TWI506465B - Design Method of Semi - submersible Type Floating Platform for Offshore Wind Power - Google Patents

Description

離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法

本發明係與一種離岸式浮動平台有關，特別是指一種離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法。

按，一般離岸式浮動平台，通常係為配合離岸風場、海上氣象觀測、海象觀測、生態研究，或其他離岸作業等而設置之作業平台，以利於長時間、常態性離岸作業的進行。而該離岸式浮動平台的建置規格參數，不僅要考慮該離岸式浮動平台的長度、跨度、吃水深度、排水量…等等多項關鍵參數，且還需進一步考慮波浪環境下的波浪力、洋流、水動力與基礎結構的交互作用。當各項參數都設定完備，便可據以建立該離岸式浮動平台幾何。

惟，當其中一項參數改變時，便需要重新再考量所有參數，並將設定參數之步驟再重複，以重新建立離岸式浮動平台幾何。此一單調且重複的工作係相當耗費時間，徒增建置離岸式浮動平台的成本，有鑑於此，本案發明人在觀察到上述缺點後，認為習知的離岸式浮動平台設計方法實有進一步改良之必要，而隨有本發明之產生。

本發明之目的係在提供一種離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，利用參數化設計，達到改變參數後可使電腦自動重複進行所有步驟，以在短時間內重新建立離岸式浮動平台幾何，從而達經濟效益之增進。

為達上述目的，本發明所提供之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，其係包含有下列步驟：S1、輸入直向浮體尺寸之步驟： 分別輸入直向浮體的直徑，以及直向浮體的長度，以初步建立離岸風電半潛式類船型浮動式平台之高度；S2、輸入直向浮體數目之步驟：輸入每一橫向浮體欲建置之直向浮體數目；S3、輸入直向浮體距離之步驟：輸入該等直向浮體彼此間的距離，以確立該等直向浮體於每一橫向浮體上之分布間距；S4、輸入橫向浮體尺寸之步驟：分別輸入橫向浮體的直徑，以及橫向浮體的長度；S5、輸入橫向浮體數目之步驟：輸入欲建置之橫向浮體數目，以確立離岸風電半潛式類船型浮動式平台所建置之橫向浮體數目；S6、輸入橫向浮體距離之步驟：輸入該等橫向浮體彼此間的距離，以確立離岸風電半潛式類船型浮動式平台之跨度；S7、驗證定傾高度之步驟：驗證該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之定傾高度；S8、驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例之步驟：驗證該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例。

藉此，本發明所提供之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，可供設計一離岸風電半潛式類船型浮動式平台，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台係包含有至少二類船型浮筒，其中，該類船型浮筒係包含有一橫向浮體，該橫向浮體係至少設有二直向浮體，且利用參數化設計，使本發明達到改變參數後可使電腦自動重複進行所有步驟，以在短時間內重新建立離岸式浮動平台幾何，從而達經濟效益之增進。

100‧‧‧離岸風電半潛式類船型浮動式平台

10‧‧‧類船型浮筒

11‧‧‧橫向浮體

12‧‧‧直向浮體

20‧‧‧連接架

200‧‧‧離岸風電機組

S1‧‧‧輸入直向浮體尺寸之步驟

S2‧‧‧輸入直向浮體數目之步驟

S3‧‧‧輸入直向浮體距離之步驟

S4‧‧‧輸入橫向浮體尺寸之步驟

S5‧‧‧輸入橫向浮體數目之步驟

S6‧‧‧輸入橫向浮體距離之步驟

S7‧‧‧驗證定傾高度之步驟

S8‧‧‧驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例之步驟

A‧‧‧扶正力矩曲線面積

B‧‧‧扶正力矩曲線與傾覆力矩曲線重疊面積

C‧‧‧傾覆力矩曲線面積

Mtb‧‧‧傾覆力矩曲線

Mr‧‧‧扶正力矩曲線

第1圖係本發明之流程圖。

第2圖係本發明之實施例之外觀圖。

第3圖係本發明之實施例之使用示意圖。

第4圖係本發明之實施例之使用示意圖。

第5圖係本發明之實施例之穩度曲線圖。

請參閱第1圖及第2圖所示，係為本發明之流程圖以及本發 明之實施例之外觀圖，其係揭露有一種離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法之步驟係包含有輸入直向浮體尺寸之步驟S1、輸入直向浮體數目之步驟S2、輸入直向浮體距離之步驟S3、輸入橫向浮體尺寸之步驟S4、輸入橫向浮體數目之步驟S5、輸入橫向浮體距離之步驟S6、驗證定傾高度之步驟S7，以及驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例之步驟S8，並藉以設計出包含有至少二類船型浮筒10，並於該等類船型浮筒10間設有一連接架20之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100，且其中，該等類船型浮筒10係各包含有一橫向浮體11，而該等橫向浮體11係至少於其兩端各設有一直向浮體12。為供進一步瞭解本發明之技術特徵，茲將執行上述步驟之詳細過程如下所述：該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法係使用建模軟體(Rhinoceros 5.0)及參數化設計程式(Grasshopper)為工具，先分別輸入欲建置之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之各項關鍵參數。

首先，於輸入直向浮體尺寸之步驟S1中，使用建模軟體及參數化設計程式為工具，分別輸入該等直向浮體12的直徑，以及該等直向浮體12的長度，以初步建立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之高度。

接著，於輸入直向浮體數目之步驟S2中，再輸入每一橫向浮體11欲建置的直向浮體12數目，以確立該等橫向浮體11所欲設置之直向浮體12數目。

於輸入直向浮體距離之步驟S3中，輸入該等直向浮體12彼此間的距離，以確立該等直向浮體12於每一橫向浮體11上之分布間距。

於輸入橫向浮體尺寸之步驟S4中，接著輸入該等橫向浮體11的直徑，以及該等橫向浮體11的長度，以建立該等橫向浮體11之尺寸，供初步確立每一橫向浮體11之排水量。

於輸入橫向浮體數目之步驟S5中，輸入欲建置的橫向浮體11數目，以確立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100所建置的橫向浮體11數目，供初步確立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之總排水量。

於輸入橫向浮體距離之步驟S6中，輸入該等橫向浮體11彼此間的距離，以建立該等橫向浮體11之跨距，供確立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之跨度。

完成上述該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之各項關鍵參數設定後，即可建置出該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100，並確立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之吃水深度、高度、跨度、排水量等關鍵參數，而後隨即驗證所設計之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100符合船級協會之規定與否。

於驗證定傾高度之步驟S7中，係利用三維電腦輔助軟體(RHINO 3D)模擬所建置之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100的三維幾何，驗證該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之定傾高度應大於1公尺，符合船級協會之規定。

於驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例之步驟S8中，同樣係利用三維電腦輔助軟體模擬所建置之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100的三維幾何，驗證該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100之扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例應至少為1.3以上，符合船級協會之規定。

值得一提的是，本發明之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，利用參數化設計程式，建立參數間的關聯性，將關鍵參數藉由建模軟體的各種建模功能建立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100的幾何，並於往後改變參數後，利用建模軟體建立新的離岸風電半潛式類船型浮動式平台的幾何，達到改變參數後可使電腦自動重複進行所有步 驟，以在短時間內重新建立離岸風電半潛式類船型浮動式平台幾何，並評估該離岸風電半潛式類船型浮動式平台是否符合船級協會之規定，且更可在短時間內針對某項參數的變化評估該參數對於該離岸風電半潛式類船型浮動式平台幾何的整體影響，從而達經濟效益之增進。

為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明再詳加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：請繼續參閱第3圖及第4圖所示，本發明所設計之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100，可於該連接架20上設有一離岸風電機組200，俾使該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100可供離岸風力發電之用。由於中大型的離岸風電機組考量淺水風場場址不足，以及大型風場所可能面對的居民抗爭與漁業權抗爭，其通常遠離沿岸而置設於水深高度較高的外海，因此無法直接架設於海底，而需仰賴離岸式浮動平台。

然而，離岸式浮動平台的設計不僅需考慮離岸風電機組的負載以及入流風場等，還需進一步考慮波浪環境下的波浪力、洋流、水動力與基礎結構的交互作用。因此，本發明首先使用建模軟體及參數化設計程式為工具，建置該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100，針對台灣海域之整體評估，同時考慮紊流風場、空氣動力、水動力、靜動態穩度分析等，並藉由船型幾何設計，使用具有參數化定義幾何曲面技術，評估排水量及載重等浮體基本性能，以及分析於斜浪中的運動特性與波浪負荷。

值得一提的是，本發明所提供之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100，其排水量及載重等浮體基本性能係可供該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100以半潛之方式浮動於離岸，更詳而言之，其係可使該等類船型浮筒10之橫向浮體11潛於水下，而令該等類船型浮筒10之直向浮體12浮出於水面上，俾令該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100可藉以減少吃水深度，並進一步利用該等橫向浮體11降低重心，同時增加浮力， 從而提升該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100的穩度以及移動性，使其具有容易拖帶之優點，以提升其實用性與經濟價值。

再者，由於該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100係具有類船型的幾何設計，是以可於設計之初進行基本的穩度性能評估，使該離岸風電半潛式類船型浮動式平台100具有抵抗外力與運動的能力，而可於水中受外力傾斜後，恢復本身平正。本發明所設計之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100，基本上仍遵循傳統船舶的穩度設計方法，按照船級協會規定，使該離岸風電半潛式類船型浮動式平台，限制扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積的比例至少為1.3以上。

請再配合參閱第5圖所示，本發明所設計之離岸風電半潛式類船型浮動式平台100實際計算60度角內的穩度曲線變化，其中，Mtb曲線係為離岸風電機組之推力所造成的傾覆力矩，而Mr曲線則係為該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之扶正力矩，據此計算結果，當傾覆角為52.3度時，扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積的比例係為1.31，恰好符合船級協會的標準，即使(A+B)/(B+C)≧1.3，是以本發明所設計之離岸風電半潛式類船型浮動式平台係符合安全規範，為安全限制內的設計。

茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：本發明之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，利用參數化設計，達到改變參數後可使電腦自動重複進行所有步驟，以在短時間內重新建立離岸式浮動平台幾何，從而達經濟效益之增進。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

S1‧‧‧輸入直向浮體尺寸之步驟

S2‧‧‧輸入直向浮體數目之步驟

S3‧‧‧輸入直向浮體距離之步驟

S4‧‧‧輸入橫向浮體尺寸之步驟

S5‧‧‧輸入橫向浮體數目之步驟

S6‧‧‧輸入橫向浮體距離之步驟

S7‧‧‧驗證定傾高度之步驟

S8‧‧‧驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例之步驟

Claims (5)

1. 一種離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台係包含有至少二類船型浮筒，其中，該類船型浮筒係包含有一橫向浮體，該橫向浮體係至少設有二直向浮體，而該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法係包含有下列步驟：S1、輸入直向浮體尺寸之步驟：分別輸入該直向浮體的直徑，以及該直向浮體的長度，以初步建立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之高度；S2、輸入直向浮體數目之步驟：輸入每一橫向浮體欲建置之直向浮體數目；S3、輸入直向浮體距離之步驟：輸入該等直向浮體彼此間的距離，以確立該等直向浮體於每一橫向浮體上之分布間距；S4、輸入橫向浮體尺寸之步驟：分別輸入該等橫向浮體的直徑，以及該等橫向浮體的長度；S5、輸入橫向浮體數目之步驟：輸入欲建置之橫向浮體數目，以確立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台所建置之橫向浮體數目；S6、輸入橫向浮體距離之步驟：輸入該等橫向浮體彼此間的距離，以確立該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之跨度；S7、驗證定傾高度之步驟：驗證該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之定傾高度；S8、驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例之步驟：驗證該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，其中，於該驗證定傾高度之步驟中，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之定傾高度應大於1公尺。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，其中，於該驗證扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例 之步驟中，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之扶正力矩曲線面積與傾覆力矩曲線面積比例應至少為1.3以上。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，其中，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法係使用建模軟體及參數化設計程式為工具。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法，其中，該離岸風電半潛式類船型浮動式平台之設計方法係利用三維電腦輔助軟體模擬所建置之該離岸風電半潛式類船型浮動式平台的三維幾何。