[发明专利]用于海上风力涡轮机的安装的基于重力的地基系统和用于海上风力涡轮机地基系统的安装的方法

说明书

技术领域

本发明可以包括在用于海上风力涡轮机的安装的基于重力的地基系统的技术领域中。

本发明的客体是一种用于海上风力涡轮机的安装的基于重力的地基系统以及用于安装前述基于重力的地基系统的方法，其中所述地基系统一旦锚定就允许风力涡轮机结构部件的运输、锚定和随后再浮动，从而针对安装相关联的不确定性和地面(terrain)如何在短期和长期响应的解决方案给出很大的通用性。

背景技术

海上风力部门的主要问题之一是用作风力涡轮机的底座(base)的支撑结构。此部门已经根据其中要安装的风力涡轮机的深度解决了固定和浮动风力涡轮机的发展。海上风力系统的技术和经济可行性需要优化和发展这些支撑结构。

根据其中结构支撑在海床上的方式，有两种通用类型的固定结构，即称为基于重力的结构的建立在海床上的那些和埋在地下的那些。基于重力的地基是使用地基的自身重量和保持涡轮机稳定和直立的可能的压载(ballast)的重量在海床不适合钻探时使用的解决方案。一般地，已经为基于重力的地基而发展的解决方案可以在概念上和建设上以下列方式分类：

·截头圆锥体形状的基于重力的地基，其中锥形段具有不同的细长度和倾斜。

·由其上建有细长轴的宽底座组成的地基。该解决方案与桥墩中使用的类似。

这些解决方案可包括钢襟翼在底座处，以限制地面来根据其特性促进使用抽吸室打桩和/或发展局部地面改进。

用于打桩和基于重力的解决方案的海上风力涡轮机地基的选择由两个主要因素影响：海床的地面性质和潜在地点的深度。

随着40-50米的深度接近，海上风力涡轮机安装遇到限制此部门及其盈利能力发展的经济和技术困难。地基的大小、施工和现场安装的困难、传输到地面的负荷和部件的垂直性的潜在损失限制了可用的地点，其中在沿海大陆架中制定这些解决方案是可行的。

除了所解决的困难，安装一些至今发展的解决方案需要使用专门的海运方式，专门为运输和现场安装设计。目前，具有这些特征的可用船舶的数量是非常有限的，并且货运或其实施方式的成本非常高。

现有技术中已知的系统包括关于用于三脚架或金属套箱的海上平台地基结构的国际申请WO2011147592，所述三脚架或金属套箱由一个或多个固定元件与其上支撑有地基支腿的襟翼组成。

前述结构需要呈现大起重能力来完成放置的昂贵的海上器械；此外，此结构不是自浮式的并且不可能在所述结构上将风力涡轮机从陆地运输到安装位置。

此外，根据此解决方案，由三脚架或套箱形成的金属结构达到海床，这增加了金属的使用和因此此类解决方案的成本，除了在水平移动的情况下具有有限的稳定性。

还已知的是欧洲专利申请EP2539219，该专利申请涉及用于运输和安装基于重力的地基海上风力涡轮机的装置和方法。所述解决方案不是自浮式的、昂贵，并需要具有高起重能力用于其放置的海上器械，从而不允许在其结构上将风力涡轮机从陆地运输，因此一旦锚定需要通过聚集物或混凝土块将附加重量并入该结构来增加其稳定性；因此，与低承载能力的地面不兼容，并提供了有限的稳定性来抗倾覆。

发明内容

由本发明提出的解决方案是基于使用合并阀系统的三个中空钢筋混凝土底座，由此填充水并从内部排空以用作压载物。金属结构将这些三个混凝土底座与轴或连接元件连接，其中所述三个混凝土底座在该结构的中心处开始并出现在水表面之上，连接风力涡轮机塔架的元件将连接至所述三个混凝土底座，并且所述三个混凝土底座上将安装泊船区、楼梯和维护平台。

在将该结构运输到其安装地点之后，混凝土底座用水填充，通过传统系统用于压载和锚定。压载系统设计允许一旦锚定就再浮动该结构，从而向关于与现场安装相关联的不确定性和在短期和长期的地面响应的解决方案给出很大的通用性。

与单块基于重力的地基相比，三个支腿提供更大的稳定性。除了在逊色的地面中的增强行为以外，其提供更好的负荷分布并传输较少的应力到地面。金属结构允许减少该结构的一段，从而最小化与海浪的接触表面和因此最小化由流动-结构相互作用传输的应力并减少地基的总重量，降低其重心和因此改善其适航性。

所提出的基于三个自浮式混凝土底座的地基是完全模块化的，所以在一些生产中心制造地基用于随后在港口装配是可行的。

所提出的解决方案是自浮式的，所以可以牵引到最后位置。浮子的三角形构造提供大的船用稳定性。另外，由于需要更小的操作窗口，此结构允许风力涡轮机在港口装配，从而加快装配速度。