TW201827705A - 用於浮動式風力發電設備的繫綁浮筒 - Google Patents

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Abstract

本發明提供由具有浮動式基礎(10)的浮動式風力發電設備(100)和一浮動式繫綁浮筒(20)所組成的單元，該浮動式繫綁浮筒(20)可連接至該浮動式風力發電設備(100)的該浮動式基礎(10)，且該浮動式繫綁浮筒(20)具備至少一用於將該繫綁浮筒(20)連接到錨固地面的錨固裝置(30)，由此該浮動式風力發電設備(100)的該浮動式基礎(10)帶有用於插入該繫綁浮筒(20)的凹槽(12)。

Description

用於浮動式風力發電設備的繫綁浮筒
本發明涉及一種用於浮動式風力發電設備的繫泊浮筒，其預先安裝在風力發電設備的預定位置，並藉由錨固至海床的連接元件而固持在所需位置。該浮筒以可拆卸地的方式連接至浮動式風力發電設備，並且還容納電力電纜。
越來越多的離岸設備正在興建，以補充陸上風能的既定生產量。此類設備經受關於維護、可靠性、設備規模和環境影響等方面的特殊需求。目前，所有受限於地面(ground-bound)的離岸設備係藉由鋼管而牢固地錨固至地面。
這些設備的安裝需要大量的運輸和安裝船(installation vessel)，而這些安裝船操作起來特別昂貴。另外，受限於地面的離岸設備的水深是有限的，且固持的地面必須具有特定的特徵。
然而，現在已經有一段時間，與海床或多或少剛性地連接的浮動式離岸風力發電設備已被列入考慮之中。
這些經由鏈條系統連接至地面的浮動式設備不具有上述的缺點，且亦可被使用於較深的水中。這大大擴展了風力發電設備的應用範圍。
少數現代化的浮動式風力發電設備主要藉由鏈條而錨定至海床。鏈條典型地藉由錨固件而連接至地面。鏈條係藉由拖船而運送到風力發電 設備的安裝地點，且鏈條係直接地安裝至各自的浮筒上。這通常是非常迅速的實施，因此需要大量的大型船隻，且必須在現場進行協調。然而，這種實施方式既昂貴又耗時。並且，由於較大的波高將使操作變得困難，這種操作的最佳氣候(weather window)往往非常受侷限。
然而，WO2016/000681A1描述了藉由鏈條錨固至海床的浮動式本體，其允許藉由海底電纜而完成浮動式風力發電設備的機械固定並同時電連接。
這意味著漂浮在水面上的風力發電設備必須連接至水面上的浮動式本體，但是，此專利並沒有具體說明如何實施連接。
本發明的目的在於為浮動式風力發電設備提供安全、快捷且簡單的錨固。
本發明藉由具有申請專利範圍請求項1之特徵的風力發電設備和繫泊浮筒的單元而實現了這個目的。附屬請求項描述了本發明的有利實施方式。
為此，較佳地使用具有錐形外表面的浮筒，其中錐形的較小直徑朝上。浮筒較佳地具備一可填充和可排水的環形水儲槽。環形浮筒的內部係開放的。中心區域包含一與外圈水密連接的迴轉軸承。軸承的內圈係連接至一蓋，或者本身被製造成可充當蓋。因此，此端蓋可以在浮筒的相反方向旋轉。
旋轉連接，較佳的三排滾動式(roll-type)旋轉接頭，被密封地保護以防止特殊密封件滲入海水。
底板裝配有用於電纜的中心孔，並係被密封而防止海水滲入。底板的外部區域包含用於較佳地為鋼絲繩之錨固元件的孔。這些錨固元件的數量是由審批要求(approval requirements)和風場幾何所決定的。通常使用五個錨固元 件，但是三、四和六個錨固元件亦為合理的。出於冗餘原因，也可以使用這些數字的倍數。錨固元件亦牢固地固定在底板的所需位置上。
在風力發電設備的期望位置的周圍，地面緊固元件以合適的距離而被插入地面之中，並且，通常由自錨固件到浮筒的鏈條所組成的連接元件作為纜線元件而移動到中心，這是風力發電設備的後期位置。浮筒移動到這個位置，並連接至連接元件。另外，一可撓的高壓水下電纜係連接到浮筒。在這些工程中，浮筒係漂浮在水面上。
一旦風力發電設備完成，它將經由拖船而被拖到浮筒的位置。浮動式風力發電設備自拖曳位置漂浮。風力發電設備在浮動元件底面的浮動式基礎前側具有一圓錐形開口。
開口的幾何形狀係經適配於浮筒的外部輪廓。
用於稍後與電纜連接的滑環(slip ring)主體係定位於圓錐形開口的中央上方。在運輸狀態下，這是位於水線以上的無水(water-free)空間。
一旦浮筒到達後，利用遙控器打開船底閥的開口以藉由海水使浮筒漂浮，進而將浮筒連接至浮動式風力發電設備，並且藉由一定位系統而在浸沒的浮筒的頂部拖動風力發電設備的底部開口。提供合適的感測器技術。壓艙水(ballast water)接著藉助於例如來自壓縮空氣儲槽的壓縮空氣而被排出，使浮筒緩慢上升到風力發電設備的浮動式基礎中的較佳為圓錐形開口之中。此後，浮筒與風力發電設備之間的永久連接係藉由螺釘或類似物而實現。
為了防止損壞，浮筒可裝配有諸如橡膠墊或類似物的緩衝表面。在浮筒和風力發電設備連接後，兩者之間的水將排乾。此連接具有一密封以將水分永久地排除於間隙之外。接著將電纜連接到位於上方的滑環主體，並建立與主電源之間的連接。然後，系統降低至操作深度並且開始運行。
出於維修目的，上述程序的相反流程可用於將設備返還至港口。 因此，主要維修不需要冗長、危險和成本密集的離岸作業。取而代之，系統可以藉由兩個小型的且具有成本效益的拖船而被運送到港口，而新的或全面檢修的設備可連接到被釋放的浮筒以進行發電。現有的浮動式離岸設備並非如此。
根據本發明，由具有浮動式基礎的浮動式風力發電設備和可連接到該浮動式風力發電設備的該浮動式基礎的浮動式繫綁浮筒組成的單元具有至少一個錨固裝置，以用於將該繫綁浮筒附接到一水體(body of water)的底部。由此該浮動式風力發電設備的該浮動式基礎具有用於接收該繫綁浮筒的一凹槽，藉此接收該繫綁浮筒的該凹槽可自該浮動式基礎的下側進入，並且至少部分地適配於該繫綁浮筒的外輪廓(outer contour)。
當繫綁浮筒為圓錐形時(並且凹槽係相應地適配)，特別實現風能設備和繫綁浮筒之間的精確定位和主動連接，其基本上有利於傳遞力。
繫綁浮筒本身較佳為圓錐形漸縮壁的形狀，其形成一中空圓柱體和在一側封閉該中空圓柱體的一底板，藉此繫綁浮筒的壁相對於底板可旋轉地安裝。
在底板中，為了海底電纜的通過而在中心佈置至少一另外的通道，並且為了錨固裝置的通過而在中心佈置一第二通道。
較佳地，在繫綁浮筒壁中設置一壓艙水箱，以用於繫綁浮筒的浸入和浮動，此壓艙水箱可以充滿來自環境的水並可藉由壓縮空氣將水排出。為達成此目的應配備以泵和閥形式的相應輔助設備。這些輔助設備較佳地藉由無線電遙控器而自拖船或風力發電設備操作。
並且，當浮筒被插入到凹槽中時，浮動式基礎中的凹槽和繫綁浮筒較佳地形成一封閉空間。此實施方式的優點在於建立一乾燥空間，其也可用於維護工作，並且保護風力發電設備的電氣部件免受潮濕。
特別地，還必須提供用於張緊錨固裝置及/或海底電纜的裝置。
最後，繫綁浮筒可以在其外圓周上安裝有減震元件，此有助於在連接到風力發電設備時防止繫綁浮筒或風力發電設備的損壞。
對於安裝具有一壓艙水箱的單元，提供以下步驟：在安裝浮動式風力發電設備的預定位置錨固一具有連接元件的繫綁浮筒；將海底電纜連接至繫綁浮筒；藉由將壓艙水箱注滿水而使繫綁浮筒浸沒；將浮動式風力發電設備的浮動式基礎的凹槽定位於繫綁浮筒上方；藉由將壓艙水箱排空而使繫綁浮筒浮動，進而使繫綁浮筒插入至浮動式基礎的凹槽中；以及藉由一滑環將海底電纜連接至浮動式風力發電設備。
優選地，藉由將設置在風力發電設備的基礎中的壓艙水箱的注滿水而使風力發電設備與繫綁浮筒共同浸沒。
參照隨附圖式所示的較佳實施方式而更詳細地解釋本發明。以下圖式顯示：圖1為根據本發明的繫綁浮筒的較佳實施方式的立體圖；圖2為具有封閉浮筒空間的蓋的繫綁浮筒的較佳實施方式的立體圖；圖3為繫綁浮筒的截面圖；圖4為在離岸位置安裝時，根據本發明的特別優選的單元的立體圖；圖5為圖4所示的實施方式的側視圖；圖6顯示浸沒的繫綁浮筒在浮動式風力發電設備的基礎的凹槽之區域中的詳細側視圖；圖7為定位於繫綁浮筒上方的風力發電設備的側視圖；及 圖8為連接至繫綁浮筒的風力發電設備。
圖1顯示根據本發明的繫綁浮筒的較佳實施方式的立體圖。
繫綁浮筒20具有由壁22形成的向上地圓錐形漸縮的外輪廓。圓錐體的底部係由一底板24形成，由此繫綁浮筒20可藉由多個錨固裝置30而連接到地面。此外，繫綁浮筒20係連接至海底電纜40，因此，繫綁浮筒20係經提供以作為浮動式風力發電設備的唯一錨固點。
圖1還示出了用於張緊錨固裝置30及/或海底電纜40的裝置70，該裝置70係被支撐在壁22的上邊緣之上，從而允許繫綁浮筒20在其安裝期間被精確地錨固。
圖2示出了具有封閉浮筒空間的蓋50的繫綁浮筒20的較佳實施方式的立體圖，其中浮筒空間係由壁22和底板24所形成。
如圖6所示，浮子60係連接至蓋50，該浮子60可作為一引導輔助裝置，以助於將繫綁浮筒20插入至風力發電設備的基礎之中。
蓋50確保沒有水滲透到繫綁浮筒20中所提供的空間之中。當風力發電設備的基礎中的凹槽係可從基礎下方接近(accessible)並且繫綁浮筒20被浸沒時，這是特別重要的。蓋50的幾何形狀被設計成使得在當繫綁浮筒20已被插入之後，該蓋可以被抽回至風力發電設備的基礎中。
在錨固至與風力發電設備的連接之後，蓋50關閉繫綁浮筒20。在此期間，預安裝的海底電纜40的未受束縛之端部可因此被保護而免受腐蝕。
圖3中的橫截面示出了繫綁浮筒20的壁22係圍繞底板24而可旋轉地被支撐著。另一方面，錨固裝置30和海底電纜40係藉由設置在底板24中的通道26、28而不可旋轉地連接至底板24。海底電纜40係中心地穿過底板24，以保 持由於繫綁浮筒20的旋轉運動而作用在海底電纜40上的任何負載。在繫綁浮筒20連接至風力發電設備100之後，一密封件34係設置在繫綁浮筒20的上部安裝凸緣之上以密封基礎的凹槽12而免於接觸海水(也可見於圖8)。
當壁22和風力發電設備的基礎係固定時，壁22相對於底板24的相對可轉動性允許風力發電設備經由一旋轉連接件32而相對於底板24旋轉，底板24係固定至錨固裝置30。
為了安裝這種類型的單元，如圖4所示，浮動式風力發電設備100在其基礎10處係由兩拖船S1、S2所牽引，使得拖船S1、S2在其之間接收繫綁浮筒20並且繫綁浮筒20和浮動式風力發電設備100的基礎10係彼此接近。
圖5示出在此方法步驟期間，繫綁浮筒20和風力發電設備100的浮動式基礎10係飄浮在水面上。
為了將繫綁浮筒20插入至基礎10的凹槽12之中(該凹槽12係可從水面下方接近)，必須降低繫綁浮筒20。這特別是藉由注滿壓艙水而發生的，繫綁浮筒20較佳地配備有佈置在壁22中的一環形壓艙水箱。藉由海水閥的遠程控制，壓艙水箱可以被注滿海水。
圖6示出了在浮動式風力發電設備100的基礎10的區域中的浸沒繫綁浮筒20的側視圖，其中浮子60亦為可見的，且係佈置在繫綁浮筒20上。
浮子60可以作為用於將繫綁浮筒20插入至凹槽12中的導向結構。替代地或附加地，浮子60也可以經設計成主動或被動定位，以有助於風力發電設備100相對於繫綁浮筒20的定位。
圖7的側視圖示出了繫綁浮筒20的一位置，且繫綁浮筒20最終移動至如圖8所示之位置，藉此繫綁浮筒20在插入至基礎10的凹槽12之後連接到風力發電設備100。
圖8還顯示海底電纜40係連接至研磨環體110，該研磨環體110係 中心地設置在繫綁浮筒20的底板24的通道26上方。
風力發電設備100因此基本上準備好運行。
出於穩定的原因，基礎10係藉由將設置在基礎10之中的壓艙水箱注滿而浸沒，這意味著受到波浪的影響將低於漂浮在水面上的風力發電設備100。

Claims (12)

  1. 一種單元，其包含：一浮動式風力發電設備(100)，其具有一浮動式基礎(10)；以及一浮動式繫綁浮筒(20)，該浮動式繫綁浮筒(20)可連接至該浮動式風力發電設備(100)的該浮動式基礎(10)，且該浮動式繫綁浮筒(20)具有至少一個錨固裝置(30)，以用於將該繫綁浮筒(20)附接到一水體的底部；該單元的特徵在於：該浮動式風力發電設備(100)的該浮動式基礎(10)配備有用於供該繫綁浮筒(20)插入的一凹槽(12)，由此可從該浮動式基礎(10)的下側接近該凹槽(12)，並且該凹槽(12)係與該繫綁浮筒(20)的外輪廓至少部分地互補。
  2. 如申請專利範圍第1項之單元，其中該繫綁浮筒(20)為圓錐形的。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之單元，其中該繫綁浮筒(20)由形成一中空圓柱體的一圓錐形漸縮壁(22)和在一側封閉該中空圓柱體的一底板(24)所形成。
  4. 如申請專利範圍第3項之單元，其中該壁(22)相對於該底板(24)係可旋轉地安裝。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項之單元，其中一第一通道(26)係佈置在該底板(24)的中央以供一海底電纜(40)通過。
  6. 如申請專利範圍第3項至第5項中任一項之單元，其中至少一第二通道(28)係佈置在該底板(24)中以供該錨固裝置(30)通過。
  7. 如申請專利範圍第3項至第6項中任一項之單元，其中該繫綁浮筒(20)具有至少一壓艙水箱。
  8. 如申請專利範圍第3項至第7項中任一項之單元，其中該浮動式基礎(10)的該凹槽(12)和插入該凹槽(12)中的該繫綁浮筒(20)形成一封閉空間。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之單元，其中該繫綁浮筒(20)裝配有用於張緊該錨固裝置(30)及/或該海底電纜(40)的裝置(70)。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之單元，其中在該繫綁浮筒(20)的外圓周上安裝有減震元件。
  11. 一種方法，其係用於安裝如申請專利範圍第7項之單元，該方法包含以下步驟：在安裝該浮動式風力發電設備(100)的預定位置處錨固該繫綁浮筒(20)；將海底電纜(40)連接至該繫綁浮筒(20)；藉由將該壓艙水箱注滿水而使該繫綁浮筒(20)浸沒；將該浮動式風力發電設備(100)的該浮動式基礎(10)的該凹槽(12)定位於該繫綁浮筒(20)的上方；藉由將該壓艙水箱排空而使該繫綁浮筒(20)浮動，進而使該繫綁浮筒(20)插入至該浮動式基礎(10)的該凹槽(12)中；將該繫綁浮筒(20)附接至該浮動式風力發電設備(100)；及藉由一滑環將該海底電纜(40)連接至該浮動式風力發電設備(100)。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中藉由將設置在該浮動式風力發電設備(100)的該浮動式基礎(10)中的該壓艙水箱注滿水而使該浮動式風力發電設備(100)與該繫綁浮筒(20)共同浸沒。
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