CN106536923A - 用于海上应用的多涡轮风力发电平台 - Google Patents

用于海上应用的多涡轮风力发电平台 Download PDF

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Abstract

一种用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台(1)，其中，所述平台(1)具有在一延伸方向上的大致细长的形状并且附接至至少两个系泊点(41，42，43，44，45，46)，该系泊点适于将处于操作地点的平台相对于系泊点(41，42，43，44，45，46)固定在一初始位置。所述平台(1)包括用于使平台围绕基本竖直的第一轴线(z1)旋转的旋转装置(MR1)并且还包括沿基本上与平台的延伸方向一致的直线上布置的至少两个风力涡轮机(3)，每个风力涡轮机(3)包括结构支撑部件(6)和转子部件(4)。所述转子部件(4)附接至机舱(nacelle)(5)，该机舱布置成使用用于机舱的旋转装置(MR2)进行旋转。平台(1)还包括控制装置(C)，该控制装置布置成控制用于平台的旋转装置(MR1)以仅在偏离初始风向(WDO)的某些检测到的风向期间使平台旋转并将平台(1)的旋转限制为距初始位置最多90°，优选最多±45°。本发明还涉及一种用于将布置在根据上述的浮式多涡轮机风力发电平台上的风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向的方法和系统。

Description

用于海上应用的多涡轮风力发电平台
技术领域
本发明总体上涉及一种用于海上发电的浮式多涡轮风力发电平台。
背景技术
用于在海上环境中生产可再生能量的解决方案经受恶劣的天气条件，其使得组装和维护成为困难的任务。为了承受由天气条件施加的力，海上结构必须是刚性结构。此外，由于建造要求和应用区域，海上结构通常具有很大的尺寸。在现有技术中，已知在海上环境中布置风力涡轮机以利用通常有利的风力条件用于发电。
关于通常使用的和本领域技术人员已知的风力涡轮机的布置方式，现有技术提出了不同的解决方案。例如，风力涡轮机以各模式分散在海洋中的独立平台或地基上或在容纳多个风力涡轮机的大平台上。现有技术的平台被设计成或者用于容纳单个风力涡轮机，或者以风力涡轮机被布置在平台上的方式设计，其中，由于整个平台被旋转成与风对准，所以风从基本恒定的方向接近平台。
风力涡轮机之间的干扰由例如风力涡轮机的转子叶片的转子部件后侧产生的尾流造成。该尾流是由转子部件的旋转产生的湍流，并且从风力涡轮机向后延伸很大距离。尾流的湍流随着与涡轮相距的距离而减弱。
为了避免在尾流与风力涡轮机之间的干扰，风力涡轮机通常布置成彼此相距很大距离，以防止这种干扰。当在海上环境中应用时，这对多涡轮风力平台产生很大尺寸要求。
在现有技术中，布置风力涡轮机、结构支撑部件、转子部件、发电机部件和机舱(nacelle)也是已知的，其中，所述机舱布置在所述结构支撑部件上，并且机舱适于旋转以便使转子部件与风对准。尽管一些风向比其它风向更常见，通过机舱旋转使风力涡轮机独立于风向起作用是有益的，该机舱旋转通过上述设计是可能的。不同的风向产生的问题是：如果发生干扰，由于增大的磨损和损失发电的风险，风力涡轮机之间的距离要求至少为从最不利的风向的要求的距离。这意味着如果风力涡轮机相对于彼此沿延长线分布，则风力涡轮机之间的距离需要超过干扰范围，即，在该范围之外，尾流降低足够多以使新涡轮机进行有益的运转。
现有技术对于这个问题提出的一种解决方案是圆形、六边形或三角形形式的平台，该平台可围绕中轴线旋转360°。因此，独立于风向，尾流与其它转子部件之间的距离被保持为一恒定长度。因此在所有风力涡轮机之间使用的最小距离产生一个相对节省空间的解决方案。然而，这种设计仍然需要很大尺寸的平台，且生产方法可以被改进。例如，在多涡轮风力发电平台的生产期间，标准船坞被用于生产独立部件。然而，由于在上述解决方案中的平台的尺寸和形式与传统船舶的形状因数和形状显著不同，所以平台的完成不能在这种码头内进行。
现有技术解决这个问题通过一种并不有益的方式，即通过使用将平台从船坞移除并放置在平静的水中以用于最终组装的解决方案。在例如船坞的受控区域之外进行组装会显著增加与操作相关的风险。这些风险包括例如恶劣天气、恶劣的工作条件、操作困难以及起重机和工具的使用受限。除了增加风险之外，该组装方法还导致对初始生产中的公差要求的增加。
现有技术提出的解决方案还包括多个额外的缺点。在完成任意类型的平台后，必须将平台重新定位到最终生产地点。最终生产地点是海上位置，并且一般的过程是通过一个或多个拖船将平台拖到位。这是一个伴随着通常取决于时间的高成本和风险的精细过程。因为生产时间损失和天气条件变化的风险，所以运输时间与风险因数成比例。如本领域技术人员所理解的，仅仅由于形状，通常难以在水中拖曳圆形、三角形或六边形结构。因此，现有技术中已知的结构相对于其可被拖曳的速度而受限。
除了低运输速度之外，许多商业海运路线包括对于船只通过的宽度限制，例如苏伊士运河和巴拿马运河，其对于传统风力涡轮机平台而言过窄以至于不能通过。这增加了在那些本可被利用的运河水域中移动平台的重新定位的时间。
鉴于上述问题和现有技术解决方案，提供解决至少一些所识别的限制而不损害多涡轮设计优点的海上风力涡轮机平台将是有利的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于发电的海上多涡轮风力发电站，其具有的风力涡轮机以节省空间的方式布置，从而防止尾流干扰，同时不超过通用船坞以及商业海路的最大宽度要求。
这些目的通过如所附权利要求中阐述的多涡轮风力发电平台、方法和系统来实现。
因此，本发明涉及一种用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，所述平台具有在一延伸方向上的大致细长的形状并且附接至至少两个系泊点，该系泊点适于通过在至少两个平台连接点与平台连接的附接装置将处于操作地点的平台相对于所述系泊点固定在一初始位置。所述平台包括用于使平台围绕基本竖直的第一轴线旋转的旋转装置并且还包括沿基本上与平台的延伸方向一致的直线布置的至少两个风力涡轮机，每个风力涡轮机包括结构支撑部件和布置成围绕基本水平的轴线旋转的转子部件。所述转子部件附接至机舱，该机舱被布置成使用用于机舱的旋转装置而围绕基本竖直的第二轴线旋转。本发明的其特征在于，平台包括控制装置，该控制装置布置成控制用于平台的旋转装置以仅在偏离定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向的初始风向的某些检测到的风向期间使平台旋转，并将平台的旋转限制为距初始位置最多90°，优选地为最多±45°。
在一个实施例中，所述用于机舱的旋转装置和用于平台的旋转装置适于协作使风力涡轮机的转子部件调整为基本垂直于所检测的实际风向。在一个实施例中，控制装置可用于控制用于平台的旋转装置和用于机舱的旋转装置两者。
因此，平台和机舱适于旋转以防止在所述转子部件后面产生的尾流与附近布置的风力涡轮机的转子部件之间的干扰。平台适于在距所述初始平台位置大约±45°之间旋转，以便能够在两个尾流之间不产生干扰的前提下覆盖所有风向。然而，较小的旋转角度也是可能的。通过平台和机舱二者的旋转，机舱的旋转被限制为它们的尾流不会与浮式多涡轮机风力发电平台上的相邻风力涡轮机的转子部件干扰的角度。如前文描述的，这通过旋转机舱和平台的组合来实现。平台的旋转是基于与平台所漂浮的水面基本平行的平面，并且机舱的旋转是基于与平台的旋转平面平行的平面。
将平台的旋转自由度限制为总共90°的一个优点是在不具有附接至平台的先进旋转装置的前提下可以使用多个系泊点。例如，如果平台应该旋转360°，则系泊装置必须是柔性的，使得平台可以围绕其自身的轴线旋转，而不移动系泊装置。这产生了问题并且为了实现该目的而添加了明显更复杂的解决方案。通过限制平台的旋转，可以使用具有固定长度的附接装置的固定系泊装置而不产生任何上述问题。
在平台的一个实施例中，用于机舱的旋转装置或用于平台的旋转装置适于单独使用或一起使用，以用于当风从在定义为距初始风向大约±45°的第一扇区或定义为距初始风向大约135°至225°的第二扇区内的风向吹动时，使风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向，并且其中，用于机舱的旋转装置适于与用于平台的旋转装置协作，以用于当风从在定义为距初始风向大约45°至135°的第三扇区和定义为距初始风向大约225°至315°的第四扇区内的风向吹动时将风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向，使得平台从初始平台位置旋转最大90°，优选最多大约±45°，并且机舱旋转剩余的顺时针角度，直到转子部件对准为基本垂直于实际风向。
对于处于0°的机舱的初始位置，即，基本平行于平台的延伸方向，当尾流方向基本垂直于平台并且尾流彼此平行时，干扰的风险非常有限。尾流从转子部件指向后方，该转子部件与不同风力涡轮机后侧直接沿直线中心对齐。
在机舱旋转时，干扰的风险随着与初始风向的角度偏差而增大，并且最终在90°处达到峰值，其中，第一风力涡轮机的尾流直接指向第二风力涡轮机，第二风力涡轮机直接指向第三风力涡轮机，等等。当组合机舱和平台的旋转时，可以避免这种干扰。
第一扇区和第二扇区彼此对应并且仅通过机舱旋转而到达，这意味着机舱是多涡轮机风力发电平台中唯一朝向这些扇区的风对准的部分。第一扇区和第二扇区也可以仅通过平台旋转而到达，这意味着只有平台旋转，机舱保持在其初始位置，其中转子部件与平台的伸长方向基本对准。在一个实施例中，当然也可能通过机舱和平台旋转的组合来达到第一扇区和第二扇区，例如通过使机舱旋转5°并使平台旋转10°。第三扇区和第四扇区也是相对于彼此对应的扇区并且通过机舱旋转和平台旋转的组合而到达。在这样做时，机舱的旋转不会超过距处于0°的初始位置45°或者超过距从初始位置偏移180°的位置45°。由此，机舱避免了距初始位置46°至134°和226°至314°的旋转范围，这使得风力涡轮机在一起更靠近地放置。与平台的旋转相结合，尽管旋转受限也可能达到所有360°的可能的风向。
在用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，用于平台的所述旋转装置包括至少两个绞盘，该绞盘布置成沿着所述附接装置的长度移动至少一个平台连接点。通过使平台连接点沿着所述附接装置的长度移动的绞盘，平台在与水面基本平行的平面中旋转。
当风向改变时，转子部件通过机舱、平台或其组合的旋转与新的风向对准。在浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，平台的旋转通过将平台绞在相对于初始平台位置的新位置中来进行。平台连接点是当前通过例如绞盘与平台接合的附接装置上的点。连接点可以是当绞盘使平台在不同位置之间移动时根据平台位置移动的附接装置上的点。
在用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，所述平台通过恒定长度的附接装置附接至所述系泊装置。
本发明的另一个优点是可以利用恒定长度的附接装置(例如，缆绳、缆线、链或任意其它形式的附接装置)保证平台固定在其生产地点。相对于现有技术的解决方案，由此可能减少附接装置所需的长度以及减少对平台上的存储的需要。这还具有以下效果：更少的被盐水污染的附接装置存储在平台上，降低腐蚀和机械故障的风险。
在用于海上发电的浮式多涡轮风力发电平台的一个实施例中，所述平台的下部区段附接有包括至少两个间隔开的基本上细长的浮筒杆的桁架结构，所述细长的浮筒杆被扩大以在运输和/或维护期间用作漂浮浮筒。
本发明的一个优点是，与现有技术的解决方案相比，细长形状使得平台足够容易地通过例如拖船而在水上被拖曳。为了进一步增强这种功能，浮式多涡轮风力发电平台的桁架结构已经被开发，包括布置在平台桁架结构的下部的至少两个增大的浮筒杆。该平台被设计成在具有压载和不具有压载的情况下都具有稳定性，这意味着为了运输可以减少或消除压载物，导致平台在水中漂浮得更高。通过改变平台的浮力，可能实现平台单独漂浮在两个或更多个增大的浮筒杆上的运输模式。这降低了水阻力，并且增大的浮筒杆被用作与多体船舶(例如多体船)的构造类似的漂浮浮筒。
在用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，增大的浮筒杆还适于用作压载舱。
根据本发明的浮式多涡轮机风力发电平台的另一个优点是，上述增大的杆还用作压载舱，取决于平台的优选浮力，该压载舱可填充空气或水。这可以用于如上述实施例中所述的运输，而且例如当对平台进行维护操作时使用。如前文提及的，增大的杆用作将平台升出水面的浮筒。这意味着无需将平台从生产地点移除即可接近平台上的基本所有部分。
本领域技术人员理解到，在另一个实施例中，例如浮筒的压载舱可以部分地或全部地填充任意其他形式的压载物料。
在一个实施例中，由于风力涡轮机施加在结构上的力，所以需要压载物以便能够进行发电。
在用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，相邻风力涡轮机之间的空间是转子部件直径的一倍到三倍，优选地为转子直径的1.55倍。
通过浮式多涡轮风力发电平台的上述优点，无需使平台旋转360°，即可以减少包括在所述平台处的风力涡轮机之间的距离。在仅使用机舱旋转的现有技术解决方案中，通常这种距离诸如为转子部件直径的五倍，而本解决方案使得风力涡轮机能够安装在例如转子部件直径的1.55倍处。
在用于海上发电的多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，所述平台的宽度、型宽和吃水在苏伊士最大值的极限内，优选地在巴拿马最大值的极限内。
苏伊士最大值和巴拿马最大值是船舶工程术语，分别定义允许通过苏伊士运河和巴拿马运河的最大测量值。这些术语是允许运输的船舶的长度、宽度和吃水的集合术语。
本发明还涉及一种用于将布置在如上所述的浮式多涡轮机风力发电平台上的风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向的方法。该方法包括以下步骤：
·确定实际风向
·将所述实际风向与初始风向相关联，该初始风向被定义为当处于初始位置时基本垂直于平台的伸长方向的方向
·基于实际风向控制所述平台的旋转，并将平台的旋转限制为距初始位置最多90°，优选最多±45°
·使用用于机舱的旋转装置和/或用于平台的旋转装置使所述风力涡轮机的所述转子部件对准为基本垂直于实际风向。
在该方法的一个实施例中，其还包括以下步骤：
·当风从在定义为距初始风向±45°的第一扇区或定义为距初始风向135°至225°的第二扇区内的风向吹动时，使用用于机舱的旋转装置(MR2)以仅旋转机舱，或者使用用于平台的旋转装置(MR1)以仅旋转平台，或者使用用于机舱的旋转装置(MR2)和用于平台的旋转装置(MR1)两者来使转子部件对准为基本垂直于风向
·当风从在定义为距初始风向45°至135°的第三扇区和定义为距初始风向225°至315°的第四扇区内的风向吹动时，使用用于机舱的旋转装置和用于平台的旋转装置一起以使所述平台从初始平台位置旋转最大90°，优选地最多±45°，并且使机舱旋转剩余的角度，直到转子部件对准为基本垂直于风向。
在该方法的一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
·沿着附接装置绞住所述平台，从而使所述平台旋转。
本发明的另一方面是一种用于将布置在如上所述的浮式多涡轮机风力发电平台上的风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向的系统。该系统包括：用于确定实际风向的装置；用于将实际风向与初始风向相关联的装置，该初始风向被定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向；通过控制用于机舱的旋转装置和/或用于平台的旋转装置来控制将风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向的装置。
上述系统能够用于旋转浮式多涡轮机风力发电平台，以使在不使用允许平台360度旋转的复杂系泊装置的前提下，每个单独的风力涡轮机总是在自由风中运行，避免尾流之间的干扰。因此，该系统使得能够使用生产、运输以及附接到海上期望位置的成本效率高的风力发电平台来实现更有效的风力发电。在一个实施例中，用于控制转子部件的对准的所述装置和/或用于平台的旋转装置可以是上述控制装置。
为了进一步阐明用于海上发电的多涡轮机风力发电平台及其对准方法，平台处于中心位置的初始平台位置已被定义为初始平台位置。因此，这是平台最初牢固地系泊至的位置，并且在一个优选实施例中，其为到不同系泊点的距离基本相同的位置、旋转范围的中间位置或者附接装置绞到其在平台处的中心位置的位置。初始平台位置与任意罗盘方位无关，并且可以处于与其相关的任意方位。然而，对于本说明书的目的，初始平台位置也被称为距初始平台位置0°。
附图说明
现在参考附图，通过实例的方式描述本发明，在附图中：
图1示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例的等距视图。
图2示出了包括两个增大的浮筒杆的浮式多涡轮机风力发电平台的等距视图。
图3示出了浮式多涡轮机风力发电平台的等距视图，其示出了形成在转子部件后面的尾流。
图4示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向0°的第一扇区内。
图5示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向约-45°/315°的第一扇区内。
图6示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向位置约270°的第四扇区内。
图7示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向位置约225°的第二扇区内。
图8示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向位置约180°的第二扇区内。
图9示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向位置约135°的第二扇区内。
图10示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向位置约90°的第三扇区内。
图11示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，风向在距初始风向位置约45°的第一扇区内。
图12示出了浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，示出了几个系泊点。
图13示出了多涡轮机风力发电平台的一个实施例，其中，平台借助与几个系泊点连接的连接装置从初始平台位置旋转。
图14示出了关于风力涡轮机的四个扇区的主要示意图。
图15示出了在用于船舶的传统干坞中的浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例。
具体实施方式
在下文中，参考附图公开了本发明的不同实施例的详细描述。本文的所有实施例应被视为一般性描述的一部分，并因此能够概括地以任意方式组合。各种实施例和方法的各个特征可以组合或交换，除非这种组合或交换明显与浮式多涡轮风力发电平台和对准方法的总体功能相矛盾。
图1示出了多涡轮机风力发电平台1的一个实施例，其中，三个风力涡轮机3布置在具有限定的延伸方向的细长或基本上细长的平台1上。平台包括用于使平台围绕第一基本竖直的轴线z1旋转的装置MR1。平台1还包括控制装置C，该控制装置布置成控制用于平台的旋转装置MR1，以仅在某些检测到的风向期间使平台旋转。控制装置C可以是例如由位于平台上或远离平台的中央计算机控制的装置，其接收与例如风向、风力强度或其他天气条件有关的信号。平台1具有包括多个杆2的桁架结构，这些杆一起形成支撑所述风力涡轮机3的浮式结构。
风力涡轮机通过结构支撑部件6布置在平台上，该结构支撑部件是支撑连接至转子部件4且设置以绕基本水平轴x旋转的机舱5的支撑部件。在一个实施例中，机舱5的旋转也可以由控制装置C控制。支撑部件6是风力涡轮机的一部分，并且例如在一个实施例中可以是以与本领域中传统已知的相同的方式支撑发电机部件、机舱和转子部件的支柱。如本领域技术人员已知的，传统的支柱是稍微圆锥形的圆形。在浮式多涡轮平台的另一个实施例中，支柱是桁架结构的一部分，并由此被完全集成到平台的结构。本领域技术人员理解到，尽管结构支撑部件对于多涡轮风力发电平台的功能非常重要，但结构支撑部件的设计可以是在如本文要求保护的用于多涡轮风力发电平台的范围内的任意形式或形状。
转子部件4通常是三转子叶片风扇，其具有布置在结构支撑部件6的顶部处的水平轴线x，从而形成风力涡轮机塔架。本领域技术人员理解到，转子部件可以是具有类似特性的任意形式的转子部件，不限于特定数量的转子叶片或特定设计。
风力涡轮机布置在平台上以便产生电力，并因此以它们适于从风产生电力的方式布置。转子部件4附接至容纳发电机部件的机舱5，该发电机部件将由转子部件4的旋转叶片产生的机械能转换成用于在外部电路中使用的电能。发电机部件位于机舱内，并且在典型的实施例中包括齿轮箱、发电机、其之间的连接装置以及与转子部件连接的连接装置。发电机部件可以具有任意尺寸、传动比和形状，并且在不同的实施例中可以位于风力涡轮机的不同部分。
机舱5可旋转地布置在所述结构支撑部件6上，并且布置成围绕延伸穿过支撑部件6的中心的第二基本竖直的轴线z2旋转。机舱5的所述旋转借助用于机舱的旋转装置MR2产生。所述用于机舱的旋转装置MR2包括布置以使机舱围绕第二竖直轴线z2旋转360°的偏航电机和偏航驱动器。当转子部件6的旋转叶片平行于平台的伸长方向时，机舱5可以说具有具有0°旋转的初始位置。机舱相对于平台1旋转，以将转子叶片调节为基本垂直于风向。
风向可以被定义为与初始风向OWD的偏差。初始风向OWD可以被定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向。初始位置可以被定义为平台最初牢固地系泊到海底的位置，并且在一个优选实施例中为与不同系泊点相距的距离基本相同的位置、旋转范围的中间位置或者附接装置绞连至其在平台处的中心位置的位置。初始平台位置与任何罗盘方位无关，并且可以处于与其相关的任意方位。
在图1中，多个不同的风向被可视化为相对于初始风向OWD的虚拟圆的扇区141-144。第一扇区141被定义为距初始风向±45°，第二扇区142被定义为距初始风向135°至225°，第三扇区143被定义为距初始风向45°至135°，并且第四扇区144被定义为距初始风向225°至315°。这在图14和下文中进一步描述。
湍流是由转子部件4的运动产生的。这种湍流在本领域中被称为尾流31，并且在风力涡轮机的转子部件4后面形成为圆锥形，参见图3至图11。重要的是，来自不同风力涡轮机的尾流31不干扰附近涡轮机的转子部件，这是因为这种干扰可能随着时间造成严重损坏并导致总体发电故障。还可以在图1中看出，风力涡轮机3被放置成彼此相距一距离，该距离对应于转子部件直径的1到3倍，以便在避免干扰的同时使所需的空间最小化。该距离不同于现有技术的解决方案，其中，风力涡轮机之间的距离基于机舱5应该能旋转360°而不发生任何尾流与转子部件之间的干扰的前提。
作为标准，机舱5的360°旋转是可能的。然而，电能的产生优选仅在机舱5旋转时被激活，以使来自不同风力涡轮机的尾流31不干扰附近涡轮机的转子部件。在一个实施例中，仅在平台从初始平台位置旋转±45°时才激活能量的产生。由于电力仅在特定限制的机舱旋转角间隔期间被提取的本解决方案，创建一种系统，其中所述转子部件4后面的尾流不产生干扰，如下面将解释的。
在一个实施例中，多涡轮风力发电平台1还包括基本竖直地布置在桁架结构2内的结构支撑支柱8。在一个实施例中，结构支撑支柱8沿着桁架结构2的外边缘布置并且以一半或少于一半的结构支撑支柱8适于支撑风力涡轮机3的方式布置。在进一步的一实施例中，不支撑风力涡轮机3的剩余结构支撑支柱8容纳服务/维护平台、直升机平台或具有易于维护、生产或接近多涡轮机风力发电平台1的任意其它功能。
图2示出了本发明的一个实施例，其中，增大的杆7布置在平台1的下部。增大的杆7是细长的增大的杆7，其沿着平台1的下部延伸，从而形成增大的浮筒杆7。
在平台1的运输期间，减少结构内的压载水量以便减少平台组件的水下本体是有益的。即使从平台1移除压载水，该结构对于在水上被拖曳仍然不够理想并且提供大量的水阻力。为了解决这个问题，桁架结构2包括附接至所述平台的下部区段的两个间隔开的基本细长的浮筒杆7。那些细长的浮筒杆7增大以在运输期间用作浮动浮筒7。这意味着，当平台中的压舱物的量减少时，平台浮力改变，导致平台浮在只有两个浮筒杆7与水面直接接触的高度处，从而产生一种水阻力减小并且平台像多体船一样漂浮的解决方案。
本领域技术人员理解到，对于本发明的不同实施例，浮筒杆7的数量、长度、形状、形式和尺寸可以改变。在一个优选的实施例中，桁架结构由彼此连接的圆杆7形成。然而理解到，可以使用任意合适材料(例如，金属、铝、复合材料或任意其它合适的材料)、任意形式的杆来形成该结构。因此，该结构可以例如包括圆杆、矩形杆或任意其他形状的杆。
图3示出了用于海上发电的多涡轮机风力发电平台1的等距视图，其中，示出了由转子部件4的运动产生的湍流或尾流31。尾流31在风力涡轮机的转子部件4后面形成为圆锥形状。来自不同风力涡轮机的尾流31不干扰附近涡轮机的转子部件是重要的，这是因为这种干扰可能随着时间造成严重损坏并导致总体发电故障。
如先前公开的，这是对于现有技术布置的设计的原因之一，其中该设计例如已经使用三角形平台以便在不损害风力涡轮机之间所需空间的情况下产生稳定的平台。
对于风力涡轮机布置成例如基本上成一条线的应用区域，如图3所示，两个风力涡轮机之间的距离由最不利的风向61确定。例如，任何与布置风力涡轮机的线基本垂直的风向61，如图4或图8所示，风力涡轮机之间的距离可以相对较短。然而，如果风向改变为该线的方向，即，例如图6或图10所示的风向，则尾流31将直接朝向下一个风力涡轮机射出，从而产生对风力涡轮机之间的距离显著增大的要求。确定涡轮机之间的距离的关系可以由以下公式描述：
L＝D/(1-sin(X))sin(v)
其中'L'是风力涡轮机之间的距离，'D'是转子部件的直径，'x'是尾流的散射角，'v'是机舱从初始机舱位置的旋转角(0-90°)，在该初始机舱位置中转子部件的旋转叶片平行于平台的伸长方向。通过减小机舱旋转速率以仅覆盖所述第一扇区和第二扇区中的范围并且代替地使平台旋转剩余的角度直到风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向，或者旋转平台以覆盖第一扇区和第二扇区中的范围并且使机舱旋转剩余的角度直到风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向，如在本发明中，风力涡轮机之间所需的距离显著减小。
现在参考附图说明：
L＝D/(1-sin(5°))sin(45°)≈1.55×D
对于传统的多涡轮机发电平台，风力涡轮机之间的距离通常大约是转子部件的直径的五倍，以便减小尾流与转子部件之间的干扰。
如在上述公式中可以看出，风力涡轮机之间的1,55×D的距离是基于机舱的最大45°旋转。因此，平台的±45°的组合旋转对于覆盖所有风向是必要的。因此，风力涡轮机之间的最佳距离也取决于平台允许的最大旋转。平台的旋转移动风力涡轮机的地理位置并改进风力涡轮机相对于风向的位置，使得它们总是在无扰动的风中运转。
多涡轮机风力发电平台使用两种不同的装置，以便使转子部件与风向对准。本领域技术人员理解到，风可以从初始风向位置转动360°，并且独立于风向进行发电对于电力生产是有益的。为了描述浮式多涡轮风力发电平台的益处，360°被分成四个基本上相等的虚拟扇区141-144，其中，从处于0°的初始位置，第一扇区141覆盖±45°，第二扇区142覆盖135°至225°，第三扇区143覆盖45°至135°，并且第四扇区144覆盖225°至175°。此外，初始机舱位置还被定义为当平台处于其初始位置时每个机舱的转子部件旋转为与平台的延伸方向平行的位置。也就是说，在发电活跃的浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，初始平台位置、初始风向位置和初始机舱位置是对准的，参见图4。然而，在另一个实施例中，见图5，当风向例如已从初始风向转动45°时，平台仍然可以位于其在初始平台位置处的0°，而机舱已经从初始机舱位置转动45°，以便使转子部件与风向对准。如图5所示，在与初始风向成45°的风向下，将平台替代地旋转45°并使机舱保持不旋转也是可能的。在一个实施例中，当风从第一扇区或第二扇区141、142吹动时，当然也可能组合机舱和平台旋转。初始机舱位置因此不取决于平台位置，这是因为如果平台从其初始位置旋转45°并且机舱从其初始位置旋转45°，则转子部件与初始风向成90°，参见图6。然而，相对于例如罗盘方位，0°的初始风向位置与0°初始平台位置基本相同。
这里所使用的初始位置是初始机舱位置、初始平台方向和初始风向位置对准的一般位置。
平台可以是系统的一部分，该系统包括用于控制风力涡轮机的转子部件对准为与风向基本垂直以进行旋转的装置。所述装置适于根据接收到的关于实际风向的信息来控制平台1和机舱5的旋转。该装置可以是上述控制装置C。实际风向61可以通过用于确定实际风向的装置(例如布置在平台上的风力计)来测量，或者从天气预报或其它源接收。该系统还可以包括用于将所述实际风向与初始风向相关联的装置，该初始风向被定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向。在一个实施例中，所述用于控制对准的装置控制两个不同的旋转装置MR1、MR2，这两个旋转装置协作以将风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向。所述两种装置是：用于平台的第一旋转装置MR1和用于机舱的第二旋转装置MR2。当风被测量为从不同的风向吹动时，不同的装置用于对准。平台的旋转由控制装置C控制，该控制装置布置成控制用于平台的旋转装置MR1，以仅在偏离初始风向OWD的某些检测到的风向期间使平台旋转并将平台1的旋转限制为距初始位置最多90°，优选为最多±45°。机舱5的旋转也可以由控制装置C控制。
在一个实施例中，对准是通过以下步骤进行的：
-使所述机舱从初始机舱位置旋转或使所述平台从初始平台位置旋转或将机舱和用于平台的装置两者旋转到转子部件与第一扇区或第二扇区141、142内的不同风向对准的位置，
-将所述机舱和所述平台从初始平台位置组合地旋转，使得转子部件与第三扇区和第四扇区143、144内的不同风向对准。
在一个实施例中，第一扇区和第二扇区141、142是通过机舱旋转或仅平台旋转使转子部件能够与第一扇区和第二扇区内的风向对准的扇区。在那些扇区内，机舱旋转是足够的，在多个风力涡轮机的尾流和转子部件之间不发生干扰。在另一个实施例中，对于第一扇区和第二扇区141、142，可以使用机舱和平台旋转的组合。
在浮式多涡轮机风力发电平台的一个实施例中，第三扇区和第四扇区143、144是通过机舱旋转和平台旋转的组合使转子部件与风向对准的扇区。
当风从在定义为距初始风向OWD大约±45°的第一扇区141或定义为距初始风向OWD大约135°至225°的第二扇区142内的方向吹动时，通过激活第二旋转装置MR2来仅旋转机舱，或者通过激活第一旋转装置MR1来仅旋转平台。在一个实施例中，机舱和平台都稍微旋转。当风从在定义为距初始风向OWD大约45°至135°的第三扇区143和定义为距初始风向OWD大约225°至315°的第四扇区144内的风向吹动时，通过激活用于控制旋转的第一装置和第二装置MR1、MR2来旋转机舱和平台两者。因此，机舱和平台两者都旋转。平台从初始平台位置旋转最大90°，优选最多大约±45°，并且机舱旋转剩余的角度，直到转子部件对准为基本垂直于风。第一扇区、第二扇区、第三扇区和第四扇区的角区间分别基于从初始平台位置最大±45°的平台旋转来定义。
图4示出了本发明的第一风情况，其中风向61为0°的方向，即，处于初始风向位置，其对于平台1的初始位置是基本理想的并且一致的。初始风向也可以被定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向。对于该风向，机舱从其初始位置旋转到0°，并且平台处于其初始位置。注意，这里的旋转以顺时针角度测量，即，基于顺时针旋转的0°至360°。
图5示出了第二风情况，其中，风向61从逆时针转动45°至从初始风向OWD顺时针转动315°的位置。对于该风向，机舱从初始位置旋转315°或至少-45°(逆时针)并且位于第一扇区内。在如图5所示的距初始风向45°的风向下，还可能替代地使平台旋转-45°并且使机舱保持不旋转，或者将平台的旋转与机舱的旋转组合，以使平台旋转-30°且使机舱旋转-15°。
图5清楚地示出了尾流31的射出方向如何不干扰，但这接近能够不发生干扰的最大旋转，这也是第一扇区限制在315°的原因。
图6示出了第三风情况，其中，风向61逆时针转动另一个45°到顺时针从初始风向OWD顺时针270°的位置。对于该风向61，机舱保持其从初始机舱位置的315°或-45°的旋转，并且另外，平台从初始平台位置旋转-45°。因此，保持了风力涡轮机之间的旋转角度，并且避免了尾流与转子部件之间的干扰。
图7示出了一种风力情况的实施例，其中，风向61逆时针转动再另一个45°到从初始风向OWD顺时针225°的位置。对于该风向，机舱从初始机舱位置旋转225°或-135°，并且平台定位在0°的初始平台位置处。在距初始风向OWD顺时针225°的风向的情况下，如图7所示，也可能替代地使平台旋转45°并且使机舱保持不旋转。
图8示出了第五风情况，其中，风向61从初始风向OWD转动到180°。机舱因此也从初始机舱位置转动到180°，同时平台被放置在其初始平台位置。
图9示出了第六风情况，其中，风从初始风向OWD转动到135°。机舱也从初始机舱位置转动到135°，同时平台被放置在其初始位置。在距初始风向OWD顺时针135°的风向下，如图9所示，还可能替代地使平台旋转-45°并且使机舱旋转180°。
图10示出了第七风情况，其中，风从初始风向OWD转动到90°。机舱从初始机舱位置转动到135°，并且平台从其初始位置旋转-45°。还可能的是，平台从其初始位置旋转+45°，并且机舱从其初始机舱位置转动+45°
图11示出了第八风情况，其中，风已从初始风向OWD顺时针旋转动到45°。机舱从初始机舱位置转动到45°，同时平台被放置在其初始位置。还可能仅使平台从其初始位置旋转45°并且使机舱保持在其初始位置。
图12示出了用于多个风力涡轮机的风力发电平台1的一个实施例，其中，所述平台1附接至六个系泊点41-46，系泊点41-46适于通过附接装置47保证平台固定在其运行地点。所述附接装置47在至少两个平台连接点49附接至所述平台。本领域技术人员理解到，附接装置47可以是任意形式的附接装置，包括但不限于缆线、链、绳索和带。本领域技术人员还理解到，系泊点的数量可以是与图12中所示的系泊点目的相同的任意数量的系泊点。
在如图12所示的实施例中，平台1被定位在初始平台位置，其中到所有系泊点41-46的距离优选基本上相等。平台1可从所述初始位置旋转±45°，例如如图13所示。
图13示出了图12的实施例，其中，平台从其初始位置旋转45°。在本发明的不同实施例中，旋转可以通过不同的旋转装置来进行，例如由控制装置C控制。然而，在一个实施例中，用于平台的旋转装置MR1包括例如两个绞盘，该绞盘被布置成使至少一个平台连接点49沿着所述附接装置47的长度移动。平台沿着所述附接装置47被绞住，以便使平台1相对于其初始位置旋转。在该实施例中，附接装置47的长度保持恒定。用于平台的其它可能但未示出的旋转装置MR1可以是旋转平台的推进器或其它发动机，结合在距离其初始位置最大90°处锁定旋转的机械装置。还可能使用绞盘相应地调节附接装置47的相对长度。
图14示出了四个扇区141-144相对于风力涡轮机的主要示意图。基于如先前所描述的0°的初始位置作为起始点以及从该位置起的360°的范围来划分扇区。第一扇区141覆盖315°到45°之间的范围，第二扇区142覆盖135°到225°之间的范围，第三扇区143覆盖45°到135°之间的范围，并且第四扇区144覆盖225°到315°之间的范围。在第一扇区和第二扇区141、142中，所述用于平台的旋转装置MR1或用于机舱的旋转装置MR2用于使转子部件对准为基本垂直于风。在第三扇区和第四扇区143、144中，用于平台的旋转装置MR1和用于机舱的旋转装置MR2一起用于使转子部件对准为基本垂直于风。
图15示出了在普通造船干坞150内的浮式多风力涡轮机平台1，其例如可用于平台1的组装或维护。
然而，浮式多风力涡轮机发电平台1不限于在干坞中组装。通过创新的细长的增大浮筒杆7系统，平台1的浮动吃水使得几乎能在任意地方生产平台1。在组装之后，平台可以容易地从组装位置浮出而没有任何显著的水深。这意味着一个实施例中的平台1例如可以在船架、滑橇，干坞，岸边，海滨或在海洋附近的任意其他合适的位置组装。
与现有技术解决方案显著不同的大小和尺寸还提供了平台1可以运输通过其他海路(例如巴拿马运河或苏伊士运河)的优点。这种海路对船舶通行具有限制。这减少了在那些通道是最佳运输路线的水域中行进的平台的重新定位时间。
本领域技术人员理解到，如果水闸更换、桥变化或采用其它测量值以改变运河的特性，则测量值可能改变。因此，本发明不限于当前的测量值。
然而，当前的测量值是：
苏伊士最大值：
巴拿马最大值：
应当注意，在上面的详细描述中，任意实施例或实施例的特征仅为示例，并且如果这种组合不明显矛盾，则可以通过任意方式组合。

Claims (12)

1.一种用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台(1)，其中，所述平台(1)具有在一延伸方向上的大致细长的形状，并且所述平台附接至至少两个系泊点(41，42，43，44，45，46)，所述系泊点适于通过在至少两个平台连接点(49)与所述平台(1)连接的附接装置(47)将处于操作地点的所述平台相对于所述系泊点(41，42，43，44，45，46)固定在一初始位置，所述平台(1)包括用于使所述平台围绕基本竖直的第一轴线(z1)旋转的旋转装置(MR1)，还包括基本上沿与所述平台的延伸方向一致的直线布置的至少两个风力涡轮机(3)，并且所述至少两个风力涡轮机(3)均包括结构支撑部件(6)和布置成围绕基本水平的轴线(x)旋转的转子部件(4)，所述转子部件(4)附接至机舱(nacelle)(5)，所述机舱被布置成使用用于机舱的旋转装置(MR2)而围绕基本竖直的第二轴线(z2)旋转，其特征在于，平台(1)包括控制装置(C)，所述控制装置布置成控制用于平台的旋转装置(MR1)以仅在偏离定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向的初始风向(WDO)的某些检测到的风向期间使平台旋转，并将平台(1)的旋转限制为距初始位置最多90°，优选地为最多±45°。
2.根据权利要求1所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台(1)，其中，所述用于机舱的旋转装置(MR2)和用于平台的旋转装置(MR1)适于协作使风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于所检测的实际风向。
3.根据权利要求2所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，用于机舱的旋转装置(MR2)或用于平台的旋转装置(MR1)适于单独使用或一起使用，以用于当风从在定义为距初始风向大约±45°的第一扇区(141)或定义为距初始风向大约135°至225°的第二扇区(142)内的风向吹动时，使风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向，并且其中，用于机舱的旋转装置(MR2)适于与用于平台的旋转装置(MR1)协作，以用于当风从在定义为距初始风向大约45°至135°的第三扇区(143)和定义为距初始风向大约225°至315°的第四扇区(144)内的风向吹动时将风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向，使得所述平台从初始平台位置旋转最大90°，优选最多大约±45°，并且机舱旋转剩余的顺时针角度，直到转子部件对准为基本垂直于实际风向。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，所述用于平台的旋转装置(MR1)包括至少两个绞盘，所述绞盘布置成沿着所述附接装置(47)的长度移动至少一个平台连接点(49)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，所述平台(1)是包括与所述平台(1)的下部区段附接的至少两个间隔开的基本上细长的浮筒杆(7)的桁架(2)结构，所述细长的浮筒杆(7)是适于在运输和/或维护期间用作漂浮浮筒(7)的增大的浮筒杆(7)。
6.根据权利要求6所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，所述增大的浮筒杆(7)还适于用作压载舱(7)。
7.根据权利要求1-7中任一项所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，相邻风力涡轮机之间的空间是转子部件直径的一倍到三倍，优选地为转子直径的1.55倍。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于海上发电的浮式多涡轮机风力发电平台，其中，所述平台的宽度、型宽和吃水在苏伊士最大值的极限内，优选地在巴拿马最大值的极限内。
9.一种用于将布置在根据权利要求1-8中任一项所述的浮式多涡轮风力发电平台上的风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向的方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定实际风向
将所述实际风向与初始风向相关联，所述初始风向被定义为当处于初始位置时基本垂直于平台的伸长方向的方向
基于实际风向控制所述平台(1)的旋转，并将平台(1)的旋转限制为距初始位置最多90°，优选最多约±45°
使用用于机舱的旋转装置(MR2)和/或用于平台的旋转装置(MR1)使风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
当风从在定义为距初始风向大约±45°的第一扇区或定义为距初始风向大约135°至225°的第二扇区内的风向吹动时，使用用于机舱的旋转装置(MR2)以仅旋转机舱(5)，或者使用用于平台的旋转装置(MR1)以仅旋转平台(1)，或者使用用于机舱的旋转装置(MR2)和用于平台的旋转装置(MR1)两者来使转子部件对准为基本垂直于风向
当风从在定义为距初始风向大约45°至135°的第三扇区和定义为距初始风向大约225°至315°的第四扇区内的风向吹动时，使用用于机舱的旋转装置(MR2)和用于平台的旋转装置(MR1)一起以使平台从初始平台位置旋转最大90°，优选地最多大约±45°，并且使机舱旋转剩余的角度直到转子部件对准为基本垂直于风向。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的将布置在浮式多涡轮风力发电平台上的风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向的方法，其中，方法还包括以下步骤：
-沿着附接装置绞住所述平台，从而使所述平台旋转。
12.一种用于将布置在根据权利要求1-8中任一项所述的浮式多涡轮机风力发电平台上的风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于风向的系统，其特征在于，所述系统包括：
用于确定实际风向的装置
用于将所述实际风向与初始风向相关联的装置，所述初始风向被定义为当处于初始位置时与平台的伸长方向基本垂直的方向
用于通过控制用于机舱的旋转装置(MR2)和/或用于平台的旋转装置(MR1)来控制将风力涡轮机的转子部件对准为基本垂直于实际风向的装置。
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