TW202413204A

TW202413204A - 繫泊系統

Info

Publication number: TW202413204A
Application number: TW112119471A
Authority: TW
Inventors: 費爾蘭德斯安東尼奧路易斯賈西亞
Original assignee: 愛爾蘭商瞪羚風力發電有限公司
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2023-05-25
Publication date: 2024-04-01
Also published as: ES2956960A1; ES2956960B2; WO2023228042A1

Abstract

本發明關於一種繫泊系統包括浮動平台（1）。浮動平台（1）具有複數條繫泊線（7），藉由每一繫泊線（7）的底段（71），配置用以固定或錨固浮動平台（1）至海床。其中每一繫泊線（7）亦包括中心段（72），接合至配重（8）。其中傾斜臂（2）藉由關節（3）接合至浮動平台（1）之主結構（4），其中每一傾斜臂（2）包括內段（21）與外段（22）。其中每一繫泊線（7）的底段（71）與中心段（72）分別接合至每一傾斜臂（2）之外段（22）的末端以及內段（21）的末端。

Description

繫泊系統

本發明係關於一種繫泊系統，且特別是關於一種具有浮動平台之繫泊系統。

浮動平台，特別是專用於支撐位在海中用於從風能產生電能的風力發電機，需要繫泊系統使浮動平台保持在定位並且有助於其穩定性。

平台如眾所周知的張力腳平台（Tension Leg Platforms；TLP），為本領域技術人員所熟知。這些平台包括三條或多條繫泊線（通常為鍊條或纜線連接平台至錨固在海床的基樁）。TLP的繫泊線設計成具有張力，在垂直方向接合平台至錨固在海床的每一基樁。TLP包括一組漂浮物，設計用以產生平台多餘的浮力（計算加入停置在平台上結構的重量）。此多餘的浮力保證在纜線的高程度張力，藉此保證其總是設置在垂直方向。此避免平台以及平台上停置的結構之縱搖與橫搖運動。

文件EP 2743170 A1描述一種TLP，近似於前段所述其中之一。

TLP之一缺點在於高張力纜線需要保持其在垂直方向，藉此避免縱搖且/或橫搖運動，亦避免平台在垂直方向移動。因此，隨著潮水上漲，平台無法向上移動（因為繫泊線具有低度延伸性或無延伸性），所以繫泊線上的張力大幅地增加。此造成繫泊線斷裂的高度風險，且使其需要具有厚橫截面之繫泊線，或是增加繫泊線的數量。此外，當退潮時，TLP亦下降且繫泊線變成非常鬆弛，增加平台垂直與橫向移動至無法控制的風險，且亦增加縱搖且/或橫搖運動的風險（因為風力且/或波浪的推力作用在平台以及其上停置的結構），其可造成平台傾覆。

為了避免上述缺點，已知其他類型的浮動平台，繫泊線藉由平台上的滑輪連接至配重。這些類型的平台允許平台對應潮汐、波浪與風力做垂直或橫向移動，因此使其不需要具有大量的繫泊線，或是具有厚截面的繫泊線。

文件ES 2629867 A2描述一種平台，近似於前段所述其中之一。

裝有配重與滑輪的平台，比如上述部分，之一缺點在於繫泊線（特別是其為繫泊纜線）因為長時間彎曲而變得受到磨損，當它們通過滑輪時，在張力作用下繫泊線彎曲且磨損。隨著時間的推移，此可導致繫泊線斷裂。

本發明之一目的在於一種繫泊系統，特別適用於浮動平台，作為位在海中風力發電機的基座。本發明目的之繫泊系統包括一組繫泊纜線或鍊條（繫泊線），固著至埋在海床裡的基樁或是設置或放置在海床上的底重。

本發明目的之繫泊系統，具有獨特的特性，使其適合用於作為離岸結構的基座浮動平台，對於本領域的浮動平台而言，避免縱搖與橫搖相當重要，同時亦要解決其他繫泊系統的缺點。

本發明目的之繫泊系統，可應用於在海面上浮動的各種結構，其在海床上需要具有數個繫泊點，用以支承浮動平台的繫泊纜線或鍊條。

為了解決上述缺點，本發明係關於一種繫泊系統。

本發明目的之繫泊系統包括浮動平台（特別是適用於支撐風力發電機，雖然其可支撐任何類型的結構），具有複數條繫泊線（包括鍊條或纜線），藉由每一繫泊線之底段，配置用以固定或錨固浮動平台至海床。

每一繫泊線亦包括接合至配重之中心段（使其可能穩定平台，且確保繫泊線的底段總是有張力，允許因為浮動平台移動產生的應力能被吸收，因此繫泊線之底段不需承受TLP型平台生成相同程度的應力。

每一繫泊線之底段可包括一條、二條或三條纜線，接合平台至海床。同樣地，每一繫泊線的中心段亦可包括一條、二條或三條纜線。

在一新穎的方法中，本發明目的之繫泊系統包括複數個傾斜臂。每一傾斜臂藉由關節接合至浮動平台的主結構（或中心結構），其中關節位在對應於傾斜臂之中間點。

因此，每一傾斜臂包括內段與外段，其中內段位於關節與浮動平台的內部之間（瞭解平台或平台主結構之內部為比關節所在點更靠近浮動平台之中心的區域），其中外段位於關節與浮動平台之主結構的外部之間（瞭解平台或平台主結構之外部為比關節所在點更靠近浮動平台之中心的區域）。

每一繫泊線之底段與中心段分別接合至每一傾斜臂之外段的末端以及內段之末端。

傾斜臂配置為在大致上垂直平面上旋轉或傾斜，其旋轉軸趨近水平。此垂直面可徑向排列（從平台之中心延伸）或是輕微側向地配向，使系統「螺旋」呈現。

系統較佳具有三條、四條或五條徑向繫泊線，均勻地沿其輪廓分佈。

上述繫泊系統允許每一繫泊線的中心段連同配重，吸收風力、波浪與海流產生的大部分應力，允許浮動平台移動。

同時，傾斜臂免除了每一繫泊線之底段與中心段之間對於滑輪的需要，因此避免因為滑輪上纜線彎曲而磨損的問題。

上述系統因此允許使用具有遠比TLP使用的繫泊纜線截面小的截面的纜線，免去纜線因為在滑輪上彎曲而磨損所造成斷裂的風險。

根據本發明之一方面，每一傾斜臂之內段具有短於傾斜臂之外段長度的長度。此架構允許浮動平台安裝在較大波浪的區域。

可替代地，根據本發明之另一方面，每一傾斜臂之外段可具有短於傾斜臂之內段長度的長度。此架構允許使用較輕的配重。

相同地，根據本發明之一方面，每一傾斜臂之內段的末端位於鄰近於浮動平台之中心，表示內段之長度稍微小於其關節至浮動平台中心之距離。此架構使浮動平台較不容易從風力或波浪中傾覆，且在相同情況下縱搖角度較小。

傾斜臂可由其個別的關節所支撐，或是可從其個別的關節懸掛。

每一傾斜臂之內段與外段可不對齊，例如每一傾斜臂之內段與外段可形成角度包括介於10°與20°之間。此使其可能改善浮動平台之動態特性，當平台移動時，可避免外段觸碰到海面。

根據繫泊系統之第一實施例，浮動平台具有環形幾何形狀，圍住浮動平台之中心。此幾何形狀可呈多角形環之形狀，圍住浮動平台之中心，或者是呈曲形環之形狀，圍住浮動平台之中心。

根據此第一實施例，浮動平台可包括數個半徑連接於周長上的各別頂點，具有中心浮子支撐風力發電機塔。徑向分佈的關節臂（當看向風力發電機塔），停置在輪廓的剩餘頂點。

相同地，根據此第一實施例，浮動平台可為不對稱的，包括數個半徑連接於周長上的各別頂點，具有中心點（位於中心配重之垂直方向上）。徑向分佈的關節臂（當看向風力發電機塔），停置在輪廓的剩餘頂點。風力發電機塔可停置在一個（或是多個）周邊浮子上，特別是超大型用以支撐塔與風力發電機的重量。

根據繫泊系統之一些實施例，浮動平台具有星型幾何形狀，附有複數個凸出的結構臂（或是尖狀物），從接合到浮動平台中心之第一端徑向延伸至投射到浮動平台外部的第二端。

更特別是，根據繫泊系統之第二實施例，浮動平台具有星型幾何形狀，附有三個凸出結構臂（或是尖狀物），根據繫泊系統之第三實施例，浮動平台具有星型幾何形狀，附有五個凸出結構臂。

凸出結構臂（或是尖狀物）之第二端可對應凸出結構臂之本體旋轉角度包括介於20° 與70°之間，因此提供更大的支撐至傾斜臂。在此架構（如圖2a、圖2b、圖3a與圖3b所示），傾斜臂並非徑向，而是形成凸出結構臂之旋轉的第二端之角度（意即個別介於20° 與70°之間）的互補角（與星型之個別結構臂）。

當然，浮動平台可包括其他離岸風力平台之共同元件，比如︰堅固的船體，提供浮力以及支撐風力發電機塔，用於關節臂之數個支撐點，從輔助船接駁平台的接駁元件，電性接地連接系統，輔助電力裝置（艙底泵、電池等）。

藉由所述的繫泊系統提供平台的穩定性。

如前所述，本發明關於一種繫泊系統，包括浮動平台1。

浮動平台1包括複數個傾斜臂2。

每一傾斜臂2包括關節3，附著至浮動平台1之主結構4的一點。

每一傾斜臂2包括內段21與外段22。每一傾斜臂2之內段21設置比每一傾斜臂2之外段22更接近浮動平台1之中心5。傾斜臂2之內段21與外段22彼此連接在傾斜臂2對應於關節3之一點。

圖1a與圖1b繪示浮動平台1之第一實施例，其中浮動平台1之主結構4包括密閉或環形幾何形狀，定義為密閉環（在此案例接近三角形幾何形狀，雖然它可具有多角形幾何形狀附有任意數量的側邊，或是具有圓形或其他密閉曲形幾何形狀），圍住浮動平台1的中心5。

在圖1a與圖1b可見附著於傾斜臂2的主結構4之關節3位在多角形環（在此案例為三角形）的頂點。然而，關節3可位在主結構4之其他點，例如是位在多角形環之一側的中間。

根據其他實施例（例如下列的第二實施例與第三實施例），主結構4可包括星形幾何形狀，附有特定數量的尖狀物，或是凸出結構臂6，其中每一尖狀物包括接合浮動平台1之中心5的第一端61，以及第二端62，其中關節3位在第二端62且附著至傾斜臂2。

在圖2a與圖2b中，浮動平台1之第二實施例所示，其中浮動平台1之主結構4包括星形幾何形狀，具有三個尖狀物或是三個凸出結構臂6。

在圖3a與圖3b中，浮動平台1之第二實施例所示，其中浮動平台1之主結構4包括星形幾何形狀，具有五個尖狀物或是五個凸出結構臂6。

每一傾斜臂2形成浮動平台1之繫泊線7的部分。

每一繫泊線7包括底段71與中心段72，藉由傾斜臂2接合在一起。底段71與中心段72可包括繫泊鍊條或纜線。

繫泊線7的底段71連接至底重73（亦稱為”死重”），或是埋在海床裡的錨或基樁，且連接至傾斜臂2之外段22的末端。繫泊線7之中心段72連接至浮動平台1之中心的配重8，且連接至傾斜臂2之內段21的末端。

圖4a繪示通用架構之浮動平台1的側視圖。二條對稱的繫泊線7呈現對應於通過浮動平台1之中心5對稱的平面。此對稱的架構例如可發生在具有偶數繫泊線7之浮動平台1，且/或在具有主結構4之浮動平台1，其具有對稱的幾何形狀，對應於通過浮動平台1之中心5的平面（比如等邊三角形或等腰三角形型式的幾何形狀）。

圖4a、圖4b、圖4c、圖4d與圖4f繪示實施例，每一傾斜臂2停置在其個別的關節3上。相反地，圖4e顯示一實施例，每一傾斜臂2從其個別的關節3上懸掛。

圖4a繪示一可能實施例，每一傾斜臂2之內段21與外段22具有相同長度。相反地，圖4b繪示一實施例，每一傾斜臂2之內段21短於外段22，然而圖4c繪示一實施例，每一傾斜臂2之外段22短於內段21。

圖4f繪示一可能實施例，每一傾斜臂2之內段21幾乎延伸到浮動平台1之中心5。

圖4d繪示一可能實施例，每一傾斜臂2之內段21與外段22是未對齊的（例如，彼此相對形成15°夾角）。

圖5a與圖5b繪示浮動平台1的行為，特別是，當潮水或波浪個別產生浮動平台1的垂直上升或垂直下降（沒有水平移動）時繫泊線7的行為。它們顯示傾斜臂2停置在其個別的關節3上的案例，每一傾斜臂2的內段21與外段22是對齊的且具有相同長度。

當潮水上升（圖5a），浮動平台1向上移動，由於繫泊線7的底段71與中心段72實際上不可延伸，每一傾斜臂2之每一外段22的末端本質上仍然是在其相同的起始位置（在圖中觀察到最小的水平移動）。換句話說，傾斜臂2繞著外段22之末端旋轉。

圖5a繪示虛線為浮動平台1之起始位置，且實線為浮動平台1之最終位置（在潮水上漲之後）。

因此，當潮水上漲，每一繫泊線5的底段71拉動每一傾斜臂2之外段22個別的末端，使傾斜臂2向浮動平台1之外側傾斜，所以拉動繫泊線7之中心段72，藉此上升配重8。

底段71所承受的張力低於TLP案例所承受的張力，是因為部分的所述張力藉由傾斜臂2的傾斜移動與配重8的上升而抵銷。

當潮水下降（圖5b），浮動平台1向下移動。

圖5b繪示虛線為浮動平台1之起始位置，且實線為浮動平台1之最終位置（在潮水下降之後）。

若結構為TLP，繫泊線7的設計與浮動平台1的浮力將使得繫泊線7須以過度拉緊方式完成，因此當潮水下降，使得繫泊線持續變緊（避免浮動平台1不可控制的移動）。

然而，本發明目的之繫泊系統，其設計並不需要過度拉緊繫泊線7，是因為退潮時配重8下降超過浮動平台1的主結構4，拉動每一傾斜臂2之內段21，保持繫泊線7的底段71拉緊。

所以，當潮水下降，每一傾斜臂2之每一外段22的末端亦本質上維持其相同起始位置（在圖中可見到最小的水平移動）。換句話說，傾斜臂2繞著外段22的末端旋轉。

因此，在低潮時，每一繫泊線7之中心段72拉動每一傾斜臂2之內段21的個別末端，造成傾斜臂2傾向浮動平台1之內側（向中心5），因此拉動繫泊線的底段71，藉此保持底段71拉緊，所以保證浮動平台1的穩定性。

圖5c繪示浮動平台1之行為，特別是當波浪、海流或風力水平移動浮動平台1時，繫泊線7之行為。它們顯示傾斜臂2停置在其個別的關節3上的案例，其中每一傾斜臂2之內段21與外段22是對齊的且具有相同的長度。

圖5c繪示虛線為浮動平台1之起始位置，且實線為浮動平台1之最終位置（在水平移動之後）。

如其可見，在浮動平台1水平移動的案例，繫泊線7的傾斜臂2位在迎風處，經歷較大的傾角，比位在逆風處之繫泊線7的傾斜臂2經歷的更大。

配重8水平地移動一段距離，稍微少於浮動平台1之中心移動的距離，因此變成相對穿過浮動平台1之中心5對稱的平面的偏移。而且，除了浮動平台1之主結構4不會經歷任何垂直移動的事實之外，配重8確實經歷朝向浮動平台1之主結構4的向上垂直移動。

如上所述（且如圖4d所示），有一實施例，每一傾斜臂2之內段21與外段22彼此之間形成夾角。

傾斜臂2之內段21與外段22之間的傾斜夾角具有移動這些段21、22遠離水面的效果，因此使其不易在下降時觸碰水面因而更容易傾斜，

若傾斜臂2之兩段21、22之間無此傾斜角度，且若無風力，傾斜臂2應該起始為水平（所以可以從波浪向上移動或向下移動相同距離）。然而，浮動平台1經常因為風力側向移動（總是希望有風力作用在浮動平台1上的風力發電機用以產生能量）。當側向移動時，每一傾斜臂2之外段22向下移動，但是它們可以向上且向下移動相同距離是很好的，這是為什麼有一實施例傾斜臂2設計有這些段21、22彼此形成一個夾角的原因。此對傾斜臂2之外段22特別有用，因為內段21總是傾向移動遠離水面，但是無論如何內段21可因此保持近似垂直於繫泊線7的中心段72，使得內段21亦達到較高的效率（藉由具有較大的槓桿臂）。

1:浮動平台 2:傾斜臂 3:關節 4:主結構 5:中心 6:凸出結構臂 7:繫泊線 21:內段 22:外段 61:第一端 62:第二端 71:底段 72:中心段 73:底重

本發明之至少一實施例之解釋的一部分包括下列圖式。

圖1a︰繪示本發明目的之繫泊系統之第一實施例的立體示意圖。

圖1b︰繪示圖1a之繫泊系統之詳細的立體示意圖。

圖2a︰繪示本發明目的之繫泊系統之第二實施例的立體示意圖。

圖2b︰繪示圖2a之繫泊系統之詳細的立體示意圖。

圖3a︰繪示本發明目的之繫泊系統之第三實施例的立體示意圖。

圖3b︰繪示圖3a之繫泊系統之詳細的立體示意圖。

圖4a︰繪示傾斜臂之最通用架構的示意圖，其中可見二個傾斜臂位於對稱位置，對應於通過浮動平台結構之中心的平面。

圖4b︰繪示一種架構的示意圖，其中傾斜臂之內段短於外段，其中可見二個傾斜臂位於對稱位置，對應於通過浮動平台結構之中心的平面。

圖4c︰繪示一種架構的示意圖，其中傾斜臂之外段短於內段，其中可見二個傾斜臂位於對稱位置，對應於通過浮動平台結構之中心的平面。

圖4d︰繪示一種架構的示意圖，其中傾斜臂之內段與外段為不對齊的，其中可見二個傾斜臂位於對稱位置，對應於通過浮動平台結構之中心的平面。

圖4e︰繪示一種架構的示意圖，其中傾斜臂從其附著至浮動平台結構之個別的關節來懸掛，其中可見二個傾斜臂位於對稱位置，對應於通過浮動平台結構之中心的平面。

圖4f︰繪示一種架構的示意圖，其中傾斜臂之內段延伸幾乎至浮動平台結構之中心，其中可見二個傾斜臂位於對稱位置，對應於通過浮動平台結構之中心的平面。

圖5a︰繪示一種浮動平台之傾斜臂之行為的示意圖，在向上垂直移動期間，因為漲潮或波浪而上漲。

圖5b︰繪示一種浮動平台之傾斜臂之行為的示意圖，在向下垂直移動期間，因為退潮或波浪而下降。

圖5c︰繪示一種浮動平台之傾斜臂之行為的示意圖，在水平移動期間，因為波浪或海流，或是風力的水平推力。

1:浮動平台

2:傾斜臂

3:關節

4:主結構

Claims

一種繫泊系統，包括：一浮動平台，具有複數條繫泊線，藉由每一該繫泊線的一底段，配置用以固定或錨固該浮動平台至海床，其中每一該繫泊線亦包括一中心段，接合至一配重，其特徵在於包括複數個傾斜臂，其中每一傾斜臂藉由一關節接合至該浮動平台之一主結構，其中該關節對應位於該傾斜臂之一中間點，使得每一傾斜臂包括一內段與一外段，其中該內段位於該關節與該浮動平台的內部之間，且其中該外段位於該關節與該浮動平台的該主結構的外部之間，其中每一該繫泊線的該底段與該中心段分別接合至每一該傾斜臂之該外段的末端以及該內段的末端。
如請求項1所述的繫泊系統，其特徵在於每一該傾斜臂之該內段具有短於該傾斜臂之該外段長度的長度。
如請求項1所述的繫泊系統，其特徵在於每一該傾斜臂之該外段具有短於該傾斜臂之該內段長度的長度。
如請求項2或3所述的繫泊系統，其特徵在於每一該傾斜臂之該內段之該末端鄰近於該浮動平台之一中心。
如前述請求項中任一項所述的繫泊系統，其特徵在於該傾斜臂由其個別的該關節所支撐。
如請求項1至4中任一項所述的繫泊系統，其特徵在於該傾斜臂自其個別的該關節懸掛。
如前述請求項中任一項所述的繫泊系統，其特徵在於每一該傾斜臂之該內段與該外段為未對齊的。
如請求項7所述的繫泊系統，其特徵在於每一該傾斜臂之該內段與該外段形成包括介於10°與20°之間的一角度。
如前述請求項中任一項所述的繫泊系統，其特徵在於該浮動平台具有一環形幾何形狀，圍住該浮動平台之該中心。
如請求項9所述的繫泊系統，其特徵在於該浮動平台具有呈一多角形環之形式的一幾何形狀，圍住該浮動平台之該中心。
如請求項9所述的繫泊系統，其特徵在於該浮動平台具有呈一曲形環之形式的一幾何形狀，圍住該浮動平台之該中心。
如請求項1至8中任一項所述的繫泊系統，其特徵在於該浮動平台具有一附有複數個凸出結構臂的星形幾何形狀，從接合到該浮動平台之中心的一第一端，徑向延伸至投射到該浮動平台之外部的一第二端。
如請求項12所述的繫泊系統，其特徵在於該浮動平台具有一附有三個凸出結構臂的星形幾何形狀，其附有個別的該繫泊線。
如請求項12所述的繫泊系統，其特徵在於該浮動平台具有一附有五個凸出結構臂的星形幾何形狀，其附有個別的該繫泊線。
如請求項12至14中任一項所述的繫泊系統，其特徵在於該凸出結構臂包括其該第二端，對應該凸出結構臂之該本體旋轉角度包括介於20° 與70°之間，其中每一該傾斜臂藉由其個別的該關節接合至每一該凸出結構臂之個別的該第二端。