顺风发电设备，以及用于操作顺风发电设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种顺风发电设备（１），其具有塔（２）、机械外壳（３）以及支撑在该外壳（３）中的涡轮（４）。该涡轮（４）界定旋转平面并且适合于枢轴转动到实质上垂直于风向的位置。至少两根拉线（６）在其一个端部被连接到该塔（２），并且每根拉线在另一个端部被连接在至少一个连接点中，以在操作过程中将塔保持在竖直位置。每根拉线可以包括至少第一位置和第二位置。在第一位置处，拉线从位于水平力中心或接近水平力中心的连接点以倾斜的角度向下延伸，所述水平力在操作中被涡轮施加到塔。在第二位置处，每根拉线被引导离开旋转平面，以使涡轮平面能围绕垂直轴线自由转动而拉线不会妨碍涡轮平面。而且，描述了一种用于操作此类型的顺风发电设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种顺风风力发电设备，以及一种用于操作顺风风力发电 设备的方法。在依据本专利技术的风力发电设备中，来自涡轮的轴向力被从实 质上涡轮的轮毂高度引导到表面，例如水体底部的海床。和常规的风力发电机包括i荅、机械外壳和支撑在该外壳中的顺风涡轮。该机械外壳也可以 为集成的塔的一部分或塔的多个部分。该塔，或塔的多个部分，可以和涡 轮一起枢轴转动。在正常的运行过程中该风力发电机通过至少一根拉线被 保持竖直，即在逆风侧拉线的一端在上部位置，连接到发电机或机械外壳 的上部部分，以及在其另一端连接到表面比如水体的底部。顺风侧的拉线 被保持在较低的、向下的位置以避免与涡轮的冲突。风力发电设备被用于将风的动能转换成机械能。该机械能随后被转换 成电能。陆地上的标准的风力发电机包括被固定到地面的塔，该塔在顶部 具有机械外壳。逆风涡轮连接到机械外壳，该逆风涡轮的水平轴线可以主 动地向着风枢轴转动。很多可选择的实施方式可以在市场上购买到，但是相对地用的很少。从1980年代直到今天，风力发电机的规模已经增加了 相当多，乂人差不多每个^L组几十个千瓦直到每个才几组3-5MW。与此同时， 每千瓦的成本已经被可观地削减。今天我们既具有在岸上的发电站又具有 离岸的发电站。大多数离岸的装置被与刚性地连接到浅水中的底部的塔放 置在一起。通过将风力发电机放置在深水上，可得到的资源的基础可以被 扩展，不仅因为面积是相当大的而且因为风速更高。涉及面积的可选择地 使用的美学沖突和问题被相当程度地上减小，并且对生命和财产的破坏的 风险则几乎净皮消除。对于大多数实际用途来说，深水处的风力发电^M夸通 过漂浮元件保持竖直并且被锚固到海床。挪威(Norwegian)专利申请No. 2002 6179描述了可以围绕锚固的机件自由地枢轴转动的漂浮的风力涡轮。框架被连接到塔并且包括塔和另外的漂浮体之间的支柱(strut),以及漂浮体和塔的上部部分之间的拉线，以使得塔、支柱以及拉线形成三角形。在某些特定的运行情况中，如果底 部拉线的方向处于另外的漂浮元件和3荅之间的拉线的延伸方向上，则可以 达到塔的力矩的完全的卸荷。对于漂浮体和载荷的要求在这些情况中将被 可观地减少。在其它运行情况中， 一种情形被认为通过相当大的浮力以及很多压载物(ballast)而具有相当大的矫直力矩。扭卩威专利申i青No. 2002 5440, "Apparatus for providing windmills in a body of water and a method for providing the same" 4苗述了连4妻至ll发动才几架 (sub frame )的漂浮的风力发电机。该发动机架包括漂浮的元件以及可能 包括连接在漂浮的元件下面的柱状物，其中缆索被连接到风力发电机的 塔、漂浮元件和/或柱状物以及连接到海床。在两个实施方式中，缆索在 涡4仑平面(turbine plane)的下部部分一皮连接到^荅，并且分别地接近于才几 械外壳。在后面的情形中，设想涡轮平面在水平方向被移动出了一段长距 离和/或缆索被以相对于塔的非常尖锐的角度连接。塔和缆索之间的尖锐 的角度减小了力矩卸荷并且增加了对于浮力、载荷和/或底部缆索中的张 力的要求。NO 317.431描述了漂浮在深水上并且使用扭转的刚性支柱 (torsionally stiff stmt)被锚固到海床的风力发电机。塔的倾角是有限的 因为浮力的中心在结构重力的接合点中心(joint centre)上方。相当大的 弯曲力矩由涡轮的实际力引起，例如对于结构的中心重力，不得不被由浮 力和浮力的中心和重力的中心之间的力臂(torque arm)给出的力矩平衡。 支柱中的张力除了使得结构的浮力可以大于结构的重力之外将不会给出 任何其它贡献。WO 2004/097217描述了 NO 317.431的变化形式，其中在海床处的锚 固点中的转环(swivel)允许结构绕垂直轴线旋转，以使得风力涡轮可以 被顺风定向而不用偏航机构(yaw mechanism )。关于塔的倾角的情形如同 关于N0 317. 431的描述。WO 01/7392描述了连接到驳船的漂浮的风力涡轮，其带有若干个可以被装满/排空的载荷罐以便调整倾斜角度。即使水面上方的塔通过塔的 上部部分和驳船之间的线被卸荷，仍然必须使由涡轮的轴向力引起的整个倾斜力矩通过浮力和压载物而被吸收(take up )。除了 NO 2002 6179和NO2002 5440的一部分外，上面提到的所有出 版物都描述了设计带有压载物和漂浮元件和/或偏置的张紧的支柱的漂浮 的风力发电机的多种方法，以能够吸收由涡轮的轴向力和由塔形成的长杠 杆臂产生的力矩。涉及这些解决方案的问题是这些原理都没有减小初始力 矩，它们只是描述了抵消它的多种方法。本专利技术通过卸载用于轴向载荷的 结构而克服了此种局限，这在轮毂的高度进行并且经过一根或若干根 缆索将此力传递到表面，例如传递到水体的底部。其优势在于整个结构可 以被构造成带有小得多的矫直力矩，某种程度上这将引起重力可观地减 小。类似于本专利技术，NO 2002 6179描述了实质上通过将来自涡轮的轴向 力向下传递到水体的底部来卸荷力矩的一种风力发电机。然而，除了其他 方面以外，NO 2002 6179的特征在于风力发电机将以围绕锚固点的圆形 移动。在此圓形中涡4仑的位置在任何时间点由相关的风向确定。沿着环形 路径重新定位是花费时间的并且将因此产生生产损失。另外，NO 2002 6179中的专利技术的特征在于在其端部带有漂浮体的水平支柱。结构的这部 分被定向成垂直于沿着圓形路径运动的方向，在所有的实际实施方式中， 其在重新定位的过程中将给出抵抗运动的相当大的阻力。另外，结构的此 部分将处于由波浪施加的相当大的载荷的作用下。NO 2002 6179中描述 的涡轮不具有任何实质上大于由结构的自矫直力矩达到的稳定性的侧向 稳定性。此种解决方案也有个问题，就是每个风力发电机将需要取决于水 的深度的可观的面积，并且在发电站将被使用时特别成问题。NO 2002 5440在图6中展示了将缆索连接到塔的上部部分中的底部 的实施方式。图中没有示出与涡轮平面的沖突，但是在该出版物中指出了 在此实施方式中(涡轮)外壳必须被扩大。对于将塔中以及塔下的结构的 力矩卸荷的可能性，此解决方案的作用很有限。大多数用于深水中的风力发电的已知原理研究是基于风力发电站被做成带有竖直力矩的漂浮的结构的，其中该竖直力矩足够抵消来自涡轮运行过程中的力矩。对于所描述的结构，结构的多于50%的重力可以直接 地涉及对于竖直力矩的需要。在作为漂浮的风力发电站的一个实施方式 中，本专利技术对竖直力矩的需要可产生可观地减少。这为可观的重量给出了 可能性并因此减少了成本。另外，由于电站以圓形移动而导致的对面积的 需要也减少了。本专利技术的目的是通过将涡轮的水平力分量直接地引导到海底来减少 海下结构对于竖直力矩的需要，同时涡轮可以枢轴转动而不与拉线冲突。对于本专利技术，水平力可以被从塔的顶部引导离开，而不会如N0 2202 5440中那样对机械外壳的设计强加相应的要求。与NO 2002 6179中示出 的情形形成对照，本专利技术将使得能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顺风发电设备（１），其具有塔（２）、机械外壳（３）以及支撑在所述外壳（３）中的涡轮（４），所述涡轮（４）界定旋转平面并适合于枢轴转动到实质上垂直于风向的位置，其中至少三根拉线（６）在其一个端部被连接到所述塔（２），并且每根拉线在另一端部被连接在至少一个连接点，　其特征在于：　每根拉线可以采用至少第一位置和第二位置，其中所述拉线在所述第一位置时从在水平力中心或接近于水平力中心的连接点以倾斜角度向下延伸，所述水平力在操作中被施加到所述涡轮的所述塔；以及　其中 每根拉线在所述第二位置时被引导离开所述旋转平面，以便涡轮平面可以围绕垂直轴线旋转而拉线不会成为妨碍物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔安德斯尼加德，克里斯汀格鲁德，
申请(专利权)人：尼奥尔德浮动式风力发电平台公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]