TWI773893B - 用於風電設備佈局之方法、裝置和系統及包含有相關聯程式指令之電腦程式 - Google Patents

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Abstract

特別揭示一種方法，包括以下步驟：擷取地理空間資訊；測定尾流損失資訊；測定佈局位置資訊；測定結構資訊；以及決定數個風電設備在一地區上之佈局。此外還揭示一種用於執行及/或控制此方法的裝置、一種具有一或多個用於執行及/或控制此方法的裝置的系統、以及一種用於透過一處理器執行及/或控制此方法的電腦程式。

Description

用於風電設備佈局之方法、裝置和系統及包含有相關聯程式指令之電腦程式
發明領域：本發明之例示性實施方式係有關於決定數個風電設備(Windenergieanlagen)之最佳化佈局，該等風電設備特別是風電場(Windpark)，例如包括離岸風電場。
發明背景：特別是對於包括數個風電設備的風電場而言，迄今為止通常將數個風電設備設置成使得風產量以及進而使得由數個風電設備產生的電能的量相比風電場之隨意佈局有所改善。
原則上，隨著高度增大，風剖線上升，能夠獲得之風亦愈多，故與風電設備之風力渦輪機(Windturbine)在較低高度上之定位相比，能夠產生更多電能。風電設備之風力渦輪機定位所在的高度亦稱作輪轂高度。
離岸及/或岸上風電場之高效佈局的目的特別是在於降低CAPEX(Capital Expenditure；資本支出) 成本以及將能量產量最大化。倘若風電場之風能設備皆採用結構不同的技術方案，由於風電設備皆較為複雜，所以特別是元件之製造以及各風電設備之安裝的成本較高。
為此，例如就離岸風電設備而言使用風力渦輪機，其輪轂高度係經過最佳化，使得葉尖能夠以留有充足自由空間的方式在主接入平台之安裝裝置上方掃過，該主接入平台位於所謂之50年一遇波浪上方。
在採用風電設備之高輪轂高度時的缺點在於，在此等較高之高度上之額外的能量產量(藉此實現能夠生成更多電能)通常不能彌補風電設備之為實現較高輪轂高度所需的增高的結構成本(例如更高的塔架、更加穩定的基礎)。
發明概要：就預期而言，額外產量通常不會高於因佈局最佳化而增加的成本以及因不同的製造要求而增加的成本，該等不同的製造要求特別是因輪轂高度偏差而產生並且大於相對於充當基準表面的海平面的1至2m的輪轂高度差。
根據本發明之第一例示性態樣，揭示一種方法，其包括以下步驟：- 以指示有關一地區之一或多個條件的方式，擷取地理空間資訊，在該地區上欲配置數個風電設備，其中該等地理空間資訊包括至少一風況資訊；- 以指示該地區內之地點的方式測定佈局位置資訊， 該等數個風電設備中之各一風電設備可位於該地點；- 以指示因該等數個風電設備之相互遮蔽而引發之風幕效應的方式測定尾流損失資訊，其中至少部分基於該地理空間資訊以及該等佈局位置資訊測定尾流損失資訊；- 以指示針對風電設備的一或多個結構元件的方式測定結構資訊，其中風電設備之元件的特徵由各一結構元件描述，其中該風電設備適於在該地區上使用，其中至少部分基於該等地理空間資訊、該等佈局位置資訊以及該等尾流損失資訊測定該結構資訊；以及- 決定該等數個風電設備在該地區上之佈局，其中在該等數個風電設備之各風力渦輪機產生之電能的量最大化以及該等數個風電設備所使用的統一結構元件最大化的情況下，決定該等數個風電設備中之各者所包括的風力渦輪機的輪轂高度。
根據本發明之第二態樣，描述一種裝置，其架設成執行及/或控制根據第一態樣之方法，或包括用於執行及/或控制該方法的對應構件。根據第一態樣之方法的裝置為或特別是包括根據第二態樣之一或多個裝置。
根據本發明之第二態樣，亦描述一種替代性裝置，包括至少一處理器以及至少一含電腦程式碼之記憶體，其中該至少一記憶體以及該電腦程式碼是配設成藉由該至少一處理器執行及/或控制根據第一態樣之至少一方法。處理器為例如控制單元、微處理器、諸如微控制器的微控制單元、數位信號處理器(DSP)、特定用途積體電路 (ASIC)或可現場程式化閘陣列(FPGA)。
例示性裝置例如還包括用於儲存資訊的構件，如程式記憶體及/或工作記憶體。本發明之例示性裝置例如還包括用於透過諸如網路介面的網路接收及/或發送資訊的構件。例如，本發明之例示性裝置係透過一或多個網路相互連接及/或可連接。
根據第二態樣之例示性裝置為一資料處理設備或包括一資料處理設備，其以軟體及/或硬體方式設立，用以實行根據第二態樣之例示性方法之各步驟。資料處理設備之示例為電腦、桌上電腦、伺服器、精簡型用戶端及/或便攜式電腦(行動設備)，如膝上型電腦、平板電腦、可穿戴設備、個人數位助理或智慧型手機。
根據第一態樣之方法之各處理步驟(例如地理空間資訊之擷取)在此可藉由一感測器裝置進行，該感測器裝置亦具有至少一感測器元件或感測器。例如並非一定需要以感測器裝置實施之各處理步驟(例如佈局位置資訊、尾流損失資訊、(至少一)結構資訊之測定以及/或者數個風電設備之佈局之決定)亦可由另一裝置實施，該另一裝置特別是透過一通訊系統與該具有至少一感測器元件或感測器的裝置連接。
可設置有其他裝置，例如伺服器以及/或者例如所謂之電腦雲端之部件或組件，該電腦雲端針對通訊系統中之不同使用者動態地提供資料處理資源。電腦雲端特別是指依據「National Institute for Standards and Technology」(NIST，國家標準與技術研究院)針對英文術語「Cloud Computing」(雲端運算)的定義的資料處理基礎架構。電腦雲端之一示例為微軟視窗系統Azure平台(Microsoft Windows Azure Platform)。
根據本發明之第二態樣，亦描述一種電腦程式，其包括程式指令，在該電腦程式在處理器上運行的情況下，該程式指令促使處理器執行及/或控制根據第一態樣之方法。本發明之例示性程式可儲存在電腦可讀之儲存媒體中或儲存媒體上，該儲存媒體含有一或多個程式。
根據本發明之第二態樣，描述一種電腦可讀之儲存媒體，其含有一根據第二態樣之電腦程式。一電腦可讀之儲存媒體例如可建構為磁性、電氣、電磁、光學及/或其他類型的儲存媒體。此種電腦可讀之儲存媒體較佳為具體的(即「可觸及」)，例如建構為資料載體裝置。此種資料載體裝置例如係可攜帶或固定地安裝於一裝置中。此種資料載體裝置之示例為採用隨機存取(RAM)之依電性或非依電性記憶體，如NOR快閃記憶體，或採用順序存取之記憶體，如NAND快閃記憶體，以及/或者採用唯讀存取(ROM)或讀寫存取之記憶體。電腦可讀例如應如下理解：儲存媒體可由電腦或資料處理設備、例如由處理器讀取及/或寫入。
根據本發明之第三態樣，亦描述一種系統，包括一或多個裝置，該等裝置一起實行根據第一態樣之方法。
下面對根據所有態樣之例示性特徵以及例示性技術方案進行詳細描述：
欲配置數個風電設備的地區的一或多個條件例如為該地區之隆起及/或下陷(亦稱作地形)。若涉及欲設置離岸風電場的地區，則地區之隆起及/或下陷例如對應海床之隆起或下陷(亦稱作測深)。
該等幾何空間資訊例如包括或代表風況資訊、波況資訊(例如50年一遇之波浪)、地工資訊(例如土壤組成)、水深資訊(例如測深)、海洋氣象資訊(例如帶風之波浪)、地形資訊(例如風電設備之渦輪機之區位及距離)或上述之組合，其係與該地區之(空間)座標關聯。該地區之空間座標例如為三維座標，其可由佈局位置資訊代表。對於該地區之區域處或區域內通常存在之風力及任選的風向而言，該風況資訊例如具有指示性。例如涉及在(例如過去)一個月內、半年內、一年內(在此僅列舉若干非限制性的示例)擷取(例如量測)之平均風力及任選的平均風向。該等地理空間資訊例如還可與時間及/或日期資料關聯，故對於在過去在特定時間及/或日期的風力值而言，該風況資訊例如具有指示性。
例如擷取該等地理空間資訊，其中藉由一感測器裝置量測該等地理空間資訊，該感測器裝置例如為該執行及/或控制根據本發明之第一態樣之方法的裝置所包括或可與此裝置連接。此種感測器裝置例如包括用於擷取(例如量測)一或多個風況資訊的一或多個感測器。例如將 該用於擷取的感測器裝置定位在該地區附近或該地區內，在該地區內欲設置數個風電設備。隨後例如便可藉由感測器裝置擷取例如包括風況資訊的地理空間資訊。
例如可在所謂之測深的範圍內測定例如包括至少一地工資訊的地理空間資訊。就本發明目的而言，此種測深例如為對河床、海床及/或海底之地形構形的量測。例如可測定海域地形(測深)，其中例如將回聲探測器(例如多波束回聲探測器)及/或雷達感測器(例如雷達衛星)用作感測器裝置。在此種測深之範圍內，特別是測定一或多個深度資料。為了測定此等一或多個測定資料，例如使用一(例如統一的)基準點，如NN(基準零點)。測定的深度資料或數個深度資料可相應地以該等地理空間資訊代表或包括，或者為該等資訊之至少一部分。
該等佈局位置資訊例如各自包括或代表座標對，形式例如為x及y座標，以及/或者經度及緯度資料。該等佈局位置資訊例如各自代表位於該地區內的區位或地點，並可將針對數個風電設備中之一風電設備的基礎設置於其上。舉例而言，佈局位置資訊之數目取決於風電場最終需要包括之風電設備數目，其中此等佈局位置資訊中之每一個例如指示正好一個地點或區位，該地點或區位潛在性地可供設置數個風電設備中之一個風電設備。當然，佈局位置資訊之數目多於風電場最終需要包括之風電設備數目。特別是可為該地區內之每個可供設置數個風電設備中之各一者的地點或區位測定佈局位置資訊。例如至少部分 基於在測深範圍內測定之地理空間資訊來測定該等佈局位置資訊。該測定例如能夠進行計算，例如透過一處理地理空間資訊的處理器實現。
在一或多個特定風向條件下，基於相互的空氣動力學「遮蔽」，例如可能因數個風電設備之相互遮蔽而引發風幕效應，其以該等尾流損失資訊代表。就本發明目的而言，該等稱作尾流損失。例如就特定風向及/或風力(其例如為風況資訊所代表)而言，數個風電設備中之至少兩個風電設備可能以位於正前後方的方式設置，故就特定風向而言，與前方風電設備相比，後方風電設備所能獲得之風(大幅)減少。在本發明之範圍內將此理解為風電設備之相互遮蔽。當然，例如當後方風電設備並非位於前方風電設備正後方，而是就為風況資訊代表之風向而言僅局部或部分被風電設備遮蔽時，此種遮蔽亦可能是局部的。此外，此類遮蔽當然亦可能涉及一個以上位於前方風電設備後方之風電設備。
例如如下針對用於風電設備的一或多個結構元件測定指示性結構資訊：自針對數個風電設備之數個潛在的結構元件選擇該一或多個結構元件。各結構元件描述數個風電設備中之每一個應當或需要包括之元件的特徵。其中例如包括：一基礎，藉由該基礎將各風電設備設置(例如錨定)在地面(就離岸風電設備而言例如為海床)上；一塔架，其由該基礎保持且在其與基礎相對的一端上可設置一風力渦輪機；一包括發電機的風力渦輪機；以及 一或多個轉子葉片，在此僅列舉若干非限制性的示例。
隨後例如(例如以迭代方式)決定該等數個風電設備在該地區上之佈局，其中在該等數個風電設備之各風力渦輪機產生之電能的量最大化以及該等數個風電設備中之各一者所使用的一或多個統一結構元件最大化的情況下，決定數個風電設備中之各者所包括的風力渦輪機的輪轂高度。因此，該等數個風電設備中之各風電設備可具有各自不同的輪轂高度，可依據上述實施方案為數個風電設備中的每一個單獨決定各自不同的輪轂高度。
該(例如迭代的)測定例如如此進行，使得統一的結構元件最大化，其中例如選擇一塔架(特徵例如透過其高度及直徑描述)。隨後例如進行第一次佈局，將該等數個風電設備設置在為一或多個佈局位置資訊代表之可行地點或區位上，該等地點或區位可配置數個風電設備中之各一風電設備。
對於數個風電設備中之各風電設備例如因海床(就離岸風電場而言)之隆起及/或下陷而具有不同輪轂高度的此第一佈局而言，例如基於該等地理空間資訊所包括的該風況資訊為數個風電設備中之每一個測定至少一尾流損失資訊。隨後將該等數個風電設備中之至少一個的輪轂高度減小或增大，其中例如假定將選擇的塔架深度較大或深度較小地設置(例如錨定)在海床中。例如為該等數個風電設備中之每一個重新測定尾流損失資訊。例如可以將第一次實施後與第二次實施後的結果進行比較，以測定 電能的量是否較第一結果有所改善。隨後可重新修改輪轂高度，並按前述方式重新測定。
作為替代或附加方案，例如就該等數個風電設備中之至少一個而言，可改變基礎，其造成數個風電設備中之各風電設備之輪轂高度改變。例如可透過(例如迭代的)實施對佈局的決定，對為風電場所包括之風電設備的數個方案進行模擬，該等方案至少部分基於風電場之由該等地理空間資訊所代表的條件(如該地區之環境參數或諸如此類)選擇。相應地，在將預定義之框架參數或依據預定義之規則測定的框架參數考慮在內的情況下，最後可如此進行測定，使得相互的尾流損失(風電設備之相互遮蔽)最小化，同時將應用於風電場之數個風電設備的統一結構元件最大化。
為了將電能之產量最佳化，決定數個風電設備在地區上之佈局例如可包括改變風力渦輪機之間的距離(例如移動以供設置數個風電設備中一或多個(所有)的地點或區位)，該等距離係位於數個風電設備中之各風電設備之間。例如可一直改變距離，直至因風電設備之相互的空氣動力學遮蔽而產生的尾流損失最小化(透過測定對應的尾流損失資訊)以及/或者數個風電設備之設置(例如精巧地佈置在特別穩定的基底(例如不是軟的海床)上)而得到最佳化之結果。
因此，選擇性地增大各輪轂高度有助於增大能量產量。此外，若根據本發明之第一態樣之方法將為數 個風電設備中之各風電設備所包括的統一元件的量最大化，則儘管各輪轂高度增大(且與此相關的製造及/或安裝成本增大)，仍能實現經濟上可行、即有益的結果。
所決定的數個風電設備在該地區上的佈局例如以結果資訊代表。此結果資訊例如至少包括或代表經選擇以供設置數個風電設備的地點或區位(例如透過數個佈局位置資訊)，以及對應地點或區位上之風電設備必須具有的各元件(例如透過數個結構資訊)，如塔架高度、塔架直徑及/或基礎的類型。任選地，例如可輸出或引發輸出結果資訊。此外，例如可基於該結果資訊決定(例如生成)用於製造及/或安裝數個風電設備中之各風電設備的計劃。
因此，依據前述方式，特別是能夠迭代地決定數個風電設備在該地區上之最佳化佈局。
由於該等數個風電設備中之各風電設備儘可能使用統一的(結構)元件，與多數、特別是所有風電設備皆具有或包括不同的(結構)元件(例如不同的塔架高度及直徑，以及基礎)的(離岸)風電場之數個風電設備相比，該等數個風電設備之製造及/或安裝成本例如有所降低。
在本發明的範圍內，風電場之風電設備之統一(結構)元件的儘可能大的數目還表示：僅數個風電設備中之各風電設備之塔架係統一，以及，在所有或數個風電設備上使用各自不同的基礎來設置塔架，在此僅列舉一非限制性的示例。最佳情形例如為：所有風電設備皆相同，以及，為將尾流損失或效應最小化所需的風電設備之不同 輪轂高度僅透過基於海床中之天然不平度以及/或者將不同土壤剛度考慮在內來實現。此外，一變體方案例如為，根據土壤剛度、例如根據基座之錨定位置上之海床的粒度或分層，對各風電設備之基座進行調整。
至少部分地基於所決定的數個風電設備在地區上之佈局，例如至少部分地基於該任選的結果資訊，例如能夠為(例如離岸)風電場生成一具體的施工計劃。作為替代方案，可(例如直接)至少部分地基於所決定的數個風電設備在地區上之佈局開始(例如離岸)風電場的建構。此外，例如基於所決定的數個風電設備在地區上之佈局，可決定一或多個用於製造該數個風電設備中之各風電設備的製造計劃，從而例如能夠製備數個風電設備中之各風電設備。
該等數個風電設備中之各風電設備的最小輪轂高度例如可透過以下方程式決定：輪轂高度=LAT(Lowest Astronomical Tide：中文：最低天文潮)+HSWL50(測得的高於LAT的最高潮水平面)+50年一遇之波浪高度+空行程+任選：主接入平台之深度+任選：平台起重機之高度+任選：起重機起重臂與轉子葉片尖部的距離+任選：安全裕度+轉子直徑/2
HSWL 50代表(測得的)在過去50年內出現的最大潮水平面。其例如可將風電設備在壽命範圍內的例如因地面沈降造成的下沉(英語：settlement over life time)考慮在內。50年一遇之波浪高度代表在50年內預計 可能出現(一次)的最高波峰的高度。空行程表示波峰與平台底側之間的空間。對於一風電設備包括一平台起重機的情形而言，相應地將此平台起重機所需的自由空間，以及任選地將平台起重機所包括之起重臂(例如在平台起重機工作期間)所需的自由空間考慮在內。該安全裕度可介於0.5m與3m之間。
藉由根據本發明之第一態樣的方法，在將該等數個風電設備中之每一個的最佳化輪轂高度考慮在內的情況下，能夠實現數個風電設備之佈局的最佳化。例如還可如此把佈局決定成使得總是儘可能低地選擇數個風電設備之各輪轂高度，特別是用以將製造及/或安裝成本保持在低水平。
就本發明目的而言，該等數個風電設備中之兩個風電設備具有特別是介於兩個輪轂高度之間的約10至50m，較佳15至45m、20至40m、25至35m，尤佳20m或30m的差值(Delta)。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該方法還包括：- 針對該地區上之該等數個風電設備中之所有風電設備具有相同輪轂高度的情形，指示性地測定標準風資訊，其中還至少部分基於該標準風資訊測定該等尾流損失資訊。
該標準風資訊例如可用作比較值，例如用以測定：與風力渦輪機之輪轂皆設於相同高度的風力渦輪機 佈局相比，透過以不同的輪轂高度來設置各風力渦輪機能夠實現的產量(絕對值或百分比)。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，還在將風電設備之相互影響最小化的情況下決定該數個風電設備在該地區上之佈局。
如前文所述，可在將風電設備之相互影響最小化的情況下將數個風電設備設置在地區上。例如可在三個維度(3D)中實施最佳化，目的特別是在於使用為風電場所包括之各風電設備的儘可能多的(在最佳情形下：完全)統一的結構元件(例如塔架或樁部直徑，塔架或樁部長度，基礎，在此僅列舉若干非限制性的示例)。如此便能在風電場之各風電設備之(結構)元件之製造及安裝中實現批量效應。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，還在將該等風電設備中之各風電設備的絕對輪轂高度最小化的情況下，決定該等數個風電設備在該地區上之佈局。
一般而言，可在風電設備之輪轂設置得愈高，此等風電設備之成本便愈高的條件下決定佈局。成本特別是隨著愈高的輪轂高度按指數提昇。據此，特別是為了將各風電設備之製造及安裝的初始成本最小化，例如可在將風電場欲包括之風電設備之各(絕對)輪轂高度最小化的情況下決定佈局。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方 式，還在該地區上之數個風電設備中之各風電設備的一或多個相同結構元件最大化的情況下，決定該數個風電設備在該地區上之佈局。
一般而言，可在風電場之數個風電設備中之各風電設備所包括的統一(結構)元件愈多，此等風電設備之成本便愈低的條件下決定佈局。據此，特別是為了將各風電設備之製造及安裝的初始成本最小化，例如在將風電場之各風電設備之統一(結構)元件最大化的情況下決定佈局。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備中之各風電設備之一或多個相同的結構元件主要為該等數個風電設備中之各風電設備的相同的塔架及/或相同的基座。
特別是就製造及材料而言，風電設備之塔架通常比基座更加廉價。因此，(任選地)透過長度儘可能相同的塔架來降低成本。基於相同的基座，能夠使用數個風電設備之相同的基礎。
在本發明之範圍內，相同的塔架特別是指為該等數個風電設備中之各風電設備所包括的塔架的長度或高度，以及/或者塔架的直徑。
為了實現各風電設備之有時需要不同的(絕對)輪轂高度，例如可將長度相同的塔架以深度較大或深度較小的方式錨定(例如在海床中)。
就具有較高輪轂高度的風電設備而言，為了 達到所需的剛度，作為替代或附加方案，例如自內部對各塔架或對應的基座進行加固，例如藉由填充混凝土或諸如此類實現，在此僅列舉一非限制性的示例。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備中之各風電設備之一或多個相同的結構元件，其次為該等數個風電設備中之各風電設備的相同的基礎。
在本發明之範圍內，相同的基礎特別是指一將風電場之應用範圍中的儘可能多予以覆蓋的基礎。各基礎例如具有一夾緊點，用以容置各一風電設備之塔架。此外，各基礎例如具有各一錨定區段，用以進行錨定，例如錨定在海床中。
該相同的基礎例如為所謂的單樁基礎，或作為替代或附加方案為導管架基礎。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備中之至少一風電設備為一無外置工作平台的風電設備。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備中之至少一風電設備為一具有單樁基礎之風電設備，其中該單樁基礎包括一套管，其中該套管將該單樁基礎包圍並且還至少部分地嵌入海床。在本標的之範圍內亦稱之為加襯套之單樁。
此外，一單樁基礎例如可藉由一將各一風電設備之塔架包圍的套管改變。此種套管之直徑例如大於各 風電設備之單樁之直徑。該套管在安裝後特別是以直接貼靠的方式位於海床上，從而增大各風電設備之剛度。
藉此，例如特別是能夠將各單樁基礎用作風電設備之相同基礎。為了使數個風電設備中之各一者適應(例如海床之)偶爾必要的環境參數，必要時例如可為數個風電設備中之一或多者設置一包括套管的基礎。
該等數個風電設備之各基礎故而相同，並且為了使各風電設備適應例如風電設備之區位或安裝地點的要求，可根據需要使用此種套管。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備中之至少一風電設備為一具有導管架基礎之風電設備。
例如當無法利用諸如海床之天然隆起或下陷時，導管架基礎能夠例如在(近乎)相同之結構中實現不同的輪轂高度。此方案例如如下實現：透過改變各導管架基礎之所謂的自由站立高度，使得該等數個風電設備中之各風電設備之導管架基礎適應於區位或期望之安裝地點的條件。
例如可將導管架基礎之(在地面中的)不同的自由站立高度考慮在內。在此情形下，所有導管架基礎皆統一，但例如需要不同的樁高或塔架長度，用以實現風電場之各風電設備之不同的輪轂高度。
例如對該等數個風電設備之所有(結構)元件採用統一設計，使得此等元件在總剛度方面一致。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備之各塔架具有實質上相同的直徑。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，該等數個風電設備中之至少一風電設備具有一防沖刷面層。
例如根據土質(例如粒度)使用防沖刷面層。
與此對應地，在某些區位上可使用防沖刷面層，在其他區位上則可不使用。防沖刷面層用以抵禦插入有塔架之錨定區段的孔的擴張危險。這可能因土質，例如基底土壤之粒度(顆粒細度)(顆粒曲線分佈例如給出相關資訊(例如0.002cm至約20cm))引起。在此情形下，防沖刷面層抑制錨定區段自(海)床分離。
當形成沖刷時，一孔或該圍繞錨定區段的孔增大，使得基礎之剛度減小。當例如根據級配分佈發現風電場之基底土壤具有實質上相似甚或相同的粒度時，例如可對風電場進行最佳化，使得僅在具有較高輪轂高度之風電設備的基礎處使用防沖刷面層。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，還可將直升機走廊(亦稱作空域)考慮在內。例如在接近直升機走廊處選擇較低的渦輪機，以及將較高的輪轂高度應用於不與直升機走廊接觸或處於直升機走廊內的位置。
根據本發明之所有態樣之一例示性實施方式，例如就垂直間隔而言還可設有針對鳥類之飛越走廊， 使得鳥類例如能夠以無附帶損傷的方式在轉子葉片下飛過。
特別是根據下文列出的條件中的一或多者來決定佈局，以將尾流損失最小化，以及將透過為風電場所包括之風電設備產生的電能的量最大化：- 在水深較大的區位上減小輪轂高度，例如透過省去工作平台或使用較小的轉子(具有內置入口)；- 在水深較小的區位上增大輪轂高度；- 在輪轂高度經增大的區位上，例如透過使用套筒結構(所謂之加襯套之單樁、分層式單樁)使得結構在地面附近之夾緊點進一步朝向輪轂移動；- 自內部對該樁部進行加固，例如透過用灌漿、砂及/或混凝土充填；- 使用強度有所提高之防沖刷填料，其視情況而定額外地經水下混凝土在樁部附近加固；- 在土壤剛度較高的區位上較佳使用較高的輪轂高度；以及- 在土壤剛度較低的區位上較佳使用風電設備之較低的輪轂高度。
前文描述的本發明之例示性技術方案的所有相互組合亦為揭示內容。特別是應當理解為，例示性技術方案係就不同態樣揭示。
特別是透過前文或下文對根據方法之較佳實施方式之處理步驟的描述，用於實施該等處理步驟的構 件亦透過裝置之較佳實施方式被揭示。同樣地，透過揭示用於實施處理步驟之裝置的構件，相應的處理步驟亦被揭示。
本發明之更多有益的例示性技術方案參閱下文尤其結合附圖對本發明之若干例示性實施方式所作的詳細說明。但附圖僅用於闡釋，而並非用於限定本發明之保護範圍。該等附圖並不一定按比例繪製，且僅用於例示性闡釋本發明之基本理念。附圖中所包含之特徵並非視作本發明之必要組成部分。
100:系統
110、150、300:裝置
120:資料庫
130-1、130-2、130-3、430:風電設備
140、440-1、440-2:地區
201~207、207a~207d:步驟
310:處理器
320:工作記憶體
330:程式記憶體
340:通訊介面
350:感測器
其中：圖1為本發明之系統之一例示性實施方式的示意圖；圖2為本發明之方法之例示性方法之一例示性實施方式的流程圖；圖3為本發明之裝置之一實施方式的示意圖；以及圖4為針對數個風電設備實施之佈局最佳化的結果的示例，該結果例如藉由本發明之方法之一例示性實施方式測定。
較佳實施例之詳細說明：圖1為本發明之系統100之例示性實施方式的示意圖。系統100包括裝置110(例如伺服器)；任選的資料庫120，其與裝置110操作性連接或為此裝置所包括；數個風電設備，在此為三個風電設備130-1至130-3；以及裝置150(例如量測裝置或感測器 裝置)。
三個風電設備130-1至130-3以及裝置150係設置在地區140內。在圖1中，地區140示意性代表一區域，欲將風電設備130-1至130-3設置在該區域內，其中目的在於，在將風電設備130-1至130-3設置在地區140內後，使得風電設備130-1至130-3所產生之電能的量最大化。此種地區140例如為欲建立離岸風電場的離岸地區(例如海床)。
裝置150例如包括一或多個感測器，例如測風器、回聲探測器及/或雷達感測器，故藉由裝置150例如能夠擷取(例如量測)或測定地理空間資訊。藉由裝置150或裝置150所包括之一或多個感測器，例如能夠實施測深，其例如代表地區140內之(天然)隆起或下陷，故隨後對應的地理空間資訊能夠代表此測深，或對應的反映地區140內之隆起或下陷的資訊能夠包括此測深。
在圖1中，自裝置110指向地區140之寬箭頭示意性表示：在本發明之方法之例示性實施方式之執行及/或控制後，例如藉由裝置110決定數個風電設備、諸如風電設備130-1至130-3在該地區內的(經最佳化之)佈局。
依據本發明之所有態樣之實施例皆實現例如對期望之地區(例如地區140)之天然(例如地工)影響的利用，以便實現本發明之風電設備之經最佳化的佈局。例如依據下文列出之準則決定數個風電設備(例如風電設備130-1至130-3)之佈局。
在該地區內之水深較大的區位處，使用或選 擇相對基準零點(替代方案：海平面)而言較低的輪轂高度。為此，例如可以不採用有時為此類風電設備所包括並且相對塔架而言位於外部的工作平台，使得即使是在該地區(例如地區140)內的下陷處也能設置具有低輪轂高度的風電設備，在此僅列舉一非限制性的示例。
此外，在決定數個風電設備在地區內的佈局的過程中，下文列出的準則例如同樣被納入考量：
而在地區內之具有(較)小水深的區位處，相對基準零點(或者：海平面)而言，在為各風電設備所包括之(結構)元件相同(或者：相似，在例如因地工要求而必須在結構上作略微改動的情況下)時，實現較高的輪轂高度。
圖2為方法之一例示性實施方式之流程圖200，該方法可在本發明之範圍內實施。例如藉由依據圖1之裝置110及/或150執行及/或控制該方法，其中依據圖1之裝置110及/或裝置150例如可被建構成依據圖3之裝置300。
在第一步驟201中，擷取地理空間資訊。舉例而言，以裝置110例如自裝置150接收地理空間資訊的方式來進行擷取。此外，例如可藉由裝置150擷取地理空間資訊，其中，一為裝置150所包括或與其連接的感測器例如基於(例如藉由測風器、回聲探測器及/或雷達感測器，在此僅列舉若干非限制性的示例)測得的值測定該等地理空間資訊。針對處理步驟202至205以及任選步驟206不由或並非全部由裝置150執行及/或控制，而是步驟202至205 中之至少一部分以及任選步驟206由裝置110執行及/或控制的情形，在藉由裝置150擷取地理空間資訊後，可選擇性地將此等資訊發送至裝置110。
在第二步驟202中，至少部分基於在步驟201中擷取之地理空間資訊測定(例如計算)佈局位置資訊。可藉由裝置110，或裝置150，或兩個裝置110及150共同執行及/或控制該測定。
在第三步驟203中，至少部分基於在步驟201及202中擷取之地理空間資訊及佈局資訊測定(例如計算)尾流損失資訊。可藉由裝置110，或裝置150，或兩個裝置110及150共同執行及/或控制該測定。
在第四步驟204中，至少部分基於在步驟201、202以及203中擷取之地理空間資訊、佈局資訊以及尾流損失資訊測定(例如計算至少)一結構資訊。可藉由裝置110，或裝置150，或兩個裝置110及150共同執行及/或控制該測定。
在第五步驟205中，決定(例如計算)數個風電設備之佈局。可藉由裝置110，或裝置150，或兩個裝置110及150共同執行及/或控制該決定。
在任選的第六步驟206中，輸出或引發輸出結果資訊。例如將結果資訊輸出至依據圖1之系統100之另一裝置(在圖1中未繪示)，其例如至少部分基於該結果資訊測定或生成一或多個針對風電場之數個風電設備之製造及/或安裝的計劃。當然，在輸出或引發輸出結果資訊前，基 於所決定的地區(例如依據圖1之地區140)之數個風電設備的佈局創建或生成此結果資訊，故該結果資訊代表或包括在步驟205中決定之佈局的結果。
步驟201、202、203及/或204可各自反覆執行，以實現對本發明之方法的迭代執行及/或控制。此在流程圖200中透過被引回步驟201、202、203或204的虛線箭頭207示意性表示。
例如可在步驟205之執行及/或控制後，對步驟201、202、203及204重新進行一次或多次執行及/或控制。此透過流程圖200中之虛線箭頭207a示出。
作為替代或附加方案，例如可在步驟205之執行及/或控制後，對步驟202、203及204重新進行一次或多次執行及/或控制。此透過流程圖200中之虛線箭頭207b示出。
作為替代或附加方案，例如可在步驟205之執行及/或控制後，對步驟203及204重新進行一次或多次執行及/或控制。此透過流程圖200中之虛線箭頭207c示出。
作為替代或附加方案，例如可在步驟205之執行及/或控制後，對步驟204重新進行一次或多次執行及/或控制。此透過流程圖200中之虛線箭頭207d示出。
當然，在步驟205之執行及/或控制後，例如亦可對步驟201、202、203以及204之任意組合重新進行一次或多次執行及/或控制，例如步驟201、203及204，或 者步驟201及204，在此僅列舉若干非限制性的示例。
圖3為裝置300之一例示性實施方式之示意圖，該裝置可在本發明之範圍內實施。
裝置300例如可代表依據圖1之裝置110，並且在此情形下例如實施如圖2以流程圖200示出的方法。裝置300例如可代表依據圖1之裝置150，並且在此情形下例如實施如圖2以流程圖200示出的方法。
對於依據圖1之裝置150及依據圖1之裝置110各自代表圖3之裝置300的情形而言，此等裝置可共同包括於依據圖1之系統100之例示性實施方式中，隨後例如一起實行圖2以流程圖200示出的方法。
此外，裝置300還可各設置於一風電設備，例如依據圖1之風電設備130-1至130-3中的一者，隨後例如實行圖2以流程圖200示出的方法。
裝置300包括處理器310，其包含對應的工作記憶體320以及程式記憶體330。處理器310例如執行儲存於程式記憶體330中之程式指令。該等程式指令執行及/或控制根據本發明之第一態樣的方法。因此，程式記憶體330包含根據本發明之例示性態樣的電腦程式，並且為用於儲存該電腦程式的電腦程式產品。裝置300為根據本發明之第二態樣的裝置的一個示例。
程式330例如可為持續性記憶體，例如唯讀記憶體(ROM)。該程式記憶體例如可與處理器310固定連接，但作為替代方案，亦可以可分離的方式與處理器310 連接，例如建構為記憶卡、磁片或光學資料載體媒體(例如CD、DVD或Blu-Ray)。在程式記憶體330或在獨立的記憶體中亦可儲存有其他資訊。
工作記憶體320例如用於儲存執行程式指令期間的臨時結果。在此例如為依電性記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)。
處理器310例如還與通訊介面340連接，藉由該通訊介面例如能夠與其他裝置進行資料交換(參閱圖1中之箭頭)。
裝置300亦可包含其他組件。在裝置300代表依據圖1之裝置110及/或150的情況下，舉例來說，設有用於擷取地理空間資訊的擷取構件。該擷取構件例如是配設成擷取源自測風器、回聲探測器、雷達感測器(在此僅列舉若干非限制性的示例)的資訊，以藉此能夠擷取地理空間資訊。此外，此等擷取構件例如係與處理器310操作性連接。該測風器、回聲探測器及/或雷達感測器例如可視作根據圖3之感測器350。
舉例來說，在裝置300代表依據圖1之裝置110及/或150的情況下，還設有用於測定佈局位置資訊、尾流損失資訊、(至少)一結構資訊及/或結果資訊(在此僅列舉若干非限制性的示例)的測定構件，其中該測定構件例如是配置成結構及/或功能單元，並且例如為處理器310所包括或與此處理器操作性連接。
圖4示出針對數個風電設備實施之佈局最佳 化的結果的示例，該結果例如藉由本發明之方法之一例示性實施方式決定。
圖4之透過閉合的線分別示出的區域表示各地區440-1及440-2，數個風電設備430欲設置在該等地區內。
風電設備430在圖4中藉由圓圈來示意性示出，其中各圓圈配設有「+」符號，或是配設有「-」符號。與配設有「-」符號的點相比，配設有「+」符號的點表示具有更高輪轂高度的風電設備。根據在圖4中列出之圖例，透過配設有「+」符號的點示意性示出的風電設備具有海拔128m的輪轂高度。透過配設有「-」符號的點示意性示出的風電設備具有海拔110m的輪轂高度。
此外，在每個示意性表示風電場之各風電設備的點的上方，顯示一介於零與二之間的數字。此數字表示與圖4之風電場的所有數個風電設備的平均值相比，各風電設備之以百分比表示的額外產量。該平均值例如作為參考值透過數字「1」定義。與風電場所包括之所有風電設備的平均值相比，圖4之用附圖標記430表示的風電設備例如具有增大2.5%的額外產量。此透過數字「1.025」表示。
在本說明書中描述之本發明之實施例、相應列出之任選特徵及特性及其所有相互組合皆應理解為揭示內容。特別是就對為一實施例所包括之特徵的描述而言，在未明確否認的情況下，並不表示該特徵對於該實施例之 功能而言不可或缺或至關重要。在本說明書中描述之處理步驟在各流程圖中之順序並非強制要求，亦可採用處理步驟之替代性的順序。該等處理步驟可以不同的方式實施，故可以軟體(透過程式指令)、硬體或二者之組合來實施該等處理步驟。
在申請專利範圍中使用的諸如「包括」、「具有」、「包含」、「含有」及諸如此類的概念並不將其他元件或步驟排除在外。「至少部分」表述既涵蓋「部分」的情形，亦涵蓋「完全」的情形。「及/或」表述應如下理解：替代方案與組合方案皆為揭示內容，亦即，「A及/或B」表示「(A)或(B)或(A與B)」。不定冠詞的使用並不將複數排除在外。單個裝置可以實行在申請專利範圍中述及之單元或裝置。在申請專利範圍中給出之附圖標記不應視作對所採用之構件及步驟的限制。
100:系統
110:裝置
120:資料庫
130-1、130-2、130-3:風電設備
140:地區
150:裝置

Claims (14)

  1. 一種用於風電設備佈局之方法，包括：獲取指出欲配置數個風電設備的一地區之一或多個條件的地理空間資訊，其中該地理空間資訊包括至少一風況資訊，其中該地理空間資訊藉由一測深法收集，以及其中該測深法表示出該地區內的天然隆起或下陷；決定指出該地區內可佈設該等數個風電設備中之一特定風電設備之地點的一佈局位置資訊，其中該佈局位置資訊的該決定係至少部分地基於該地理空間資訊；決定指出因該等數個風電設備之相互遮蔽而引發之風幕效應的尾流損失資訊，其中該尾流損失資訊至少部分基於該地理空間資訊以及該佈局位置資訊來決定；決定指出針對一風電設備的一或多個結構元件的結構資訊，其中一風電設備之一元件的特徵由各結構元件描述，其中該風電設備適於在該地區上使用，其中該結構資訊至少部分基於該地理空間資訊、該佈局位置資訊以及該尾流損失資訊來決定；以及決定該等數個風電設備在該地區上之佈局，其中在該等數個風電設備之各風電設備產生電能的量最大化以及該等數個風電設備中之各一者所包含均一使用的結構元件最大化的情況下，決定該等數個風電設備中之個別風電設備的輪轂高度；其中該等數個風電設備中之至少一風電設備具有一防沖刷面層，以及其中該防沖刷面層係根據土壤狀況來使 用。
  2. 如請求項1之方法，還包括：針對該地區上之該等數個風電設備中之所有風電設備具有相同輪轂高度的情形，指示性地決定一標準風資訊，其中該尾流損失資訊還至少部分基於該標準風資訊來決定。
  3. 如請求項1或2之方法，其中還在將該等風電設備之相互影響最小化的情況下，決定該等數個風電設備在該地區上之佈局。
  4. 如請求項1或2之方法，其中還在將該等風電設備中之各風電設備的絕對輪轂高度最小化的情況下，決定該等數個風電設備在該地區上之佈局。
  5. 如請求項1或2之方法，其中還在將該等數個風電設備中之各風電設備的一或多個該等均一使用的結構元件最大化的情況下，決定該等數個風電設備在該地區上之佈局。
  6. 如請求項5之方法，其中該等數個風電設備中之各風電設備之該一或多個均一使用的結構元件，主要為該等數個風電設備中之各風電設備的相同塔架、或相同基座、或該等數個風電設備中之各風電設備的相同塔架及相同基座。
  7. 如請求項6之方法，其中該等數個風電設備中之各風電設備之該一或多個均一使用的結構元件，其次為該等數個風電設備中之各風電設備的相同基礎。
  8. 如請求項1或2之方法，其中該等數個風電設備中之至少一風電設備為一無外置工作平台的風電設備。
  9. 如請求項1或2之方法，其中該等數個風電設備中之至少一風電設備為一具有單樁基礎之風電設備，其中該單樁基礎包括一套管，其中該套管包圍該單樁基礎並且還至少部分地埋入海床。
  10. 如請求項1或2之方法，其中該等數個風電設備中之至少一風電設備為一具有導管架基礎之風電設備。
  11. 如請求項1或2之方法，其中該等數個風電設備之各個個別塔架具有實質上相同的直徑。
  12. 一種用於風電設備佈局之裝置，其配設來執行、或控制、或執行及控制以下動作：獲取指出欲配置數個風電設備的一地區之一或多個條件的地理空間資訊，其中該地理空間資訊包括至少一風況資訊，其中該地理空間資訊藉由測深法收集，以及其中該測深法表示出該地區內的天然隆起或下陷；決定指出該地區內可佈設該等數個風電設備中之一特定風電設備之地點的一佈局位置資訊，其中該佈局位置資訊的該決定係至少部分地基於該地理空間資訊；決定指出因該等數個風電設備之相互遮蔽而引發之風幕效應的尾流損失資訊，其中該尾流損失資訊至少部分基於該地理空間資訊以及該佈局位置資訊來決定； 決定指出針對一風電設備的一或多個結構元件的結構資訊，其中一風電設備之一元件的特徵由各結構元件描述，其中該風電設備適於在該地區上使用，其中該結構資訊至少部分基於該地理空間資訊、該佈局位置資訊以及該尾流損失資訊來決定；以及決定該等數個風電設備在該地區上之佈局，其中在該等數個風電設備之各風電設備產生電能的量最大化以及該等數個風電設備中之各一者所包含均一使用的結構元件最大化的情況下，決定該等數個風電設備中之個別風電設備的輪轂高度；其中該等數個風電設備中之至少一風電設備具有一防沖刷面層，以及其中該防沖刷面層係根據土壤狀況來使用。
  13. 一種用於風電設備佈局之系統，包括配設來執行、或控制、或執行及控制以下動作之一或多個裝置：獲取指出欲配置數個風電設備的一地區之一或多個條件的地理空間資訊，其中該地理空間資訊包括至少一風況資訊，其中該地理空間資訊藉由測深法收集，以及其中該測深法表示出該地區內的天然隆起或下陷；決定指出該地區內可佈設該等數個風電設備中之一特定風電設備之地點的一佈局位置資訊，其中該佈局位置資訊的該決定係至少部分地基於該地理空間資訊；決定指出因該等數個風電設備之相互遮蔽而引發之 風幕效應的尾流損失資訊，其中該尾流損失資訊至少部分基於該地理空間資訊以及該佈局位置資訊來決定；決定指出針對一風電設備的一或多個結構元件的結構資訊，其中一風電設備之一元件的特徵由各結構元件描述，其中該風電設備適於在該地區上使用，其中該結構資訊至少部分基於該地理空間資訊、該佈局位置資訊以及該尾流損失資訊來決定；以及決定該等數個風電設備在該地區上之佈局，其中在該等數個風電設備之各風電設備產生電能的量最大化以及該等數個風電設備中之各一者所包含均一使用的結構元件最大化的情況下，決定該等數個風電設備中之個別風電設備的輪轂高度；其中該等數個風電設備中之至少一風電設備具有一防沖刷面層，以及其中該防沖刷面層係根據土壤狀況來使用。
  14. 一種包含有程式指令之電腦程式，該等程式指令可促使一處理器執行、或控制、或執行及控制以下動作：獲取指出欲配置數個風電設備的一地區之一或多個條件的地理空間資訊，其中該地理空間資訊包括至少一風況資訊，其中該地理空間資訊藉由測深法收集，以及其中該測深法表示出該地區內的天然隆起或下陷；決定指出該地區內可佈設該等數個風電設備中之一特定風電設備之地點的一佈局位置資訊，其中該佈局位置 資訊的該決定係至少部分地基於該地理空間資訊；決定指出因該等數個風電設備之相互遮蔽而引發之風幕效應的尾流損失資訊，其中該尾流損失資訊至少部分基於該地理空間資訊以及該佈局位置資訊來決定；決定指出針對一風電設備的一或多個結構元件的結構資訊，其中一風電設備之一元件的特徵由各結構元件描述，其中該風電設備適於在該地區上使用，其中該結構資訊至少部分基於該地理空間資訊、該佈局位置資訊以及該尾流損失資訊來決定；以及決定該等數個風電設備在該地區上之佈局，其中在該等數個風電設備之各風電設備產生電能的量最大化以及該等數個風電設備中之各一者所包含均一使用的結構元件最大化的情況下，決定該等數個風電設備中之個別風電設備的輪轂高度；其中該等數個風電設備中之至少一風電設備具有一防沖刷面層，以及其中該防沖刷面層係根據土壤狀況來使用。
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