CN104011374A - 水电涡轮机系统 - Google Patents

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P·邓恩
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Abstract

本发明提供了一种水电涡轮机系统，其包括基座安装式涡轮机，所述基座安装式涡轮机用于定位在海底或类似位置以便通过涡轮机从水的潮汐流产生电力，所述系统例如以电阻绕组阵列的形式合并负载组，所述涡轮机可选择地电连接到所述负载组以便将作为热的电功率耗散到流过的水中。

Description

水电涡轮机系统
发明领域
本发明涉及一种水电涡轮机系统，且特别涉及一种便于水电涡轮机系统的部署、恢复和/或维修的更灵活方法的水电涡轮机系统。
发明背景
已知水电涡轮机安装在海底上以便通过涡轮机从水的潮汐流产生电功率，从而有效地实现连续和可预测的发电。然而，围绕这种水电涡轮机的安装和维护(在某些情况下是其操作)存在一些问题。
这些问题的主要原因源于以下不可回避的事实：为了实现有效和高效目的，这些涡轮机必须部署在高潮汐流的场地以实现涡轮机的每日运行，但在涡轮机的安装、维修和恢复期间，这些场地存在显著困难。以部署过程为例，海底安装的水电涡轮机的安装顺序耗时且依赖于天气，并且涉及以下步骤：使涡轮机到达部署场地并降低到海底上、将合适的海底电缆安装到部署场地以便在使用中将电能传输到陆上或任何其它合适位置，和将涡轮机和电缆彼此连接。当然应理解，这些步骤可以任何顺序发生，这取决于特定安装。然后，应理解，通常会存在在其间涡轮机保持与沿着涡轮机至部署场地处的海底的位置的海底电缆电断开的一段时期。然而在此时期期间，潮汐仍在运动，并因此流过涡轮机，以致对其转子施加驱动力。
除了安装阶段之外，涡轮机的运行寿命还将存在由于电网故障或在陆上的接收站处实施的维修工作而使与电网的连接已经丢失的时期。
涡轮机可自由旋转，这从电气角度来看是好的，因为涡轮发电机是开路，但这种方法在机械上对于正在高速下运行时的涡轮机可能是有害的，并因此磨损轴承和涡轮机的可能其它组件。此外，这会使发电机(如果是常见的布置则由永久磁铁激发)产生异常高电压。可替代地，可将机械锁应用于转子，所述转子然后不会对涡轮机的发电机组件产生影响，但是需要额外的机械设备(其可对涡轮机的可靠性和成本造成负面影响)。作为其它替代方案，可将转子电锁定在适当位置上，虽然这因为发电机然后短路而具有电负面影响。这种方法在机械上是好的，因为在涡轮机被电锁定的同时轴承已经不运行/磨损。
因此，本发明的目的是克服上面提到的问题。
发明概要
根据本发明的第一方面，提供了一种水电涡轮机系统操作方法，其包括以下步骤：
将水电涡轮机部署在水体中；
允许涡轮机响应于穿过涡轮机的水流转动并产生电功率；和
将电功率吸收到电连接到涡轮机的负载组中，负载组安装到水电涡轮机系统上。
优选地，所述方法包括以下步骤：
提供负载组作为电阻负载组和/或电感负载组。
优选地，所述方法包括以下步骤：
提供负载组作为一个或多个加热元件；
将电功率传递通过加热元件以便产生热；和
将热耗散到流过涡轮机系统的水中。
优选地，方法包括以下步骤：
将涡轮机的电输出连接到电网；和
将负载组与涡轮机电断开。
优选地，所述方法包括以下步骤：
在负载组电连接到涡轮机时监测涡轮机系统的一个或多个操作参数。
优选地，所述方法包括以下步骤：
安装电缆以将电力从涡轮机传送到远程位置；和
在将电缆电连接到涡轮机之前，将由涡轮机产生的电功率吸收到负载组中。
优选地，所述方法包括：将电缆电连接到涡轮机并操作涡轮机；将电缆与涡轮机电断开以允许涡轮机的维修/拆卸；和在涡轮机的维修/拆卸之前，将由涡轮机产生的电功率吸收到负载组中。
优选地，所述方法包括：在部署涡轮机的步骤中，将涡轮机悬置于船只下方；
使用船只以将涡轮机牵引通过水中以致影响涡轮机的转动来产生电功率；和
将电功率吸收到负载组中。
优选地，所述方法包括以下步骤：将在涡轮机的正常操作期间产生的多余电功率吸收到负载组中。
优选地，所述方法包括以下步骤：一旦电缆电连接到涡轮机，即将由涡轮机产生的电负载从负载组切换到电缆。
根据本发明的第二方面，提供了一种水电涡轮机系统，其包括基座；安装到基座的水电涡轮机；和安装到基座和/或涡轮机的负载组，负载组电连接到涡轮机的电输出。
优选地，负载组包括电阻负载组和/或电感负载组。
优选地，负载组包括一个或多个加热元件，所述加热元件适于在使用中将热耗散到周围水中。
优选地，负载组可拆卸地安装到基座和/或涡轮机。
如本文所使用，术语“吸收”旨在意味着来自发电机的电功率被直接传送到电阻负载以便加热电阻负载，和/或将无功功率汲取到电感负载以便减少施加到发电机上的电压。
附图简述
图1示出根据本发明的实施方案的形成涡轮机系统的一部分的水电涡轮机系统的示意表示；
图2示出组成形成涡轮机系统的一部分的负载组的一对加热元件的示意表示；
图3示出涡轮机系统的电气原理图，其示出水电涡轮机系统的负载切换能力；
图4示出经历预部署拖曳测试的水电涡轮机系统；和
图5示出关于负载组的系统的一些替代位置。
具体实施方式
现在参考附图，示出水电涡轮机系统(通常指示为10)，其被设计为被部署在高潮汐速度地点处的海底B上以便由潮汐流产生电力。
涡轮机系统10包括安装在基座14上的水电涡轮机12，所述基座将涡轮机12支撑在海底上面的正确方向上，以便允许涡轮机12以已知的方式产生电力。特别参考图1，可见涡轮机系统10还包括安装到系统10的负载组16，且在所示的实施方案中，所述负载组被固定到形成涡轮机12的一部分的定子18的外周缘，且定子18或转子20安装在所述负荷组内以进行转动。定子18安装到基座14并因此在使用期间保持静止，而转子20由水的潮汐流T驱动，以便由涡轮机12产生电力。
参考图2，负载组16包括一个或多个绕组22，(如在下文更详细描述)所述绕组可以是电阻绕组或电感绕组，绕组22电连接到涡轮机12的发电机输出(未示出)。以此方式，可允许涡轮机12在不连接到电网等的情况下产生电力，并将产生的电流传递到负载组16以进行耗散(如将在下文中详细描述)。这因此在例如安装或回收涡轮机系统10时提供更大灵活性，因为在无需电网连接的情况下允许涡轮机12正常操作。因此，涡轮机系统10可在没有电网连接的情况下被部署在合适场地，从而大大简化了安装过程。涡轮机12然后可允许正常操作，从而产生被馈送到负载组16的绕组22中的电力，因此加热绕组22。该热然后被耗散到流过负载组16的水中。这优选是在将涡轮机系统10定位在海底上与涡轮机12正在一些种类的负载上运行而不是自由旋转或被机械或电力锁定的电网连接之间的时期期间。
类似地，如果涡轮机被停用或拆卸进行维修等，负载组16的设置再次对操作提供了更大灵活性。因此，电网连接可被切断，同时允许涡轮机12继续操作并因此产生电力，所述电力被传递到负载组16以作为热被耗散到周围的水中。然后，与电网的断开和涡轮机系统10的恢复之间的时间限制很小或没有时间限制。
参考图3，示意地示出涡轮机12和负载组16之间和涡轮机12和电网G之间的电连接。在涡轮机12和负载组16之间提供了负载开关24，且在涡轮机12和电网G之间提供了电网开关26，每个开关都可操作以影响涡轮机12与各自负载的电连接或隔离。因此，例如在安装过程期间，在没有电网连接的情况下，涡轮机系统10最初位于海底上，且负载开关24关闭以便在涡轮机12和负载组16之间提供电连接，以便允许由涡轮机12产生的电能通过负载组16耗散。一旦已经建立了与涡轮机12的电网连接，电网开关26然后即可关闭，且负载开关24打开。负载组16然后与涡轮机12电隔离，并因此由涡轮机12产生的电能然后被供应至电网G。例如在被回收进行维修等之前，如果涡轮机系统10与电网G断开，这个过程可逆转。
此外，在极端事件(诸如暴风雨和涨潮)的期间，涡轮机12可能会经历比平常高的潮汐流，并因此会产生更大的电功率。如果这样的事件是罕见的，那么对于将电网连接电缆和电源转换设备(未示出)调整到这个更高水平可能不会有经济意义，因此在这些极少数情况的过程期间，额外功率可被耗散到负载组16中。在这种情况下，有必要将负载开关24和电网开关26两者都关闭。如果由涡轮机12产生的功率超过预定上限，那么开关24、26可远程操作和/或负载开关24可自动关闭。
参考图4，负载组16也有利于允许涡轮机12在最终安装之前进行测试。例如，涡轮机12可被固定在船只V下方，使得涡轮机12被完全浸没。船只V然后可将涡轮机12牵引通过水中以便模拟涡轮机12的正常操作。在该过程期间，涡轮机12电连接到负载组16，因此允许涡轮机12产生电力并将所述电力作为热耗散通过负载组16。这允许涡轮机12在测试过程期间有效地正常操作，从而允许在测试过程期间收集有价值的信息。在这样测试负载组16期间，且尤其绕组22可被提供作为电阻绕组以便证明涡轮机12的发电能力。然而，为了其它目的，诸如示出涡轮机12的发电机绕组(未示出)可携带电流而不会过热，或验证某些电参数，这可能足以简单地允许涡轮机12在电感负载组16中产生无功功率。这具有电感器无需与水直接接触的优点。因此负载组16可以是电阻负载组和/或电感负载组。
参考图5，应理解，负载组16可位于涡轮机系统10周围的任何合适位置处，并且例如可在一个或多个位置处安装到基座14的框架。还应理解，可在单个涡轮机系统10上采用多个负载组16。

Claims (14)

1.一种水电涡轮机系统操作方法，其包括以下步骤：
将水电涡轮机部署在水体中；
允许所述涡轮机响应于穿过所述涡轮机的水流转动并产生电功率；和
将所述电功率吸收到电连接到所述涡轮机的负载组中，所述负载组安装到所述水电涡轮机系统上。
2.根据权利要求1所述的操作方法，其包括以下步骤；
提供所述负载组作为电阻负载组和/或电感负载组。
3.根据权利要求1或2所述的操作方法，其包括以下步骤：
提供所述负载组作为一个或多个加热元件；
将所述电功率传递通过所述加热元件以便产生热；和
将所述热耗散到流过所述涡轮机系统的水中。
4.根据任何前述权利要求所述的操作方法，其包括以下步骤：
将所述涡轮机的电输出连接到电网；和
将所述负载组与所述涡轮机电断开。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的操作方法，其包括以下步骤：
在所述负载组电连接到所述涡轮机时监测所述涡轮机系统的一个或多个操作参数。
6.根据任何前述权利要求所述的操作方法，其包括以下步骤：
安装电缆以将电功率从所述涡轮机传送到远程位置；和
在将所述电缆电连接到所述涡轮机之前，将由所述涡轮机产生的所述电功率吸收到所述负载组中。
7.根据权利要求6所述的操作方法，其包括将所述电缆电连接到所述涡轮机并操作所述涡轮机；将所述电缆与所述涡轮机电断开以允许所述涡轮机的维修/拆卸；和在所述涡轮机的所述维修/拆卸之前，将由所述涡轮机产生的所述电功率吸收到所述负载组中。
8.根据任何前述权利要求所述的操作方法，在部署所述涡轮机的步骤中，将所述涡轮机悬置于船只下方；
使用所述船只以将所述涡轮机拖曳通过水中以致影响所述涡轮机的转动来产生电功率；和
将所述电功率吸收到所述负载组中。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的操作方法，其包括以下步骤：将在所述涡轮机的正常操作期间产生的多余电功率吸收到所述负载组中。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的操作方法，其包括以下步骤：一旦所述电缆电连接到所述涡轮机，即将由所述涡轮机产生的电负载从所述负载组切换到所述电缆。
11.一种水电涡轮机系统，其包括基座；安装到所述基座的水电涡轮机；和安装到所述基座和/或所述涡轮机的负载组，所述负载组电连接到所述涡轮机的电输出。
12.根据权利要求10所述的水电涡轮机系统，其中所述负载组包括电阻负载组和/或电感负载组。
13.根据权利要求11或12所述的水电涡轮机系统，其中所述负载组包括一个或多个加热元件，所述加热元件适于在使用中将热耗散到周围水中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的水电涡轮机系统，其中所述负载组可拆卸地安装到所述基座和/或所述涡轮机。
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