TWI689446B - 具有隨深度改變之水平截面之浮動支撐結構 - Google Patents

具有隨深度改變之水平截面之浮動支撐結構 Download PDF

Info

Publication number
TWI689446B
TWI689446B TW105112729A TW105112729A TWI689446B TW I689446 B TWI689446 B TW I689446B TW 105112729 A TW105112729 A TW 105112729A TW 105112729 A TW105112729 A TW 105112729A TW I689446 B TWI689446 B TW I689446B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
support structure
floating support
ballast
floating
section
Prior art date
Application number
TW105112729A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201702124A (zh
Inventor
提摩西 皮卓塞特
寶琳 波索尼特
菲利浦 吉爾伯特
克勞德 馬保
葛拉德 帕波
亞尼 波爾特
艾莉絲 普蒂爾
納維德 薩迪
維克特 杜賓
席瑞 班塞
Original Assignee
法商Ｉｆｐ新能源公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 法商Ｉｆｐ新能源公司 filed Critical 法商Ｉｆｐ新能源公司
Publication of TW201702124A publication Critical patent/TW201702124A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI689446B publication Critical patent/TWI689446B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/04—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2207/00—Buoyancy or ballast means
    • B63B2207/02—Variable ballast or buoyancy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22—Foundations specially adapted for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/97—Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

本發明係關於一種浮動支撐結構(1)，其包含用於改變該浮動支撐結構之吃水的壓載構件(2)。根據本發明之浮動支撐結構(1)具有隨深度改變之一水平截面，使得當卸壓載該浮動支撐結構時水線面積(Sd)之位準處的該浮動支撐結構之該截面的第二面積矩與當壓載該浮動支撐結構時水線面積(Sb)之位準處的該浮動支撐結構之水線面積的第二面積矩相比較大。

Description

具有隨深度改變之水平截面之浮動支撐結構
本發明係關於離岸浮動支撐結構之領域，特定言之係關於用於離岸風力渦輪機之浮動支撐結構。
在離岸風力渦輪機之情況下，浮動支撐結構在浮現之部分中支撐由葉片、轉子、短艙與緊扣於浮動支撐結構上的塔組成的風力渦輪機。可藉由拉緊、半拉緊或懸鏈線錨鏈將此等浮動支撐結構錨定至海床。浮動支撐結構之目標為提供風力渦輪機浮性及穩定性以便承受施加於其上之應力，同時限制組合件之運動。
意欲用於安裝離岸多兆瓦風力渦輪機的各種浮動支撐結構目前在許多國家中處於開發狀態。取決於所考慮位點之深度，若干設計選項係可能的。儘管具有極大多樣性，但可分為若干浮動支撐結構族系，其中有：- SPAR類型浮動體，其特徵在於細長之幾何形狀及包含大量壓載物，以便將整個結構之重心最大程度地降低且因此提供穩定性(被稱作質量穩定性)，- 駁船類型浮動體，其為極寬的淺吃水支撐結構。其穩定性由其寬水線面積提供(被稱作形狀穩定性)。然而，此種類型之支撐結構對波浪運動極其敏感，- TLP(張力腿平台)類型支撐結構，其具有藉由提供結構穩定 性之拉緊纜線來系泊至海床的特定特徵，- 半潛式類型浮動體，其為由藉由提供剛度的臂件連接之至少三個浮動體組成的支撐結構。此等支撐結構通常具有低位移及大水線面積慣性，因此為其穩定性提供足夠的扶正力矩。另外，此種類型的浮動體不及駁船對波浪運動敏感。
設定浮動支撐結構之尺寸係困難、反覆出現且多約束條件的問題，此係因為其需要適合於每一應用(約束在應用之間極其不同)及其安裝位點的環境條件(風、波浪運動等)。舉例而言，專利申請案FR-2,990,005(WO-2013/160,579)、FR-2,990,477(WO-2013/167,820)及FR-2,999,662(US-2014/167,421)藉由修改錨碇、藉由將浮動體連接至彼此或經由傾斜浮動體來提供針對此等問題的各種解決方案。
此外，專利申請案FR-3,005,698(WO-2014/184,454)揭示用於離岸風力渦輪機之包含永久性壓載物及動態壓載物以符合靜穩定性標準的浮動支撐結構。然而，此浮動支撐結構並不允許風力渦輪機在淺水中(例如，在停泊處)安裝於支撐結構上。
因此，為了獲得浮動支撐結構對於各種水深度之穩定性，本發明係關於一種包含用於改變浮動支撐結構的吃水之壓載構件的浮動支撐結構。根據本發明之浮動支撐結構具有隨深度改變之水平截面，使得當卸壓載該浮動支撐結構時水線面積位準處的該浮動支撐結構之該截面的第二面積矩與當壓載該浮動支撐結構時水線面積位準處的該浮動支撐結構之水線面積的第二面積矩相比較大。因此，提供針對低吃水之主要由形狀穩定性產生的浮動支撐結構之穩定性。在經壓載位置中，浮動支撐結構之穩定性由質量穩定性及形狀穩定性兩者產生。
本發明係關於一種浮動支撐結構，其包含用於壓載及卸壓載該 浮動支撐結構以便改變其吃水之構件，該浮動支撐結構包含隨深度改變的一截面。該經卸壓載浮動支撐結構之水線面積位準處的該浮動支撐結構之該截面的第二面積矩大於該經壓載浮動支撐結構之水線面積位準處的該浮動支撐結構之該截面的第二面積矩。
根據本發明，該經卸壓載浮動支撐結構之該水線面積之位準處的該浮動支撐結構之該截面大於該經壓載浮動支撐結構之該水線面積之位準處的該浮動支撐結構之該截面。
根據本發明之一個實施例，該浮動支撐結構包含一下部部分，該下部部分包含一永久性壓載物；一中間部分，該中間部分包含該壓載及卸壓載構件；及一上部部分，該上部部分包含浮性構件，該經卸壓載浮動支撐結構之該水線面積處於該中間部分之位準處，且該經壓載浮動支撐結構之該水線面積處於該上部部分之位準處。
有利地，在該浮動支撐結構之一水平面中，該中間部分之外部尺寸小於該下部部分之外部尺寸，且大於該上部部分之外部尺寸。
根據一變化形式實施例，該永久性壓載物係由鋼筋混凝土製成，或其包含填充有諸如混凝土或鐵屑之一緻密材料的一金屬性結構。
較佳地，該下部部分具有一實質上截頭、複曲面、平行六面體、圓柱形或多邊形形狀。
有利地，該下部部分包含若干經裝配模組。
根據本發明之一態樣，該中間部分包含一至少部分密封之鋼殼體。
或者，該中間部分包含一混凝土殼體。
根據本發明之一特徵，該壓載構件之該壓載物包含水。
根據本發明之一實施例，該中間部分由一實心圓筒、一管、一圓環體、或以一連續或非連續方式分佈於下部部分上方的複數個模組 組成。
根據本發明之一態樣，該中間部分由一鋼結構及複數個模組組成。
根據一變化形式實施例，該中間部分係至少部分可拆卸的，以便當壓載該浮動支撐結構時予以移除。
此外，該浮動支撐結構可包含在該中間部分與該上部部分之間形成過渡的一過渡模組。
有利地，該過渡模組具有實質上圓錐形的或截頭的形狀。
較佳地，該過渡模組圍繞該上部部分而配置。
另外，該過渡模組可配置在形成該中間部分的至少一個模組上方。
根據本發明之一特徵，該上部部分係由低密度混凝土、鋼、或鋼/複合材混合物製成。
根據本發明之一態樣，該上部部分包含若干模組。
另外，本發明係關於一種位於一片水域上之風力渦輪機設施，其包含一風力渦輪機及根據前述特徵中之一者的一浮動支撐結構，該風力渦輪機安裝於該浮動支撐結構上。
1:浮動支撐結構
2:壓載及卸壓載構件/中間部分
3:上部部分
4:下部部分
5:過渡模組
6:加強件
7:模組
8:閉合殼體
9:模組
10:模組
11:模組
12:結構
13:模組
14:過渡模組
15:過渡模組
16:雙殼體浮性模組
17:金屬性結構
18:撓性模組
19:中心管
Ib:經壓載水線面積
Id:經卸壓載水線面積
Lfb:經壓載浮動支撐結構之水線面積之位準
Lfd:該經卸壓載浮動支撐結構之水線面積之位準
Sb:截面/經壓載截面
Sd:截面/經卸壓載截面
自參看附圖閱讀對作為非限制性實例而給出之實施例的下文描述，將清楚根據本發明之方法的其他特徵及優勢，其中：- 圖1說明根據本發明之一實施例的浮動支撐結構，- 圖2展示在經壓載位置(左側圖)及在經卸壓載位置(右側圖)中之根據本發明之一實施例的浮動支撐結構，- 圖3說明在經壓載位置中之浮動支撐結構的一變化形式實施例，- 圖4a至圖4e展示在經壓載位置中之浮動支撐結構的變化形式實 施例，- 圖5a至圖5d說明浮動支撐結構之永久性壓載物的變化形式實施例，- 圖6a及圖6b說明浮動支撐結構之中間部分的變化形式實施例，- 圖7a至圖7e展示浮動支撐結構之中間部分的不同變化形式實施例，- 圖8a及圖8b說明一變化形式，其中中間部分包含可移除式模組13，- 圖9a至圖9c說明各種壓載位置的一變化形式，其中中間部分包含位於過渡模組5下方的複數個可移除式模組13，- 圖10a至圖10d說明浮動支撐結構之過渡模組的變化形式實施例，-圖11a說明雙殼體浮性模組16的一變化形式，且圖11b至圖11c說明包含金屬性結構17及撓性模組18之上部部分之一變化形式，及- 圖12說明根據本發明之一實施例之浮動體的幾何形狀參數化。
本發明係關於一種浮動支撐結構。浮動支撐結構可用作離岸風力渦輪機之底座，但其亦適合於其他領域，諸如離岸石油回收或海洋能量回收(熱能、波浪能、流能等)。
根據本發明之浮動支撐結構包含用於壓載及卸壓載浮動支撐結構的構件，從而允許支撐結構吃水變化。吃水為浮動支撐結構之浸沒部分的高度。該高度對應於水線面積與浮動支撐結構之最低點之間的垂直距離。吃水變化因此允許調整浮動支撐結構浸沒的深度：舉例而言，對於港口安裝、維護及拆卸操作，(歸因於淺水深度)吃水需要低，而當浮動支撐結構定位且錨定至海床時吃水較佳地較高，以便改良浮動體之穩定性及動態特性。有利地，壓載及卸壓載構件允許水自 海洋環境流入至浮動支撐結構中，以便增大浮動支撐結構之重量及因此吃水。或者對於海水，壓載及卸壓載構件可包含可移除以便允許卸壓載因此減小吃水的材料(例如，具有足夠密度之流體、鐵屑或沙，等)。較佳地，壓載及卸壓載構件配置於浮動支撐結構之下部部分中，以便當被壓載時改良質量穩定性。
根據本發明，浮動支撐結構具有隨深度改變之水平截面。浮動支撐結構經如此設計，以使得當卸壓載該浮動支撐結構時水線面積的第二面積矩大於在支撐結構被壓載時水線面積的第二面積矩。浮動支撐結構在水線面積位準處之截面對應於海平面處之(水位線位準處之)水平截面。第二面積矩為表徵截面之幾何尺寸的量，且其相關於軸或點而定義；根據本發明，點或軸對應於風力渦輪機之軸。可藉由式：I=ʃ S y 2 ds之公式判定截面S之第二面積矩I，其中y為參考點或軸與表面 之點之間的距離。舉例而言，可藉由式：
Figure 105112729-A0305-02-0008-1
之公式來判定具有直徑D之圓柱體的第二面積矩I。
因此，根據本發明，當卸壓載浮動支撐結構(具有低吃水)時第二面積矩比當壓載支撐結構時大，此允許確保浮動支撐結構及風力渦輪機(或待安裝於浮動支撐結構上之系統)在淺水(低吃水)中的穩定性。因此，在經卸壓載浮動體位置中，低吃水允許在低水深度處(例如，在停泊處)進行港口安裝、維護及拆卸操作。在經卸壓載位置中，配備有風力渦輪機之浮動支撐結構(或離岸系統)的穩定性主要由形狀穩定性產生。
在經壓載位置中，形狀穩定性減小，但由於歸因於額外壓載物之較低重心位置而增大的質量穩定性補償該形狀穩定性減小。因此，在升沉(heave)時浮動體的靜水壓勁度(形狀勁度與質量勁度之總和)減小，而縱搖(pitch)及橫搖(roll)勁度增大。此允許保證浮動風力渦輪機 之穩定性，包括保證在風力渦輪機在操作時產生高推力時的穩定性。此外，浮動體在經壓載位置中的運動受限，其一方面歸因於在升沉時靜水壓勁度減小，此允許實質上增大特徵週期，且另一方面歸因於顯著較小的水線面積，此允許由波浪運動產生之激勵應力受限。
在完全經壓載位置與完全經卸壓載位置之間的過渡階段期間，亦即，當水位線處於中間位置中時，可藉由浮動體幾何形狀提供浮動體之穩定性，該浮動體幾何形狀可經如此判定以使得隨吃水變化的升沉、縱搖及橫搖之勁度曲線係實質上連續的。
因此，根據本發明之浮動支撐結構具有允許受益於形狀穩定性及質量穩定性兩者的幾何及質量特性。
圖1展示根據本發明之一個實施例的浮動支撐結構1。圖1作為非限制性實例說明隨深度變化的浮動支撐結構1之截面的一變化形式。浮動支撐結構1包含壓載構件2。經卸壓載位置中之平均水位線的位準表示為參考符號Lfd。在經壓載位置中，平均水位線之位準表示為參考符號Lfb。歸功於浮動支撐結構之在線Lfd與線Lfb之間減小的可變截面，經壓載支撐結構之水線面積的截面Sb及第二面積矩分別小於經卸壓載支撐結構之水線面積的截面Sd及第二面積矩。
根據本發明之一實施例，浮動支撐結構包含：一下部部分，其包含永久性壓載物，永久性壓載物在浮動支撐結構之基底處構成靜止質量，從而允許質量穩定性。較佳地，下部部分包含重材料，諸如混凝土，一中間部分，其包含壓載構件，亦充當卸壓載構件。此中間部分對應於第一可壓載浮性模組。在安裝及維護階段期間，或更通常地當臨時需要低吃水時，卸壓載此模組且水線面積處於此模組之位準處。其因此提供組合件之浮性。浮動體之穩定性接著主要由浮動體之由其在水線面積處之第二面積矩產生的形狀穩定性提供。當水深度足 夠時，藉由以海水或另一緻密材料或流體完全壓載模組而增大吃水，此舉允許增大吃水及在穩定性及動態特性方面改良浮動體之效能。模組不再提供浮性或靜水壓形式勁度，但其有助於質量穩定性，一上部部分，被稱作主要浮動體，其對應於主要浮性模組。其允許當壓載浮動體時提供配備有風力渦輪機或待安裝於支撐結構上之任何系統的浮動支撐結構的浮性。較佳地，上部部分具有輕型設計以免影響組合件之質量穩定性。
名稱「上部/下部」應視為相關於浮動支撐結構之在其使用位置中的垂直方向：下部部分之永久性壓載物深入地浸沒且上部部分部分地自水面浮現。中間部分位於下部部分的末端與上部部分的末端之間。
在經卸壓載位置中，平均水位線處於中間部分之位準處，且因此中間部分部分地浮現。在經壓載位置中，平均水位線處於主要浮動體(上部部分)之位準處，且因此中間部分完全浸沒。
較佳地，在水平面中，中間部分之尺寸相對於下部部分之尺寸而減小，且大於上部部分之尺寸。因此，水線面積之位準處的截面及因此第二面積矩在經卸壓載位置中大於在經壓載位置中。舉例而言，藉由具有實質上圓柱形之形狀的三個部分，下部部分之直徑大於中間部分之直徑，中間部分之直徑本身大於上部部分之直徑。
另外，根據本發明之此實施例的浮動支撐結構可視情況包含在中間部分與上部部分之間提供幾何過渡的過渡模組。過渡模組在壓載/卸壓載操作期間提供支撐結構之隨吃水變化的靜水壓勁度連續性。其幾何形狀經如此界定以使得不論吃水如何皆提供浮動體之穩定性。過渡模組可為可壓載或不可壓載的。
圖2說明不具有過渡模組之此實施例的非限制性實例。左側圖對應於經壓載位置且右側圖對應於經卸壓載位置。浮動支撐結構包含下 部部分4、中間部分2及上部部分3。示意性地展示此三個部分，但其可具有下文描述之變化形式實施例的形式中之任一者。根據圖2，中間部分2之尺寸小於下部部分4之尺寸且大於上部部分3之尺寸。在經卸壓載位置中(右側圖)，中間部分2不包含壓載物，水位線在中間部分2之位準處，且吃水低。另外，水線面積之位準處的截面Sd為中間部分2之截面。在經壓載位置中(左側圖)，中間部分2包含壓載物，水位線處於上部部分3之位準處且吃水高。另外，水線面積之位準處的截面Sb為上部部分3之截面。考慮到對於此實施例實例，中間部分2之水平截面大於上部部分3之水平截面，截面Sd大於截面Sb。
圖3說明根據圖2之浮動支撐結構的變化形式實施例，變化形式實施例另外包含在中間部分2與上部部分3之間提供幾何過渡的過渡模組5。如作為非限制性實例而說明，過渡模組可壓載且具有以連續方式將中間部分2之直徑連接至上部部分3之直徑的截頭形狀。
在描述之其餘部分中，描述且說明此實施例(具有下部部分、中間部分及上部部分的浮動支撐結構)之若干變化形式。可組合技術上相容之變化形式以便組合其效果。值得注意的是，可將過渡模組添加至不具備過渡模組之所有變化形式實施例。
根據一變化形式實施例，主要浮動體(上部部分)延伸穿過中間部分，此允許風力渦輪機(或待離岸安裝之系統)的質量及應力直接由下部部分之永久性壓載物承受。
圖4a說明此變化形式之一實例，其中上部部分3延伸穿過中間部分2且配置於下部部分4上。中間部分2則包含允許上部部分3通過的開孔。
根據本發明之一態樣，中心管可延伸穿過該三個部分，特別地以用於使諸如電纜線之纜線通過。
圖4b說明此變化形式實施例之一實例，其中中心管19延伸穿過 上部部分3、中間部分2及下部部分4。
根據本發明之一特徵，下部部分可延伸穿過中間部分。下部部分(具有永久性壓載物)亦可具有小於或等於中間部分之尺寸的尺寸。或者，下部部分可具有比中間部分大的尺寸。
圖4c說明此變化形式實施例之一實例，其中下部部分4延伸穿過中間部分2。下部部分4在水平面中具有比中間部分2小的尺寸。
圖4d展示本發明之一實施例，其中包含永久性壓載物的下部部分4整合於中間部分2中。在此情況下，永久性壓載物具有比中間部分2小的尺寸。
圖4e說明本發明之一實施例，其中水線面積之截面與第二面積矩並不相關。因此，經壓載截面Sb大於經卸壓載截面Sd，而經壓載水線面積Ib之第二面積矩小於經卸壓載水線面積Id之第二面積矩。
永久性壓載物亦可允許產生額外的水質量及流體動力阻尼，分別用於藉由使浮動體之特徵週期偏移至波浪時間段之外來增大該等特徵週期，及用於減小受波浪影響的浮動支撐運動幅度。因此，永久性壓載物在水平面中的尺寸大於中間部分及/或上部部分之尺寸。
另外，永久性壓載物自結構視角允許承受風力渦輪機(或離岸系統)之質量及渦輪機上之由風產生的部分應力。
有利地，永久性壓載物由重材料製成。舉例而言，永久性壓載物可由鋼筋混凝土製成。或者，永久性壓載物由由金屬(較佳地鋼)製成、填充有諸如混凝土或鐵屑之重材料的結構組成。
根據本發明之一構形，永久性壓載物可具有實質上圓柱形的形狀。圖5a說明此變化形式之一實例，其中下部部分4包含圓柱形永久性壓載物。
根據另一設計，永久性壓載物可具有實質上截頭的形狀。圖5b說明此變化形式之一實例，其中下部部分4包含截頭的永久性壓載 物。
根據並未說明之變化形式實施例，永久性壓載物及因此下部部分可具有實質上複曲面、平行六面體、立方體、多邊形形狀等。
根據一個選項，下部部分可藉助於加固件連接至中間部分。圖5c說明此變化形式之一實例，其中一或多個加強件6配置於下部部分4與中間部分2之間。或者，下部部分可藉助於加固件連接至上部部分，當中間部分可拆卸時尤其如此。
另外，永久性壓載物可由若干在停泊時裝配的預製元件組成。組合件可具有上文描述的形狀中之任一者。圖5d展示包含若干模組7之下部部分4的一實例。根據所說明實例，下部部分由組合件形成六邊形的六個三角形模組組成。
根據一個態樣，中間部分(可壓載浮性模組)較佳地由金屬殼體組成，該金屬殼體較佳地由鋼製成、完全密封(閉合殼體)或半密封(殼體向下開放，亦即通往下部部分)。半密封殼體藉由無需金屬殼體之下部部分亦可使用而節省質量及成本兩者，但其並不允許長期保證此殼體之密封，此係因為水可在混凝土與殼體之間循環。若對殼體之密封僅在經卸壓載位置中且因此僅臨時需要(安裝、維護)，則可藉由臨時泵系統補償可能的水流入。中間部分亦可由混凝土製成且整合至包含永久性壓載物4的下部部分中。
圖6a部分地展示上文描述之變化形式實施例的中間部分2，其中中間部分2包含在下部部分4之位準處具有壁的密封閉合殼體8。對於此變化形式，海水無法進入壓載物2。
圖6b部分地展示上文描述之變化形式實施例的中間部分2，其中中間部分2包含具有橫向壁但在下部部分4之位準處不具有壁的半密封殼體8。對於此變化形式，存在海水流入至壓載物2中的有限風險。
根據本發明之一實施例，中間部分可由具有實質上圓柱形(實心 或中空的)或複曲面形狀的單件製成。或者，中間部分可包含連續地或不連續地分佈於下部部分上方的複數個模組。
圖7a展示一變化形式，其中中間部分2以單件製作且具有圓柱形形狀。如作為非限制性實例而說明，下部部分4及上部部分3亦具有實質上圓柱形的形狀。
圖7b展示一變化形式，其中中間部分2由複數個模組9組成。模組9不連續地分佈於下部部分4上方。模組9具有實質上圓柱形的形狀，且彼此間隔開；其並不與上部部分3接觸。如作為非限制性實例而說明，下部部分4及上部部分3具有實質上圓柱形的形狀。或者，模組可互相結合或與中間部分結合。
圖7c說明一變化形式，其中中間部分2由複數個模組10組成。模組10不連續地分佈於下部部分4上方。模組10具有實質上平行六面體形狀且間隔開；其與上部部分3接觸。如作為非限制性實例而說明，下部部分4及上部部分3具有實質上圓柱形的形狀。或者，模組可以結合的方式分佈。此外，模組可具有其他形狀：圓柱形、管狀等。
圖7d及圖7e說明具有及不具有浮性容積的一變化形式實施例，其中中間部分由複數個模組11組成。模組11連續地圍繞上部部分3分佈於下部部分4上方。模組11可含納於形成籠的結構12中。
有利地，可壓載浮性模組(中間部分)可移除，且因此在安裝之後再用於各種浮動體。當浮動支撐結構在經壓載位置中且錨定至海床時移除可拆卸的部分。在此情況下，其不再提供至下部部分之負載轉移。此可移除式模組可具有複曲面或圓柱形形狀，或易於移除的最佳化形狀，或可由若干連續地或不連續地分佈之元件組成。其亦可由含納於籠型結構中之若干撓性子模組組成，此允許應力轉移至中間及下部部分。
圖8a及圖8b說明一變化形式，其中中間部分包含可移除式模組 13。模組13可較佳地具有一旦安裝則圍繞上部部分3且配置於下部部分4上之圓柱體部分的形狀或截頭形狀。
圖9a至圖9c說明各種壓載位置的一變化形式，其中中間部分包含位於過渡模組5下方的複數個可移除式模組13。模組13之壓載物漸進地填充且當殘存量之空氣允許提供壓載物之浮性時斷開，壓載物因此與表面等平以便被拖曳。
對於包含過渡模組的變化形式實施例，在壓載與卸壓載過渡階段中，過渡模組允許除了永久性壓載物以外亦藉由提供隨吃水變化之靜水壓勁度的連續性而保證浮動體之穩定性。
因此，過渡模組在其上部部分中之水線面積可(例如)藉由圓錐形形狀以實質上連續之方式朝向主要浮動體(上部部分)之水線面積而減小。接著可定義由該圓錐體形成之角度，以便符合貫穿此等操作穩定性標準。
根據包含過渡模組的一浮動體設計，過渡模組可為可壓載或非可壓載的。若可壓載浮性模組為可移除式的，則過渡模組亦可整合至該可壓載浮性模組中(參見圖9a至圖9c)。
圖10a及圖10b說明一變化形式，其中浮動支撐結構包含具有實質上截頭形狀的過渡模組5。圖10a對應於支撐結構之經卸壓載位置且圖10b對應於支撐結構之經壓載位置。過渡模組5圍繞上部部分3且在中間部分2上方配置。在經壓載位置中，水面處於具有比下部部分小(漸減)的截面之過渡模組5的位準處。
圖10c說明一變化形式，其中浮動支撐結構包含過渡模組14。過渡模組14具有實質上圓柱形的形狀，該形狀之外徑對應於下部部分2之外徑且其內徑隨深度減小。
圖10d說明一變化形式，其中浮動支撐結構包含配置於複數個壓載模組9上的複數個過渡模組15。過渡模組15具有實質上截頭的形 狀。
上部部分提供浮動支撐結構之浮性，且當壓載浮動體時提供形狀穩定性。其另外可承受由風力渦輪機(或待安裝至浮動支撐結構上的系統)及錨產生之部分應力。上部部分經定尺寸為儘可能輕，以免影響整個浮動體之穩定性。其因此可由諸如低密度混凝、或鋼、或鋼/複合材混合材料的輕材料製成。
上部部分可包含複數個浮性模組。浮性模組可製成雙殼體系統之形式。圖11a說明此類雙殼體浮性模組16的一變化形式。
或者，上部部分可包含分佈於較佳地由鋼製成之非密封金屬性結構內的複數個鋼浮性模組或撓性浮性模組(塑膠材料、可充氣結構、發泡材料)金屬性結構提供至下部部分之負載轉移，且承受由風力渦輪機(或待安裝至浮動支撐結構上的系統)及錨產生之部分應力。圖11b及圖11c說明包含金屬性結構17及撓性模組18之上部部分之此類變化形式。
另外，上部部分可具有隨深度增大的可變截面。因此，在進行壓載時，處於水線面積之位準處的截面減小，此允許在不具有過渡模組之情況下獲得靜水壓勁度連續性。舉例而言，上部部分可具有實質上圓錐形形狀之至少一部分。
根據本發明之浮動支撐結構可包含除所描述部分以外之其他部分。此外，浮動支撐結構可包含用於固定錨鏈的構件。
本發明亦係關於一種風力渦輪機設施，其位於一片水域(例如，海)上。該設施包含垂直軸或水平軸風力渦輪機及根據上文描述的變化形式組合中之任一項的浮動支撐結構。根據本發明之浮動支撐結構提供在低吃水及較高吃水下風力渦輪機的穩定性。
實例
在此部分中呈現將根據本發明之浮動支撐結構定尺寸的一實 例。假定主要浮動體(上部部分)、可壓載浮性模組(中間部分)及永久性壓載物(下部部分)為圓柱形。
通用5-MW風力渦輪機安裝於浮動體上。
圖12展示根據本發明的包含下部部分4、中間部分2及上部部分3之支撐結構的幾何形狀參數化。
浮動支撐結構可具有以下尺寸以支撐5-MW風力渦輪機：
Figure 105112729-A0305-02-0017-2
根據該實例之浮動支撐結構提供在經壓載位置中及經卸壓載位置中浮動風力渦輪機之穩定性。
1‧‧‧浮動支撐結構
2‧‧‧中間部分
Lfb‧‧‧水位線位準/線
Lfd‧‧‧水位線位準/線
Sb‧‧‧截面/經壓載截面
Sd‧‧‧截面/經卸壓載截面

Claims (19)

  1. 一種浮動支撐結構，其包含用於壓載及卸壓載浮動支撐結構(1)以便改變該浮動支撐結構之吃水的壓載及卸壓載構件(2)，該浮動支撐結構(1)包含隨深度改變的一截面，其特徵在於該經卸壓載浮動支撐結構之水線面積之位準(Lfd)處的該浮動支撐結構之該截面(Sd)的第二面積矩大於該經壓載浮動支撐結構之水線面積之位準(Lfb)處的該浮動支撐結構之該截面(Sb)的第二面積矩，其中該浮動支撐結構(1)包含一下部部分(4)，該下部部分(4)包含一永久性壓載物；一中間部分(2)，該中間部分(2)包含該壓載及卸壓載構件；及一上部部分(3)，該上部部分(3)包含浮性構件，該經卸壓載浮動支撐結構之該水線面積(Sd)處於該中間部分(2)之位準處，且該經壓載浮動支撐結構之該水線面積(Sb)處於該上部部分(3)之位準處。
  2. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該經卸壓載浮動支撐結構之該水線面積之位準(Lfd)處的該浮動支撐結構之該截面(Sd)大於該經壓載浮動支撐結構之該水線面積之位準(Lfb)處的該浮動支撐結構之該截面(Sb)。
  3. 如請求項1之浮動支撐結構，其中在該浮動支撐結構之一水平面中，該中間部分(2)之外部尺寸小於該下部部分(4)之外部尺寸，且大於該上部部分(3)之外部尺寸。
  4. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該永久性壓載物係由鋼筋混凝土製成，或其包含填充有諸如混凝土或鐵屑的一緻密材料的一金屬性結構。
  5. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該下部部分(4)具有一實質上截頭、複曲面、平行六面體、圓柱形或多邊形形狀。
  6. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該下部部分(4)包含若干經裝配模組(7)。
  7. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該中間部分(2)包含一至少部分密封之鋼殼體(8)。
  8. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該中間部分包含一混凝土殼體。
  9. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該壓載及卸壓載構件(2)之該壓載物包含水。
  10. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該中間部分(2)由一實心圓筒、一管、一圓環體、或以一連續或非連續方式分佈於下部部分(4)上方的複數個模組(9、10、11)組成。
  11. 如請求項10之浮動支撐結構，其中該中間部分(2)由一鋼結構(12)及複數個模組(11)組成。
  12. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該中間部分(2)係至少部分可拆卸的，以便當該浮動支撐結構經壓載時予以移除。
  13. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該浮動支撐結構(1)包含在該中間部分(2)與該上部部分(3)之間形成過渡的一過渡模組(5、14、15)。
  14. 如請求項13之浮動支撐結構，其中該過渡模組(5)具有實質上圓錐形的或截頭的形狀。
  15. 如請求項13中任一項之浮動支撐結構，其中該過渡模組(5、14、15)圍繞該上部部分而配置。
  16. 如請求項13之浮動支撐結構，其中該過渡模組(15)配置在形成該中間部分(2)的至少一個模組(9、10、11)上方。
  17. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該上部部分(3)係由低密度混凝土、鋼、或鋼/複合材混合物製成。
  18. 如請求項1之浮動支撐結構，其中該上部部分(3)包含若干模組。
  19. 一種位於一片水域上之風力渦輪機設施，其包含一風力渦輪機及如請求項1至18中之任一者中主張之一浮動支撐結構(1)，其中該風力渦輪機安裝於該浮動支撐結構上。
TW105112729A 2015-04-22 2016-04-22 具有隨深度改變之水平截面之浮動支撐結構 TWI689446B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1553611A FR3035455B1 (fr) 2015-04-22 2015-04-22 Support flottant avec section horizontale variable avec la profondeur
FR1553611 2015-04-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201702124A TW201702124A (zh) 2017-01-16
TWI689446B true TWI689446B (zh) 2020-04-01

Family

ID=53496804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105112729A TWI689446B (zh) 2015-04-22 2016-04-22 具有隨深度改變之水平截面之浮動支撐結構

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10252781B2 (zh)
EP (1) EP3286069B1 (zh)
ES (1) ES2754576T3 (zh)
FR (1) FR3035455B1 (zh)
PT (1) PT3286069T (zh)
TW (1) TWI689446B (zh)
WO (1) WO2016169811A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3035455B1 (fr) * 2015-04-22 2018-10-05 IFP Energies Nouvelles Support flottant avec section horizontale variable avec la profondeur
DE102019118564B4 (de) 2019-07-09 2021-03-11 Aerodyn Consulting Singapore Pte Ltd Windenergieanlage mit einem eine Mehrzahl von Auftriebskörpern aufweisenden schwimmenden Fundament
GB2588124A (en) * 2019-10-08 2021-04-21 Equinor Energy As Floating Wind Turbine
CN111361699B (zh) * 2020-04-01 2022-04-12 中山大学 一种适用于近岸浅水区的浮式风电平台

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2292348A (en) * 1994-08-15 1996-02-21 Kvaerner Concrete Construction Fioating oil platform with conical columns
US20040040487A1 (en) * 2000-10-06 2004-03-04 Per Herbert Kristensen Platform structure
GB2481321A (en) * 2010-06-19 2011-12-21 Peter Ronald Chambers A submersible dynamic floatation tank mountable to a base of an offshore wind turbine assembly
US20130298815A1 (en) * 2010-11-25 2013-11-14 Cobus Beheer B.V. Floating marine structure
US20150071779A1 (en) * 2012-04-27 2015-03-12 IFP Energies Nouvelles Wind turbine on a floating support stabilized by a raised anchoring system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2990477B1 (fr) 2012-05-09 2014-04-25 IFP Energies Nouvelles Ensemble d'eoliennes offshores flottantes reliees entre elles
FR2999662A1 (fr) 2012-12-18 2014-06-20 Ifp Energies Now Eolienne offshore sur support flottant desaxe
FR3005698B1 (fr) * 2013-05-17 2015-04-24 IFP Energies Nouvelles Eolienne offshore sur support flottant comportant une combinaison de moyens d'amortissement
FR3035455B1 (fr) * 2015-04-22 2018-10-05 IFP Energies Nouvelles Support flottant avec section horizontale variable avec la profondeur

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2292348A (en) * 1994-08-15 1996-02-21 Kvaerner Concrete Construction Fioating oil platform with conical columns
US20040040487A1 (en) * 2000-10-06 2004-03-04 Per Herbert Kristensen Platform structure
GB2481321A (en) * 2010-06-19 2011-12-21 Peter Ronald Chambers A submersible dynamic floatation tank mountable to a base of an offshore wind turbine assembly
US20130298815A1 (en) * 2010-11-25 2013-11-14 Cobus Beheer B.V. Floating marine structure
US20150071779A1 (en) * 2012-04-27 2015-03-12 IFP Energies Nouvelles Wind turbine on a floating support stabilized by a raised anchoring system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016169811A1 (fr) 2016-10-27
EP3286069A1 (fr) 2018-02-28
US20180118309A1 (en) 2018-05-03
EP3286069B1 (fr) 2019-09-25
FR3035455A1 (fr) 2016-10-28
TW201702124A (zh) 2017-01-16
FR3035455B1 (fr) 2018-10-05
ES2754576T3 (es) 2020-04-20
US10252781B2 (en) 2019-04-09
PT3286069T (pt) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7186406B2 (ja) 浮体式構造物及び浮体式構造物の設置方法
US11052971B2 (en) Floating offshore platform
US10569844B2 (en) Floating offshore wind turbine comprising a combination of damping means
EP2993270B1 (en) Submersible structure for actively supporting towers of generators and sub-stations or similar elements, in maritime facilities
CN103228909B (zh) 用于安装海上塔的方法
JP2017521296A5 (zh)
KR102159559B1 (ko) 풍력 에너지를 활용하는 부유식 플랫폼
TWI689446B (zh) 具有隨深度改變之水平截面之浮動支撐結構
WO2013084632A1 (ja) 浮体式風力発電装置および該浮体式風力発電装置の浮設方法
KR20190068820A (ko) 삼중 부유체를 구비한 부유식 플랫폼 및 그 시공방법
CN110671280A (zh) 漂浮式风机基础
CN117561198A (zh) 锚定系统以及使用所述锚定系统安装浮动平台的方法
TWI780059B (zh) 包含浮子之浮動支撐結構及具有一排孔之起伏板
WO2023135166A1 (en) Hull structure for a semi-submersible wind power turbine platform
CN114084302B (zh) 海上风机固定式基础、海上风机装置及海上风机整机的运输安装方法
TW202436169A (zh) 海洋建物結構及方法
WO2023170224A1 (en) Marine structure and method
CN116588267A (zh) 一种三角形张力腿浮式风电基础平台