力中心的纵向间隔。所示的平台10均静态动态固有稳定。

受水流19影响，平台10的移动将受到2个前向的系泊缆18和1个垂直的系泊缆20的限制，这些缆线利用几种类型锚中的一种全部锚定在海底。本领域内的普通技术人员直接意识到所需锚的类型取决于安装位置的土质条件。系泊缆18，20根据平台10上的推力、浮力和拉力负载改变大小，最好用聚酯或者另外适用的海洋材料制造，其认定对于本领域内的普通技术人员是显而易见的。如图1A所示，2个前向的系泊缆18连接至机翼12中心的单独连接点上，以避免单点失效的可能性。这些连接点具有相当大的结构加固，以对抗系泊缆负载。H型连接环连接至水翼12的大钢眼板21上，以允许缆移动的自由度。D型连接环23紧跟H型连接环22，将系泊缆18连接至机翼12，以避免缆线的擦伤和磨损。2个前向的系泊缆18以大约30度分开，每个距离中心线大约15度。

潜水多兆瓦电站平台10的固定机翼12不仅仅起到结构元件的作用，而且作为翼板用于被动深度控制。在本发明的一种实施方式中，将固定水翼12建造成到水平面的负冲角。或者，固定水翼12可以是1个直机翼并且不提供提升力。响应于流体流动，负冲角提供了1个向下的力来抵消浮力，以驱动平台10在水域中更深。这使得平台10达到稳态平衡位置，该位置垂直力的总和将平台10定位在预定的速度流动范围。潜入更深的目的是避免系统上的过多负载，并且优化能量转换，因而也使电力输出最大化。这同样避免了高流速时由于制动产生的非线性效应而引起的疲劳、平台不稳定性和气穴。负冲角允许系泊平台10变化其深度，并且使发电最大化，并且也避免了高流速下的高负载，和低流速下的低的电力输出，并且在正常操作中减少了制动需求。或者，本领域内的普通技术人员意识到，响应于命令，通过主动控制能够操纵负冲角和/或叶片间距；然而，该设计会在系统里引起不必要的复杂性和成本。

图4-6根据本发明另一种实施方式说明了潜水多兆瓦电站平台25。这些图分别用立体图、侧视图和俯视图表示了平台25。平台25包含2个电源模块11。在该配置中，每个电源模块11包含干的有浮力的压力容器13(包含1个轴承和密封组件和驱动系统)和顺流湿轴承转子组件14。每个电源模块11刚性连接至机翼26。平台25的间距稳定性是通过前向系泊缆18连接点到平台的垂直位置来控制的。平台25可能装备有机载绞车27和压载舱28，如剖面图所示。绞车27能够通过无线收发器遥控，以方便该装置的上浮，对本领域内的普通技术人员来说其实施是显而易见的。绞车26同样包括1个负冲角。

图7说明了根据本发明另一种实施方式的潜水多兆瓦电站平台30。平台30利用钢桁架31代替结构翼板，该桁架用焊接钢管建造。桁架31同样是有浮力的，它将起到与机翼12相同的目的，桁架是支撑电源模块11的普通结构；但是，比起翼板它起到的作用是不同的。例如，水翼压载被动产生向下的力，驱动平台30离开超过转子和驱动系统操作极限的水流速度，而桁架31的拉力，在高流动情况下，与主导转子拉力负载协同工作，将其驱动到更深的地方，达到预定操作水流速度。随着平台30上的拉力增加，前向系泊缆18上的拉力增加，平台30在更深的深度上寻找预定流动。在该实施方式中，电源模块11安装在桁架31顶上，每个电源模块包含压力容器13和湿轴承转子组件14。

图8说明了根据本发明另一种实施方式的潜水多兆瓦电站平台35。这里，6个电源模块11刚性连接至具有负冲角的结构机翼36上。当需要更大功率的时候，平台35是理想的。电源模块11的数量增加了冗余并且使平台35的操作和维修计划受益，在发电的电源模块11中的1个有机械或者电力故障阻止其发电的时候，增加了每个系统的可用性和可靠性。在所有所示的实施方式中，不论使用了2个、四个或者六个电源模块，随着机翼间距的增加，电站的侧倾稳定性增加了。

在操作中，平台10、25、30、35将受到很多不同的力。针对平台25，将这些力描绘在图9中。当所有作用在平台25上的力相互平衡时，并且该飞行设计出现在当平台25操作在目标流动速度38上的时候，获得稳定级别飞行。指出所有作用在平台25上的力是相互作用的很重要。电源模块11、转子组件14，和机翼26产生的拉力的合力，即平台拉力40通过前向系泊缆拉力41起作用，避免了平台25被水流冲走。压力容器13和机翼26浮力的合力，即浮力42使平台25升至水面。在低流动情况下，垂直系泊缆拉力43避免了这种情况的发生。在高流动情况下，流速大于预定的最大操作速度，流动产生在旋转转子上的负载连同负(向下)的机翼提升力44驱动平台25到更深的深度，避免其上浮。每个旋转转子组件14产生力矩，如果该力矩没有被抵消，其将会使得平台25在流动中沿其轴转动。配对转子的逆向旋转的固定间距的转子叶片16可取消反作用力矩45，同时不会对平台25的稳定性产生负面影响。

图10A到图10C描绘了平台25操作在三个单独流动条件下，平台将被锚定在海底51。这里，流动速度用箭头表示，在给定深度从图10A中的低流动速度剖面55增加到图10B中正常的或者设计的流动速度剖面56，并且最后到图10C中的高流动速度剖面57。在正常操作条件下，该平台25寻找稳定级别飞行或平衡，当平台25操作在目标流动速度38上时出现这一状态。在较浅的深度上随着流动增加，用增加长度的箭头表示，由于流体流经被动压载机翼26产生的向下的力连同操作转子的拉力，平台25将寻找1个更深的深度。随着水流流动速度的增加，平台25持续寻找目标流动速度38。这一被动潜水的出现是为了避免更高流动速度带来的转子14的高负载和超速。生产力的优点在于大多数时间下，平台25操作在设计发电容量，在不使系统超负载情况下使生产力最大化。平台25将持续潜水，直至其获得设计流动速度引起的稳定级别飞行。

图9所示的力描绘了图10的三种条件下，流动速度如何影响平台25。根据设计要求，平台25的浮力42一直是1个常量。在高速度剖面57，负的机翼提升力44，平台拉力40，以及前向系泊缆拉力41均增加。来自负机翼提升力44的向下的力的增加连同操作转子拉力负载使得平台25被动潜入更深，以寻找平衡状态。在低流动速度剖面55，垂直系泊缆43将处于全设计拉力，并且负机翼提升力44减小。在该剖面，平台25的浮力42将超过作用在平台25上的向下的负机翼提升力44，并且使得平台25上升，接近水平面50。由于垂直系泊缆20的限制长度，在检修中平台25将永远无法到达水平面50。当必须在平台25进行维修的时候，转子14将被停止，平台拉力40产生1个相当程度的减小。当平台25升至垂直系泊缆20的长度时，平台可断开连接，并且将浮至水平面50以接近。利用平台机载垂直系泊缆绞车27的释放，同样可实现上浮。在该实施方式中，从海洋表面的重新潜入通过机载绞车27拖拉平台至其最小操作深度来实现，并且这一操作能够通过压载28的使用来辅助。

图11A到图11N描绘了平台10的四电源模块11实施方式的安装步骤。首先，如图11A所示，前向系泊缆18和锚52，53通过检修船舶60安装在位置上，并且进行拉伸试验以保证锚52，53是安全的。可以将海底连接器或者球抓手61预先连接至泥垫62，该泥垫连接至锚53，垂直系泊缆20的末端连接至该锚上。如图11B所示，前向系泊缆18连接至临时系泊浮标64，该浮标保持缆18可接近，或者刚好在水面50下面。如图11C所示，在平台10安装之前，电力收集电缆线65和海底接线盒66安装在工程地点。如图11D所示，带水下浮标68的内阵列电力收集升起电缆17通过连接至临时表面浮标69来安装。水下浮标68保证电力收集升起电缆17上的减少的结构负载，电缆是非承重的。如图11E所示，利用拖引系带70将平台10拖至试验地点，系带连接至检修船舶60。如图11F所示，检修船舶60定位/找回前向系泊缆18和临时系泊浮标64。如图11G所示，第二检修船舶60绕开，以连接至平台10。如图11H和图11I所示，平台10通过拖引系带70和内阵列电缆17收紧，电缆通过水下浮标68浮起，连接至平台10。如图11J所示，下放重量71下绞，以驱动浮力平台10至其操作深度。如图11K和图11L所示，一旦下放重量71达到海底51，利用1个ROV72的辅助，垂直系泊缆20连接至海底连接器61。这一海底连接器，或者球抓61连接至泥垫62，该泥垫连接至预先安装的锚53上。如图11M所示，下放重量71上绞至水平面50，在该点上，平台10定位在其最大操作深度。紧跟系泊脚检查，检修船舶60接着返回至港口，以协助其它平台10的安装。

如前文所示，利用类似图6所示的设备，平台安装过程的另一种实施方式是当平台10在海平面50上的时候，垂直系泊缆20卷在平台10上的机载绞车27上，并且连接至锚53。启动机载绞车27将平台10拉低至其最小检修深度，并在此处锁定，直至将来释放用于上浮平台10来检修。通过绞车27的下拉可通过少量的附加压载28来协助。

图11N表示了平台10安装后的操作，利用前向系泊缆18和垂直系泊缆20将平台固定在其位置。平台10到电网的电力连接通过使用电力收集升起电缆17来实现，电缆将平台10连接至通用接线盒66。利用诸如Mecon，SpecTRON或者ODI-Teledyne提供的干拼接或者湿匹配连接器，将每个电力收集升起电缆17连接至海底接线盒66。湿匹配连接器允许内阵列电缆17到送线65的连接，该传送线将电引至海岸。

当在电源模块11内产生电的时候，通过电缆将电传送至机载变压器。该变压器将电的电压升高至>33kV的值，该值更适合减少线路损失或者长距离传送。从机载中压变压器出来，来自每个电源模块11的电缆通到机翼12中心的公共点。来自每个电源模块11的单个电缆线汇集，并且1个内阵列电缆17穿过机翼12，并且下行至海底51。在机翼12的穿过点上，有诸如Trelleborg提供的1个弯曲的限定器。该弯曲限定器是聚氨酯单元和不锈钢紧固件的结合，用来避免在柔性和刚性结构之间的界面上内阵列电缆17的弯曲超过其最小弯曲半径。采取这个办法来避免潜在的失效或者由于疲劳和磨耗引起的电缆护罩的磨损。如果电缆护罩被穿过或者夹紧，将引起海水泄露和电力元件的潜在失效。

将发电机输出电压升高至超过33kV的机载变压器可省掉巨大昂贵和复杂的海底变压器。海底变压器的增加需要在1个电厂很多数目的平台10之中分摊其成本，并且不能实现小型电厂的经济部署。其消除使总的能量成本获益，并且避免了复杂的海底操作和维修任务以及其它必要的耐受性问题。

图12描绘了电源模块11，平台的主建造块。电源模块11包含：浮力压力容器13和带2个固定间距的转子叶片16的湿转子组件14。压力容器13本身是1个金属的或复合的外壳，该外壳具有足够对抗最大操作深度上压力的结构。通过铸造或者使用多个螺栓分段的结合，可以将它建造成1个连续焊接结构，对本领域的普通技术人员来说，其实施是直接显而易见的。压力容器13通过1个三角钢连接，刚性连接至图1的结构机翼12上，它设计为允许海上移除和更换。压力容器13内的设备布置得尽可能地低，以降低其重心。为了增加平台10的稳定性，电源模块11典型连接至浮力结构机翼12的外侧。机翼12对系统提供浮力，使平台10浮力中心和平台10重力中心之间的距离最大化。浮力尾锥73可连接在转子组件14末端，以增加电站的浮力，并且稳定重力的纵向中心。

电源模块和转子组件设计为逆流和顺流、顺时针和逆时针操作，从而形成了单独的通用产品，该产品除了用在本文所示平台上，同样适用于潮流装置，以及川流的应用。

为了使效率和年能量生产最大化，将转子叶片16优化设计为在目标流动速度38上获得来自流动的最大能量。如果需要，将叶片制造成为诸如E-玻璃和树脂基，或者碳的符合材料，并且设计成结构性的强化，从而能够抵抗使用中遇到的负载。转子叶片16将使用三种方法中的一种连接至电源模块11。第一种方法表示在图13中，它使用2个单独内叶片圆杆76，圆杆单独连接至使用叶片插座78的转子轮毂组件75。第二种方法表示在下文的图17中，它涉及连续的内复合圆杆96，圆杆从1个叶梢伸到另1个叶梢，并且安装在其整体轮毂91上。第三种方法，对大型风力涡轮机是通用的，它是1个带叶片根部螺栓的半球形轮毂。这些叶片形式，连同转子轮毂，主轴，以及湿轴承和密封包，允许由转子叶片16产生的力矩在压力容器13内部传递到驱动系统。

图13是切通转子组件14的剖面图，描绘了连接转子叶片16到转子轮毂75的1个选择。在该图的顶部和底部是刚性夹紧在其位置上的叶片圆杆76和叶片插座78。这些插座78用螺栓连接至钢转子轮毂75。转子轮毂75在1个两段射流轴承组件80上旋转，组件通过1个静转子轴支撑81来支撑。(在下文的图17所示的第二种叶片情况下，使用类似的射流轴承组件90，但是转子组件16连接在轴承顺流端，而不是轴承的凹陷)。在图13中，随着转子叶片16使转子轮毂75旋转，直接耦合的并且在射流轴承组件80内部的力矩传送轴82同样旋转。力矩传送轴82允许任何非力矩负载去耦，否则该力矩将被传送到系统。这就意味着驱动系统中跟随该驱动轴79的任何元件将只看到力矩，无附加负载。使用隔膜弯曲耦合84，将力矩传送轴82直接耦合至驱动轴79，该轴通过1个机械密封组件85穿过压力容器13，以驱动水力泵86。

图14是叶片插座78和内叶片圆杆76的分解立体图，而图15是图13的位置中所示组装的叶片组件78的立体图。内叶片圆杆76嵌入在叶片插座78的凹槽部分，从而使得当流体水流驱动转子叶片16的时候，产生的力矩负载传送至转子轮毂75。叶片插座78的凹槽起到将转子叶片16固定在叶片插座78内的作用。叶片插座78的2个钢半圆用螺栓连接在一起，随后组装好的转子叶片16和叶片插座78将被用螺栓连接至转子轮毂75。

图16描绘了图12所示电源模块11的变化实施方式。电源模块11包含几个主要元件：浮力压力容器13和带2个固定间距的转子叶片16的湿转子组件14。它的建造方式几乎和上文图12所示的电源模块一样。浮力尾锥74能够连接在转子14的末端，以增加对电源模块的浮力。

图17是图16所示的压力容器13的剖面图。转子的这一实施方式具有1个连续的内圆杆96，该圆杆横跨在2个转子叶片16上，传送来自转子组件的力矩给驱动轴95。由于缺少钢叶片插座78和图12和图13中所示的配置中所需的重的结构转子轮毂75，这一配置相当轻。如图17所示，用复合材料制成的连续叶片圆杆96和轮毂91结合，安装在湿轴承组件90上。在该配置中，图13的湿式制动88移至压力容器13内。两种配置中，制动放置尽可能靠近转子组件14，使得在使用时，更好地保护驱动系统的平衡不受转子组件14强加的动态活动的影响。制动的内部位置给了它不必水密封的优点，并且允许从电源模块11内在干湿制动99上维修。相对于干湿制动99，图13的湿式制动易于泄露和受海水腐蚀。图17中压力容器13内制动位置提高了平台10的稳定性，这是因为其允许重心前移，接近浮力中心。如果制动置于转子叶片16的后部，这将有助于减少制动99产生的力矩。制动99可能是Wichita或者Twinflex产品，是使用弹簧并且水力释放的。在水力电力失效情况下，将自动应用制动99。

系统需要图17所示隔膜弯曲耦合94来补偿径向和轴向轴承磨损。转子组件14在使用期间随着轴承90磨损移动位置。为了补偿这一磨损，力矩传送轴93的每一端装有不锈钢Ameriflex隔膜轴弯曲耦合94。在弯曲区域，该隔膜分开以消除磨损。

图18描绘了来自图17的机械密封组件97的放大图。机械密封组件97是外环境和压力容器13内部之间的分界。总轴承和密封包的设计允许使用较小的驱动轴95，从而具有压力容器13的较小穿过。海水膜轴承组件90可使用不感知转子组件的总力矩和轴向负载的较小驱动轴95，从而在转子轮毂91上对非力矩负载去耦。

机械密封组件97包含几个钢包覆元件连同滚柱轴承和密封。主轴承箱100用螺栓连接至压力容器13的端盖上。组件海水侧是海水密封箱101，该箱包含保持海水在外的机械面密封102。2个锥形的滚柱轴承103放置在主轴承箱100内部，以保持驱动轴95在密封102内中心放置并对齐。将钢轴承隔圈104加工成固定锥形滚柱轴承103在位置上，并且辅助驱动轴95对齐。在压力容器13内部，油密封箱105将把油保持在组件97内部。2个带承磨衬套的油密封106将被包括在组件97中，以保证驱动轴95和组件97之间的正确密封。锁紧螺母107将被安装在驱动轴95的前端以固定其位置。对驱动轴95在其末端开键槽，用于安装水力泵98。

图19表示了海水膜轴承组件90元件的分解图，该组件是潜入海水中时操作的一组水动力轴承109。用于平台的轴承组件90由Duramax制成。这个大小的轴承在海军中是通用的，并且是商用容器，需要铜镍滚环涂层。水动力轴承109将被安装在静的转子支撑92上，如图17所示，并且对称于轴承组件90的中心线。轴承组件90的每一端将包含1个静的径向滚环110，一前一后，安置在转子支撑92上。固体燕尾法兰外壳111将绕着每个径向滚环110旋转。不锈钢法兰外壳111的内径和Duramax DMX径向凿孔112在一条线上，径向凿孔靠在径向滚环110上。法兰外壳111的受力面同Duramax DMX推力垫113在一条线上。推力垫113靠在静推力滚环114上，推力滚环将被放置在海水膜轴承组件90的每一端。或者，可使用超高分子量聚乙烯(UWHMWPE)作为水动力轴承。

对主轴使用如此新颖的射流轴承、弯曲耦合，以及密封减少了零件数，消除了大直径主轴和需要油润滑的轴承、以及复杂而又昂贵的密封的需要。由于该新颖的射流轴承、弯曲耦合和密封，驱动系统高度可靠，具有长的轴承寿命。

从图20可见，转子叶片16具有包覆在复合外壳115内的内圆杆76，该壳形成转子叶片16的表面。内叶片圆杆76和叶片外壳115之间的距离将用复合泡沫塑料11a，11b，或者类似泡沫填充，这将对转子叶片16增加浮力，减少其在水中的重量和转子轮毂75感知到的力矩。该泡沫将同样起到在腐蚀环境中保存内叶片元件的作用。如果需要，内叶片圆杆76的核心也能够包含泡沫，以减少转子叶片16在水中的总重量。

图21表示了两叶片连续内圆杆76概念的三叶片120的变形。内圆杆76形成单独元件，元件以这样一种方式共同连接：每个内圆杆76通过2个临近的转子叶片16共享。多个圆杆可以堆叠直至获得需要的强度。单独形成圆杆允许每个叶片的耙子、间距和扭曲的存在。一旦制成圆杆，连接叶片外壳115。该三叶片配置120可以扩展至配置多数目(“N”)的叶片。其目的，类似于两叶片配置，是为了抵消轮毂75中心处的水流轴向负载叶片力矩。

图22表示了另一种叶片配置，环形配置122，其中结构外轮毂123和外叶片124环绕小的内轮毂125和附加的内叶片126集。该配置将以几个部分制造。内轮毂125和内叶片126造成1个组件，该组件并入内叶片圆杆(76)。当内叶片126和外叶片124对齐的情况下，将叶片圆杆(76)造成1个连续元件，该元件始于内转子轮毂125处，并且延伸至外叶片124的梢，这一点很重要。外轮毂123用螺栓连接至内叶片126的梢。在外叶片124和内叶片126对齐的地方，外轮毂124必须允许内叶片圆杆(76)延伸至外叶片126。在只有2个大的外叶片124和单个内轮毂125的情况下，每个叶片124的根部处遇到的力矩非常大。该大负载需要大结构轮毂125来抵消这些负载。大轮毂意味着更多的材料，转而意味着高成本。图22的结构利用外轮毂123来将水流轴向负载产生的力矩平均分配在内叶片126之中的外叶片124上。如果总力矩用“N”个内叶片126分开，每个叶片将受到1个较小的负载。这些小负载在内轮毂125内需要更少的材料，减少了重量和成本。

在每个压力容器13内部是1个给水力马达发电机(HMG)130提供动力的独立水力驱动系统。图23是水力传送的示意图。图25在剖面图上表示了很多单元。能量的转换起始于转子组件(14)。这些元件将水流流动中的能量转化为驱动轴95处的旋转运动。驱动轴95是安装在压力容器13内的水力泵98的输入。水力泵98遇到的负载通过弹性安装的力矩臂131转移到压力容器13的主体内。

水力系统当前设计为Hagglunds家族系列CBM2000，CBM4000，和CBM6000固定排量、径向活塞型水力泵98的单个或者组合，该泵传送与转子组件14速度成比例的水力油的流动。水力流体传送至给定常速度同步发电机134提供动力的水力马达集132。这些元件组成HMG130。水力马达集132是固定和可变排量马达的组合，以获得高效率。当提供多变流动的时候，调节多变排量马达以维持定常速度，并且对给定速度，固定排量马达具有固定流动要求。为了控制由速度变化引起的泵流动波动以及来自泵活塞的流动脉冲，包括了气体蓄能器135。系统泄压阀136提供了系统过压保护，以避免系统失灵情况下，损坏顺流元件。

一旦水流流体通过HMG130，诸如船冷却器的热交换器137将去除系统中产生的热并将其传送至压力容器13周围的水体。为了对泵输入端口提供正压(高于环境)，水力泵98内减少消除气穴和抑制磨损，在水力泵98低压侧上安装了充电泵138和马达139。充电泵泄压阀140在位置上调节充电系统压力。充电泵138将从400加仑水力油箱的水力蓄能141中吸取水力流体，来供给系统。过滤器组件142，操作为“肾回路”，在位置上从水力流体去除污染物和湿气。水力蓄能141增加了系统中油的体积，再循环充电泵138和马达139组合和过滤器组件142再循环并且清洁蓄能器141中的油，从而冷却油并且维持油温足够低，以获得系统合适的油粘度和使用寿命。

在预定的系统维修情况下，需要停止转子组件14。系统的制动以两种方式中的一种实现。如图25所示，第一系统是水力机械制动143。使用弹簧并且水力放松的该“失效保护”制动包括作用在安装在驱动轴95上的大直径制动盘145上的一系列制动钳144。当制动143工作时，制动钳144夹在制动盘145上，以停止驱动轴95和转子组件的旋转。第二系统是在水力系统内利用控制和命令的水力制动，以停止水力泵98，并且因而停止驱动轴95和转子组件14。

图24是水力机械制动143的制动释放回路146的图。该回路是从主水路回路的移除。该回路具有蓄电器147，需要时该蓄电器放电释放水力机械制动143。蓄能器147通过制动释放泵和马达148充电。使用电磁阀149激活制动释放回路146。泄压阀150在位置上允许系统在元件失效情况下排出过多的压力。在操作以及关闭维修期间，制动释放电路根据需要控制水力机械制动143。该制动143的使用同样可以实现湿式制动，置于压力容器13的外部。

如之前的图23所示，图25表示了水力驱动系统的主要元件，这些元件可能在电源模块11的压力容器13内排列。为了简化起见，从该视图中去掉了转子组件14和转子叶片16。

为了允许该系统的扩展或生长，增加附加的HMG130或者附加的串联安装的水力泵98的选择可用。图26和图27描绘了这些排列。具有多个水力泵98或者HMG130可允许单个电力模块11内的更大电力生产。

水力学高体积电力密度通过增加在主轴并联的附加泵以及去耦模块HMG集，允许电力生产中的扩展。HMG的去耦发电同样有助于造船学的重力要求，通过在电源模块中放低装置提高水静力学而减少重量，凭借浮力中心和重力中心之间增加的间隔提高平台静力稳定性。

图28描绘了典型水流中的速度分布。该图表示了代表最小速度值155、平均速度值156，和最大速度值157的三个轮廓线。所有三个值是根据在垂直y轴上的以米(m)为单位的水深度以及在水平x轴上的以米每秒(m/s)为单位的速度值来绘制的。该图对特定深度上选择设计速度(v)有帮助。一旦选择了目标深度，最好将该设备优化在该深度上156所示的平均速度值。该特定图表明装置操作在接近海平面50电力生产将最好，该位置的平均速度值最高。

图29是单个驱动系统功率曲线的例子。该图描绘了通过转子组件，利用不同的计算流体力学(CFD)模型，从选定水流能够提取的功率。该图对比了在y轴上以千瓦(kW)为单位的电力提取作为在x轴上以米每秒(m/s)为单位的水流速度的函数。该装置利用水翼12来避免过失速区域160中的非线性。

平台矩阵到电网的电力连接是通过利用两种传送方法的一种来实现的：高压交流(HVAC)或者高压直流(HVDC)。矩阵离岸的距离将决定选择的传送方法。当平台离岸较近的时候配置HVAC，并且利用机载变压器代替昂贵海底变压器提高内阵列电缆的输出电压来获得HVAC。来自装置阵列的内阵列电缆将统一集合在通用海底接线盒，海底传送电缆从该接线盒携载电力到岸。通过水力马达发电机(HMG)的速度和相位控制获得同步性，从而消除了与多变量速度装置相关的电力电子。随着传送距离增加，可考虑HVDC。由于更加复杂的电力系统，HVDC的建设成本较高，该系统包括的项目如整流器、逆变器，以及，除了仅需要升高从电源模块出来的AC电压之外，该电压同样需要被转换成DC用于传输，并且再转换回到岸上变电站上的AC。随着距离的增加，HVDC的传送同样比HVAC具有更加高效(小的线路损失)的好处。根据电站互连到电网的临近，将评估两种选择。

HMG对频率、电压和相位的同步通过1个PLC(可编程逻辑控制器)来实现，如Rexroth BODAS系列。该PLC包含1个PWM(脉宽调变)放大器来控制驱动发电机的水力马达的排量。其中安装了温度/压力和速度的I/O传感器。该PLC将被编程为允许通过1个水力制动改变转子拉力负载，从而允许平台执行几个与稳定性相关的任务。如果转子组件或者驱动系统有操作问题的情况出现，该PLC将帮助关闭邻近的逆向旋转的转子，以平衡力矩并维持装置的稳定性。来自逆流平台的伴流系数可以对顺流装置的电力生产产生相当大的影响。经过水力制动改变转子盘负载，顺流平台可以改变其深度，以避免伴流，优化电力生产。在严重水流阵风或者涡流的情况下，PLC可帮助调整转子盘/rpm，在极端状态帮助装置维持静态和动态的稳定性。

转子组件将旋转设置为顺时针和逆时针方向，以优化平台上结构负载的平衡。因此在2个转子控制面，来流将驱动右侧转子组件逆时针旋转，并且驱动左侧转子组件顺时针旋转，产生中间定位的系泊缆反作用于转子组件引起的力矩的效果，而不是如果将转子组件设置为以相反方向操作，该方向将复合系泊缆负载加大平台上的弯曲负载。对带有多于2个转子组件的控制面来说，考虑包括净浮力的类似结构设计。

本文使用特定实施方式，仅出于说明目的，对本发明进行了描述。对于本领域的普通技术人员是直接显而易见的，然而，本发明的原理可以以其它方式实施。因此，本发明不应该被认定为限制在本文揭示的特定实施方式的范围内，而应该与如下权利要求的范围完全一致。

Claims (15)

1.一种潜水多兆瓦电站平台，其特征在于包含：

横向机翼结构；以及

连接到所述横向机翼结构的至少2个电源模块，

所述横向机翼结构具有到水平面的负冲角，

所述电源模块中的每一个包含干的有浮力的压力容器、和湿的转子组件，

所述湿的转子组件具有2个固定间距的转子叶片，当所述固定间距的转子叶片由水流驱动时，每个电源模块发电；

所述横向机翼结构和连接到所述横向机翼结构的所述至少2个电源模块的配置是在预定的水流速度中进行操作，其中，

当实际水流速度大于预定水流速度时，在部署中所述横向机翼结构和所述至少2个电源模块的配置使得所述横向机翼结构潜入到更深的深度，

当实际水流速度小于预定水流速度时，在部署中其上升到较浅的深度。

2.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，其中，所述至少2个电源模块在所述横向机翼结构的顺流侧并放置于所述横向机翼结构的横向两端。

3.如权利要求2所述的潜水多兆瓦电站平台，进一步包含连接至所述横向机翼结构的2个附加电源模块，

所述2个附加电源模块放置于所述至少2个电源模块之间，并且处于横向机翼结构的逆流侧。

4.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，其中，

所述至少2个电源模块在所述横向机翼结构的逆流侧并放置于横向机翼结构的横向两端，并且进一步包含连接至所述横向机翼结构的2个附加电源模块，

其中所述2个附加电源模块放置于至少2个电源模块之间，并且处于横向机翼结构的顺流侧。

5.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，进一步包含连接至所述横向机翼结构的多个附加电源模块，

所述至少2个电源模块和所述多个附加电源模块沿着所述横向机翼结构，从所述横向机翼结构的横向一端到另一端等距间隔，并且所有的所述电源模块以及所有的所述附加电源模块处于所述横向机翼结构的顺流侧。

6.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，进一步包含部署中耦合至连接点的预定长度的锚缆和锚，

在部署中所述锚缆将所述横向机翼结构维持在预定水流速上的预定深度。

7.一种潜水电站设备包含：

横向机翼结构；所述横向机翼结构具有到水平面的负冲角；

连接至所述横向机翼结构的可拆卸的至少2个浮力电源模块；

至少1个前向系泊缆；

具有第一端和第二端的垂直系泊缆，

其中，每个所述电源模块包含：

具有固定间距的转子叶片的水流驱动转子组件，所述转子组件耦合至封装在流体密封压力容器内的发电系统，

所述发电系统包含独立水力直接驱动系统，所述独立水力直接驱动系统包含从转子组件到水力泵的驱动轴；以及至少1个转子驱动的水力泵和1个水力制动，

所述水力泵操作性地连接到至少1个定常速的水力马达，所述马达操作性地连接到至少1个发电机，

所述前向系泊缆中，每根缆具有第一端和第二端，每根前向系泊缆的所述第一端连接至平台上的中间连接点；并且每根前向系泊缆的所述第二端连接至海底的锚上；

所述垂直系泊缆的第一端连接至放置在所述平台下面的海底的锚上，并且所述垂直系泊缆的第二端连接至所述平台低侧的连接点上，

所述垂直系泊缆的长度能够避免所述平台在海面下上升至规定深度之上，

所述平台利用被动深度调整达到稳态平衡位置，以使作用在所述平台上的力最小化，其中，所述被动深度调整是指电站平台顺从地改变其操作深度，以响应于流动速度的变化。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述机翼结构选自翼板、水翼、桁架或者带流线型的大直径管子。

9.如权利要求7所述的设备，其中，将每个所述转子组件的所述转子叶片配置成顺时针或者逆时针方向操作，将所述转子组件配置成电源模块的逆流或者顺流操作。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述平台具有一对、两对、或者三对电源模块，配对的每个所述转子分别以反向旋转方向操作。

11.如权利要求7所述的设备，其中，每个所述电源模块进一步包含上面安装并旋转转子的外射流轴承，从而对从转子到驱动系统的驱动轴上的非力矩负载去耦，使得只允许力矩传送至驱动系统。

12.如权利要求7所述的设备，其中，所述水力制动进一步包含对供给蓄能器的主水力回路的移除，所述蓄能器根据需要进行释放流体，以对驱动系统的驱动轴使用水力制动。

13.如权利要求12所述的设备，其中，将每个发电系统的所述水力制动配置成同时关闭，以确保平台稳定性。

14.如权利要求7所述的设备，进一步包含集成转子轮毂和圆杆，其用于将每个所述转子叶片连接至所述转子轮毂。

15.如权利要求7所述的设备，进一步包含转子轮毂和跨在叶片上的连续的内叶片圆杆，其用于将所述转子叶片连接至所述转子轮毂。