風力發電場的製作方法
2023-05-29 07:27:46 2
專利名稱：風力發電場的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括至少兩颱風力渦輪機的風力發電場，尤其涉及一種近海風力發電場。
背景技術：
風力發電場中的風力渦輪機彼此間隔一定距離，在該距離上即便風向改變也可以安全地避免葉片之間的相撞，並且可使一颱風力渦輪機對另一颱風力渦輪機的氣流狀況的影響儘量小。風力渦輪機之間的距離取決於風力渦輪機轉子掃過圓周的半徑，目前技術的發展狀況使得轉子直徑可超過100米，且由於新型風力渦輪機尺寸進一步增大，風力渦輪機之間的距離也將會進一步增大。
根據其位置和尺寸，每颱風力渦輪機需要維護並排除任何可能出現的故障。要做到這些，需要將人員及物資運送到風力渦輪機。
將人員及物資運送到陸上基地的風力發電場的各個風力渦輪機相對較為容易，然而，對於近海風力發電場的情況，則需要付出更多的努力和花費。將人員及工具、備用零件等物資運送到單一的一個地點而不必調入風力發電場上的每個單獨的風力渦輪機處，可以簡化該過程。
這時就會出現分配卸下的物資、或在一個風力發電場特別是在一個近海風力發電場內的風力渦輪機之間運送物資和/或人員的問題。
基於一個風力發電場有一個中央裝卸位置供所有的物資和人員抵達和出發的前提，這樣，後者必須在風力發電場內各個單獨的風力渦輪機之間運送。
近海風力發電場特點之一是天氣狀況一般要比陸上惡劣。風暢通無阻並可快速達到很高的速度。
另外，始終都必須考慮高度或大或小的波浪。因此，在很多情況下，將物資和人員運送到單獨的風力渦輪機不僅麻煩，而且甚至可能有相當程度的風險，實際上，風大時幾乎不可能運送物資和人員。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種風力發電場，在其中可靠地維修單獨的風力渦輪機，而且即使惡劣天氣狀況持續幾天也仍然可以在其中進行這樣的維修。
根據本發明具有權利要求1特徵的風力發電場實現了這一目的。有利的實施方式在從屬權利要求中描述。
本發明的風力發電場不僅包括多颱風力渦輪機，而且還包括一單獨的海上平臺，負責維護風力發電場的人員可以在居住和工作該平臺上。這樣的海上平臺可以這樣一種方式配備，即停留在那裡的人員可持續幾個星期留在那裡並同時可照顧自己。因此，這就需要在海上平臺上配備適當的「群居」設施，即，睡覺場所、雜貨間、廚房、娛樂室等。
在風力較大時，如果操作人員為了執行維護和維修不得不過到這臺渦輪機或那臺渦輪機上，優選地，可以從平臺上通過運轉的空中索道連接裝置到達所述風力渦輪機。這不需要任何使用船或飛機的運輸，而能通過空中索道連接裝置進行維護並運送維修物資。
在本發明另一個實施方式中，平臺上還可以配設有電解設備，這樣使用風力渦輪機產生的電可以將水分解為它的組成成分氫和氧。這種方式產生的氫還有氧，優選地存儲於適當的儲氣罐(在平臺上)中，然後可以通過船或者管道傳送到陸地。
在特定環境下，如果設置了車輛用燃料電池驅動裝置，這種氫和氧的生產尤其有意義，因為這種情況下將會需要大量氫，其可以利用本發明在外海產生，而不會對陸地設施比如建築、居民區等產生任何形式的危害。
如果需要，可以這樣一種方式提供多個而不只是一個平臺，即除了一個居住用平臺之外，還有一個「氫生產平臺」。當該生產平臺發生事故時，人員仍然有機會退回到居住用平臺的安全地帶。
這種情況下，各單獨的平臺當然應該通過一適當的空中索道連接裝置彼此連接。
空中索道連接裝置通常裝有一發動機驅動裝置。出於安全原因，如果出現電源故障時空中索道仍然可進行運輸則更具優勢。可提供適當的可人力操作的的設施作為人工動裝置。
在空中索道或纜索連接裝置中，纜索優選地橫跨在這樣一個高度，即在此高度，纜索既不會撞擊風力渦輪機的轉子直徑，也不接觸浪尖，並且即使浪高時船隻也不會與該纜索連接裝置相撞。
每颱風力渦輪機上及每個平臺上可以設置一個用於纜索連接裝置的偏轉元件，這樣，纜索連接裝置以一種環形纜索迴路形式跨設在偏轉元件之間，吊艙固定連接於纜索連接裝置。以這種方式，通過移動纜索連接裝置可以按期望的方向驅動吊艙，而且該結構非常簡單。
當兩颱風力渦輪機彼此連接時，纜索連接裝置圍繞每颱風力渦輪機的偏轉元件行進，並返回至另一颱風力渦輪機。
當纜索連接裝置連接至少三颱風力渦輪機時，中間風力渦輪機上的偏轉元件作為支撐，纜索連接被向前引導向相應外側的風力渦輪機。
可以通過一臺發動機，優選是一臺電動機移動纜索連接裝置。因為電能產生於風力發電場並因而容易獲得，這樣就不需要運輸其他的載能體，如燃料，這是尤其有利的。還可以使用一種簡單的方式對電動機進行控制。
纜索連接包括一主纜索和一牽引纜索。雖然吊艙安裝於主纜索，它也能夠相對於所述主纜索行進。牽引纜索連設於吊艙。當將牽引纜索向期望的行進方向牽引時，吊艙延主纜索在期望的方向上運動。牽引纜索上的牽引力可由發動機提供。使用電能作為驅動源更好。
優選的，偏轉元件包括兩個可獨立轉動的偏轉滑輪，藉此在一輥上引導主纜索，在另一輥上引導牽引纜索。牽引纜索可以配置為一循環的環形纜索迴路，而主纜索只延吊艙的行進軌跡一次。由於是環形牽引纜索，足以使牽引纜索實現可逆驅動，從而沿期望方向驅動吊艙，且牽引纜索不需要在兩端頭處設置任何繞線裝置。
在本發明一個特別優選的實施方式中，吊艙在其自身動力作用下沿主纜索移動。一發動機驅動裝置，優選的一電動機驅動裝置，可用於實現此目的，從而可以通過吊艙中的一個能量儲存裝置，如蓄電池，儲存用於驅動發動機的能量。
一個手動驅動裝置可以作為發動機驅動裝置的替換形式，或作為一個輔助的緊急驅動裝置這樣即使在發動機出現故障或能量儲備不足的情況下，也可以通過緊急操作移動吊艙。
在本發明一個特別優選的實施方式中，當吊艙被電驅動時，驅動動力通過纜索連接裝置、主纜索、牽引纜索和/或一單獨的導線提供。通過這種方式，可通過遙控裝置將控制信號傳送到吊艙和/或一個塔架，例如控制驅動用發動機或絞車等。
在本發明一個優選的實施方式中，例如，遠程信息數據通過電連接傳輸到一個中央設施或多個個風力渦輪機。進一步地，也可通過纜索連接裝置處理風力發電場中所有風力渦輪機相互之間以及與吊艙的通信，其中風力渦輪機之間設有吊艙。
在本發明另一個可選實施方式中，這些通信，也就是說例如，風力發電場中的各個風力渦輪機之間和或與吊艙間的遠程信息數據、控制信號等的傳輸至少部分通過無線傳輸實現。
纜索連接裝置可以不同方式構建。基於鏈原理可以得到一個簡單結構，其中的所有風力渦輪機通過纜索連接裝置彼此連接，就如同「一條鏈中的珠子」。在這種結構中，纜索連接裝置是一單一的連續纜索連接裝置，其將以一預定的序列彼此連接至少部分風力渦輪機。
當然，風力渦輪機也可以成多排放置，例如三排，則纜索連接裝置沿著風力渦輪機之間例如「S」形的路徑，將風力渦輪機彼此連接。
另一個纜索系統變例為一星形排列的纜索連接裝置，例如從一作為央裝卸點的中央設施開始，這樣可以最短路逕到達所有其他的風力渦輪機。
另一個變例是一網狀纜索系統，其不僅可以提供從中心的風力渦輪機到其他風力渦輪機的最短連接，而且可使所有風力渦輪機之間的路程相對較短。
為了保證吊艙在風力發電場的風力渦輪機之間移動時，纜索連接裝置上的吊艙的水平位移較小，或為了將這樣的位移限制在特定界限內，在一個優選的改進中，本發明的風力發電場具有一保持纜索，該纜索一以預定的豎直距離平行於纜索連接裝置設置。該距離的大小以下述方式確定，即吊艙於纜索連接和保持纜索之間受引導。在這種安排下，纜索連接裝置優選地位於吊艙之上且保持纜索位於吊艙之下。
在本發明一個特別優選的改進中，配置為一環形迴路的纜索連接裝置中的環形纜索迴路的一部分(上部)可以運載吊艙，而環形纜索迴路的另一部分(下部)實現所述保持纜索的功能。
在一個可選實施方式中，使用一個繞一豎直軸轉動的飛輪質量穩定吊艙。所述飛輪質量由發動機驅動，用於作為一陀螺儀對抗吊艙的水平位移。
優選的，風力發電場中的每一個風力渦輪機在其塔架上都有一個可閉合的門。所述門通常處於吊艙能接觸到風力渦輪機的高度。這樣可在不需克服高度差的情況下，進行裝載動作。
在另一個優選的改進中，風力渦輪機和吊艙有一個鎖定裝置，該鎖定裝置允許對吊艙的裝載和卸載位置進行設定，這樣就可以避免吊艙在所述位置時相對於風力渦輪機塔架的搖擺運動。該鎖定裝置可以優選地以如下方式構建，即鎖定裝置的一部分靠近風力渦輪機塔架上的門設置，另一部分位於吊艙上的一適當位置。一特別優選的實施方式如下，該實施方式中的鎖定裝置是一個兩點鎖定裝置，以避免形成僅在一點進行鎖定操作時產生的樞轉點。
優選的，所述鎖定裝置可以電磁方式作用，並通過操作塔架內部和/或吊艙上的開關而接通、關斷。這使得操作起來方便安全，沒有因為如風的作用使吊艙擺動等可能與塔架相撞而受傷的風險。
在本發明一個優選的改進中，鎖定裝置可以遙控控制，而且更優選的，可從吊艙上對其遙控控制，從而可避免手動操作。以這種方式，進一步降低了操作鎖定裝置時的潛在受傷風險。
一個特別優選的實施方式如下，在該實施方式中，至少一颱風力渦輪機的開口上安裝一個基本上水平延伸的蓋子，所述蓋子有一個防護牆，該防護牆沿基本上豎直的方向延伸並與纜索連接裝置平行保持一預定的距離。藉助圍成一預定角度的蓋子和防護牆形成一防護頂，該防護頂可以在開口區域保護吊艙，同時也可以保護開口本身不受天氣影響。一方面，塔架自身可以保護吊艙和開口，另一方面，通過防護頂可保護吊艙不受風的影響並且不會被推抵塔架。
如果防護頂足夠長，即使風或風向橫貫吊艙行進的方向，也可以避免吊艙的位移以及由此引發與塔架的可能碰撞。
優選的，第一防護牆的外端和塔架之間的水平間隔大於其與防護牆中央部分的水平間隔。這樣，即使吊艙如在側向風作用下產生朝向防護牆的水平位移，也能防止吊艙和防護牆之間的碰撞。
在本發明一個優選的改進中，可以將另外的防護牆在開口的兩邊平行等高於所述第一保護牆與塔架相連，所述另外的保護牆延設於塔架背風處，以使橫貫吊艙行進方向的風不能將吊艙推抵外部的防護牆。塔架處防護牆之間的水平距離可以基本上等於吊艙的寬度，並朝防護牆橫向端擴大，以使吊艙在防護牆之間入口處的水平位移不會使吊艙與任一防護牆碰撞。
優選地，可在其艙體較低部分的每個拐角處，即吊艙發生水平位移時與風力發電場中其他設施發生的碰撞中最先作用的點，設置彈性覆層。一方面，所述覆層消除可能出現的碰撞，以防止對吊艙及風力發電場中其他設施的損傷，另一方面，當出現事故時，其可以作為助浮件使用以保持吊艙的浮力。
與此同時，或代替吊艙上的彈性覆層，在防護牆上也可以塗布這樣的覆層，尤其在入口區域、發生水平位移的吊艙首先與防護牆相碰的高度處。
一個特別優選的實施方式如下，在該實施方式中，在第二防護牆處設置一第一道板，所述道板具有一個環繞其的保持設施，比如欄杆。在本發明一個更優的改進中，所述道板遍布於所述防護牆的整個長度上，並以一種從開口可以到達的方式連設。
為執行如修理工作和/或維護和清洗工作，通過這種方法可以到達吊艙的外壁。如果設有第二個防護牆，道板可以通過所述防護牆設於一側，這時不需要保持設施。
特別優選地，設置一與第一防護牆上的第一道板平行的第二道板。所述第二道板在不鄰近第一防護牆的側邊也有保持裝置。
另一個優選的實施方式，所述第一和第二道板的外端至少設有一個一個橫向道板，其中所述橫向道板跨過基本上平行所述第一、第二道板間的縫隙。
為確保不阻塞吊艙的入口和出口，橫向道板在其一端可樞轉地連接，並且繞其樞轉軸向上樞轉，以允許通向吊艙。在本發明一個有利的改進中，這樣的可橫向樞轉的道板在所述第一、第二道板的兩端連接，這樣可從外部到達道板的所有側邊。
優選地，一個橫向道板和另一個橫向道板之間的間隔基本上等於吊艙的相應尺寸。在本發明一個特別優選的改進中，至少有一個橫向道板可沿其樞轉軸滑動，這樣可以改變橫向道板之間的距離並調整到相應的要求。
至少在一個風力渦輪機塔架上設置有一個提升裝置，優選地設於防護頂下方，一方面，所述提升裝置能操作沉重貨物；另一方面可以操作吊艙和吊艙的部件，例如為了修理等。通過這樣一種為適當負載設計的提升裝置，可以提升整個吊艙，從而在道板上就可以到達吊艙下側，進行修理、維護和清潔。
在本發明一個可選的實施方式中，為到達吊艙的外部，代替道板可設有適當安裝的單件式工作平臺或者是多件式工作平臺。為此，工作平臺有一個可從外面進入吊艙所有側邊的最小面積。
在本發明另一個可選的實施方式中，可以設置一個工作架或一個冠狀安全平臺，其中所述架和平臺可以移動/或樞轉，從而可到達吊艙的外側。與工作平臺類似，冠狀安全平臺所有邊都由一保持裝置環繞，以防止從人員工作區域上的平臺或架子中無意跌落。
在本發明一個特別優選的實施方式中，門比吊艙的橫截面大，且纜索系統延伸進入風力渦輪機塔架內部。這可以通過沿纜索連接裝置的每個塔架上的至少一組點實現。以此種方式，吊艙可以行進穿過塔架中開啟的門，從而可以不考慮天氣條件進行裝載和/或卸載。
一個關閉的吊艙可以保護人員和貨物基本不受天氣影響的方式進行運送。在本發明一個特別優選的改進中，吊艙如下配置它有一個可閉合的出口，通過該出口可以到達導軌處，吊艙以該導軌懸掛於纜索連接裝置並受其引導。
為避免吊艙從纜索上掉落時的損失，吊艙優選設計為可浮的，還可以安裝信號發射裝置，如信號槍、閃光信號等，以及浮力輔助裝置如自動自充氣救生圈。這些浮力輔助裝置可增大吊艙的浮力，這樣即使裝有負載也可以保持浮在水面。在本發明一個優選的改進中，吊艙設有正位輔助裝置，其至少可以讓吊艙較難翻轉，或者實際上防止吊艙翻轉。
為了實現運轉的監測，或者至少實現對吊艙系統的半自動控制，需設置一中心控制裝置以及多個傳感器和/或致動器。這些傳感器和/或致動器可以通過一接口與中心控制裝置連接。
通過連接其上的傳感器，一方面，中心控制裝置可以識別特定工作參數和工作狀態，例如吊艙的位置、它的工作速度、水平位移、吊艙的重量、飛輪質量的轉速、儲能量、發動機工作數據、塔架上開口區域的狀態(關，開...)等。當然，遠程數據傳輸也可以由風力渦輪機的機械外殼中的傳感器捕獲並隨後被處理。
通過設置的致動器，中心控制單元能夠影響工作參數和工作狀態。例如，這包括依靠吊艙相對於塔架的位置，控制吊艙和塔架之間的鎖定裝置，或控制防護頂下的照明設備，或依靠亮度控制航行燈(在風力發電場的塔架和/或其他部件上設置的所有燈)，或者自動釋放或開啟門，或影響吊艙的速度，包括使其停止。
在本發明一個可選的實施方式中，控制系統可分散放置。為此，風力發電場中至少兩個設施上設置有單獨的控制系統，所述系統彼此通信並與吊艙通信。這樣，同樣可以識別和分析工作參數和工作狀態。每個控制系統可與傳感器和/或致動器的某一預定部分連接。這種分散方案的優勢之一是產生冗餘，這樣當一個控制單元失效時，鄰近的控制單元就能接管其功能。
在本發明一個特別優選的改進中，在風力發電場中的風力渦輪機之間設置支撐桅杆，以支撐纜索連接裝置，以此防止塔架之間的纜索連接裝置過度鬆弛以及由於風力發電場中風力渦輪機塔架之間過大的跨距而導致的過大載荷。
優選地，本發明的風力發電場裝備有至少一個至少可容納一個人的居住區域。所述居住區域的內部空間優選地按照不同功能區域組織，如衛生間和/或廚房和/或食品間和/或休息室，特別優選地，所述居住區域集成於風力渦輪機的塔架中。
在本發明一個可選擇的實施方式中，居住區域在風力發電場內與風力渦輪機分離設置。例如，這種設置可以是一個單獨的平臺，或優選地位於一個安裝於風力渦輪機塔架的平臺上。
所述平臺可以提供其他功能，如直升飛機停機坪和/或船隻的碼頭泊位。
由於塔架內部區域有限，本發明一個優選實施方式中，所述居住區域分布於塔架內部多個彼此連接的層面。在居住區域內部，提供有用於通信和發射預定數據信號的設備。所述發射信號可以包括聲音信號和光信號，或者其他記錄數據的適當方式。
通信包括以有線或無線通信連接裝置進行的聲音和/或數據通信，其一方面與風力發電場外的遠程站點(如遙控中心或維護中心)通信，另一方面與風力發電場內的遙控站點(如其他風力渦輪機或吊艙系統的吊艙)通信。
在本發明一個特別優選的實施方式中，通信也包括對風力發電場內設施的預設工作參數的影響，以及對風力發電場工作狀況的監測和控制。這樣，本發明可以在風力發電場中建立一個持續人控的監測站。所述監測站能對出現的錯誤或失效情形立即作出反應並能採取或啟動適當的應對措施。
在本發明一個特別優選的改進方式中，設置有一個水處理裝置用於提供人員的飲用水和生活用水，所述水處理裝置以風力發電場產生的電能運轉。為了跨過例如由於無風狀況出現的補給間隙，可設置一適當尺寸的能量存儲裝置以確保至少能維持緊急工況，而繼續向居住區域供應能量和水。
為此所使用的能量存儲裝置可以是用於存儲電能的裝置如電容，或化學能量存儲裝置如蓄電池，或氫存儲裝置，其可以通過電解海水獲得的氫得以補充，燃料電池內可以從其中獲得電能。
在本發明一個特別優選的實施方式中，至少所述裝備有居住區域的風力渦輪機包括氣象觀測設備和/或用於檢測、分析、記錄和/或發送氣象數據的設備。進一步地，該風力渦輪機或風力發電場中其他(所有)的風力渦輪機可以用於作為導航設備，例如海面標誌或為事故或海難中的人們提供(最先)幫助的基站。
在本發明一個改進中，至少裝備居住區域的風力渦輪機中具有一觀察平臺，所述觀測平臺設置於風力渦輪機塔架上、機械外殼下方。所述觀望平臺完全或在一優選方向上至少部分環繞風力渦輪機塔架，且其上安裝有窗戶，可監測周圍區域。所述觀望平臺也裝備有發射信號數據的裝置，用於影響預設的工作參數和/或用於通信。帶有觀望平臺的風力渦輪機以這樣一種方式設置在風力發電場中，即從該位置可以看到風力發電場中最大數量(優選為全部)的風力渦輪機。
觀望平臺可以在空間上貼近該居住區域設置，或設為其集成的一部分。可選地，為使房間的尺寸更大，觀望平臺和居住區域可在空間上分隔設置，居住區域在觀望平臺下方靠近塔架基座設置，而觀望平臺直接設置在機械外殼下以便能更好的觀察周圍。
如果觀望平臺和居住區域之間的距離較大，當一天內需要在觀望平臺和居住區域之間往返多次時，可以在塔架內部設置一升降機，一方面可以節省時間，另一方面可以限制人員的實際負擔。升降機上可以安裝一緊急電話裝置，這樣在升降機出現問題時可以進行呼救。
本發明優選的改進將在從屬權利要求裡描述。現在參考附圖詳細介紹一個實施方式，其中圖1為風力發電場上的纜索系統的第一實施例；圖2為風力發電場上的纜索系統的第二實施例；圖3為風力發電場上的纜索系統的第三實施例；圖4為兩颱風力渦輪機之間的纜索連接裝置的路徑；圖5為另一纜索排列；圖6為使用一根主纜索和一根牽引纜索的吊艙的懸掛和驅動；圖7為帶防護頂的風力渦輪機的俯視圖；圖8為帶防護頂的塔架的側視圖。
具體實施例方式
圖1所示為一包括九颱風力渦輪機12的風力發電場。所述風力渦輪機12成三排設置，每排包括三颱風力渦輪機12，且所述風力渦輪機相互之間以纜索連接裝置10以這樣一種方式連接，即吊艙14可以分別且連續地到達各單獨的風力渦輪機。這樣，當吊艙14從纜索連接裝置10的一端移動到纜索連接裝置10的另一端時，總能經過風力發電場中所有的風力渦輪機12。
纜索連接裝置10可以是一個環形纜索迴路，吊艙14就固定地設置在其上。這樣，纜索移動時，吊艙14也不可避免地隨之移動。
如果環形纜索迴路位於一基本水平的平面內，在最簡單的情況中，則可以始終沿一恆定方向驅動纜索，且吊艙14在經過了偏轉點之後向相反方向移動，從而按照環形纜索迴路的水平尺寸進行移位。
不過，因為這也應用在從一颱風力渦輪機12到相對方向的一臺鄰近風力渦輪機12的行進時，可能必須經過風力發電場內所有的其他風力渦輪機，這樣吊艙必須移動幾乎兩倍於纜索連接10長度的距離。
舉例來說，如果吊艙14放置於標示為A的風力渦輪機處，現在必須行進到標示為B的風力渦輪機，則在單向纜索驅動裝置的情況下，其首先要行進至標示為C的風力渦輪機，從那兒返回到達目的地，即標示為B的風力渦輪機。在這個過程中，其行進距離幾乎是整個纜索連接裝置長度的兩倍。
如果可以沿兩個方向驅動纜索連接裝置，那麼從A到B的行程只需要反向行進，從而兩颱風力渦輪機之間行程較短。
如果纜索連接10是基本豎直平面內的環形纜索迴路，必須要有一用於在兩個方向上驅動纜索連接裝置10的裝置，否則固定連接於纜索連接10的吊艙最後將會在到達環形纜索迴路反轉點時將進入一危險位置。
因為這個原因，圖中標示為B和C的風力渦輪機上設有傳感器44，其中當吊艙14到達所述傳感器所在位置時，所述傳感器進行識別，從而開始一個停止或反向的過程。為簡化起見，這些傳感器以開關示出。為了判斷吊艙14是否已經到達該位置，其他種類的傳感器，例如霍爾效應傳感器、光學傳感器等當然也同樣適用。當然，所選擇的傳感器位置應滿足即使吊艙14加載仍有足夠的制動距離。
圖2所示同樣為一包括九颱風力渦輪機12的風力發電場，風力渦輪機12排列成三排，每排三臺。在這種排列中，設有一個中心風力渦輪機12，其具有專用設施，如裝卸和存儲設施等。一個與風力發電場中所有其他風力渦輪機12連接的纜索連接裝置10自中心風力渦輪機12向外輻射，呈星狀排列。這就可使吊艙14(未示於圖中)到達其他風力渦輪機12的路徑最短(每個從中心風力渦輪機12測量)。
不過，從非中心風力渦輪機12到另一個非中心風力渦輪機12的行程通常要先通向中心風力渦輪機12，然後從那裡出發到達目標風力渦輪機12。
同時示於圖中的還有一位於纜索連接裝置10處的支撐桅杆11。所述支撐桅杆11支撐纜索連接裝置10，以防止當兩颱風力渦輪機12之間的跨度較大時纜索連接裝置10過度鬆弛。
這種鬆弛來自於纜索連接裝置自身的重量。根據纜索連接裝置10的特性，纜索連接裝置10的兩個支撐點之間有一個最大距離，如果超過這個距離將會導致纜索連接10在其自重作用下切斷。不過，即使支撐點之間的間距較小，纜索連接裝置10的鬆弛也可能已經過大而使吊艙14距離水面過近。
理論上，給纜索連接裝置10施加較大張力可以抵消這種情況。不過，如果由於低溫的影響導致纜索連接裝置中產生更大張力，纜索連接裝置10可能會因為超出其抗張強度而切斷。換句話說，根據使用材料的不同，纜索連接裝置10將不可避免的產生一定程度的鬆弛。不過這些問題都可以通過使用支撐桅杆11來解決。
圖3展示了與圖1和圖2相同的風力渦輪機12的排列。區別同樣在於風力渦輪機12之間的纜索連接裝置10的結構。圖3中，該結構象一個網絡，每一個風力渦輪機12是網絡中的一個節點。通過這種纜索結構，吊艙14(未示於圖中)到達某一風力渦輪機12的具體路徑的距離甚至會更短。
該圖中，為限制纜索連接裝置10的鬆弛和張力，也使用了支撐桅杆11，用於兩颱風力渦輪機12之間的大跨度。當然，為了纜索連接裝置10獲得另外的支撐點，支撐桅杆11可以設於兩颱風力渦輪機間的纜索連接裝置10的任意一段。
圖4所示為通過纜索連接裝置10彼此連接的兩颱風力渦輪機12。塔架上部已經在圖中省去，而轉子掃過區域的較低邊緣在圖中以虛線30表示。每個塔架有一個開口18，該開口可以由門關閉，且每個開口處設有一梯子32通向塔架基座。塔架的開口18的高度設置為在此高度時吊艙14到達塔架。
每個塔架的開口18上方設有一偏轉元件16，通過它對纜索連接裝置10進行導向。吊艙14安置於所述纜索連接裝置10。取決於纜索連接裝置10的實施方式，吊艙14由纜索連接裝置運載和/或驅動，或者吊艙14在其自身動力下沿纜索連接裝置10移動。
在圖示示例中，一驅動發動機15放置於一風力渦輪機的塔架上，位於偏轉滑輪16的上方。當吊艙14不是自驅動時，所述驅動發動機可以適當方式驅動纜索連接裝置10。
吊艙14的較低部分有一個附加的隔間26，通過吊艙艙體底板與吊艙艙體隔開。在所述隔間26內部有一個飛輪質量28，其通過一驅動發動機保持繞轉軸的高速旋轉，如圖虛線所示。這種轉動的結果是飛輪質量28的作用相當於陀螺儀，且通過抵消吊艙14部件上的水平位移將吊艙14穩定於其位置。以這種方式，當吊艙14行進時及僅僅移動一有限範圍時可以保持穩定，即使是在有側向風的情況下。
圖5所示同樣為風力渦輪機12的兩個塔架，其上部已經從圖中省去。不過轉子掃過區域的較低邊緣再次示於圖中。塔架中，可閉合開口18的高度示於吊艙到達風力渦輪機12的高度處。
開口18上方設置有偏轉元件16，纜索連接裝置10通過這些元件進行導向。吊艙14安置於所述纜索連接裝置10之上，可以在風力渦輪機之間行進。
開口下方18也設置有偏轉元件16。一保持纜索24形式的另一纜索連接裝置通過這些另外的偏轉元件16進行導向。所述保持纜索24與纜索連接裝置10平行且保持一個預設的豎直距離25設置，對吊艙14進行導向。因為吊艙14同時被上方的纜索10和下方的纜索24導向，因此通過這種方式可以限制吊艙14的水平偏轉。
吊艙14的可能出現的水平位移根據其與下一個風力渦輪機12之間距離而改變。當吊艙14和風力渦輪機12之間的距離變小時，偏轉元件16的穩定效果增強，相應的可能出現的吊艙14水平位移就會較小；反之，當吊艙14和風力渦輪機12之間的距離變大時，纜索連接10和保持纜索24之間的鬆弛量會增加。兩颱風力渦輪機12的中間處的鬆弛量最大，因此可能出現的吊艙14的水平位移也最大。
圖6所示為圖4和圖5中被虛線圈住部分的放大視圖。纜索連接裝置10由兩根纜索20，22組成。上面的纜索20作為主纜索運載通過兩個導向滑輪46可移動地置於其上的吊艙14。下面的纜索22是一牽引纜索，其固定連接於吊艙14。通過操作所述牽引纜索22，吊艙14沿主纜索在一懸掛位置中移動。
圖7和圖8所示分別為一風力渦輪機12(圖7)和風力渦輪機12塔架的一部分(圖8)，帶有一幾乎水平延設於其上的蓋子34。圖7是一俯視圖，圖8是一側視圖。
纜索連接裝置10從所述蓋子34下方布設；為了更好地觀察，蓋子的懸掛方式並沒有示於圖中。平行於纜索連接裝置10設置的蓋子34的兩邊每邊設有防護牆36。
這些防護牆36與蓋子34結合形成一防護頂，保護吊艙14以及風力渦輪機12塔架上的開口18不受天氣影響。所述防護頂在開口18的兩側平行於纜索連接10延設。
由於當吊艙在兩颱風力渦輪機12之間行進時，吊艙14可能一直都存在水平位移，雖然位移大小和方向有限，因此對防護牆的外端進行了加寬。在防護頂的預定部分增大防護牆36之間的距離，同時也增大與開口18的距離。在中部靠近開口18的地方，防護頂的尺寸基本等於吊艙14的相應尺寸。
由於防護牆36之間的較大間距，吊艙14可以在防護牆之間移動並進入其避風側，甚至例如當側向風使吊艙水平移動時也可以。由於避風，吊艙14不再移動，並因此可將防護牆36，38之間的間距做的較小。
防護牆36，38的入口處設有彈性覆層48，所述覆層旨在對吊艙14和防護牆36，38之間的碰撞進行減震，這樣至少不會產生嚴重的損壞。獨立於防護牆36，38上的這些覆層48，可在吊艙上設有類似覆層，例如防護板。
本發明風力發電場另一實施例包括一風力發電場，其具有一個海上平臺以及風力發電場的風力渦輪機。為簡化起見，風力渦輪機之間的纜索連接裝置未在圖中顯示(可以參考圖3或圖2作為代替)。此處可以看到，海上平臺和配設於風力發電場到所述平臺的中間位置的風力渦輪機間設有一纜鎖連接裝置。另一種可能配置(見圖2)是平臺和風力渦輪機之間纜索連接裝置的星形排列，此處平臺構成星形網絡的中心。
在以前公知的海上石油鑽井平臺上，所有可讓人們長時間呆在平臺上的設施可置於該平臺上。具體地，這些設施包括起居場所、睡覺場所、雜貨間和所有其他能使風力發電場的維護和操作人員一次呆上幾星期的設施。
此外，平臺自身可以裝備電解設備(當然這些設備也可以安裝於一單獨的平臺)，這樣就可以使用風力發電場中風力渦輪機產生的電能將水電解為其組成元素氧和氫。兩種氣體，尤其是氫氣，要存儲於設置在平臺上或單獨的儲氣罐，或者產生的氣體通過管道傳輸到陸地。當氣體存儲於平臺時，可以通過適當的運輸船進行收集。
這樣的生產氫氣方式的優勢在於，因為儲氣罐能提供足夠緩衝，允許氣體連續傳輸而不受生產輸出波動的影響，不用考慮由風力條件改變而導致的電能產生的波動。
只有當使用再生能源時，從水中獲取氫氣才有意義，風力發電場可具有極大的產能，這是因為風力發電場的電能輸出在兆瓦量級，優選的，超過500MW。
通常，平臺自身也很大，設有專用的直升機停機坪，這樣可以通過直升機將人員運送到風力發電場，且因為其較大尺寸，直升機可以相對安全的在平臺著陸。
本發明中平臺和至少一颱風力渦輪機之間的纜索連接裝置還有如下優點，即當居住平臺出現事故時，人員仍然可以轉移到這時安全的風力渦輪機。
為避免過往船隻和吊艙的碰撞，吊艙和/或纜索上還安裝有防撞燈，該燈在至少一臺移動的吊艙上點亮，這樣可以引起過往船隻的高度注意力。
也可提供如雷達或超聲波等的技術設備檢測吊艙和一障礙物之間的距離。
為了接收某個前方警告，例如，也可以對船隻進入風力發電場的邊緣或部分區域進行監控。這可採用可視監控裝置、或雷達設備等實現。與這些裝置相結合，當檢測到一艘船進入風力發電場時，可致動一迫動控制，其中所述的控制迫使吊艙行進至最近的風力渦輪機，這樣就可以安全地防止任何碰撞。同時，可以通過某個無線電頻道，如緊急情況頻道等，將標準警告信息傳遞到船上的駕駛臺，警告他們危險。
為了在海上事故發生後使用吊艙救援水手或落水者，吊艙可以設有安全裝備，如用於營救的索梯、絞車等、及急救裝備等。
對於那些在風力發電場中遭到海難的人們而言，該平臺也可以作為其救生員，尤其是在外海受傷或凍僵的人，可以在平臺上得到照顧並能得以恢復。這時如果平臺上有基本的醫療設備和供給則更好，因為可這樣保證基本的或中等程度的治療。
權利要求
1.一種近海風力發電場，包括至少一個位於風力發電場內的海上平臺，所述平臺適於為操作風力發電場的人員提供生活居住空間，所述平臺和風力發電場的至少一颱風力渦輪機之間設置有一纜索連接裝置，其中設有一個懸掛在所述纜索連接裝置上的吊艙。
2.如權利要求1所述的風力發電場，其特徵在於，所述海上平臺上設有一用於所述風力渦輪機最重要的磨損部件的備用零部件倉庫，並且所述零部件通過所述纜索連接裝置傳送到所述風力渦輪機。
3.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述平臺裝有電解設備，所述設備由風力渦輪機供電，其中通過電解方法從水中產生氫和氧。
4.如權利要求3所述的風力發電場，其特徵在於，所述海上平臺具有一個或多個儲氣罐用以儲存產生的氣體(氫氣；氧氣)。
5.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有至少兩颱風力渦輪機和一在預定高度橫跨所述至少兩颱風力渦輪機的纜索連接裝置(10)，且一吊艙置於所述纜索連接裝置上。
6.如權利要求5所述的風力發電場，其特徵在於，一纜索連接裝置(10)以一環形纜索形式跨設在所述風力渦輪機(12)和/或所述平臺上的偏轉元件(16)之間，且纜索連接裝置(10)和吊艙(14)之間剛性連接。
7.如權利要求5所述的風力發電場，其特徵在於，所述纜索連接(10)包括一主纜索(20)和一牽引纜索(22)以及一吊艙(14)，所述吊艙可移動地連接於所述主纜索(20)，並固定連接於所述牽引纜索(22)。
8.如權利要求7所述的風力發電場，其特徵在於，所述牽引纜索(22)沿偏轉元件(16)以環形迴路延設。
9.如權利要求7或8所述的風力發電場，其特徵在於，所述偏轉元件(16)有兩個獨立可旋轉的偏轉滑輪。
10.如權利要求7到9中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述牽引纜索(22)由一發動機驅動。
11.如權利要求5所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)在其自身動力下沿所述纜索連接裝置(10)移動。
12.如權利要求11所述的風力發電場，其特徵在於，至少一臺發動機驅動裝置驅動所述吊艙(14)沿所述纜索連接裝置(10)運動，其中所述驅動裝置優選為一電驅動裝置。
13.如權利要求12所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙驅動裝置由所述吊艙(14)載有的能量儲存裝置接收驅動動力。
14.如權利要求11到13中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少一個手動操作驅動裝置用於驅動所述吊艙(14)沿所述纜索連接裝置(10)移動。
15.如權利要求11到13中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，一遙控驅動裝置用於移動所述吊艙(14)。
16.如權利要求15所述的風力發電場，其特徵在於，所述纜索連接裝置(10)的至少一部分用做一個導電體。
17.如權利要求16所述的風力發電場，其特徵在於，一纜索集成於所述纜索連接裝置(10)。
18.如權利要求5到17中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，在一指定風力渦輪機(12)和其他風力渦輪機(12)之間的纜索連接裝置(10)呈星形排列。
19.如權利要求5到17中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力渦輪機之間的纜索連接裝置(10)呈網絡狀排列，其中每颱風力渦輪機(12)構成網絡中的一個節點。
20.如權利要求5到17中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力發電場的風力渦輪機之間有一單個的纜索連接裝置，該纜索連接裝置以預定序列將至少一部分所述風力渦輪機連接起來。
21.如權利要求18到20中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有至少兩個前述纜索連接裝置(10)系統的組合。
22.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)和所述風力渦輪機(12)塔架之間設有一可拆卸的鎖定裝置。
23.如權利要求22所述的風力發電場，其特徵在於，所述鎖定裝置為吸持磁鐵的形式。
24.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，一保持纜索(24)以預定距離平行於所述纜索連接裝置(10)延設。
25.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，一纜索連接裝置(10)以距離所述風力渦輪機(12)的塔架一預定的水平距離延設，並且/或一保持纜索(24)以距離所述塔架一預定的水平距離延設。
26.如權利要求24或25所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力渦輪機(12)上設有用於容納所述保持纜索(24)的偏轉元件(16)。
27.如權利要求24到26中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述纜索連接(10)配置為一環形纜索迴路，且所述保持纜索(24)是所述環形纜索迴路的一部分。
28.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)具有一個繞一豎直軸旋轉的飛輪質量(28)。
29.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力渦輪機(12)的塔架上在一吊艙(14)可到達塔架的高度上設有一可閉合的開口(18)。
30.如權利要求29所述的風力發電場，其特徵在於，所述開口(18)附近在所述吊艙高度處設有一鎖定裝置。
31.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少一颱風力渦輪機(12)塔架上開口(18)上方設置有一蓋子(34)，所述蓋子(34)基本上水平延伸。
32.如權利要求31所述的風力渦輪機，其特徵在於，所述蓋子(34)遠離塔架的一側設有一第一防護牆(36)，所述防護牆(36)基本豎直延設，並以一預定距離與所述纜索連接裝置(10)平行。
33.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力渦輪機(12)的塔架上所述開口(18)的高度處設有至少一第二防護牆(38)，其基本平行於所述纜索連接裝置(10)延設。
34.如權利要求33所述的風力發電場，如權利要求29所述的風力發電場，其特徵在於，一兩件式第二防護牆(38)在所述開口(18)的兩側延伸一預定長度。
35.如權利要求32到34中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述第一防護牆(36)和第二防護牆(38)之間有間隙，所述間隙在一預定部分距所述開口(18)一距離處尺寸增加。
36.如權利要求32到35中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述防護牆(36，38)中至少一個上設有一預定厚度的彈性覆層(48)。
37.如權利要求31到36中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述蓋子(34)和/或防護牆(36，38)上安裝至少一照明設備。
38.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少設有一基本平行於所述纜索連接(10)沿設的道板，所述道板可以從所述開口(18)處到達，且沿其總長具有至少一保持裝置。
39.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少一颱風力渦輪機(12)塔架的外部設有一個單件式或多件式工作平臺，其中可從所述開口(18)到達所述平臺。
40.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少一颱風力渦輪機(12)塔架的外部有一個冠狀安全平臺或一個工作架，從所述開口(18)可以到達所述平臺或工作架。
41.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力渦輪機(12)的塔架上靠近所述開口(18)處設有至少一第一導軌(40)，所述第一導軌(40)平行於所述纜索連接裝置(10)延設。
42.如權利要求41所述的風力發電場，其特徵在於，一第二導軌(42)以一預定距離平行於所述纜索連接裝置(10)延設。
43.如權利要求41或42中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述第一導軌(40)和第二導軌(42)之間有一個間隙，所述間隙在一預定部分距所述開口(18)一距離處尺寸增加。
44.如權利要求41到43中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述導軌(40，42)支撐所述防護牆(36)。
45.如權利要求29到44中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述可閉合的開口(18)大於所述吊艙(14)，所述纜索連接裝置(10)延伸通過所述開口(18)進入所述風力渦輪機(12)塔架的內部。
46.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，每個塔架上沿纜索連接裝置(10)有至少一組點。
47.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)內部有加載錨定裝置和綁紮裝置。
48.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)內部或上面設有用於操作所運載載荷的提升裝置。
49.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少一颱風力渦輪機(12)的塔架上或內部設有提升和/或運輸工具。
50.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)帶有一封裝的吊艙艙體。
51.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，在所述吊艙(14)與風力發電場其他設施碰撞風險最大處中的至少一處設有有一彈性覆層。
52.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙(14)是可浮吊艙。
53.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述彈性覆層同時可作為漂浮物使用。
54.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有一控制裝置，其包括一中央控制單元、傳感器和/或致動器。
55.如權利要求54所述的風力發電場，其特徵在於，所述中央控制單元置於所述風力發電場內的其中一颱風力渦輪機(12)上。
56.如權利要求54或55所述的風力發電場，其特徵在於，設有至少一個傳感器在吊艙(14)通過時進行檢測。
57.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述吊艙上設有一GPS模塊。
58.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力發電場產生的電能用於向電驅動裝置供電。
59.如權利要求58所述的風力發電場，其特徵在於，所述能量可選擇地來自於發電機、中間直流電路或其他適當位置。
60.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少部分能量不是以電能的形式在風力發電場內傳輸。
61.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述風力渦輪機(12)塔架之間緊鄰放置有支撐纜索連接裝置(10)的桅杆(11)。
62.一種用於控制風力發電場內至少兩颱風力渦輪機之間的吊艙系統的方法，其特徵在於，通過中央控制單元評估傳感器檢測到的狀況，並觸發作用於致動器的適當控制信號。
63.如權利要求62所述的方法，其特徵在於，GPS數據和/或其他編碼形式表明吊艙(14)位置的數據被傳輸到所述中央控制單元。
64.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少一颱風力渦輪機(12)具有一個用於容納至少一人的居住區域。
65.如權利要求64所述的風力發電場，其特徵在於，所述居住區域配備有衛生間和/或廚房和/或食品室和/或休息室。
66.如權利要求64或65所述的風力發電場，其特徵在於，所述居住區域集成於一風力渦輪機(12)的塔架內。
67.如權利要求64到66中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述居住區域安排為多個相互連接的層面。
68.如權利要求64到67中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述居住區域內部有一用於發射預定數據信號的裝置，和/或一影響預定工作參數的裝置。
69.如權利要求64到68中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有一用於交換信息和/或數據的通信設備。
70.如權利要求64到69中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有一提供人員的飲用水和生活用水的水處理裝置。
71.如權利要求64到70中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有儲藏能量以度過能量供應間隙的能量儲藏裝置。
72.如權利要求64到71中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，設有氣象觀測裝置，和/或用於檢測、分析、記錄和/或處理氣象數據的裝置。
73.如權利要求64到72中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，至少所述具有居住區域的風力渦輪機上設有導航設備和/或用於救助受傷或海難人員的裝置。
74.如權利要求64到73中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述具有居住區域的風力渦輪機的塔架上有一觀望平臺，所述觀望平臺完全或至少在一個優選方向上部分環繞塔架，且位於機械外殼的下方。
75.如權利要求74所述的風力發電場，其特徵在於，至少部分所述觀望平臺設有窗戶，可監測風力渦輪機的周圍情況。
76.如權利要求74或75所述的風力發電場，其特徵在於，所述居住區域和觀望平臺之間設有升降機。
77.如前述權利要求中任一項所述的風力發電場，其特徵在於，所述平臺是一個廢棄的/使用過的油/氣鑽井平臺。
全文摘要
本發明涉及一種風力發電場，尤其涉及一種近海風力發電場，其包括至少兩颱風力渦輪機。為了提供一個風力發電場，使其內部各單獨風力渦輪機之間運輸可以更安全並更少地依賴天氣實現，在風力發電場中至少兩颱風力渦輪機(12)之間設置至少一纜索連接裝置(10)，且所述纜索連接裝置(10)上設有一個懸艙(14)。
文檔編號F03D9/00GK1633558SQ03804020
公開日2005年6月29日 申請日期2003年2月12日 優先權日2002年2月16日
發明者艾勞埃斯·烏本 申請人:艾勞埃斯·烏本