[发明专利]离岸垂直轴风力涡轮机及相关联系统及方法

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案请求对在2007年9月13日提出申请的美国临时申请案第60/972,099号及在2008年1月7日提出申请的美国临时申请案第61/019,117号的优先权，所述两个临时申请案以引用方式并入本文中。

背景技术

风力涡轮机将风能转换成电。风力涡轮机的两个主要类型包括水平轴风力涡轮机及垂直轴风力涡轮机。水平轴风力涡轮机的两个主要类型包括逆风水平轴风力涡轮机(HAWT)(其在塔逆风时使叶片旋转)且包括顺风水平轴风力涡轮机(HADT)(其在塔顺风时使叶片旋转)。垂直轴风力涡轮机的两个主要类型包括在不具有升力产生表面的情况下使叶片旋转的一个类型且包括在具有升力产生翼面的情况下使叶片旋转的戴瑞斯型(VAWT)。

不具有拉缆的逆风水平轴风力涡轮机(HAWT)10显示于图1A中，且具有弯曲叶片且不具有拉缆的戴瑞斯型垂直轴风力涡轮机(VAWT)20显示于图1B中。戴瑞斯型垂直轴风力涡轮机20可具有如图1B中所示的弯曲叶片，或可具有如GeorgeDarrieus(乔治戴瑞斯)1929年的原始专利中所陈述的直叶片。

HAWT 10具有转子12及叶片14，其中提升表面安装在水平轴上且在塔16顶上逆风引导。属于叶片14的风能使转子12旋转，且耦合到转子12的齿轮箱及其它组件(未显示)将所述旋转传递到将所述旋转转换成电能的发电机(未显示)。为高效，必须相对于风的方向引导叶片12。因此，HAWT 10通常具有偏航机构(未显示)以允许叶片14绕塔16旋转。

由于叶片14在塔16的逆风面，因此其必须由刚性强硬材料制成，以使得其不会因风而向后弯曲及撞击塔16。由于需要较多刚性材料，叶片14制造起来较昂贵且是沉重的。另外，塔的偏航机构必须强硬，以使得其可确定风方向的方向且将叶片14定向为风的方向。最后，塔16也必须强硬，以使得其可支撑沉重的转子、齿轮箱、发电机及塔16顶部的其它装备。因此，塔16需要更多材料，建造起来更昂贵且是沉重的。

总的来说，如图1A中所示的HAWT 10是“刚性”风力涡轮机，需要更多材料，是沉重的且具有高重心。另外，其需要经定向以面向风，且需要坚固基础或平台。因此，建造用以支撑沉重、具有高重心且需要非常稳定的平台的HAWT 10的漂浮平台是非常昂贵的。

相比来说，如图1B中所示的VAWT 20具有从地面垂直蔓延的转子22且具有在所述转子的端处连接的弯曲叶片24。此垂直转子22位于轴承及齿轮箱组件26上且驱动发电机28。不像HAWT 10，VAWT 20是全方向的且不需要定向到风中。另外，VAWT20具有低重心，其中其沉重组件(例如，齿轮箱、发电机、制动与控制系统)接近地面定位。因此，VAWT 20不像HAWT的塔(16；图1A)那样需要刚性转子22来支撑这些组件。现有技术中VAWT的实例可在网站www.ecopowerusa.com中找到。

HAWT 10已广泛地用于全世界的以地面为基础的风场中。HAWT也已用于欧洲的离岸风场中。在图2A中，举例来说，第一类型的离岸HAWT 30A具有常规组件转子12及叶片14，所述组件水平支撑于垂直塔16上。这些常规组件搁放在牢固地附加到海底40的固定支撑物32上。图2A中所图解说明的离岸HAWT 30A的实例可在2007年2月公开的美国专利申请公开案2007/0040388及2003年1月16日公开的PCT公开申请案WO/03/004870中找到。

在图2B中，另一类型的离岸HAWT 30B也具有常规组件转子12、叶片14及塔16，但这些组件搁放在通过缆线36牢固地附加到海底40的漂浮支撑物34上。图2B中所图解说明的HAWT 30B的实例可在2005年3月10日公开的PCT申请公开案2005/021961中找到。由于这些现有技术公开案大体揭示许多关于风力涡轮机的设计及操作的众所周知的实施方案细节，所有所述细节的全部内容以引用方式并入本文中。

附图说明

图1A显示根据现有技术的基于陆地的逆风水平轴风力涡轮机。

图1B显示根据现有技术的基于陆地的垂直轴风力涡轮机。

图2A显示根据现有技术的具有固定的离岸支撑物的逆风水平轴风力涡轮机。

图2B显示根据现有技术的具有漂浮的离岸支撑物的逆风水平轴风力涡轮机。

图3A到3B显示用于较深水域的具有垂直轴风力涡轮机且具有配重的离岸风力涡轮机的第一实施例的侧视图及俯视图。