[发明专利]塔架高度降低的浮动风力涡轮机结构及其重量优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化风力涡轮机结构重量的方法，其包括设置在离岸地基上的风力涡轮机。

本发明还涉及一种风力涡轮机结构，其包括设置为安装在位于离岸位置的离岸地基上的风力涡轮机。

背景技术

众所周知，用于风力涡轮机的浮动地基是设计为在运行和极端情况下，向风力涡轮机提供足够的稳定性和浮力的大型重型结构。还已知在风力涡轮机倾斜时，风力涡轮机塔架充当大型力距臂，因此浮动地基还必须抵消倾斜时浮动地基受到的弯矩。传统上，通过增加浮动地基的尺寸和重量来解决这个问题，这增加了生产成本，可选地，以及安装成本。

另外，在风力涡轮机塔架的顶部需要额外的结构强度，以平衡此弯矩和由于风载以及波流载荷使风力涡轮机塔架受到的结构载荷。通常地，这通过向风力涡轮机塔架的顶端增加额外材料解决，由此增加风力涡轮机塔架的重量，并且由此增加生产成本。

风力涡轮机应当具有的塔架高度为风力涡轮机叶片长度的二到三倍之间，这提供了在更高高度处风力涡轮机塔架的成本和增大的功率输出能力之间的最佳平衡。

本申请人的美国专利申请US 2014/0219797 A1，公开了位于浮动地基上的局部变桨距风力涡轮机，其被系泊在海床。该风力涡轮机包括两片风力涡轮机叶片，每片具有连接至可变桨距的外叶片部分的内叶片部分，外叶片部分变桨距以大致保持向转子轮毂作用恒定的合成推力值。由于此变桨距方案，浮动地基的尺寸和重量因此可减小。

EP 2080899 A1公开了位于浮动的柱状浮标型地基上的双叶片风力涡轮机，该地基经由连接至底端的锚定缆线锚泊至海床。在此配置中，驱动机构设置在浮动地基上，弹性可弯曲的塔架部分和转子轴部分位于转子和驱动机构之间。风力涡轮机的压力和载荷集中在这些弹性部分上，因此他们很可能失效。此外，由于转子和风力涡轮机塔架相对于浮动地基的大倾斜范围，风力涡轮机塔架仍然将会承受大的弯矩。

US 8192160 B2也公开了位于浮动的柱状浮标型地基上的风力涡轮机，该地基经由连接至地基一侧的锚定缆线锚泊至海床。在正常运行中，能够通过向设置在浮动地基内的压载舱泵入水或从压载舱泵出水，并同时调整锚定缆线的长度，来调节机舱相对于名义海平面的高度。压载舱的数量基于风速进行调节。调节机构及其密封装置增加了浮动地基的复杂度和生产成本。锚定缆线的张紧导致了各个锚环之间的加速磨损，进而缩短了锚定系统的工作寿命。

US 2010/0119370 A1公开了一种风力涡轮机，其中风力涡轮机的控制系统控制变桨距机构，并连接至波高传感器。控制系统设置为基于来自波高传感器的测量数据而确定海浪高度(波高)。控制系统向变桨距机构发出控制信号，该变桨距机构随后将风力涡轮机叶片变桨距使其不受风影响，并由此当检测到大浪时使转子失速。该申请并未提及地基类型或风力涡轮机的高度。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种解决上述现有技术的问题的解决方案。

本发明的一个目的是提供一种优化风力涡轮机塔架和离岸地基的重量的方法。

本发明的一个目的是提供另一种运行风力涡轮机的方法，其允许风力涡轮机的高度降低。

本发明的一个目的是提供另一种风力涡轮机结构，其允许在减小弯矩的同时优化风力涡轮机塔架和离岸地基的重量。

发明内容

本发明的目的通过优化风力涡轮机结构的重量的方法实现，风力涡轮机结构包括设置在离岸地基上的风力涡轮机，该风力涡轮机包括转子，该转子具有至少两个风力涡轮机叶片和转子轮毂，风力涡轮机还包括风力涡轮机塔架，其中该方法包括步骤：

-提供风力涡轮机，海平面与风力涡轮机叶片尖端的最低位置之间的距离等于或小于20米，

-至少测量波高，

-根据测得的波高运行风力涡轮机，

-如果至少测得的波高超出预设阈值，将转子定位在停置位置，在该位置风力涡轮机叶片与海平面之间的间距最大。

这提供了通过减少风力涡轮机叶片尖端的最低位置与平均海平面或名义海平面之间的间距，优化风力涡轮机的重量以及离岸地基的重量的简易方法。或者，海平面可以定义为涨潮的平均海平面或者退潮的平均海平面。例如，海平面可被定义为最高天文潮汐位(HAT)的海平面或平均大潮高潮位(MHWS)的海平面。不需要压舱系统根据风速或者在极端风况的情况下来相对海平面升高或降低风力涡轮机。这个方法特别适合用于具有两片或三片风力涡轮机叶片的风力涡轮机。