TW202244388A - 用於接收離岸部署中之風力機塔之浮力結構 - Google Patents

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Abstract

在此揭露一種用於離岸部署之浮力結構。該浮力結構包含：一第一甲板，其具有穿過該第一甲板之一第一通道；一第二甲板，其具有穿過該第二甲板之一第二通道，其中該第一甲板及該第二甲板互相耦合且配置成互相分開；及複數可漂浮子結構，其耦合且環繞該第一甲板及該第二甲板中之至少一者，該等複數可漂浮子結構配置成互相分開，其中該第一通道及該第二通道對齊以接收一風力機塔之至少一部份。

Description

用於接收離岸部署中之風力機塔之浮力結構
本申請案主張名稱為「半整合式可垂直調整塔柱(Semi Integrating Vertically Adjustable Mast (SI-VAM))」之2021年4月29日申請之新加坡專利申請案第10202104452U號的優先權，其內容在此全部加入作為參考。
本發明係有關於用於離岸部署之浮力結構，特別是作為用於接收一風力機塔之一漂浮離岸風機平台或基座結構。
在習知技術中，有各種漂浮平台設計。用於一離岸風力機之大部份現有結構通常具有可整合於其中之用於一風力機的一管狀中心。例如，許多習知漂浮平台可各包括錨泊或繫泊之一漂浮基座，一高架結構由該漂浮基座向上延伸且該高架結構之一頂面保持在海平面上，其中一風力機被支持在該高架結構之頂面(甲板)上。
其他習知漂浮平台可各使用設置在該平台上之一管柱以容許一風機塔柱安裝在該管柱上。因為該管柱具有具一封閉底端之一實體管狀壁以便當部署該漂浮平台用於操作時防止水通過該實體管狀壁及該封閉底端進入該管柱，所以該管柱被稱為非無柱式。這些漂浮平台中之某些漂浮平台可具有設置在該漂浮平台之實質中心的管柱，而其他漂浮平台可具有設置成偏離該漂浮平台之中心的管柱。
漂浮平台設計目前面對之挑戰係需要滿足增加風力機容量及較嚴苛環境之操作性。
在本發明之一第一態樣中，提供一種用於離岸部署之浮力結構，該浮力結構包含：一第一甲板，其具有穿過該第一甲板之一第一通道；一第二甲板，其具有穿過該第二甲板之一第二通道，其中該第一甲板及該第二甲板互相耦合且配置成互相分開；及複數可漂浮子結構，其耦合且環繞該第一甲板及該第二甲板中之至少一者，該等複數可漂浮子結構配置成互相分開，其中該第一通道及該第二通道對齊以接收一風力機塔之至少一部份。有利地，該浮力結構可用於支持一風力機在一水體中，例如在一海或海洋中。有利地，該「無柱式」中心提供優於現有系統之數個優點，該等優點包括該浮力結構之結構中心中的一較小水線面積，其提供較佳運動特性、減少整體鋼使用及重量及增加可使用空間以配合其他功能。
較佳地，該浮力結構更包含複數連接元件以便將該等複數可漂浮子結構耦合在該第一甲板及該第二甲板中之至少一者上，其中該等複數可漂浮子結構係配置成以一徑向方式環繞該第一甲板及該第二甲板中之至少一者，且由該第一甲板及該第二甲板中之至少一者向外延伸。
較佳地，該浮力結構更包含一支持元件以便直接地耦合該第一甲板及該第二甲板。有利地，該支持元件容許在該浮力管柱之中心與該等可漂浮子結構間之一較短跨距，藉此改善該浮力結構之結構完整性。
較佳地，該支持元件係配置成沿著該第一甲板及該第二甲板之一周邊互相分開。
較佳地，該支持元件係選自於由一桿、一格狀框架、一橫樑、一壁及其任何組合構成之群組。
較佳地，該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含一頂面及與該頂面相對之一底面，該第一甲板之該頂面及該等複數可漂浮子結構之該頂面係實質地沿著一甲板平面配置及/或該第二甲板之一底面及該等複數可漂浮子結構之該底面係實質地沿著一龍骨平面配置。
較佳地，該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含一長管柱。更佳地，該長管柱具有一多邊形水平橫截面。在一實施例中，該長管柱具有一八邊形水平橫截面。在一實施例中，該長管柱具有一梯形水平橫截面。有利地，該多邊形橫截面減少建造工作量，因此容許增加生產同時改善疲勞壽命且明顯地減少材料浪費量。
較佳地，該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含耦合在該長管柱上之一浮筒。更佳地，該浮筒具有一多邊形水平橫截面。在一實施例中，該浮筒具有一八邊形水平橫截面。在一實施例中，該浮筒具有一梯形水平橫截面。有利地，該多邊形橫截面減少建造工作量，因此容許增加生產同時改善疲勞壽命且明顯地減少材料浪費量。
在一實施例中，該長管柱係耦合在該浮筒之一實質中心區域上。
在一實施例中，該長管柱係耦合在該浮筒之一實質偏心區域上。有利地，藉由具有一偏心管柱中心，可進一步加強該浮力結構之穩定性能而使它可更容易由一良性環境擴展至一嚴苛環境及由一較低百萬瓦輪機設備擴展至一較高百萬瓦輪機設備。
較佳地，該長管柱包含一頂區域及與該頂區域相對之一底區域，該頂區域係耦合在該第一甲板上且該底區域係耦合在該浮筒上。
較佳地，該浮筒係耦合在該第二甲板上。在一實施例中，該浮筒更耦合在該第一甲板上。
較佳地，該浮力結構更包含一起重模組，該起重模組係組配成使該塔上升或下降通過該第一通道及該第二通道。
較佳地，該浮力結構更包含用於繫泊該浮力結構之複數錨定點及/或一壓載系統。
較佳地，該等複數浮力結構包含至少三個可漂浮子結構。
在一實施例中，該浮力結構係一半整合式可垂直調整塔柱(SI-VAM)且係設計成任一種風力機都可整合在該SI-VAM上之用於漂浮離岸風機工業的一三管柱半沈式浮力結構。該SI-VAM設計特徵導致建造工作量之明顯減少而可大量生產同時改善疲勞壽命。材料浪費量亦明顯地降低。
該SI-VAM可部署為具有極佳運動特性之一漂浮離岸風機平台以便用一符合成本效益且對建造有利之方案及加強結構完整性來改善操作性。此外，該SI-VAM可輕易地擴展成適合在離岸風機工業中增加風力機容量。
該設計可包括(多個)多邊形管柱及(多個)浮筒。該設計亦可包括一無柱式管柱以通過該無柱式管柱接收一風機塔/塔柱。該無柱式管柱可為一無柱式中心管柱。意圖係在減少重量、可施工性、可擴展性及較佳運動特性方面達成一堅固、穩定且最佳化之設計。
在各種實施例之上下文中，一無柱式管柱可為具有一開口底部之一管柱。換言之，該無柱式管柱容許接收之塔/塔柱的至少一部份向下延伸且伸出該開口底部。
SI-VAM係包括一無柱式中心管柱及頂與底互連結構之一組合的一漂浮離岸風機平台。該獨特無柱式中心管柱可如附圖中更詳細所述地具有多種功能。
在以下說明中提出許多特定細節以便徹底了解本發明之各種說明實施例。但是，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是本發明之實施例可在缺少某些或全部這些特定細節的情形下實施。在其中一方法或裝置之上下文中所述的實施例類比地適用於其他方法或裝置。類似地，在一方法之上下文中所述的實施例類比地適用於一裝置，且反之亦然。
除非另外定義，在此使用之全部技術及科學用語具有發明所屬技術領域中具有通常知識者一般了解之意義。
該等用語「大約」、「大略」、「實質地」必須參照申請案之上上文全體來解讀，且考慮由該用語限定之特定技術用語在相關領領域中通常具有之意義。例如，可了解的是可在某一裕度內實行或獲得某一參數、功能、效果或結果，且所屬技術領域中具有通常知識者知道如何獲得該用語之裕度。
該用語「A或B中之至少一者」表示它只需要單獨A、單獨B或A與B，即只需要A或B中之一者。
在不偏離本揭示之範圍的情形下可對在此所述之系統、設備及方法進行修改、添加或省略。例如，該等系統及設備之組件可整合或分開。此外，在此揭露之該等系統及設備的操作可藉由更多、更少或其他組件來實行且所述方法可包括更多、更少或其他步驟。另外，可以任何適當順序實行多個步驟。在這文獻中使用之「各」表示一組之各構件或一組之一子組的各構件。
參照一形貌體或元件使用的在此使用之冠詞「一」及「該」包括表示一或多個形貌體或元件。在此使用之用語「及/或」包括一或多個相關列舉物件之任一或全部組合。在此使用之用語「第一」、「第二」及「第三」等只用來作為標號而非意圖對其物體施加數值之要求。在此使用之用語「頂」、「底」、「左」、「右」、「側」、「垂直」及「水平」係用於說明該等元件及形貌體之相對配置。在此使用之用語「互相」表示依據相關物體之數目，二或二個以上物體間之一相互關係。
範圍可在此表示為由「大約」一特定值及/或至「大約」另一特定值。當表示該範圍時，另一態樣包括由一特定值及/或至另一特定值。類似地，當值藉由使用先行詞「大約」表示為近似值時，可了解的是該特定值形成另一態樣。更可了解的是各範圍之端點在與該另一端點有關及與該另一端點無關兩種情形中都是有效的。亦可了解的是有許多在此揭露之值且除了該值本身以外，各值亦在此揭露為「大約」該特定值。例如，若揭露該值「10」，則亦揭露「大約10」。亦可了解的是亦揭露兩個特定單位間之各單位。例如，若揭露10與15，則亦揭露11、12、13與14。
該用語「實質地」未排除「完全地」，例如「實質地沒有」Y之一組成可完全地沒有Y。在必要時，該用語「實質地」可由本發明之定義刪除。
雖然這些用語之各用語具有不同意義，但本申請案中該等用語「包含」、「由…構成」及「主要由…構成」全都可互換。該用語「具有」具有與「包含」相同之意義且可用該用語「由…構成」或「主要由…構成」替換。
除非上下文另外清楚地表示，例如「耦合」、「連接」、「附接」、「共軛」及「連結」在此可互換使用且包含直接及間接連接、附接、連結或共軛。耦合二組件可表示該等二組件為直接地或間接地、可分離或不可分離地固定、焊接或固結。
藉由「多邊形」表示具有三或三個以上邊之一表面或除了頂與底面以外更具有三或三以上側面之一三維物體。可使用之多邊形包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形等。
該浮力結構100可具有一上(第一)甲板8、一下(第二)甲板9及耦合且環繞該上甲板8及該下甲板9中之至少一者的複數可漂浮子結構。該上甲板8及該下甲板9互相耦合且配置成互相垂直地分開。該上甲板8及該下甲板9之耦合可如以下更詳細說明地為直接或間接。該等可漂浮子結構係配置成互相分開且在以下更詳細地說明。意圖係在減少重量及較佳運動特性方面達成一堅固、穩定且最佳化之設計。
該上甲板8及該下甲板9各具有穿過其甲板(穿過該甲板之相對表面，例如由該甲板之頂面穿過至底面)之一通道。該等通道在兩端具有開口端以容許該塔1通過該通道及甲板8、9。當部署在海水或其他水體中時，該下甲板9浸沒在水中且水可流過該下甲板9之通道。該上甲板8及該下甲板9之通道對齊而形成一第三連續通道以接收一風力機塔1之至少一部份。因此，該第三通道係由該上甲板8、該下甲板9之該等通道及該等甲板8、9間之一通道構成。該浮力結構100可具有在當該浮力結構使用時所見之垂直方向上的一中心軸。該中心軸可在該第三通道之中間並與該第三通道之縱軸且必然地與該上甲板8及下甲板9之通道平行。在一實施例中，該中心軸可與該第三通道之縱軸同軸。在另一實施例中，該中心軸與該第三通道之縱軸平行但未對齊而呈一偏心對齊。該塔1可藉由容許該塔固定在該浮力結構100上之一附接裝置或一固定系統來耦合在該浮力結構100上。舉例而言，在該浮力結構100與該風力機一起操作之情況中，該塔1可與該下甲板9之底部齊平。但是，在安裝及維修時，該塔1會由於該風力機之高度降低而移動超出該浮力結構100(例如下方)。
一支持元件10可任選地設置成直接地耦合在該上甲板8及該下甲板9上。一支持元件之例子包括：包括複數桿之一桿、一格狀框架、一橫樑及一壁。該支持元件10宜配置成環繞該上甲板8之底面及該下甲板9之頂面的周邊或邊緣。可了解的是該上甲板8及下甲板9之頂面係相應且面向相同方向，且對該上甲板8及下甲板9之底面而言亦類似。因此，該上甲板8之頂面係遠離該第二甲板之一表面，同時該上甲板8之底面面向該下甲板9之頂面。有利地，這提供額外結構完整性且取決於欲由該浮力結構100承載之負載(例如該風力機)的需求。此外，該支持元件10，例如該等複數桿改善該浮力結構之結構完整性且容許該等甲板8、9與可漂浮子結構間之一較短跨距。
在一實施例中，該支持元件10係一連續壁(例如具有一圓形水平橫截面或一橢圓形水平橫截面之一壁)且該上甲板8與下甲板9間之第三通道的該部份可具有環繞該第三通道之中間部份的壁，可了解的是該壁未封閉該等兩端部以容許該塔1被接收在該等通道中。該壁可由該上甲板8之底面延伸至該下甲板9之頂面，且該上甲板8之底面面向該下甲板9之頂面。該壁亦可被視為具有開口端之一中空圓柱體。該上甲板8、下甲板9及第三通道可被稱為一無柱式管柱4。較佳地，該上甲板8、下甲板9及第三通道以及因此該無柱式管柱4係在該浮力結構100之中心。
有利地，該無柱式管柱4減少在該浮力結構100之中心的水線面積，藉此提供較佳運動特性同時減少該浮力結構之重量及材料使用，特別是減少使用之總鋼重量。此外，它增加用於其他用途之可用空間且改善運動反應同時減少使用之鋼量。
該等可漂浮子結構可耦合在該上甲板8及下甲板9中之至少一者，最好在兩者上。該等可漂浮子結構可配置成互相分開且環繞該耦合甲板(該上甲板8及下甲板9中之一者或兩者)且較佳地互相等距。較佳地有至少三個可漂浮子結構。藉由該等連接元件5將該等可漂浮子結構附接在該上甲板8及/或下甲板9容許當該塔1被接收在該浮力結構中時該浮力結構100之上甲板8位在該水線21以上同時該下甲板9浸沒在水中。可了解的是在沒有該塔1之情形下，該等甲板8、9之相對位置可依據尺寸而不同。該等可漂浮子結構可配置成以一徑向方式環繞該上甲板8及下甲板9中之至少一者且由該耦合甲板向外延伸。因此，該徑向耦合可被視為一輪轂及輪輻，且該等甲板8、9被視為該輪轂並且該等可漂浮子結構被視為該等輪輻之末端。
各可漂浮子結構可包含一長管柱2及一浮筒3。較佳地，該長管柱2及浮筒3中之一者或兩者可具有一多邊形水平橫截面。有利地，由可施工性之觀點來看，該長管柱2及浮筒3之多邊形水平橫截面(即直板及隅角6之彎折半徑)提供製造之容易性。該長管柱2及浮筒3可各具有一多邊形水平橫截面且該等邊緣之間具有隅角6。該長管柱2及浮筒3亦可由於其多邊形水平橫截面而被視為呈多邊形，且因此在此可被稱為一多邊形長管柱2及一浮筒3。對該長管柱2及浮筒3兩者而言該多邊形橫截面可具有三或三個以上邊緣，較佳係三至十個邊緣。在一實施例中，該多邊形具有八個邊緣。因此，可使用之該等多邊形包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形等。該多邊形可為一規則多邊形(換言之，該多邊形之角度相等且全部邊具有相同長度)。在一實施例中，該長管柱2具有一頂區域及與該頂區域相對之一底區域，且該浮筒3係耦合在該長管柱2之底區域上。該長管柱2之頂區域可耦合在該上甲板8上。該下甲板9可耦合在該浮筒3上。在一實施例中，該上甲板8亦耦合在該浮筒3上。
任選地，該上甲板8之頂面與可為該長管柱2之頂面15的該可漂浮子結構之頂面15齊平。該上甲板8及可漂浮子結構或長管柱2之頂面係實質地沿著相同平面配置且可稱為一甲板平面22。耦合該上甲板8及可漂浮子結構或長管柱2的該連接元件5之一頂面亦可與該甲板平面22齊平。任選地，該下甲板9之底面與可為該浮筒3的該可漂浮子結構之底面齊平。該可漂浮子結構或浮筒3及下甲板9之底面係實質地沿著相同平面配置且可稱為一龍骨平面24。此外，耦合該下甲板9及可漂浮表面或浮筒3的該連接元件5之底面亦可與該龍骨平面齊平。較佳地，該浮筒3、下甲板9及連接元件5之頂面亦在相同浮筒甲板平面23上。
該多邊形長管柱2及浮筒3係成形為使得建造工作量明顯地減少而可大量生產同時改善疲勞壽命。材料浪費量亦明顯地減少。
該等實施例之另一有利特徵係具有用於該可漂浮子結構之一偏心管柱中心而非同心以進一步增加穩定性能的選擇權。這使該等實施例可輕易地由一良性環境擴展至一嚴苛環境及由一較低百萬瓦(MW)輪機設備擴展至一較高百萬瓦輪機設備。在一同心管柱配置中，該長管柱2係耦合在該浮筒3之一實質中心區域(例如，靠近或在該浮筒之中心)上。在一偏心配置中，該長管柱2係耦合在該浮筒3之一實質偏心區域(例如，靠近一邊緣或在該浮筒3之邊緣與中心之間)上。
複數連接元件5(即一互連結構)可設置成將該等可漂浮子結構耦合在該上甲板8及/或下甲板9上。如在此所述實施例中之一實施例中可知，該等連接元件5亦可將該上甲板8間接地耦合在該下甲板9上。連接元件之例子包括一桿及一橫樑。該連接元件5可用於將該上甲板8耦合在該長管柱2之一頂區域上，且該長管柱2之底區域附接在該浮筒3上。該連接元件5可用於將該下甲板9耦合在該浮筒3上。一對角連接元件5亦可用於將該上甲板8耦合在該浮筒3上。
如由在此之圖及說明可知，該上甲板8及下甲板9可藉由該支持元件10直接地耦合在一起或藉由該等連接元件5及撐桿11間接地耦合在一起。
圖1A顯示該浮力結構100之一實施例的立體圖，且一風力機被接收在該浮力結構100中，特別是被接收在該浮力結構100之通道中。圖2A顯示無該塔之圖1A之實施例的俯視平面圖。在圖1A中，該上甲板8具有由該上甲板8之頂面通至底面的一通道且可被視為一第一通道，即形成該上甲板8之通道的穿過該上甲板8之一孔。類似地，該下甲板9具有由該下甲板9之頂面通至底面之一通道且可被視為一第二通道。該上甲板8及下甲板9之通道對齊以接收一風力機塔1(亦可稱為一塔柱)。該上甲板8及下甲板9之通道以及該上甲板8與下甲板9間之中介空間可被視為形成一第三通道。因為中心部份為中空以接收該塔1，所以該上甲板8、下甲板9及通道亦可被稱為一「無柱式」中心管柱4。圖3A所示之另一實施例可在無該塔1之情形下更清楚地觀察該等通道。可了解的是該上甲板8及下甲板9之大小、形狀及橫截面可相同或不同。例如，因為需要在該上甲板8安裝更多設備，所以該上甲板8可比該下甲板9厚。此外，該浮力結構100之一中心軸可位在中間且與該第三通道12(且亦與該上甲板8及下甲板9之通道)之縱軸平行且同軸(或一致)。
在圖1A中，該支持元件10包含各設置在該連接元件5及甲板8、9之交點的三桿(或支柱)10。該上甲板8可藉由一連接元件5，例如一橫樑或一棒耦合在該長管柱2上，且該下甲板8可類似地耦合在該浮筒3上。
在圖1A與2A中，該實施例具有三個可漂浮子結構，各可漂浮子結構係連接在該上甲板8及下甲板9上。該第三通道12(由該上甲板8、下甲板9之通道及該等甲板8、9間之通道形成)包含沿著其縱向側或長側的該浮力結構100之中心軸，且亦較佳地通過該甲板平面及龍骨平面之中心點。該等三個可漂浮子結構可配置成互相等距使得各可漂浮子結構可被視為一等邊三角形之一端。該實施例更包含三個支持元件10，各支持元件係放置成靠近該連接元件5及上與下甲板8、9之交點。
在圖1A與2A中，該長管柱2及浮筒3各具有邊緣間具有隅角6的一多邊形水平橫截面，特別是一八邊形水平橫截面。由於其多邊形水平橫截面，該長管柱2及浮筒3亦可被視為呈多邊形(特別是一八邊形)。在該實施例中，如圖2A中最清楚可見，該長管柱2係耦合在該浮筒3之實質中心區域(如虛線所示)且一實質均等間距7在該長管柱2及浮筒3之邊緣間。將該長管柱放在該浮筒3之實質中心區域可稱為一同心配置。
該塔1可藉由容許該塔固定在該浮力結構100上之一附接裝置或一固定系統來耦合在該浮力結構100上。舉例而言，在該浮力結構100與該風力機一起操作之情況中，該塔1可與該下甲板9之底部齊平(即如以下及圖3B所述所示地與該龍骨平面齊平)。但是，在安裝及維修時，該塔1會由於該風力機之高度降低而移動超出該浮力結構100(例如下方)。
圖1B與2B顯示該浮力結構100之另一實施例的立體圖及俯視平面圖。這實施例與圖1A與2A所示實施例間之差異係該長管柱2如圖1B與2B中所示地在一實質偏心區域或靠近該浮筒上之一邊緣地耦合在浮筒3上。因此，該長管柱2之邊緣與該浮筒3之邊緣間的間距7不均等。在一實施例中，該間距7在面向該連接元件5的該長管柱2之側較大，如圖2B所示。該上甲板8、下甲板9、連接元件5及支持元件10之其他特徵係與圖1A所示者相同。在圖2B中可看到該長管柱2係大部份設置在由虛線所示之象限中之一象限中且該長管柱2之中心縱向及垂直軸不再與該浮筒3之中心同軸。這被稱為一偏心配置。將該長管柱2放置在一實質偏心區域可被稱為一偏心配置。有利地，該偏心長管柱2及浮筒3配置增加該浮力結構100之穩定性能。長管柱2在該浮筒3上之不同可用配置使該等實施例可輕易地由一良性環境擴展至一嚴苛環境及由一較低百萬瓦輪機設備擴展至一較高百萬瓦輪機設備。因此，該長管柱2之放置可依據該浮力結構100之操作位置來調整。
圖3A顯示沒有該塔1之類似圖1A之實施例的一實施例的立體圖。圖3A之實施例具有在該上甲板8與浮筒3之間以便將它們耦合在一起的額外撐桿11。該撐桿11可單獨地或組合地耦合在該長管柱2之底區域或該浮筒3上。
圖3B顯示圖3A之實施例的側橫截面圖，且一塔被接收在該第三通道12中。可看見當該塔1被接收在該浮力結構100中時，該浮力結構100部份地浸沒且該下甲板9在該水線21下方並沈浸在水中，同時該上甲板8係在該水線21以上且可配置設備及人員。在圖1A、1B與3A所示之實施例中，該長管柱2(及必然地該可漂浮子結構)之頂面15、該長管柱之頂區域與該上甲板8間之連接元件5的頂面及該上甲板8之頂面係實質地在相同甲板平面22上。該浮筒3(及必然地該可漂浮子結構)之底面、該浮筒3與該下甲板9間的該連接元件5之底面及該下甲板9之底面係實質在相同龍骨平面24上。此外，該浮筒3之頂面13、該浮筒3與該下甲板9間的該連接元件5之頂面及該下甲板9之頂面係實質在相同浮筒甲板平面23上。
圖4顯示類似圖3A之實施例的一實施例。該等二實施例間之差異係在圖4中該支持元件10係一格狀框架10而非圖3A之實施例中的三桿。該格狀框架10大致包含包括複數垂直桿、水平桿及對角桿的一桿之網格。在圖4中，該格狀框架10包含三垂直桿且複數水平及對角桿在該等三垂直桿之間。但是，可使用任何適當格狀框架作為該支持元件10。
圖5顯示類似圖3A之實施例的一實施例，但由底部(或浮筒3側)觀察。在圖5之實施例中，該支持元件10包含三垂直桿(如圖3A所示)且另外地包含耦合該上甲板8及下甲板9之一圓形壁。該壁環繞該上甲板8與下甲板9間的該第三通道12之中間部份。該壁及通道可視為兩端開口以接收該塔1之一中空圓柱形外殼。
圖6A與6B分別地顯示無及有該支持元件10之二實施例的比較。圖6B由一不同視角顯示圖3A之實施例。在圖6A與6B中，該浮力結構之較黑下部份顯示由於作業吃水線而產生之水線。換言之，該浮力結構100之較黑區域可在該作業吃水線浸沒在水中。在圖6A中，該實施例沒有用於直接地耦合該上甲板8及下甲板9之一支持元件10。相反地，該上甲板8及下甲板9係藉由該等連接元件5間接地耦合。在圖6A中，該等連接元件5包含在該上甲板8與該等長管柱2之頂區域間之三橫樑5、在該下甲板與該等浮筒3間之三橫樑5及該上甲板8與該等浮筒3(或該長管柱2之下區域)間之三對角撐桿。圖6B之實施例的另外支持元件10(例如圖6B所示之三垂直桿)可相較於圖6A之實施例改善該浮力結構100之結構完整性且產生在該等甲板8、9與可漂浮子結構之間(例如上甲板8與長管柱2之間及下甲板9與該浮筒3之間)的一較短跨距(及連接元件5)。有利地，這減少所需材料量且減少該浮力結構之重量。
圖7顯示具有可漂浮子結構之一實施例，該可漂浮子結構具有一四邊形(換言之，一四邊形水平橫截面)長管柱2及浮筒3，詳而言之，一梯形長管柱2及一實質正方形或矩形浮筒3。當由上方觀察時，該長管柱2具有一梯形水平橫截面。較佳地，耦合在該上甲板8上的該長管柱2之頂部比安放在該浮筒3上的該長管柱2之底部大。在圖7所示之實施例中，該梯形水平橫截面具有一對平行邊且該梯形之較短邊耦合在該連接元件5上並且面向該浮力結構100之中心。該等平行邊之較長邊面向該浮力結構100外側。該浮筒3可具有包括一正方形水平橫截面之一矩形水平橫截面，或如在此所述之其他多邊形橫截面。圖7之實施例的連接元件5將該上甲板8耦合在該長管柱2上且將該下甲板9耦合在該浮筒3上，亦可使用在此所述之其他構態。此外，撐桿11將該上甲板8耦合在該浮筒3上。該支持元件10可為耦合該上甲板8及下甲板9之一圓形壁且可被視為兩端開口以接收該塔1之一中空圓柱外殼。
圖8顯示具有該風力機及一繫泊系統之浮力結構100的立體圖。該浮力結構100可包含用於繫泊該浮力系統之複數錨定點且較佳係三錨定點。該等錨定點可設置在該長管柱2之頂區域上。一繫泊系統例可為具有展開懸鏈式繫泊設計的一符合成本效益之三繩索14概念。該實施例使用一拖錨，但亦可使用其他種類之錨。在該浮力結構100之甲板使用一導鏈器連接以加強穩定度來抵抗風致傾覆力矩。 如圖8所示，該風載之力作用在該風力機上且該駐站繫泊負載之力作用在該浮力結構100上且產生一力臂。
圖9顯示布署在一水體中之浮力結構100的側橫截面圖。一安裝船200或維修船200可用於在該浮力結構100及該風力機上安裝該風力機或實行維修工作。
該浮力結構100可具有一起重模組，該起重模組係組配成使該塔1上升及下降通過該第一通道、第二通道及第三通道12。該起重模組可用於在維修時使該塔下降且提供一降低之安裝及維修高度。這減少高空作業風險及預期營業費用(OPEX)。此外，該起重模組減少對大起吊能力安裝船之依賴且因此可節省更多成本及產生更大效率。舉例而言，該起重模組可為在安裝或維修工作時與該浮力結構100一起布署之一可攜式單元。一介面結構或平台可設置在該上甲板8上以容許該起重模組與該浮力結構100一起固定地使用。或者，該起重模組可與該浮力結構100，例如在該上甲板8上一體地建成。
可使用之一風力機例係如表1所示的具有12至14 MW之一容量的GE Haliade X風力機。
表1：可與該浮力結構100一起使用之一風力機的特性
特性 規格值
轉子直徑(m) 220(右方之註解2)
旋翼長度(m) 107
掃掠面積(m 2) 38,000
切入風速(m/s) 3.5
切出風速(m/s) 28
圖10A與10B比較該浮力結構100及其他系統之二實施例的運動特性。圖10A顯示不同時間(時段)之起伏反應振幅運算子(RAO)。圖10B顯示不同時間之俯仰反應振幅運算子(RAO)。用於該浮力結構100之RAO資料可由aqwa軟體取得。該等RAO係依據用於一12 MW風力機之一浮力結構100在中等環境條件下取得。用於現有浮力結構之RAO資料係由公共領域取得，但可取決於不同風機功率設定值。
線56與59分別地顯示圖7與1A所示之浮力結構的實施例相較於其他系統的起伏效能，且可觀察到所述之浮力結構100的實施例提供比現有系統好之運動特性。該等起伏及俯仰特性可部份取決於布署該浮力結構100之環境條件。因為該風力機總成可耐受比現有系統嚴苛之條件，所以這產生具有較高操作性之浮力結構100及風力機的風力機總成。
全部風力機及其總成具有它可操作之一最大俯仰及/或起伏角度。若海洋條件嚴苛且該風力機總成超過該最大角度，該風力機停止操作。藉由具有比現有系統好之起伏及俯仰特性，在此所述之浮力結構100可在更嚴苛條件下操作且使該風力機之操作時間達到最長。
表2：在浮力結構100及現有系統間之鋼重量比較
  單位 在此所述之浮力結構 系統A 系統B 系統C
功率 MW 12 5 5 10
吃水 m 20 20 13.2 22
出水高度 M 11.5 12 18 11
船體鋼重 mt 3500(NTE) 2084 2660 3213
塔柱鋼重 mt 477 270 270 540
總鋼重 mt 3900(NTE) 2354 2930 3753
鋼重/MW MT/MW ＜375 471 586 375
以上表2顯示該浮力結構100及現有系統(或設備)之比較。因為其他系統適合一不同風力機容量，所以該鋼重/MW為各系統提供該等不同系統之各別重量的一較公平比較。可由表2觀察到該浮力結構100之實施例具有3900 mt之一不超過(NTE)總鋼重且該浮力結構100之實施例的鋼重/MW比其他現有系統低。
圖11顯示可與表示該壓載組件之陰影區域一起使用的不同壓載系統。在一實施例中，使用海水作為該壓載且沒有任何主動壓載系統。該下甲板9中之開口端通道容許海水流過。該實施例滿足按照挪威驗船協會(DNV)要求之完整穩定度及按照移動式離岸鑽井平台(MODU)要求之破損穩定度。在另一實施例中，具有不同壓載內容物之一固定壓載可與大約1.88 m之一增加定傾高度(GM)一起使用且如圖11所示。例如，可使用混凝土或重晶石作為該固定壓載內容物。該壓載系統可設置在浮筒3及/或長管柱2上及/或內。
可使用該浮力結構100之非限制條件包括大約44 m/s之一風速、至多且大約10.9 m之一明顯浪高及大約9至16秒之一尖峰時段範圍。該浮力結構100可如上所述地修改以配合欲操作之環境的操作條件。
在此所述之浮力結構100的實施例相較於現有系統提供數種技術優點。該等實施例相較於現有系統具有較高操作性以及最大化之功率產生及極佳之如起伏、俯仰及漂移等運動特性。該等實施例具有滿足包括破損穩定度之工業穩定度要求且具有一較低垂直重心(VCG)的一堅固船體設計。該等實施例具有一明顯船體重量降低以及比現有系統低之每功率重量(每MW之MT)值(或比率)。該等實施例具有較佳結構強度及疲勞壽命以及一預估25年之壽命期限。該等實施例具有較佳可施工性及具有減少焊接要求之彎折半徑的一簡化且對建造有利之船體形式。該等實施例適合擴展以便例如藉由在該可漂浮子結構中之浮筒3上使用一同心或偏心長管柱2來達成增加風機容量。可預期的是對於較大風力機而言可節省更多成本。此外，不需要主動壓載系統，但若需要亦可依據環境條件設置。對操作、安裝及維修(OIM)而言，該等實施例具有一較佳耐候防護。
該浮力結構100之各種實施例可提供： 1.適合一風力機塔1的一浮力結構100。 2.具有一多邊管柱2之一浮力結構100，該多邊管柱具有三或三以上邊且具有規則或不規則形狀。 3.具有多邊浮筒3之一浮力結構100，該多邊浮筒具有三或三個以上邊且具有規則或不規則形狀。 4.具有一無柱式中心管柱4之一浮力結構100，該無柱式中心管柱具有用於獲得較佳運動特性及減少重量之一減少水線面積。 5.具有一無柱式中心管柱4之一浮力結構100，該無柱式中心管柱具有增加可用空間。 6.具有在該多邊形之隅角(6)之較佳設計疲勞壽命的一浮力結構100。 7.具有偏心或同心浮筒3及長管柱2配置之一浮力結構100。 8.具有互連接結構5之一浮力結構，該等互連接結構包括但不限於頂、底、垂直及對角結構及撐桿。
在一實施例中提供一漂浮離岸浮力結構100，其包含： 一管柱4，其組配成接收一風力機塔1的至少一部份，其中該管柱4具有供該塔1之該至少一部份進入通過的一開口頂端及與該開口頂端相對之一開口底端，該開口底端係組配成容許水流過，藉此提供一無柱式管柱4；及 複數可漂浮子結構，其以一徑向方式配置且耦合並由該浮力結構100之一中心軸向外延伸，各可漂浮子結構具有一頂端及與該頂端相對之一底端， 其中該管柱4係耦合在該等複數可漂浮子結構中之至少一可漂浮子結構上使得該管柱之該開口頂端及該等複數可漂浮子結構之頂端實質地沿著一相同甲板平面22配置，且該管柱之該開口底端及該等複數可漂浮子結構之底端實質地沿著一相同龍骨平面24配置。
較佳地，該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含具有一多邊形水平橫截面之一長管柱2。
較佳地，該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含具有一多邊形水平橫截面之一浮筒3。
較佳地，該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含：一長管柱2，其具有一多邊形水平橫截面；及一浮筒3，其具有一多邊形水平橫截面，其中該長管柱2由該浮筒3向上延伸。
較佳地，該無柱式管柱4包含沿著該浮力結構100之中心軸配置的一無柱式中心管柱4。
較佳地，該無柱式管柱4包含延伸在該開口頂端與該開口底端間之複數支持元件10，該等複數支持元件10配置成沿著該無柱式管柱4之一周邊圓周互相分開。更佳地，該等支持元件10形成一格狀框架10。
較佳地，該無柱式管柱4包含延伸在該管柱之開口頂端與該管柱4之開口底端間的一壁10，該壁10係配置成環繞該無柱式管柱4之一周邊圓周。
較佳地，該浮力結構100更包含沿著該甲板平面21設置之一起重模組，其中該起重模組係組配成使該塔1上升及下降通過該管柱4。
較佳地，該浮力結構100更包含用於繫泊該浮力結構100之複數錨定點。
較佳地，該等複數可漂浮子結構係藉由互連結構徑向地耦合且由該浮力結構之中心軸向外延伸。
1:塔 2:長管柱 3:浮筒 4:無柱式管柱 5:連接元件 6:隅角 7:間距 8:上(第一)甲板 9:下(第二)甲板 10:支持元件 11:撐桿 12:第三通道 13,15:頂面 14:繩索 21:水線 22:甲板平面 23:浮筒甲板平面 24:龍骨平面 56,59:線 100:浮力結構 200:安裝船；維修船
在圖式(圖)中： 圖1A顯示一SI-VAM之一實施例的立體示意圖，且一風力機被接收並由其延伸，其中多個管柱呈同心位置/配置。 圖1B顯示類似圖1A之一SI-VAM之一實施例的立體示意圖，但其中管柱係呈一示範偏心位置/配置。應了解的是亦可為該等管柱之其他偏心位置/配置。 圖2A顯示圖1A之實施例的俯視示意圖，其中該等管柱係呈該同心位置/配置。 圖2B顯示圖1B之實施例的俯視示意圖，其中該等管柱係呈該偏心位置/配置。類似地，應了解的是亦可為該等管柱之其他偏心位置/配置。 圖3A顯示無該風力機之另一實施例的立體示意圖。 圖3B顯示圖2A之實施例的橫截面側視示意圖。 圖4顯示具有一不同無柱式中心管柱之一實施例的立體示意圖。 圖5顯示具有一不同無柱式中心管柱之一實施例的立體示意圖。 圖6A顯示無一中心支持之一實施例的立體示意圖。 圖6B顯示用於與圖6A比較的具有一中心支持之一實施例的立體示意圖。 圖7顯示具有一梯形長管柱之一實施例的立體示意圖。 圖8顯示圖1A之實施例之示意圖及作用在該設計上之力。 圖9顯示實行安裝及維修工作之圖1A之實施例的側橫截面圖。 圖10A與10B顯示在此之實施例及現有系統之起伏及俯仰的比較。 圖11顯示與可與所述實施例一起使用之不同壓載系統的比較。
1:塔
2:長管柱
3:浮筒
4:無柱式管柱
5:連接元件
6:隅角
7:間距
8:上(第一)甲板
9:下(第二)甲板
10:支持元件
15:頂面
100:浮力結構

Claims (20)

  1. 一種用於離岸部署之浮力結構，該浮力結構包含： 一第一甲板，其具有穿過該第一甲板之一第一通道； 一第二甲板，其具有穿過該第二甲板之一第二通道，其中該第一甲板及該第二甲板互相耦合且配置成互相分開；及 複數可漂浮子結構，其耦合且環繞該第一甲板及該第二甲板中之至少一者，該等複數可漂浮子結構配置成互相分開， 其中該第一通道及該第二通道對齊以接收一風力機塔之至少一部份。
  2. 如請求項1之浮力結構，更包含複數連接元件以便將該等複數可漂浮子結構耦合在該第一甲板及該第二甲板中之至少一者上，其中該等複數可漂浮子結構係配置成以一徑向方式環繞該第一甲板及該第二甲板中之至少一者，且由該第一甲板及該第二甲板中之至少一者向外延伸。
  3. 如請求項1或2之浮力結構，更包含一支持元件以便直接地耦合該第一甲板及該第二甲板。
  4. 如請求項3之浮力結構，其中該支持元件係配置成沿著該第一甲板及該第二甲板之一周邊互相分開。
  5. 如請求項3或4之浮力結構，其中該支持元件係選自於由一桿、一格狀框架、一橫樑、一壁及其任何組合構成之群組。
  6. 如請求項1至5中任一項之浮力結構，其中該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含一頂面及與該頂面相對之一底面，該第一甲板之該頂面及該等複數可漂浮子結構之該頂面係實質地沿著一甲板平面配置及/或該第二甲板之一底面及該等複數可漂浮子結構之該底面係實質地沿著一龍骨平面配置。
  7. 如請求項1至6中任一項之浮力結構，其中該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含一長管柱。
  8. 如請求項7之浮力結構，其中該長管柱具有一多邊形水平橫截面。
  9. 如請求項8之浮力結構，其中該長管柱具有一八邊形或一梯形水平橫截面。
  10. 如請求項7至9中任一項之浮力結構，其中該等複數可漂浮子結構之各可漂浮子結構包含耦合在該長管柱上之一浮筒。
  11. 如請求項10之浮力結構，其中該浮筒具有一多邊形水平橫截面。
  12. 如請求項11之浮力結構，其中該浮筒具有一八邊形或一矩形水平橫截面。
  13. 如請求項10至12中任一項之浮力結構，其中該長管柱係耦合在該浮筒之一實質中心區域上。
  14. 如請求項10至12中任一項之浮力結構，其中該長管柱係耦合在該浮筒之一實質偏心區域上。
  15. 如請求項10至14中任一項之浮力結構，其中該長管柱包含一頂區域及與該頂區域相對之一底區域，該頂區域係耦合在該第一甲板上且該底區域係耦合在該浮筒上。
  16. 如請求項10至15中任一項之浮力結構，其中該浮筒係耦合在該第二甲板上。
  17. 如請求項16之浮力結構，其中該浮筒係耦合在該第一甲板上。
  18. 如請求項1至17中任一項之浮力結構，更包含一起重模組，該起重模組係組配成使該塔上升或下降通過該第一通道及該第二通道。
  19. 如請求項1至18中任一項之浮力結構，更包含用於繫泊該浮力結構之複數錨定點及/或一壓載系統。
  20. 如請求項1至19中任一項之浮力結構，其中該等複數浮力結構包含至少三個可漂浮子結構。
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