用于運輸和安裝漂浮式風(fēng)力渦輪機的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)、漂浮式風(fēng)力渦輪機和用于 ...的制作方法
【專利說明】用于運輸和安裝漂浮式風(fēng)力渦輪機的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)、漂浮式風(fēng)力渦輪機和用于運輸和安裝所述漂浮式風(fēng)力渦輪機的方法
[0001]本發(fā)明涉及用于運輸和安裝基本上完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)。
[0002]進一步的，本發(fā)明涉及可固定到這種可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)的這種風(fēng)力渦輪機。
[0003]最后，本發(fā)明涉及用于運輸和安裝基本上完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的方法。
[0004]詳細地，本發(fā)明涉及用于離岸風(fēng)力渦輪機的運輸和安裝方法和結(jié)構(gòu)，并且具體涉及具有張力腿平臺(TLP)式支撐結(jié)構(gòu)的漂浮式離岸風(fēng)力渦輪機。
[0005]近年來，由于海洋上存在更高的風(fēng)速，離岸風(fēng)力行業(yè)已經(jīng)以極快的速度增長。然而，由于水的特性和天氣狀況，離岸風(fēng)力渦輪機的裝配和安裝已經(jīng)證明是困難且昂貴的。為了降低成本并簡化安裝，一些離岸風(fēng)力渦輪機在岸上基本上完全裝配，運輸?shù)诫x岸地點，并且然后連接到預(yù)先安裝的離岸基礎(chǔ)。這些預(yù)先安裝的基礎(chǔ)將會是嵌入到海床中的構(gòu)造，諸如單粧、導(dǎo)管架、三腳架或吸力式沉箱基礎(chǔ)。
[0006]需要專門的船只來運輸預(yù)先裝配的風(fēng)力渦輪機并在離岸地點處傾倒它們。然后需要離岸起重機或其它專門的提升設(shè)備來提升風(fēng)力渦輪機，并將其下降到預(yù)先安裝的基礎(chǔ)上。對專門的船只、提升設(shè)備和離岸起重機的需要顯著增添了離岸風(fēng)力發(fā)電場的總體費用。最大的費用是預(yù)先安裝的離岸基礎(chǔ)及其安裝的成。
[0007]由于此原因，離岸風(fēng)力渦輪機行業(yè)現(xiàn)在正朝向可以開發(fā)為在岸上基本上完全裝配并直立運輸?shù)揭^固的地點的漂浮式渦輪機發(fā)展。這是對離岸基礎(chǔ)的高成本和繁瑣安裝的改進。漂浮式風(fēng)力渦輪機的關(guān)鍵特征是支撐結(jié)構(gòu)。主要的漂浮式風(fēng)力渦輪機支撐結(jié)構(gòu)可以分類為三個組:桿型浮標、半潛式和TLP。
[0008]所有三個組都涉及穩(wěn)定漂浮式風(fēng)力渦輪機防備在安裝之后遭受到的水平、垂直和旋轉(zhuǎn)運動的問題。
[0009]半潛式是完全浸沒在水中的不透水容器的浮力穩(wěn)定的部分浸沒的結(jié)構(gòu)。然而，這意味著半潛式依賴于大的水線面面積，以穩(wěn)定所述結(jié)構(gòu)防備變化的負荷、諸如由風(fēng)力渦輪機的操作引起的那些。因此，半潛式的尺寸非常大。
[0010]用于漂浮式渦輪機的桿型浮標結(jié)構(gòu)通過裝壓艙物來穩(wěn)定。所述桿依賴于壓艙的深水船體來穩(wěn)定漂浮式風(fēng)力渦輪機。這需要超過10m的深水深度水。所述結(jié)構(gòu)也非常重且昂貴的，其中重量減少的可能性是極其不太可能的。由于桿結(jié)構(gòu)的長度，整個渦輪機和支撐結(jié)構(gòu)的岸上裝配不是可能的，由于需要離岸起重機、提升設(shè)備或?qū)ｉT的運輸船只，這進一步增加了成本。
[0011]關(guān)于TLP結(jié)構(gòu)，垂直運動通過張力腿系泊系統(tǒng)來消除，其中鋼筋束錨固到海床。該穩(wěn)定性由鋼筋束提供，允許平臺尺寸顯著減小，并且因此其更輕且更便宜。此外，所述結(jié)構(gòu)可以完全浸沒，以便減少波浪負荷。
[0012]之前提到的最通用且有成本效益的支撐結(jié)構(gòu)是TLP結(jié)構(gòu)。整個TLP系統(tǒng)為使得支撐結(jié)構(gòu)比半潛式和桿型浮標更小且更便宜。然而，涉及的最大問題是TLP結(jié)構(gòu)風(fēng)力渦輪機的運輸和安裝的成本和復(fù)雜性，由于意味著不將漂浮式風(fēng)力渦輪機錨固到海床的其安裝形式引起的其不穩(wěn)定特性，風(fēng)力和水力對基于TLP的漂浮式風(fēng)力渦輪機的浮力穩(wěn)定性有猛烈的影響。
[0013]從現(xiàn)有技術(shù)已知主要有兩種用于安裝具有TLP支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機的明顯解決方案:
[0014]第一解決方案是運輸和安裝整個TLP結(jié)構(gòu)，即分別是支撐結(jié)構(gòu)、鋼筋束、錨固物、風(fēng)力渦輪機和塔架，。然而，該解決方案所需的成本和時間相當(dāng)大。
[0015]第二解決方案是使TLP支撐結(jié)構(gòu)更大且更復(fù)雜，以便它能夠在將完全裝配的風(fēng)力渦輪機拖曳到安裝地點的運輸期間支撐完全裝配的風(fēng)力渦輪機。然而，這阻止達成TLP結(jié)構(gòu)的目的，并且將會在設(shè)計和功能上更靠近半潛式結(jié)構(gòu)。
[0016]除了上面提到的漂浮式風(fēng)力渦輪機外，還有歸類為重力式基礎(chǔ)的離岸基礎(chǔ)的類型，所述重力式基礎(chǔ)也提供一些優(yōu)點，諸如岸上裝配和現(xiàn)場更短的安裝時間。這種類型的基礎(chǔ)一般不需要到海床中的任何鉆孔或預(yù)先安裝，并且因此具有重力式基礎(chǔ)的風(fēng)力渦輪機的運輸和安裝基本上可以比得上漂浮式風(fēng)力渦輪機的運輸和安裝。
[0017]存在用于漂浮式風(fēng)力渦輪機和基本上完全裝配的離岸風(fēng)力渦輪機的支撐結(jié)構(gòu)的運輸和安裝的現(xiàn)有示例，例如“Blue H” (TLP)、Cowi (重力式基礎(chǔ))和GBF (重力式基礎(chǔ))。這些結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，然而，它們具有若干缺點，例如非常耗時且勞動密集型的安裝、笨重且難以操縱運輸裝置、由于結(jié)構(gòu)所需的支撐水平引起的大尺寸、與針對其設(shè)計它們的支撐結(jié)構(gòu)的唯一兼容性、非常高的安裝成本。此外，已知的現(xiàn)有技術(shù)包含由若干單獨的單元組成的安裝或運輸結(jié)構(gòu)，所述若干單獨的單元不形成一個自支撐且獨立的結(jié)構(gòu)。
[0018]因此，本發(fā)明的目的是提供用于漂浮式風(fēng)力渦輪機并且尤其是用于具有TLP支撐結(jié)構(gòu)的漂浮式風(fēng)力渦輪機的運輸和安裝的有成本效益的裝置和方法。
[0019]上述目的通過用于運輸和安裝基本上完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)、漂浮式風(fēng)力渦輪機以及通過用于運輸和安裝的根據(jù)獨立權(quán)利要求的基本上完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的方法來實現(xiàn)。
[0020]詳細地，所述通過一種用于運輸和安裝基本上完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，其中所述運輸和安裝結(jié)構(gòu)包含尤其以穩(wěn)定漂浮式風(fēng)力渦輪機并且可以通過移動所述運輸和安裝結(jié)構(gòu)來移動所述漂浮式風(fēng)力渦輪機的方式將可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)可拆卸地且臨時地將固定到直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的固定裝置。
[0021]進一步的，上述目的通過一種包含柜臺式固定裝置的漂浮式風(fēng)力渦輪機來實現(xiàn)，所述柜臺式固定裝置可連接到在該說明書中限定的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)的固定裝置。
[0022]最后，上述目的通過一種用于運輸和安裝幾乎完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機的方法來實現(xiàn)，所述方法包含:以穩(wěn)定直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機并且可以通過移動所述運輸和安裝結(jié)構(gòu)來移動所述漂浮式風(fēng)力渦輪機的方式的方式將基本上完全裝配且直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機固定到可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)；通過將可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)移動到指定位置，將漂浮式風(fēng)力渦輪機移動到指定位置；將漂浮式風(fēng)力渦輪機固定到提供在給定位置處的固定裝置；將運輸和安裝結(jié)構(gòu)從現(xiàn)在固定的漂浮式風(fēng)力渦輪機拆卸下來，并使其與風(fēng)力渦輪機分離。
[0023]本發(fā)明的關(guān)鍵方面是優(yōu)選可再使用的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)的使用，所述可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)可以以風(fēng)力渦輪機可以基本上完全裝配的方式附接到漂浮式風(fēng)力渦輪機，并且風(fēng)力渦輪機可以以直立的狀態(tài)移動是更適宜的。這意味著風(fēng)力渦輪機可以通過提供的岸上起重機和額外的必需設(shè)備的使用在岸上裝配，其中除了拖船或類似的標準移動設(shè)備夕卜，不需要用于提升或移動風(fēng)力渦輪機的離岸設(shè)備。在這方面，基本上完全裝配因此意味著，漂浮式風(fēng)力渦輪機以離岸安裝可以在不使用除了拖船或類似的標準移動和提升設(shè)備外的用于提升和移動的昂貴離岸設(shè)備的情況下完成的方式裝配。
[0024]優(yōu)選地，可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)以如下方式直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機，即直立的漂浮式風(fēng)力渦輪機可以沿著水平軸線移動到例如漂浮式風(fēng)力渦輪機必須安裝的指定的離岸位置。此外，可能的是，可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)還允許漂浮式風(fēng)力渦輪機的垂直運動，這會在說明書中進一步解釋。例如，當(dāng)將漂浮式風(fēng)力渦輪機級其漂浮式支撐結(jié)構(gòu)附接到TLP支撐結(jié)構(gòu)的鋼筋束時，該垂直運動有利。
[0025]將可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)暫時連接到漂浮式風(fēng)力渦輪機允許運輸和安裝結(jié)構(gòu)的可再使用性，極大地降低了安裝成本。理論上，可以使用從現(xiàn)有技術(shù)已知的任何固定裝置，然而，本發(fā)明優(yōu)選使用當(dāng)需要時容易地分開或拆卸的臨時連接或固定裝置。因此，本發(fā)明假定不包括現(xiàn)有技術(shù)中已知并且從可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)拆卸風(fēng)力渦輪機將會顯著更負責(zé)的連接裝置、諸如焊接或類似的固定裝置。
[0026]詳細地，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選提供可再使用的、可拖曳的半潛式運輸和安裝結(jié)構(gòu)，所述半潛式運輸和安裝結(jié)構(gòu)包含容易附接到和從漂浮式風(fēng)力渦輪機和/或TLP支撐結(jié)構(gòu)或類似部件拆卸下來的預(yù)先安裝的單個單元。
[0027]此外，由于所有必需的安裝和移動裝置都可以由可再使用的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)來提供，因此可以降低漂浮式風(fēng)力渦輪機的成本。這種情況的示例是，除了在本發(fā)明中詳述的運輸和安裝結(jié)構(gòu)外，不需要單獨的壓艙或移動裝置。
[0028]優(yōu)選地，可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)是一種被動結(jié)構(gòu)，所述被動結(jié)構(gòu)包含主動式牽引裝置并且尤其是不包含馬達，然而，優(yōu)選包含用于將連接到至少一個主動式牽引裝置并且尤其是拖船的連接裝置。這降低了實際的可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)的成本，并且只需要標準的且相對便宜的主動式牽引裝置、諸如拖船。拖船的使用尤其是有利的，因為在離岸風(fēng)力發(fā)電場的運輸和建造期間它最可能已經(jīng)存在?，F(xiàn)有支撐裝置、諸如拖船的多目的使用將會進一步降低成本。
[0029]優(yōu)選地，可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)包含以如下方式進行配置的可壓艙和可去壓艙漂浮裝置，即通過給相應(yīng)的裝置裝壓艙物和排放壓艙物并且尤其分別通過獲海水和/或排出海水使可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)的漂浮深度適合。優(yōu)選地，裝壓艙物或排放壓艙物可以在可漂浮運輸和安裝結(jié)構(gòu)固定