CN111075658B - 离岸风力发电装置以及离岸风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离岸风力发电装置，其包含风机、多个浮台以及多个连接件。所述多个浮台适于承载风机。每一浮台包含本体以及连接所述本体的底部的底座。所述底座包含配重结构。所述连接件分别连接所述多个浮台。

Description

离岸风力发电装置以及离岸风力发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种离岸风力发电装置。

背景技术

由于核能发电存在安全方面的疑虑，而传统火力发电有产生空气危害的缺点，因此发展干净且安全的再生能源发电系统是刻不容缓的。再生能源包含太阳能发电、风力发电以及洋流发电等，其中由于风力来源以海面最为充分，因此风力发力电适于海岸线较长的地区，可降低取得风力来源的成本。

简单来说，风力发电装置一般包含风力涡轮机(简称风机，wind turbine)，其主要是通过空气流动(即风)转动叶片来发电。叶轮(rotor)为风力机转换利用风能最重要的系统之一，其叶片锁定于轮毂(hub)上，以共同构成叶轮。叶片受风吹的空气动力作用(包括升力及阻力)绕轴旋转，检索风的动能转动轮毂中的转子，并经由转子与轮毂中的定子的电磁转换作用，进而转换成有用的电能并加以存储。

依照设置厂址分类，可分为陆上和海上风力发电装置。海上风力发电装置也可简单分为固定式和漂浮式两种类型。其中，固定式海上风力发电装置通过基桩固定于海底，例如固定于水深较浅的大陆棚。由于远海的水深过深，将基桩固定于海底的成本可能过高，所以固定式海上风力发电装置较不适合设置于离海岸较远的地区。相比之下，漂浮式海上风力发电装置不受到水深的限制，而可适合设置于离海岸较远处。

常规漂浮式海上风力发电装置主要是由钢结构所制成，其制造成本相对过高，且在风力过强时，可能导致此种常规漂浮式海上风力发电装置倾斜，甚至翻覆。

发明内容

因此，为了解决上述问题，本发明的实施例提供一种离岸风力发电装置，其包含风机、多个浮台以及多个连接件。多个浮台适于承载风机，每一浮台包含本体以及连接本体的底部的底座，底座包含配重结构。多个连接件分别连接多个浮台。

本发明的另一实施例提供一种离岸风力发电系统，其包含多个离岸风力发电装置，彼此相互连接，以集成所产生的电力，并加强个别发电装置在海面漂浮的稳定度。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的离岸风力发电装置的立体示意图；

图2为图1的离岸风力发电装置位于海上的示意图；

图3为图1的离岸风力发电装置的浮台的内部示意图；

图4为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置的浮台的内部示意图；

图5为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置的浮台的内部示意图；

图6为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置的浮台的内部示意图；

图7为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置的浮台的内部示意图；

图8为图1的离岸风力发电装置的第一运作示意图；

图9为图1的离岸风力发电装置的第二运作示意图；

图10为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置的浮台的内部示意图；

图11为图9的离岸风力发电装置的第一运作示意图；且

图12为图9的离岸风力发电装置的第二运作示意图。

具体实施方式

为了更清楚了解本创作的特征、内容与优点及其所能实现的功效，现在将本创作配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，所以不应就所附的图式的比例与布置关解读、局限本创作的权利要求书。

本发明的目的之一在于提供一种离岸风力发电装置以及离岸风力发电系统，其成本较低，可以稳定地漂浮于海面，进而提升其发电效率。

请参考图1以及图2，其中图1为根据本发明的实施例的离岸风力发电装置的立体示意图，图2为图1的离岸风力发电装置位于海上的示意图。

在本实施例中，离岸风力发电装置1包含风机2、多个浮台3以及多个连接件4。多个浮台3适于飘浮于水面上。多个连接件4分别连接浮台3，以使多个浮台3彼此固定相连。在本实施例中，浮台3的数量为三个，以使浮台3形成三角形。风机2设置于浮台3之间，并分别连接浮台3。需要注意的是，单个离岸风力发电装置1中浮台3的数目并不用以限定本发明，在其它实施例中，浮台3可为四、五、六或七以上，以形成多边形。

在本实施例中，连接件4包含二个平行的固定管42、44，平行连接于二个浮台3之间，以提供水平方向的支撑。而连接件4还包含另二个加劲件46、48，其一端连接浮台3，其另一端倾斜地连接下方的固定管44。这样加劲件46、48倾斜的设置可提供垂直方向的支撑。此外，连接件4在固定管42上设有栏杆49，工作人员可沿着固定管42上的栏杆49行走于二个浮台3之间。

另外，本实施例的离岸风力发电装置1进一步可包含支撑台5，用以支撑风机2，并连接到多个浮台3。如此，风机2通过支撑台5连接浮台3。在本实施例中，支撑台5包含容置座52以及多个连接管54。容置座52用以容设风机2，连接管54中的每一个的两端分别枢设于容置座的上部以及浮台3的上部。另外，支撑台5进一步包含多个油压缸56，其相对两端分别连接容置座52的底部以及多个浮台3的上部。离岸风力发电装置1进一步可包含服务器60、风力检测装置70以及避雷针(未绘示)。服务器60设置于离岸风力发电装置1中，风力检测装置70可设置于浮台3上或其它位置。服务器60通过风力检测装置70所检测到的风力及风向，以调整多个浮台3中每一个中的流体的量以调整多个浮台3中每一个的重量，进而平衡风力发电装置1。服务器60还可通过检测到的风力及风向调整多个油压缸56的伸缩量以调整风机2的倾斜角度。因此，离岸风力发电装置1可以根据风力和风向的变化，可调整浮台3的相对位置，并可主动或被动调整油压缸56，以调整风机2的位置，进而使风机2以最优选的位置和方位面向风以有效检索风力，提升发电效率。此外，离岸风力发电装置1进一步可包含避雷针(未绘示)，其用以接收雷击，避免雷击损坏离岸风力发电装置1，特别是离岸风力发电装置1中的风机2。

请参阅图2，在本实施例中，离岸风力发电装置1进一步包含多个缆架62、多个系缆64以及锚定结构66。缆架62固定地设置于浮台3上。系缆64的一端分别设置于浮台3上，且缆架62可收纳系缆64于其内。系缆64的另一端适于固定于位于水底的锚定结构66。此外，系缆64的长度可设计为大于水面到水底的最短距离，且锚定结构66的设置位置可位于离岸风力发电装置1正投影于水底的区域外，因此系缆64可以具有预度的方式固定位于水面上的离岸风力发电装置1，以使离岸风力发电装置1可在限定范围内在水上漂浮移动。

请参阅图1，风机2基本上可为一般常规的风力涡轮机组结构，其包含塔架22以及叶轮26。塔架22插设于容置座52中，且塔架22的另一端连接叶轮24。叶轮24包含轮谷26和多个叶片28，轮谷26以可旋转的方式连接到塔架22。叶片28分别从轮谷26的一侧向外延伸。在本实施例中，叶片28的数目为三个。在其它实施例中，叶片28的数目可为1、2或4以上。叶片28的长度可为8米到125米，因此风机2的直径最长可达到250米。一般来说，风机2的尺寸越大或叶片28的长度越长，其发电的效率就越大。举例来说，当风机2的直径达到250米时，其发电功率可达到20,000千瓦(KW)。此外，风机2内可包含有发电机(未绘示)，当叶轮24检索风力而转动时，可驱使发电机中的转子转动并经由转子与发电机中的定子的电磁转换作用，进而转换成而产生电能并加以存储。

请参照图1和图3，其中图3为图1的离岸风力发电装置1的浮台3的内部示意图。在本实施例中，多个浮台3可由预铸钢筋混凝土所制成，以形成预铸式箱涵，其相较于常规主要由钢构所制成的离岸风力发电装置，结构相对简单，且制造成本可大幅减少。其中，每一浮台3可包含本体30以及底座31。本体30为空心结构，其内部可容纳流体，例如水。底座31连接于本体30的底端。确切地说，本体30包含有多个侧板32以及顶板33，侧板32中的每一个的底部分别连接底座31，侧板32再朝向顶板延伸连接，进而形成空心结构。需要注意的是，底座31包含配重结构34，其用以增加浮台3下部分的重量，以使浮台3的重心位于浮台3的下侧，例如浮台3的底部。由于浮台3为空心结构，整体密度小，而体积大，同时由于浮台3的重心位于下方，进而相较于重心位于中心或上方的浮台3，本案重心位于下方的浮台3可以稳定地浮于水面上。在本实施例中，配重结构34为板状结构，其与侧板32的底部的形状对应，且本实施例的配重结构34可与侧板32的底部和本体30一体成型。通过此空心结构，离岸风力发电装置1可适于漂浮于水上，且不受水深的影响，得以设置于浅海区，或者深海区。

请参照图4，其为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置1的浮台3的内部示意图。在本发明中，浮台3可具有顶部容置空间330，位于本体30相对于底座31的一侧。顶部容置空间330内可容纳机电设备，操作员可进入顶部容置空间330，对机电设备进行操作。或者，顶部容置空间330可供操作人员放置其它工具和备品零件。此外，浮台3还设有相对于栏杆49的门334，其适于连通外界与顶部容置空间330，以供操作员进出于顶部容置空间330。

请参照图5，其为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置1的浮台3的内部示意图。在本实施例中，配重结构34包含多个隔墙37，竖立于底座31的内底面310上，且隔墙37彼此交错。详细来说，本实施例的隔墙37数目为二。隔墙37分别以横向和纵向的方式(即彼此垂直的X轴以及Y轴)于相对的两侧板32之间延伸，并以正交的方式相接于底座31的中心处。在本实施例中，隔墙37界定出四个相隔开的子空间370。在本实施例中，隔墙37的高度约为本体30高度的六分之一到三分之一之间。

请参照图6，其为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置1的浮台3的内部示意图。在本实施例中，多个隔墙37延伸到本体30的顶面332，以将本体30内分隔成多个第一空间300。详细来说，隔墙37可界定出相同体积的四个第一空间300。其中，第一空间300中的每一个内进一步包含多个隔板38，竖立于底座31的内底面310上，并界定多个子空间370于各第一空间300中。在本实施例中，第一空间300中的每一个内包含沿着X轴以及沿着Y轴延伸的隔墙37，以彼此正交而形成四个子空间370。换句话说，在本实施例中，隔墙37和隔板38设置于底座31的内底面310上，且彼此正交或平行。如此，侧墙和隔墙37以二乘二的排列方式界定出四个第一空间300；侧墙、隔墙37和隔板38以四乘四的排列方式可共同界定出十六个子空间370。同时，本体30内的子空间370的数目大于第一空间300的数目。此外，在本实施例中，隔墙37以及隔板38其中至少一个具有连通孔39，用以连通至少一相邻的子空间370。如此，流体可经由连通孔39经由控制而流通于各子空间370和各第一空间300内。

请参照图7，其为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置1的浮台3的内部示意图。在本实施例中，四隔墙37延伸到本体30的顶面332，且彼此交错连接，以将本体30内分隔成九个第一空间300。每一第一空间300内进一步包含二个隔板38，竖立于底座31的内底面310上，并共同界定四个子空间370。如此，在本实施例中，隔墙37和隔板38界定出三十六个子空间370。同时，本体30内的第一空间300的数目为大于每一第一空间300内的子空间370的数目。此外，在本实施例中，隔墙37以及隔板其中至少一个具有连通孔39，用以连通至少一相邻的子空间370。如此，流体可经由连通孔39而流通于各子空间370和各第一空间300内。在本实施例中，举例来说，浮台3的高度(沿Z轴)为20米，长和宽(沿X轴和Y轴)均为10米，底座31的厚度(沿Z轴)为0.5米，隔板38的高度(沿Z轴)为1.5米，隔板38的厚度(沿X轴和Y轴)为0.5米，侧墙的厚度(沿X轴和Y轴)为0.5米，浮台3的净重为1534吨。如此浮台3的结构，可有效抵挡16吨/平行米(t/m²)的水压。上述配重结构34的结构和形状并不仅仅用以限定本发明，凡是可实现本案配重结构34的功效的结构，均属于本案的范围。举例来说，在其它实施例中，隔墙37可仅延伸到侧墙的中段且不延伸到顶部。在上述实施例中，本体30的形状为长方体状。然而，在其它实施例中，本体30可为圆柱状、多边形柱体、锥状体、截头圆锥形(未绘示)。

请参照图8，其为图1的离岸风力发电装置1的第一运作示意图。在本实施例中，多个浮台3中的每一个包含至少阀门36和泵(未绘示)，阀门36与外界连通，以用于以引入或排出流体(例如海水)。风力检测装置70通过检测到的风力及风向调整至少一阀门36引入或排出浮台3中的每一个的流体以调整浮台3中的每一个的重量，进而平衡风力发电装置1。举例来说，当风机2设置于浮台3上时，可引入流体到其它浮台3中，以使离岸风力发电装置1在海上实现平衡。浮台3内部分的海水还可通过阀门36排出到海中，减轻浮台3的重量，以实现平衡。如此，当离岸风力发电装置1运转时，可使风机2稳定地设置于海面上，稳定地检索风力。此外，浮台3的内壁面可涂布抗蚀层35，以防止海水或其它腐蚀性流体的侵蚀。

请参照图9，其为图1的离岸风力发电装置1的第二运作示意图，其中离岸风力发电装置1依据所检测到的风速和洋流的状况，将图式右侧的浮台3内的水位升高，以使离岸风力发电装置1在海面上达到平衡。然，上述风机2设置于浮台3的其中之一的方式非限定于本发明。

请参照图10，其为根据本发明的另一实施例的离岸风力发电装置1的浮台3的内部示意图。在本实施例中，离岸风力发电装置1并非利用上述图8及9实施例中的阀门36引入或排出海水。在本实施例中，离岸风力发电装置1进一步包含储水槽7，设置于风机2的下方并存储淡水。储水槽7经由管路72连通多个浮台3的本体30的内部。如此，储水槽7和浮台3共同形成封闭的供水系统，如图11所示，其为图10的离岸风力发电装置1的第一运作示意图。当需要改变浮台3内流体的水量时，浮台3可以从储水槽7而经由管路72透过阀门(未显示)引入或排出流体，以使浮台3之间的水位产生改变，如图12所示，其为图9的离岸风力发电装置1的第二运作示意图，其中储水槽7的部分水经由导引到右侧的浮台3中。因此，本实施例的封闭式的供水系统，流体可通过内部循环导引到各处，而不会接触于外界(例如海水)，可提升浮台3内部的清洁。同时，相较于引入或排出海水的阀门36和泵，这种封闭的供水系统不需要强功率的泵，即可轻易使流体流通的所要的位置。

另外，本案的实施例可提供一种离岸风力发电系统，其包含多个上述的离岸风力发电装置1，可彼此相互连接以形成串联或并联型的风场(wind farm)。其中，离岸风力发电装置1的数目可根据实际的需求进行调整。

本文中的用语“一”或“一种”用以叙述本创作的元件及成分。此术语仅为了叙述方便及给予本创作的基本观念。此叙述应被理解为包括一种或至少一种，且除非明显地另有所指，表示单数时也包括复数。于权利要求书中和“包含”一词一起使用时，所述用语“一”可意谓一个或超过一个。此外，本文中的用语“或”其意同“及/或”。

除非另外规定，否则例如“上方”、“下方”、“向上”、“左边”、“右边”、“向下”、“本体”、“底座”、“垂直”、“水平”、“侧”、“较高”、“下部”、“上部”、“上方”、“下面”等空间描述涉及图中所展示的方向加以指示。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施可以任何相对方向在空间上布置，此限制条件不会改变本发明实施例的优点。举例来说，在一些实施例的描述中，提供“在”另一元件“上”的元件可涵盖前一元件直接在后一元件上(例如，与后一元件物理接触)的状况以及一或多个介入元件位于前一元件与后一元件之间的状况。

如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质的”及“约”用以描述及考虑微小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可意指事件或情形明确发生的情况以及事件或情形极近似于发生的情况。

以上所述的实施例仅是为了说明本创作的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本创作的内容并据以实施，当不能以的限定本创作的专利范围，依本创作所公开的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本创作的专利范围内。

符号说明

1 风力发电装置

2 风机

22 塔架

24 叶轮

26 轮谷

28 叶片

3 浮台

30 本体

300 第一空间

31 底座

310 内底面

32 侧板

33 顶板

330 顶部容置空间

332 顶面

334 门

34 配重结构

35 抗蚀层

36 阀门

37 隔墙

370 子空间

38 隔板

39 连通孔

4 连接件

42 固定管

44 固定管

46 固定管

48 固定管

49 栏杆

5 支撑台

52 容置座

54 连接管

56 油压缸

60 服务器

62 缆架

64 系缆

66 锚定结构

70 风力检测装置

7 储水槽

72 管路

A 区域

Claims (11)

1.一种离岸风力发电装置，其包含：

风机；

间隔分离的多个浮台，适于承载所述风机，每一所述浮台包含：

本体，具有相对的底部与顶面；以及

连接所述本体的所述底部的底座，所述底座包含配重结构，其中所述配重结构包含多个隔墙，竖立于所述底座的内底面上，所述隔墙彼此交错，所述隔墙延伸到所述本体的顶面，以将所述本体内分隔成对称设置的至少四个四方型的第一空间，其中每一所述第一空间内进一步包含多个隔板，所述隔板竖立于所述底座的所述内底面上，并界定对称设置的至少四个四方型的子空间，所述隔板的高度与所述本体高度的比例大约是1.5比20，所述隔墙以及所述隔板彼此正交或平行，使得所述第一空间与所述子空间形成井字型，

其中所述底座、所述隔墙与所述隔板的厚度大致相同，且所述底座、所述隔墙与所述隔板的厚度及所述本体高度的比例大约是0.5比20，且所述隔墙的高度大於所述隔板的高度，其中所述隔墙以及所述隔板的底部其中至少一个具有连通孔，用以连通至少相邻的所述子空间，使得所述第一空间仅通过底部的所述连通孔互相连通；

储水槽以及多个连通管，所述储水槽设置于所述风机的下方并与所述风机间隔分离、且设置于所述多个浮台中间，所述多个连通管连接到所述本体的侧边下方与间隔分离的所述浮台的侧边下方，以通过所述多个连通管连通所述本体的内部、且透过阀门引入或排出流体，以使所述多个浮台之间的水位产生改变；以及

多个连接件，分别连接所述浮台；

缆架，固定地设置于所述浮台上；以及

支撑台，用以支撑所述风机，并连接于所述浮台，所述支撑台包含容置座以及多个连接管，所述容置座用以容设所述风机，所述连接管中的每一个的两端分别枢设于所述容置座以及所述浮台上部的缆架，其中所述容置座与所述风机空间均与所述储水槽间隔，所述储水槽定位在所述容置座的下方，且彼此对准。

2.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，其中所述第一空间的数目大于所述子空间的数目。

3.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，其中所述支撑台进一步包含多个油压缸，其两端分别连接所述容置座以及所述浮台。

4.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，其中所述浮台的数量为三个，所述浮台形成三角形，所述支撑台设置于所述浮台之间。

5.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，进一步包含多个系缆，其一端分别设置于所述浮台上的所述缆架，其另一端适于固定于锚定结构。

6.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，其中所述多个浮台是由预铸钢筋混凝土所制成。

7.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，其中所述浮台中每一个包含至少一阀门与外界连通，用以引入或排出流体。

8.根据权利要求7所述的离岸风力发电装置，进一步包括风力检测装置，设置于所述离岸风力发电装置中，通过检测到的风力及风向调整所述至少一阀门引入或排出所述浮台中每一个的流体的量以调整所述浮台中每一个的重量，进而平衡所述风力发电装置。

9.根据权利要求3所述的离岸风力发电装置，进一步包括服务器，设置于所述离岸风力发电装置中，通过检测到的风力及风向调整所述多个油压缸的伸缩量以调整所述风机的倾斜角度。

10.根据权利要求1所述的离岸风力发电装置，进一步包括多个支架，用以将所述储水槽固定于所述浮台。

11.一种离岸风力发电系统，其包含：

多个根据权利要求1到10中任一项所述的离岸风力发电装置，彼此相互连接。

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