CN117794810A - 用于将风能转化为电力的浮动式海上平台 - Google Patents

用于将风能转化为电力的浮动式海上平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浮动海上平台(1)，用于通过达里厄型的具有竖直轴线的风力涡轮机(6)将风能转化为电力，并且用于通过多个光伏模块(5)将太阳能转化为电力，所述多个光伏模块还提供启动风力涡轮机(6)所需的电力。

Description

用于将风能转化为电力的浮动式海上平台
技术领域
本发明应用于涡轮机(也称为“透平机械”)领域，即，应用于适于将流体的动能和/或压力能转化成机械能(例如，转化成驱动轴围绕其轴线的旋转)的流体涡轮机械领域。
本发明特别地涉及所谓的“风力”涡轮机，即，适于将大量大气空气的运动(即，大气气流或“风”)转化成机械能的涡轮机。风力涡轮机通常通过传动轴连接到交流发电机，以将所述风力涡轮机用风能转化为的机械能转化成电力。
更准确地，本发明涉及安装在所谓的“海上”平台上的风力涡轮机，即，旨在放置在公海中的浮动式平台上的风力涡轮机。
背景技术
目前安装在海上平台上的风力涡轮机是具有水平轴线的涡轮机(turbines witha horizontal axis)，即，设有能够通过风围绕水平布置的轴线旋转的叶片的涡轮机。众所周知，仅当转子沿风吹的方向取向时，所述涡轮机才能够将风能转化为机械能。为了使具有水平轴线的风力涡轮机始终在有风的情况下运行，因此必须保持转子沿风修正的方向取向。然而，在公海上，风向不断改变。为了使安装在海上平台上的具有水平轴线的风力涡轮机始终在有风的情况下运行，就必须使得转子反复旋转，以使转子保持沿着风流方向取向。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种包括无论风吹的方向如何均适于将风能转化成机械能的至少一个风力涡轮机的海上平台来克服前述缺陷。
本发明涉及一种海上平台，所述海上平台包括：
·基座，可以将所述平台放置在海中的所述基座上；
·由所述基座支承的至少一个风力涡轮机，
所述涡轮机包括围绕旋转轴线可旋转的转子，
所述涡轮机适于将风能至少部分地转化成机械能，并且更精确地转化成所述转子围绕所述旋转轴线的旋转；
·至少一个交流发电机，所述交流发电机连接到所述转子并且适于将所述转子围绕所述旋转轴线的旋转转化成电力；
·连接到所述交流发电机并且适于从所述平台转移电力的电力传输装置，其中所述交流发电机适于转化所述转子围绕所述轴线的旋转，
当所述平台被放置在海中的所述基座处时，所述平台适于漂浮，使得所述涡轮机至少部分地位于海面之上，
其中，根据本发明，所述涡轮机是“竖直轴线”型，
所述涡轮机由所述基座支承，使得当所述平台被放置在海中的基座处时，假设海的自由表面平坦并且水平布置，则所述旋转轴线竖直布置，所述转子围绕所述旋转轴线可旋转。
有利地，与具有水平轴线的涡轮机不同，具有竖直轴线的涡轮机适于将风能转化成机械能，而与风吹的方向无关。因此，无论风吹的方向如何，本发明的平台的涡轮机均能够“接受”风。此外，与具有水平轴线的风力涡轮机不同，所述涡轮机不需要偏航角控制机构，也不需要速度倍增器。与具有水平轴线的风力涡轮机相比，较少数量的运动零部件有利地导致更有限的磨损现象。
在以下描述中公开并且在从属权利要求中提及本发明的其他创新特征。
根据本发明的一方面，所述涡轮机是“达里厄”型，
所述转子包括多个叶片，所述多个叶片连接到传动轴并且可与所述轴一起围绕所述旋转轴线旋转，
所述涡轮机适于将风能至少部分地转化为所述叶片和所述轴两者围绕所述旋转轴线的旋转，
所述轴包括第一端部和与所述第一端部相对的第二端部，
所述涡轮机由所述基座支承，使得所述第一端部比所述第二端部更靠近所述基座，
所述轴在所述第一端部处连接至所述交流发电机，
所述轴连接到所述交流发电机，使得所述交流发电机适于将所述轴围绕所述旋转轴线的旋转转化成电力，
所述平台还包括：
·适于储存电力的蓄电装置，
所述蓄电装置连接到所述交流发电机以用于储存电力，其中所述交流发电机适于转化所述轴围绕所述旋转轴线的旋转；
·旋转装置，所述旋转装置连接到所述轴并且适于使所述轴围绕所述旋转轴线旋转，
所述旋转装置是由电力提供动力的，
所述蓄电装置连接至所述旋转装置，以用于借助于储存在所述蓄电装置中的电力为所述旋转装置提供电力。
顺便提及，由于已知的达里厄型涡轮机不是自启动，因此蓄电装置(例如，蓄电器)和旋转装置(例如，电马达)的存在是必要的。借助于电马达，转子以不断增加的角速度旋转，直到达到极限速度为止，以便允许涡轮机自主运行。
根据本发明的这个方面，交流发电机靠近基座。因此，与目前包括具有水平轴线的风力涡轮机的海上平台相比，本发明的平台的重心有利地更低。较低的重心使平台在海上时具有更高的稳定性。由于交流发电机靠近基座，因此与用于将风能转化为电力的当前海上平台的交流发电机相比，该交流发电机更容易接近并且因此也更容易维护。
根据本发明的另一方面，所述蓄电装置和所述旋转装置比所述第二端部更靠近所述基座。
根据本发明的这一方面，蓄电器和电马达与交流发电机一样靠近基座。因此，它们有利地有助于在平台处于海上时为平台提供更高的稳定性并且易于接近。
根据本发明的另一方面，所述基座包括上壁，
当所述平台被放置在海中的所述基座处时，所述平台适于漂浮，使得所述上壁至少部分地位于海面之上，
所述平台在所述上壁处包括一个或多个光伏模块(光伏模块中的每一个均包括多个光伏电池)，以便当所述平台被放置在海中所述基座处时适于将太阳能转化为电力，
所述传输装置连接至所述一个或多个光伏模块并且适于从所述平台转移电力，其中所述一个或多个光伏模块适于转化太阳能。
有利地，根据本发明的这一方面，海上平台能够通过不仅将风能转化为电力，还将太阳能转化为电力来分配电力。
根据本发明的另一方面，所述一个或多个光伏模块连接至所述旋转装置，以用于为所述旋转装置提供电力。
有利地，根据本发明的这一方面，光伏模块可以分配启动涡轮机所需的电力。
根据本发明的另一方面，所述蓄电装置连接到所述一个或多个光伏模块，用于储存电力，其中所述一个或多个光伏模块适于转化太阳能。
根据本发明的另一方面，所述一个或多个光伏模块不直接连接到所述旋转装置，而是仅通过所述蓄电装置连接到所述旋转装置。
根据本发明的另一方面，从平台直接转移超出蓄电装置容量的所产生的电力。
根据本发明的另一方面，所述传输装置连接到所述蓄电装置并且适于从所述平台传输储存在所述蓄电装置中的电力。
根据本发明的另一方面，所述传输装置不直接连接到所述交流发电机，而是仅通过所述蓄电装置连接到所述交流发电机。
根据本发明的一方面，所述平台包括系泊装置，所述系泊装置适于在所述平台被放置在海中的基座处时将所述基座固定到海中的保持点(例如，嵌入海床中的系泊杆)，以便限制所述平台在海中的运动自由度。
附图说明
从以下对本发明的示例性实施例的详细描述和附图，本发明的进一步的目的和优点将变得显而易见，附图仅以非限制性解释的方式给出，在附图中：
-图1示出了根据本发明的海上平台的透视图；
-图2示出了图1中的平台的侧平面图。
具体实施方式
在本说明书的下文中，还可以参考未在该附图中明确指示但在其他附图中指示的元件来示出附图。所描绘的各种元件的比例尺和比例不一定对应于实际值。
图1和图2示出了本发明的海上平台1，所述平台包括基座2，平台1能够放置在公海中的所述基座处。基座2优选地为具有正八边形底部的直棱柱形状并且优选地包括具有优选四边形截面的多个金属管状元件3。金属管状元件3优选地在其端部处彼此连接，以便获得网格结构。参照基座2优选地并且大致成形的直棱柱，直棱柱的下底和上底之间的距离(对应于基座2的高度)优选地为四米。
基座2优选地是漂浮的并且能够放置在海中位于前述直棱柱的下底(优选地正八边形)处。更优选地，当基座2被放置在海中时，该基座漂浮，使得基座对应于前述直棱柱的上底(也优选地为正八边形)的上壁4至少部分地位于海面之上。甚至更优选地，基座2被压载，以便当将其被放置在海中时浸没其高度的大约四分之三(即，优选地大约三米)。
基座2优选地包括一个或多个光伏模块5。该一个或多个光伏模块优选地安装在壁4处，优选地以便覆盖壁的几乎整个延伸范围。顺便提及，如图1所示，模块5安装在壁4处，使得当基座2被放置在海中时，模块5中所包括的光伏电池的“转化表面”面朝上。模块5因此安装在壁4处，以便当基座2被放置在海中时适于将太阳能转化成电力。
平台1包括至少一个“竖直轴线”型的优选“达里厄(Darrieus)”型风力涡轮机6。涡轮机6优选地由基座2支承，使得当基座2被放置在海中时(即，当平台1被放置在海中的基座2处时)，涡轮机6至少部分地并且优选地完全露出海面。涡轮机6包括可围绕旋转轴线旋转的转子7。涡轮机6优选地由基座2支承，使得当基座2被放置在海中时，假设海的自由表面平坦并且水平布置，则转子7围绕该转子可旋转的所述旋转轴线竖直布置。转子7包括多个叶片8，优选地所述叶片为“弯曲”型，举例来说，叶片的数量等于三个并且成一体地连接至传动轴9。叶片8和轴9能够围绕转子7的前述旋转轴线旋转。轴9优选地平行于所述旋转轴线。更优选地，所述旋转轴线对应于轴9的纵向对称轴线。该轴包括第一端部10(在图中的底部示出)和与端部10相对的第二端部11(在图中的顶部示出)。轴9优选地布置成与壁4正交，其中端部10较之端部11更靠近基座2。
涡轮机6适于将风能至少部分地转化为转子7围绕前述旋转轴线的旋转，即，转化为叶片8和轴9围绕前述旋转轴线的旋转。达里厄型的具有竖直轴线的风力涡轮机是已知的。因此，不会提供进一步的细节。
平台1包括连接至转子7并且适于将转子7围绕前述旋转轴线的旋转转化成电力的交流发电机12。更准确地，轴9是在端部10处连接至交流发电机12的轴，使得交流发电机12适于将轴9围绕前述旋转轴线的旋转转化成电力。由于达里厄型的具有竖直轴线的风力涡轮机不是自启动的，因此平台1还包括利用键连接到轴9的电马达，以便适于使轴围绕前述旋转轴线旋转。所述引擎是由储存在蓄电器中的电力提供动力的，所述蓄电器也包括在平台1中。蓄电器连接到交流发电机12以储存电力，其中交流发电机12适于转化所述轴9围绕上述旋转轴线的旋转。蓄电器优选地还连接至模块5以用于电力储存，其中模块5适于转化太阳能。
当涡轮机6启动时，轴9由前述电马达带动旋转，从而通过先前储存在蓄电器中的电力为所述电马达供电。当蓄电器安装在平台1中时，所述先前储存的电力可以储存在蓄电器中，或者可以由模块5产生电力。启动后，蓄电器由交流发电机12和/或由模块5再充电。作为连接到蓄电器的替代方案或附接方案，所述模块还可以“直接”连接到电马达，以用于向所述电马达供电。换句话说，模块5直接和/或通过蓄电器连接到电马达。
马达和蓄电器优选地放置在靠近基座2的位置，即，位于更靠近端部11的基座2，并且更优选地也靠近端部10的基座的位置处。
平台1包括连接到蓄电器和/或直接连接到交流发电机12的电力传输***，以从平台1传输储存在蓄电器中的电力/或交流发电机12将转子7的机械能转化成电力。所述传输***还连接到模块5以从平台1传输模块5将太阳能转化而成的电力。换句话说，电力传输***直接和/或通过蓄电器连接到交流发电机12。类似地，电力传输***直接和/或通过蓄电器连接到模块5。
平台1优选地包括合适的系泊***，所述系泊***适于当平台1被放置在海中时将基座2固定至海中的保持点(例如，嵌入海床中的系泊杆)，以便限制平台1在海中的运动自由度。
平台1优选地可以被放置在风电场中，所述风电场包括通过多根电缆相互连接的多个平台1，使得可借助于单根海底电缆将平台1在全球范围内产生的电力传输到例如陆地上的变电站。
基于对优选实施例给出的描述，显而易见的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，本领域技术人员可以引入一些改变。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种海上的平台(1)，所述平台包括：
·基座(2)，所述平台(1)可放置在海中的所述基座处；
·由所述基座(2)支承的至少一个风力涡轮机(6)，
所述风力涡轮机(6)包括围绕旋转轴线可旋转的转子(7)，
所述风力涡轮机(6)适于将风能至少部分地转化为所述转子(7)围绕所述旋转轴线的旋转；
·至少一个交流发电机(12)，所述交流发电机连接到所述转子(7)并且适于将所述转子(7)围绕所述旋转轴线的旋转转化成电力；
·连接到所述交流发电机(12)并且适于从所述平台(1)转移电力的电力传输装置，其中，所述交流发电机(12)适于转化所述转子(7)围绕所述旋转轴线的旋转，
当所述平台(1)放置在海中的所述基座(2)处时，所述平台(1)适于漂浮，使得所述风力涡轮机(6)至少部分地位于海面之上，
所述风力涡轮机(6)是“竖直轴线”型，并且由所述基座(2)支承，使得当所述平台(1)放置在海中的所述基座(2)处时，假设海的自由表面平坦且水平布置，则所述旋转轴线竖直布置，所述转子(7)围绕所述旋转轴线可旋转，
所述风力涡轮机(6)为“达里厄”型，
所述转子(7)包括多个叶片(8)，所述多个叶片连接至传动轴(9)并且与所述传动轴(9)一起围绕所述旋转轴线可旋转，
所述风力涡轮机(6)适于将风能至少部分地转化为所述叶片(8)和所述传动轴(9)两者围绕所述旋转轴线的旋转，
所述传动轴(9)包括第一端部(10)和与所述第一端部(10)相对的第二端部(11)，
所述风力涡轮机(6)由所述基座(2)支承，使得所述第一端部(10)比所述第二端部(11)更靠近所述基座(2)，
所述传动轴(9)在所述第一端部(10)处连接至所述交流发电机(12)，
所述传动轴(9)连接至所述交流发电机(12)，使得所述交流发电机(12)适于将所述传动轴(9)围绕所述旋转轴线的旋转转化成电力，
所述平台(1)还包括：
·适于储存电力的蓄电装置，
所述蓄电装置连接到所述交流发电机(12)，以用于储存电力，其中，所述交流发电机(12)适于转化所述传动轴(9)围绕所述旋转轴线的旋转；
·旋转装置，所述旋转装置连接到所述传动轴(9)并且适于使所述轴围绕所述旋转轴线旋转，
所述旋转装置是由电力提供动力的，
所述蓄电装置连接至所述旋转装置，以用于借助于储存在所述蓄电装置中的电力为所述旋转装置提供电力，
所述基座(2)包括上壁(4)，
当所述平台(1)被放置在海中的所述基座(2)处时，所述平台(1)适于漂浮，使得所述上壁(4)至少部分地位于海面之上，
所述平台(1)在所述上壁(4)处包括一个或多个光伏模块(5)，以便适于当所述平台(1)被放置在海中的所述基座(2)处时将太阳能转化为电力，
所述传输装置连接至所述一个或多个光伏模块(5)并且适于从所述平台(1)转移电力，其中，所述一个或多个光伏模块(5)适于转化太阳能，
所述平台(1)的特征在于，所述一个或多个光伏模块(5)连接至所述旋转装置，用于为所述旋转装置提供电力。
2.根据权利要求1所述的平台(1)，其特征在于，所述蓄电装置和所述旋转装置比所述第二端部(11)更靠近所述基座(2)。
3.根据权利要求1所述的平台(1)，其特征在于，所述蓄电装置连接到所述一个或多个光伏模块(5)，以用于储存电力，其中，所述一个或多个光伏模块(5)适于转化太阳能。
4.根据权利要求3所述的平台(1)，其特征在于，所述一个或多个光伏模块(5)仅通过所述蓄电装置连接至所述旋转装置。
5.根据前述权利要求中的一项所述的平台(1)，其特征在于，所述传输装置连接到所述蓄电装置并且适于从所述平台(1)传输储存在所述蓄电装置中的电力。
6.根据权利要求5所述的平台(1)，其特征在于，所述传输装置仅通过所述蓄电装置连接至所述交流发电机(12)。
7.根据前述权利要求中的一项所述的平台(1)，其特征在于，所述平台包括系泊装置，所述系泊装置适于当所述平台(1)被放置在海中的所述基座(2)处时将所述基座(2)固定到海中的保持点。

Claims (10)

1.一种海上的平台(1)，所述平台包括：
·基座(2)，所述平台(1)可放置在海中的所述基座处；
·由所述基座(2)支承的至少一个风力涡轮机(6)，
所述风力涡轮机(6)包括围绕旋转轴线可旋转的转子(7)，
所述风力涡轮机(6)适于将风能至少部分地转化为所述转子(7)围绕所述旋转轴线的旋转；
·至少一个交流发电机(12)，所述交流发电机连接到所述转子(7)并且适于将所述转子(7)围绕所述旋转轴线的旋转转化成电力；
·连接到所述交流发电机(12)并且适于从所述平台(1)转移电力的电力传输装置，其中，所述交流发电机(12)适于转化所述转子(7)围绕所述旋转轴线的旋转，
当所述平台(1)放置在海中的所述基座(2)处时，所述平台(1)适于漂浮，使得所述风力涡轮机(6)至少部分地位于海面之上，
所述平台(1)的特征在于，所述风力涡轮机(6)是“竖直轴线”型，
所述风力涡轮机(6)由所述基座(2)支承，使得当所述平台(1)放置在海中的所述基座(2)处时，假设海的自由表面平坦且水平布置，则所述旋转轴线竖直布置，所述转子(7)围绕所述旋转轴线可旋转。
2.根据权利要求1所述的平台(1)，其特征在于，所述风力涡轮机(6)为“达里厄”型，
所述转子(7)包括多个叶片(8)，所述多个叶片连接至传动轴(9)并且与所述传动轴(9)一起围绕所述旋转轴线可旋转，
所述风力涡轮机(6)适于将风能至少部分地转化为所述叶片(8)和所述传动轴(9)两者围绕所述旋转轴线的旋转，
所述传动轴(9)包括第一端部(10)和与所述第一端部(10)相对的第二端部(11)，
所述风力涡轮机(6)由所述基座(2)支承，使得所述第一端部(10)比所述第二端部(11)更靠近所述基座(2)，
所述传动轴(9)在所述第一端部(10)处连接至所述交流发电机(12)，
所述传动轴(9)连接至所述交流发电机(12)，使得所述交流发电机(12)适于将所述传动轴(9)围绕所述旋转轴线的旋转转化成电力，
所述平台(1)还包括：
·适于储存电力的蓄电装置，
所述蓄电装置连接到所述交流发电机(12)，以用于储存电力，其中，所述交流发电机(12)适于转化所述传动轴(9)围绕所述旋转轴线的旋转；
·旋转装置，所述旋转装置连接到所述传动轴(9)并且适于使所述轴围绕所述旋转轴线旋转，
所述旋转装置是由电力提供动力的，
所述蓄电装置连接至所述旋转装置，以用于借助于储存在所述蓄电装置中的电力为所述旋转装置提供电力。
3.根据权利要求2所述的平台(1)，其特征在于，所述蓄电装置和所述旋转装置比所述第二端部(11)更靠近所述基座(2)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的平台(1)，其特征在于，所述基座(2)包括上壁(4)，
当所述平台(1)被放置在海中的所述基座(2)处时，所述平台(1)适于漂浮，使得所述上壁(4)至少部分地位于海面之上，
所述平台(1)在所述上壁(4)处包括一个或多个光伏模块(5)，以便适于当所述平台(1)被放置在海中的所述基座(2)处时将太阳能转化为电力，
所述传输装置连接至所述一个或多个光伏模块(5)并且适于从所述平台(1)转移电力，其中，所述一个或多个光伏模块(5)适于转化太阳能。
5.当权利要求4从属于权利要求2或3时根据权利要求4所述的平台(1)，其特征在于，所述一个或多个光伏模块(5)连接至所述旋转装置，用于为所述旋转装置提供电力。
6.根据权利要求5所述的平台(1)，其特征在于，所述蓄电装置连接到所述一个或多个光伏模块(5)，以用于储存电力，其中，所述一个或多个光伏模块(5)适于转化太阳能。
7.根据权利要求6所述的平台(1)，其特征在于，所述一个或多个光伏模块(5)仅通过所述蓄电装置连接至所述旋转装置。
8.根据权利要求2至7中的一项所述的平台(1)，其特征在于，所述传输装置连接到所述蓄电装置并且适于从所述平台(1)传输储存在所述蓄电装置中的电力。
9.根据权利要求8所述的平台(1)，其特征在于，所述传输装置仅通过所述蓄电装置连接至所述交流发电机(12)。
10.根据前述权利要求中的一项所述的平台(1)，其特征在于，所述平台包括系泊装置，所述系泊装置适于当所述平台(1)被放置在海中的所述基座(2)处时将所述基座(2)固定到海中的保持点。
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