一種改進的渦輪機安裝方法

2023-06-06 09:16:51

專利名稱：一種改進的渦輪機安裝方法
技術領域：
本發明涉及一種將水力發電渦輪機安裝至海床或類似位置上的改進方法，特別涉 及這樣一種方法，該方法改進對水力發電渦輪機與陸上發電站之間的電纜的操縱，其中水 力發電渦輪機所產生的電力供應至陸上發電站。
背景技術：
由於化石燃料的燃燒對地球造成的環境破壞，可再生能源終於受到了極大關注， 圍繞太陽能、風能和潮汐發電展開出了許多研發項目。在這些可替代的能源形式中，潮汐發 電無疑是最有吸引力的，因為潮汐流是完全可以預測的並且是持續不斷的，不像風能或太 陽能是相對間歇的且因而不那麼可靠。然而，利用潮汐能確實具有來自其自身的挑戰，特別是有關潮汐發電器(例如水 力發電渦輪機)的安裝和維修，由於其操作性質，它們必須設置於相對快速流動的潮流中， 並更像是設置於海床上。此外，為了在經濟上可行，這些渦輪機必須大規模興建。然而，重 要的是這些渦輪機必須將電力回供至陸地上以最終供應至電網。渦輪機產生的電力水平使 得電氣系統的工作面臨危險性操作，並且由於渦輪機在水下海床上(並且是在湍急的潮汐 區域)的定位，這種危險被放大了。這些湍急的潮汐區域經常被發現位於孤立的位置，因而 使得要前往這些位置以及從這些位置返回非常耗時、危險，因此是費用浩大的任務。此外， 除了需要有經驗的潛水員外，安裝和移除這種渦輪機的處理通常還需要使用多艘船隻和相 關的重型機械。而且，這些渦輪機通常需要以潮汐渦輪機儲藏所的形式成倍部署，以便在經 濟上可行。因此，安裝程序由於待安裝的發電機的數量而增加。這種設備和潛水員的可用 性是相當恐怖的，因此非常需要能減少執行潮汐渦輪機的安裝和拆除所需的時間和設備。由於水力發電渦輪機產生的較大電流，以及渦輪機和相關電纜所遭受的極其惡劣 的條件，從每個渦輪機延伸至陸地的電纜必須較大且結實。由於電纜的直徑(其可能是在 300-500毫米的範圍內)，並且考慮到電纜長度，結果是電纜的重量很大。因此對電纜的操 縱成為既困難又耗時的操作，因而使得水力發電渦輪機的部署地點面臨的潮汐條件更加困 難。敷設電纜也相對缺乏靈活性並因此對電纜的不當操縱可能會迅速且容易地造成電纜的 扭曲/打結，從而導致電纜的永久損壞，並因此需要更換。因此，本發明的目標是提供一種安裝水力發電渦輪機的方法，該方法避免了在安 裝過程中對電纜的損壞。

發明內容
因此，本發明提供了一種在潮汐點安裝水力發電渦輪機系統的方法，包括以下步 驟將預先敷設的電力電纜連接至系統；將系統朝著部署點降下，同時使該系統沿與潮汐流方向一致的方向移動，使得能 夠保持電纜的拉緊狀態。
優選地，在連接電纜的步驟前，該方法還包括將系統基本放置於部署點上方。優選地，該方法包括將系統從部署船放下並且同時移開部署船以保持電纜的拉緊 狀態。 優選地，部署船包括推進源。優選地，該方法包括以下步驟在降下步驟期間在系統上遊定位錨；直接或間接 地將系統連接至該錨；並在系統降下的過程中利用錨實現系統的移動。優選地，該方法包括將錨定位在海床上。優選地，該方法包括將部署船放在拖船後面拖曳的步驟；以及利用拖船實現部署 船的移動。優選地，該方法包括在降下系統的過程中將部署船朝向拖船用絞盤拉動的步驟， 以實現部署船的移動。優選地，該方法包括以下步驟將拖船固定至錨，並朝向錨拉動拖船，以至少部分 地實現部署船的移動。優選地，部署船或拖船包括動力定位船。優選地，該方法包括用漂浮設備標記預敷設電纜位置的步驟。優選地，該方法包括在流動潮汐期間降下系統。優選地，該方法包括以下步驟在最終將系統放置在部署點之前或作為此步驟的 一部分使系統橫向移動。本文中所使用的術語「水力發電渦輪機系統」是指這樣一種裝置安裝在基座上的 水力發電渦輪機，其中基座可以與渦輪機一起降到海床上；與渦輪機分離的基座，該基座降 至海床上，然後渦輪機降至基座上的位置；或者與基座分離的渦輪機，被降至先前設置好的 基座上。


圖1示出了根據本發明的方法且處於安裝的早期階段的水力發電渦輪機系統的 示意性側視圖；圖2示出了圖1所示的部署方法的示意圖，其中水電渦輪系統部分地向海床降下。
具體實施例方式現在參照附圖，示出了根據本發明的優選實施例，將水力發電渦輪機10安裝到海 床B上的潮汐點的方法。雖然下面的說明提及的是將渦輪機10安裝到海床B上，但應該理 解的是，本發明的方法可應用在任何其他合適或所需的位置上，例如，將渦輪機10安裝到 河床上，等等。現在具體參照圖1，本發明的方法包括將渦輪機10運送至基本位於海床B上潮汐 部署點S上方的位置，在使用過程中渦輪機10將定位於該位置。在將渦輪機10運送至潮 汐部署點S上方的位置之前，先在海床B上預先敷設電纜C。將電纜C從陸上位置或從其它 一些位置敷設至部署點S的處理是公知的，因此下文中不再詳細描述。電纜C延伸至部署 點S的最後部分(例如最後100米)敷設得與主潮流方向大體一致。為了允許電纜C的自 由端的放置和取回，優選地，在電纜C的自由端處或靠近自由端的地方用繩索拴上浮標形式的漂浮設備(未示出)，並且一旦渦輪機10被帶入潮汐部署點S上方的位置後，漂浮設備 位於水面W上。也可以這樣設想，可能更實際的是，在電纜C的末端上貼上臍帶或延伸線， 而且臍帶/延伸線將隨即成為從海床B上升和降下的部分。電纜C可用於直接從岸上獲得 電力，或用於將渦輪機10菊花式連結至一個或多個其它的渦輪機(未示出)。隨著電纜C預鋪設至部署點S，如上所述的，渦輪機10被大致基本布置於部署點 S上方的位置。在優選實施例中示出了，渦輪機10被部署船12承載，部署船可以是任何合 適形式的，而在所示實施例中，部署船12是無動力駁船12形式的。然而，部署船12可以包 括推進源。使用拖船14形式的拖船以便將渦輪機10和駁船12拖曳到位(在所示實施例 中，是逆著流動潮汐T的方向)。在該實施例中，在拖船14和駁船12之間連接有簡單的拖 繩16，並且也可調整其長度以較小地修正渦輪機10和駁船12的位置。但是，拖船14也可 用動力定位船(未示出)替代，動力定位船可以利用全球定位系統(GPS)，以便在安裝過程 中準確地保持所需的位置。渦輪機10可以通過任何數量的合適布置以可解除的方式連接 到駁船12，由於連接的細節對本發明的方法沒有實質性影響，所以在下文中不作詳細介紹。在將渦輪10拖至部署點S上方的位置前，安裝至少一個錨18，在所示實施例中，相 對於安裝過程中潮汐τ流動的方向，錨安裝在海床B上潮汐部署點S上遊的位置處。錨18 可以是任何合適形式的，並在所示實施例中，錨18是簡單的巖石錨18形式的。不過，根據 海床B上的狀況，錨18的類型和/或尺寸可以改變。再次，為了標記錨18在水W上方的位 置，優選地，將拴繩浮標(未示出)或類似的標記物固定至錨18，並且根據上述理由下文不 再描述。一旦拖船14將渦輪機10和駁船12放置在部署點S上方的位置，拖船14就通過 錨索20連接至錨18。這可以通過將連接至錨18的浮標(未示出)縮回到拖船14上然後 適當地將錨索20固定至拖船14而簡單地實現。現在錨18使得拖船14(並因此使得渦輪 機10和駁船12)能夠抵抗流動的潮汐T而保持住位置。不過在這一點上應當注意並且將 從下面對本發明的安裝方法的描述中變得更清晰的是，拖船14可以省掉，並且在這種方案 下，船12可以直接與錨18連接。這是可能實現的，不論該船12是否有推進源。一旦錨18將渦輪機10和船12固定得能夠抵抗流動潮汐T，電纜C的自由端(或 臍帶)被收回至表面，並且以已知的方式電連接至渦輪機10。電纜C可以使用駁船12上提 供的傳統絞盤裝置收回，或可以通過獨立支持船(未示出)實現。在這點上，渦輪機10準 備好降下至海床B。在所示實施例中，渦輪機10預先安裝在基座22上，在使用過程中基座 將在海床B上支撐渦輪機10。因此在所示實施例中，是用基座22將渦輪機10固定至駁船 12。渦輪機10和基座22共同限定了水電渦輪機系統。可以設想，可以通過設在基座22和 渦輪機10之間的適當連接將電纜C連接至基座22。然後參照圖2，渦輪機10和基座22現在被朝向海床B降下去。這可以通過任何 適合的工具完成，並且在所示實施例中，多條支持線24連接於駁船12與基座22之間。駁 船12因此裝配有相應數量的鉸盤(未示出)，其用於使支持線24上升和降下，並且因此而 使基座22和渦輪機10朝向或遠離海床B上升和降下。在所示實施例中，渦輪機10和基座 22以在下方吊掛的布置被連接至駁船12，以便允許渦輪機10和基座22快速方便地離開駁 船12降到海床B。也可以採用任何其它適當的布置。當渦輪機10被降至海床B時，其同時沿與潮汐流動的方向一致的方向移動，並且在所示實施例中為逆著流動潮汐T且朝向錨18向前移動，以便保持電纜C的拉緊狀態。這 既可以通過在錨18上向前拉動拖船14而實現，也可以通過縮短拖船14與駁船12之間的 拖繩16來實現，或是結合上述兩種方案。不過，如上所述，拖船14可以省卻，並且駁船12 可以直接連接至錨18。在這種情況下，將駁船12連接至錨18的繩索將用於逆著潮汐T向 前拉駁船12。在每個方案中，渦輪機10將沿著弧線路徑朝著海床B降下，其中電纜C保持 與潮汐流動的方向一致。該路徑確保了在連接至渦輪機10或基座22的電纜C中保持拉緊 狀態。這種拉近確保了在渦輪機10的降下期間不會發生電纜C的纏繞或打結。一旦渦輪 機10在海床上定位好，每條支持線24可以與之分離並卷繞回至駁船12上。在這點上渦輪 機10可以開始操作並通過電纜C將電力回輸至岸上或是其它任何期望的位置。在這一點 上，電纜C相對於潮汐流T的方向可以成一直線並且處於拉緊狀態下，以便防止操作期間它 的任何不適當移動。應當理解的是，上面所述的安裝方法可以在沒有錨18的情況下實現，雖然會有較 大的困難。拖船14，或優選動力定位船(未示出)，能夠用於抵抗潮汐T最初保持渦輪機10 和駁船12的位置，同時電纜C與渦輪機10相連接。一旦渦輪機10的降下開始，拖船14就 可以向前拉動駁船12，以便獲得上面提到的渦輪機10的弧線路徑。如果出於某種原因需要重新定位渦輪機10，這可以在支持線24與基座22脫離前 完成。需要重新定位的原因，例如可能是由於在海床B上初始安裝後基座22的高度不理想。 由於電纜C的設置，例如最後100米或類似部分在一條直線上，基座22可以稍微上升而離 開海床B，並且拖船14用於在原始位置的橫向重新放置駁船12。為了從海床B移除渦輪機10，例如為了維修或更換，簡單反向執行上述程序即可。也可以設想，本發明的方法可以在潮汐流與所述的和圖1至圖2所示的方向相反 的情況下實現。在這種情況下，拖船14和錨18 (如果使用了的話)將需要位於圖1和2所 示駁船12的另一側，以便能夠使駁船12保持在部署點S上方的基本固定的位置上。當朝 著海床B降下渦輪機10時，潮汐能夠用於進行渦輪機的移位，使得可以保持電纜C的拉緊 狀態。這能夠通過例如放出並因此加長拖繩16和/或錨索20而實現，並且方便地允許潮 汐承載駁船12，並且因此承載渦輪機10，以保持電纜C的拉緊狀態。這種布置也可以在沒 有使用錨18時進行。
權利要求
1.一種在潮汐點安裝水力發電渦輪機系統的方法，包括以下步驟將預敷設電纜連接至所述系統；將所述系統朝向部署點降下，並同時使所述系統在與潮汐流的方向一致的方向上移 動，以保持所述電纜的拉緊狀態。
2.根據權利要求1所述的方法，包括在連接所述電纜前將所述系統放置在基本位於所 述部署點的上方。
3.根據權利要求1或2所述的方法，包括從部署船降下所述系統並同時移動所述部署 船，以保持所述電纜的拉緊狀態。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述部署船包括推進源。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，包括以下步驟在降下步驟過程中將錨 定位在所述系統的上遊；直接或間接地將所述系統連接至所述錨；以及使用所述錨以實現 所述系統在其降下期間的移動。
6.根據權利要求5所述的方法，包括將所述錨定位在海床上。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的方法，包括以下步驟在拖船後面拖曳所述部 署船；以及利用所述拖船實現所述部署船的移動。
8.根據權利要求7所述的方法，包括以下步驟在所述系統的降下期間將所述部署船 朝向所述拖船用鉸盤拉動，以實現所述部署船的移動。
9.根據當從屬於權利要求5或6時的權利要求7或8所述的方法，包括以下步驟將 所述拖船固定至所述錨，並且朝向所述錨拉動所述拖船以至少部分地實現所述部署船的位 移。
10.根據權利要求3至9中任一項所述的方法，其中，所述部署船或所述拖船包括動力 定位船。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，包括以下步驟用飄浮設備標記所述預 敷設電纜的位置。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，包括在流動潮汐期間降下所述系統。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，包括在所述系統最終定位於所述部署點 的步驟之前或作為此步驟的一部分，橫向移動所述系統。
全文摘要
本發明提供了一種改進的渦輪機安裝方法，所述方法將水力發電渦輪機安裝到海床或類似地方，同時確保在渦輪機降到海床之前連接到渦輪機的預先敷設電纜在渦輪機的安裝過程中不會受到破壞，該方法包括朝著海床降下渦輪機並同時移動渦輪機以便保持電纜的拉緊狀態。
文檔編號H02G1/10GK102007658SQ200980113579
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月16日 優先權日2008年4月17日
發明者保羅·頓納, 詹姆斯·艾夫斯 申請人:歐鵬海德洛集團有限公司