TW202004011A - 用於操作漂浮式離岸風力機之方法 - Google Patents

用於操作漂浮式離岸風力機之方法 Download PDF

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Abstract

一種用於操作至少兩個漂浮式離岸風力機之方法係經揭露。該等風力機係於個別第一操作位置處操作，且評估在各風力機上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊。擬重新安置至一個別第二操作位置之至少一風力機係基於經評估之該耗損衝擊而識別。經識別之該等風力機係移動至個別第二操作位置並於該處操作。

Description

用於操作漂浮式離岸風力機之方法
發明領域 本發明係關於一種用於操作至少兩個漂浮式離岸風力機之方法。該等風力機係以對該等風力之各者提供增進壽命及/或增進電力產出之方式操作。
發明背景 當風力機配置在一風場中時，在該等風力機上的耗損衝擊可在整個風場中變動。例如，配置靠近該風場之邊界的風力機比起配置於該風場之中央部位中的風力機，可經受較高的負載及/或較高的耗損衝擊，因為配置於該風場之中央部位中的該等風力機係配置於其他風力機的尾流中。此外，沿著該風場之一邊界配置之風力機，其面對一主導風向者，可比該風場的其他風力機經受更高的耗損衝擊。
據此，風場的一些該等風力機可在達到其等之設計壽命之前很快地耗損掉，而該風場的其他風力機則可能超過其等之設計壽命。
EP 2 267 297 A2揭露一種漂浮式離岸風場，其包括複數個風力機。一可移動停泊機構將該等風力機停泊於海底上，同時維持該等風力機之相對位置。該等停泊纜線之末端係纏繞在作為驅動裝置使用之纏繞裝置上，該等驅動裝置改變該等停泊纜線之張力。藉此，該等風力機之相對位置可依風向而改變，以減少進入另一轉子之尾流的轉子總數。
EP 2 933 181 B1揭露一種用以維持一漂浮體類型風力機電力生成裝置之方法。風力機係設置在一藉由一停泊線停泊於一停泊位置之漂浮體上。該停泊線係與該風力機之該漂浮體分開且自該停泊位置轉移至一維持位置。另一風力機係轉移至該停泊位置並連接至該停泊線。
發明說明 本發明之實施例的目的在於，以確保針對該等風機之各者的增進電力產出及/或增進壽命之方式，提供一種用於操作至少兩個漂浮式離岸風力機之方法。
本發明提供一種用於操作至少兩個漂浮式離岸風力機之方法，各風力機係於一個別第一操作位置處連接至一停泊配置，該方法包含以下步驟： － 於該等風力機之個別第一操作位置處操作該等風力機， － 針對該等風力機之各者，評估在該風力機上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊， － 基於經評估之該耗損衝擊，識別擬重新安置至一個別第二操作位置之至少一風力機， － 使各經識別的風力機與其之第一操作位置之該停泊配置斷開， － 使各經識別的風力機自其之個別第一操作位置移動至其之個別第二操作位置， － 使各經識別的風力機於其之個別第二操作位置處連接至一停泊配置，及 － 於該等個別第二操作位置處操作該等風力機。
因此，本發明係有關一種用於操作至少兩個漂浮式離岸風力機之方法。於本文中，用語「漂浮式離岸風力機」應解釋為意謂一風力機，其係定位於如海之一離岸場域處，且係安裝於一漂浮式基座上而非於一固定至海床之基座上。
各風力機係於一個別第一操作位置處連接至一停泊配置。於本文中，用語「停泊配置」應解釋為意謂一包含一或多個停泊線之配置，該一或多個停泊線於一端連接至固定至該海床的錨或基座，並於另一端連接至該風力機之該漂浮式基座。
首先，該等風力機係於其等之個別第一操作位置處操作。該等個別第一操作位置係配置在相對於彼此之固定位置處，該等固定位置係藉由該等停泊配置之位置界定。藉此，該等風力機自身亦配置在相對於彼此之固定位置處，儘管藉由停泊線的長度或張力改變而可能有位置上的有限變化。當操作該等風力機時，他們以慣常方式產出電力，即，藉由透過風力機葉片提取風能並將該風能轉換成電能，而該電能係供給至一電廠。
在該等風力機於其等之個別第一操作位置處操作期間，其係對該等風力機之各者評估在該等風力機上之一先前及/或未來預期耗損衝擊。對該等個別風力機之耗損衝擊係在同時將該等風力機之該等個別第一操作位置列入考量下評估。如上所述，在一風力機上之負載及耗損係依該風力機相對於定位在其近處的其他風力機之位置而定。例如，配置於來風之盛行方向上的風力機，比起配置於其他風力機之尾流中的風力機，一般而言將經受較高的負載及更多的耗損。相似地，在其他風力機之尾流中的風力機可於接收的空氣流中經受更多的紊流。由此可知，在該等風力機上之該耗損衝擊一般而言將在整個風場中變動。
其次，係基於經評估之該耗損衝擊識別擬重新安置至一個別第二操作位置之至少一風力機。例如，在一風力機已經受或預期要於未來經受一高於平均或設計耗損衝擊之耗損衝擊的情況中，可想要將該風力機重新安置至一操作位置，於該操作位置之該預期的耗損衝擊係低於該風力機之該第一操作位置處之預期的耗損衝擊。藉此，可降低在該風力機上之總設計壽命耗損衝擊，且可維持或增加該風力機之預期壽命。此外，該風力機於其操作於該第一操作位置處時之電力產出可高出一設計電力產出很多，且藉此可增進該風力機於其壽命期間之總電力產出。
相似地，在一風力機已經受或預期要於未來經受一低於平均或設計耗損衝擊之耗損衝擊的情況中，可想要將該風力機重新安置至一操作位置，於該操作位置之該預期的耗損衝擊係高於該風力機之該第一操作位置處之預期的耗損衝擊。
其次，各經識別的風力機係與其之第一操作位置之該停泊配置斷開並自其之個別第一操作位置移動至其之個別第二操作位置。各經識別的風力機接著係於其第二操作位置連接至該停泊配置，且該等風力機係於其等之個別第二操作位置操作。
典型地，一離岸風場中的所有風力機係同時除役。因此，根據本發明之方法，該等風力機係基於一評估的耗損衝擊重新安置。藉此，可增進該風場的總壽命電力產出，如藉由獲得均勻的耗損衝擊並因此整個風場的該等風力機之安全服務壽命。
評估在該等風力機之各者上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊的步驟可基於該等風力機相對於一盛行風向之該等操作位置之區位。如上所述者，直接面向來風之風力機係預期經受比配置在其他風力機之尾流中的風力機更高的耗損。因此，以其直接面向一盛行或主導風向的此種方式配置之風力機極可能將經受高於其他風力機之耗損衝擊。因此，該等風力機相對於該盛行風向之該等操作位置之區位提供了關於該等風力機上之預期的耗損衝擊 (例如，基於該等風力機之安裝後的歷史資料)，以及關於未來預期的耗損衝擊(例如，基於模擬)之重要資訊。
二擇一地或附加地，評估在該等風力機之各者上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊的步驟可包含評估該等風力機之各者的一壽命使用。於本文中，用語「壽命使用」應解釋為意謂已於一給定時間使用之該風力機的一設計壽命之分率。風力機一般而言係經設計成具有一給定的設計壽命，例如20年。
理想上，一風力機之壽命使用實質上為線性。然而，其可有其中該壽命使用係高於期望的壽命使用率之時間週期，及其中該壽命使用係低於期望的壽命使用率之時間週期。如上所述者，該風力機相對於其他風力機及相對於來風之位置在該風力機上之該耗損衝擊上並藉此在該壽命使用上具有顯著影響。
因此，在一給定風力機之該壽命使用低於一給定時間所預期者的情況中，其可指示該風力機之於該第一操作位置處之該耗損衝擊為低的，且因此將此風力機重新安置至一具有較高預期的耗損衝擊之操作位置並藉此一較高的壽命使用率可為有利的。
相似地，在一給定風力機之該壽命使用高於一給定時間所預期者的情況中，其可指示該風力機之於該第一操作位置處之該耗損衝擊為高的，且因此將此風力機重新安置至一具有較低預期的耗損衝擊之操作位置並藉此一較低的壽命使用率可為有利的。
據此，該壽命使用係適合用來評估在該等風力機上之該耗損衝擊，特別是先前的耗損衝擊。
評估先前及/或未來預期的耗損衝擊之步驟可包含模擬氣象及/或海洋條件，以及評估基於該模擬之未來預期的耗損衝擊。氣象條件可包括風速、風向、陣風條件、風切、溫度、濕度等等。海洋條件可包括波浪條件、海流條件等等。該模擬可係基於氣象預報或類似者。
氣象條件及海洋條件在該等風力機上之該耗損衝擊上具有很大的影響。因此，其適合使用此等條件之模擬來預測該等風力機上之一未來耗損衝擊。
所應用的模型可係基於關於氣象條件及/或海洋條件和耗損衝擊、以及極端事件如海嘯、颱風、來自失效組件之衝擊、(火山)顆粒、昆蟲或鳥遷徙衝擊事件等等之歷史資料。亦可基於失效或操作組件之破壞性或非破壞性分析來測量或評估歷史耗損衝擊。於一實施例中，評估在該風力機上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊之步驟可在這些極端事件中的一個之後進行。
評估先前及/或未來預期的耗損衝擊之步驟可在於該等個別第一及/或第二操作位置處所獲得的感測器資料之基礎上執行。該感測器資料可例如藉由安裝在操作於個別操作位置處之風力機上的感測器來獲得。該等感測器可例如呈負載感測器、應變計、溫度感測器、風感測器、雨感測器等等之形式。根據此實施例，在一給定風力機上之耗損衝擊可在感測器資料之基礎上評估，該感測器資料係可指示該風力機上之一實際負載或是指示該風力機所遭受的其他實際條件。
識別至少一個風力機之步驟可包含識別至少一個有經受高耗損衝擊之風力機，及移動各經識別的風力機之步驟可包含將該至少一個有經受高耗損衝擊之風力機移動至一第二操作位置，該第二操作位置提供一預期的未來耗損衝擊，其低於該風力機之該第一操作位置處的一預期的未來耗損衝擊。
根據此實施例，一已遭受高耗損衝擊之風力機，例如有高壽命使用之風力機者，於其之第一操作位置處，係可移動至預期的未來耗損衝擊為較低所處之一第二操作位置。藉此，在該風力機上之總耗損衝擊的增加率係經降低，例如降低至獲得用於該風力機之設計壽命的程度。
二擇一地或附加地，識別至少一個風力機之步驟可包含識別至少一個有經受低耗損衝擊之風力機，及移動各經識別的風力機之步驟可包含將該至少一個有經受低耗損衝擊之風力機移動至一第二操作位置，該第二操作位置提供一預期的未來耗損衝擊，其高於該風力機之該第一操作位置處的一預期的未來耗損衝擊。
根據此實施例，一已遭受低耗損衝擊之風力機，例如有低壽命使用之風力機者，於其之第一操作位置處，係可移動至預期的未來耗損衝擊為較高所處之一第二操作位置。藉此，在該風力機上之總耗損衝擊係經增加，例如增加至獲得用於該風力機之設計壽命的程度。
該方法可進一步包含在至少一風力機上執行維護及/或替換或升級至少一風力機的至少一組件之步驟。維護可例如在該風力機之傳動系、發電機、輪轂、風力機葉片、塔、電氣組件等等上執行。其係可替換或升級如一或多個傳動係組件、發電機、一或多個風力機葉片、輪轂等等之風力機組件。
執行維護及/或替換至少一組件之步驟可在操作該等風力機於其等之個別第一操作位置處之步驟之後及在操作該等風力機於其等之個別第二操作位置處之步驟之前執行。
根據此實施例，至少一組件的維護及/或替換或升級係在該風力機沒有操作時發生，其係歸因於該風力機自該第一操作位置至該第二操作位置之重新安置。藉此，至少一組件的維護及/或替換或升級不會提高額外的電力產出損失。例如，至少一組件的維護及/或替換或升級可在將該風力機自其之第一操作位置移動至其之第二操作位置之驟步期間發生。
至少一風力機之個別第二操作位置可以是另一風力機之個別第一操作位置。根據此實施例，該等風力機之至少一些風力機可重新安置在一風場內，例如以高耗損衝擊操作位置處之風力機與低耗損衝擊操作位置處之風力機交換位置之方式。藉此，該風場的所有風力機將受到實質均勻的總耗損衝擊，且該等風力機將極可能在實質相同時間點耗損掉。更進一步地，可增進或甚至最佳化該風場的總電力產出。
該方法可進一步包含以下步驟： － 使至少一風力機與其之個別第二操作位置之該停泊配置斷開， － 使該風力機自其之個別第二操作位置移動至一個別第三操作位置， － 使該風力機於該個別第三操作位置處連接至一停泊配置，及 － 於該個別第三操作位置處操作該風力機。
根據此實施例，該等風力機之至少一者係隨後重新安置到一第三操作位置。該第三操作位置可例如是有一非常低預期的耗損衝擊之操作位置，於該處之接近或已超過其等之預期壽命之風力機可繼續用低電力輸出及低耗損衝擊操作。
詳細圖式說明 圖1至4例示根據本發明之一實施例之一種方法。圖1顯示一安裝在一漂浮式基座2上之漂浮式離岸風力機1，其係於一第一操作位置處經由停泊線3附接至一停泊配置。停泊線3的數目以及這些停泊線3是否連接至海底或至其他結構係取決於設計選擇並因此可被熟習此技者作最佳化。
風向係由箭號4例示。風係作用在風力機1之風力機葉片5上，造成一轉子6旋轉。轉子6係可能地經由一齒輪系統連接至一發電機，並藉此轉子6之旋轉運動導致電力的產出。所產出之電力係可擇地經由一變壓器站(未示出)供應至一電廠(未示出)。因此，圖1之風力機1係於該第一操作位置處以一正常方式操作。
於風力機1之操作期間，係評估在風力機1上之一耗損衝擊。經評估之該耗損衝擊可包括先前經受的耗損衝擊，即，風力機1已受到的耗損衝擊，及/或預期的未來耗損衝擊，即，風力機1若其繼續於該第一操作位置處操作之可預期要經受的耗損衝擊。
基於經評估之該耗損衝擊，其係決定風力機1是否要被重新安置到一第二操作位置。例如，在該先前及/或預期的未來耗損衝擊高於所預期者之情況中，如高到導致風力機1降低預期的壽命之程度者，則其可想要將風力機1重新安置至一第二操作位置，於該處所預期的未來耗損衝擊係低於該第一操作位置處者。
相似地，在該先前及/或預期的未來耗損衝擊低於所預期者之情況中，如低到導致風力機1之預期的壽命超過風力機1之設計壽命之程度者，則其可想要將風力機1重新安置至一第二操作位置，於該處所預期的未來耗損衝擊係高於該第一操作位置處者。藉此，其可能增加風力機1之電力產出而不超過風力機1之該設計壽命。
圖2顯示圖1之漂浮式離岸風力機1於該第一操作位置7。在圖2所例示之情況中，已決定要將該風力機重新安置至一第二操作位置。風力機1因此已自該等停泊線3之至少一些停泊線拆開，且藉此風力機1已準備要自第一操作位置7移動至該第二操作位置。
於圖3中，風力機1沿著一由箭號8指示之方向已移離第一操作位置7。因此，風力機1係在朝向其之第二操作位置的路上。
於圖4中，風力機1正在接近第二操作位置9。一旦風力機1到達第二操作位置9，風力機1之漂浮式基座2係附接至第二操作位置9之停泊線3，且風力機1將準備要在與電廠連接之後開始於第二操作位置9處操作。第二操作位置9先前可經利用來操作另一風力機，惟，這並非一必要條件。若該第二操作位置先前被另一風力機使用，則此風力機先前可能已經移動至另一位置(其可擇地可為風力機1之第一位置)或是除役。
於一實施例中，對於該等漂浮式風力機之至少一者而言，該第一操作位置係處於一第一風場中，且該第二操作位置則係處於不同於該第一風場之一第二風場中。例如，這容許一已於一第一風場中經受一極端事件的風力機移動至另一風場，該另一風場具有低得多的經受另一極端事件之風險。
圖5為針對兩個風力機例示隨時間變化之壽命使用的圖形。該等風力機於時間t1 開始操作。一第一風力機，由曲線10所表示者，係初始地於一個別第一操作位置處操作，於該處在該風力機上之該耗損衝擊係高於一設計耗損衝擊12。因此，此風力機之壽命使用係比期望的要高，且在這些操作條件下之該風力機的持續操作，跟著線10a者，將導致該風力機過早地於時間t4 就耗損掉。
一第二風力機，由曲線11所表示者，係初始地於一個別第一操作位置處操作，於該處在該風力機上之該耗損衝擊係低於該設計耗損衝擊。因此，此風力機之壽命使用係比期望的要低，且在這些操作條件下之該風力機的持續操作，跟著線11a者，將導致該風力機超過其設計壽命直到時間t5 。
於時間t2 ，係評估由曲線10及11所表示之該等風力機的該壽命使用，且係識別與上述設計壽命使用率的偏差。結果是，其係決定要將該等風力機重新安置至個別第二操作位置。更具體地說，由曲線10所表示之該風力機係重新安置至一第二操作位置，該第二操作位置具有一由曲線10b所表示之預期的未來耗損衝擊，其係低於針對此風力機的該第一操作位置之該預期的未來耗損衝擊。相似地，由曲線11所表示之該風力機係重新安置至一具有一預期的未來衝擊耗損之第二操作位置，而該預期的未來耗損衝擊，由曲線11b所表示者，係高於針對此風力機的該第一操作位置之該預期的未來耗損衝擊。
因此，由曲線10所表示之該風力機的該壽命使用率係自時間t2 減少，及由曲線11所表示之該風力機的該壽命使用率係自時間t2 增加。
結果是，由曲線10所表示之該風力機以及由曲線11所表示之該風力機於時間t3 到達該設計壽命。典型地，在一離岸風場中的所有風力機係於相同時間除役，並因此歸因於該風力機跟著耗損線10和10a，於t4 處之風場的過早必要除役係經延長到t3 ，而引致該風場在除役之前極高地增加壽命能源產出。
1‧‧‧風力機 2‧‧‧漂浮式基座 3‧‧‧停泊線 4‧‧‧風向 5‧‧‧風力機葉片 6‧‧‧轉子 7‧‧‧第一操作位置 8‧‧‧方向 9‧‧‧第二操作位置 10、10a‧‧‧第一風力機於第一操作位置之耗損衝擊 10b‧‧‧第一風力機於第二操作位置之預期的未來耗損衝擊 11、11a‧‧‧第二風力機於第一操作位置之耗損衝擊 11b‧‧‧第二風力機於第二操作位置之預期的未來耗損衝擊 12‧‧‧設計耗損衝擊
本發明現在將參照附隨之圖式在更多細節中作說明，其中 圖1顯示一漂浮式離岸風力機於一第一操作位置處操作， 圖2顯示圖1之漂浮式離岸風力機係於該第一操作位置處自一停泊配置拆開， 圖3顯示圖1及圖2之漂浮式離岸風力機係自該第一操作位置移動， 圖4顯示圖1至圖3之漂浮式離岸風力機朝一第二操作位置移動，及 圖5為針對根據本發明之一實施例的一種方法來操作的兩個漂浮式離岸風力機，例示隨時間變化之壽命使用的圖形。
1‧‧‧風力機
2‧‧‧漂浮式基座
3‧‧‧停泊線
4‧‧‧風向
5‧‧‧風力機葉片
6‧‧‧轉子

Claims (13)

  1. 一種用於操作至少兩個漂浮式離岸風力機之方法，各風力機係於一個別第一操作位置處連接至一停泊配置，該方法包含以下步驟： 於該等風力機之個別第一操作位置處操作該等風力機， 針對該等風力機之各者，評估在該風力機上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊， 基於經評估之該耗損衝擊，識別擬重新安置至一個別第二操作位置之至少一風力機， 使各經識別的風力機與其之第一操作位置之該停泊配置斷開， 使各經識別的風力機自其之個別第一操作位置移動至其之個別第二操作位置， 使各經識別的風力機於其之個別第二操作位置處連接至一停泊配置，及 於該等個別第二操作位置處操作該等風力機。
  2. 如請求項1之方法，其中評估在該等風力機之各者上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊的步驟係基於該等風力機相對於一盛行風向之該等操作位置之一區位。
  3. 如請求項1或2之方法，其中評估在該等風力機之各者上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊的步驟包含評估該等風力機之各者的一壽命使用。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中評估先前及/或未來預期的耗損衝擊之步驟包含模擬氣象及/或海洋條件，以及評估基於該模擬之未來預期的耗損衝擊。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中評估先前及/或未來預期的耗損衝擊之步驟係在於該等個別第一及/或第二操作位置處所獲得的感測器資料之基礎上執行。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中識別至少一個風力機之步驟包含識別至少一個有經受高耗損衝擊之風力機，及其中移動各經識別的風力機之步驟包含將該至少一個有經受高耗損衝擊之風力機移動至一第二操作位置，該第二操作位置提供一預期的未來耗損衝擊，其低於該風力機之該第一操作位置處的一預期的未來耗損衝擊。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中識別至少一個風力機之步驟包含識別至少一個有經受低耗損衝擊之風力機，及其中移動各經識別的風力機之步驟包含將該至少一個有經受低耗損衝擊之風力機移動至一第二操作位置，該第二操作位置提供一預期的未來耗損衝擊，其高於該風力機之該第一操作位置處的一預期的未來耗損衝擊。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，進一步包含在至少一風力機上執行維護及/或替換或升級至少一風力機的至少一組件之步驟。
  9. 如請求項8之方法，其中執行維護及/或替換或升級至少一組件之步驟係在操作該等風力機於其之個別第一操作位置處之步驟之後及在操作該等風力機於其之個別第二操作位置處之步驟之前執行。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中至少一風力機之該個別第二操作位置為另一風力機之一個別第一操作位置。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，進一步包含以下步驟： 使至少一風力機與其之個別第二操作位置之該停泊配置斷開， 使該風力機自其之個別第二操作位置移動至一個別第三操作位置， 使該風力機於該個別第三操作位置處連接至一停泊配置，及 於該個別第三操作位置處操作該風力機。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中評估在該風力機上之一先前及/或一未來預期的耗損衝擊之步驟係在一極端事件之後執行，該極端事件係選自於海嘯、颱風、該風力機之一組件的失效、火山顆粒衝擊事件、及鳥或昆蟲遷徙衝擊事件之一群組。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中對於該等漂浮式風力機之至少一者而言，該第一操作位置係處於一第一風場中，而該第二操作位置係處於不同於該第一風場之一第二風場中。
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