本發(fā)明涉及一種優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)重量的方法，其包括設(shè)置在離岸地基上的風(fēng)力渦輪機(jī)。

本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置為安裝在位于離岸位置的離岸地基上的風(fēng)力渦輪機(jī)。

背景技術(shù)：

眾所周知，用于風(fēng)力渦輪機(jī)的浮動地基是設(shè)計為在運行和極端情況下，向風(fēng)力渦輪機(jī)提供足夠的穩(wěn)定性和浮力的大型重型結(jié)構(gòu)。還已知在風(fēng)力渦輪機(jī)傾斜時，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架充當(dāng)大型力距臂，因此浮動地基還必須抵消傾斜時浮動地基受到的彎矩。傳統(tǒng)上，通過增加浮動地基的尺寸和重量來解決這個問題，這增加了生產(chǎn)成本，可選地，以及安裝成本。

另外，在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的頂部需要額外的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以平衡此彎矩和由于風(fēng)載以及波流載荷使風(fēng)力渦輪機(jī)塔架受到的結(jié)構(gòu)載荷。通常地，這通過向風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的頂端增加額外材料解決，由此增加風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的重量，并且由此增加生產(chǎn)成本。

風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)當(dāng)具有的塔架高度為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片長度的二到三倍之間，這提供了在更高高度處風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的成本和增大的功率輸出能力之間的最佳平衡。

本申請人的美國專利申請us2014/0219797a1，公開了位于浮動地基上的局部變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)，其被系泊在海床。該風(fēng)力渦輪機(jī)包括兩片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，每片具有連接至可變槳距的外葉片部分的內(nèi)葉片部分，外葉片部分變槳距以大致保持向轉(zhuǎn)子輪轂作用恒定的合成推力值。由于此變槳距方案，浮動地基的尺寸和重量因此可減小。

ep2080899a1公開了位于浮動的柱狀浮標(biāo)型地基上的雙葉片風(fēng)力渦輪機(jī)，該地基經(jīng)由連接至底端的錨定纜線錨泊至海床。在此配置中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在浮動地基上，彈性可彎曲的塔架部分和轉(zhuǎn)子軸部分位于轉(zhuǎn)子和驅(qū)動機(jī)構(gòu)之間。風(fēng)力渦輪機(jī)的壓力和載荷集中在這些彈性部分上，因此他們很可能失效。此外，由于轉(zhuǎn)子和風(fēng)力渦輪機(jī)塔架相對于浮動地基的大傾斜范圍，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架仍然將會承受大的彎矩。

us8192160b2也公開了位于浮動的柱狀浮標(biāo)型地基上的風(fēng)力渦輪機(jī)，該地基經(jīng)由連接至地基一側(cè)的錨定纜線錨泊至海床。在正常運行中，能夠通過向設(shè)置在浮動地基內(nèi)的壓載艙泵入水或從壓載艙泵出水，并同時調(diào)整錨定纜線的長度，來調(diào)節(jié)機(jī)艙相對于名義海平面的高度。壓載艙的數(shù)量基于風(fēng)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及其密封裝置增加了浮動地基的復(fù)雜度和生產(chǎn)成本。錨定纜線的張緊導(dǎo)致了各個錨環(huán)之間的加速磨損，進(jìn)而縮短了錨定系統(tǒng)的工作壽命。

us2010/0119370a1公開了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其中風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)控制變槳距機(jī)構(gòu)，并連接至波高傳感器。控制系統(tǒng)設(shè)置為基于來自波高傳感器的測量數(shù)據(jù)而確定海浪高度(波高)。控制系統(tǒng)向變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，該變槳距機(jī)構(gòu)隨后將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片變槳距使其不受風(fēng)影響，并由此當(dāng)檢測到大浪時使轉(zhuǎn)子失速。該申請并未提及地基類型或風(fēng)力渦輪機(jī)的高度。

發(fā)明目的

本發(fā)明的一個目的是提供一種解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題的解決方案。

本發(fā)明的一個目的是提供一種優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)塔架和離岸地基的重量的方法。

本發(fā)明的一個目的是提供另一種運行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其允許風(fēng)力渦輪機(jī)的高度降低。

本發(fā)明的一個目的是提供另一種風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)，其允許在減小彎矩的同時優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)塔架和離岸地基的重量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的通過優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的重量的方法實現(xiàn)，風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在離岸地基上的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有至少兩個風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和轉(zhuǎn)子輪轂，風(fēng)力渦輪機(jī)還包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，其中該方法包括步驟：

-提供風(fēng)力渦輪機(jī)，海平面與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端的最低位置之間的距離等于或小于20米，

-至少測量波高，

-根據(jù)測得的波高運行風(fēng)力渦輪機(jī)，

-如果至少測得的波高超出預(yù)設(shè)閾值，將轉(zhuǎn)子定位在停置位置，在該位置風(fēng)力渦輪機(jī)葉片與海平面之間的間距最大。

這提供了通過減少風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端的最低位置與平均海平面或名義海平面之間的間距，優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)的重量以及離岸地基的重量的簡易方法?；蛘撸Ｆ矫婵梢远x為漲潮的平均海平面或者退潮的平均海平面。例如，海平面可被定義為最高天文潮汐位(hat)的海平面或平均大潮高潮位(mhws)的海平面。不需要壓艙系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速或者在極端風(fēng)況的情況下來相對海平面升高或降低風(fēng)力渦輪機(jī)。這個方法特別適合用于具有兩片或三片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)。

該配置提供了操作風(fēng)力渦輪機(jī)的另一種方法，其允許降低塔架高度，這由此也縮短了風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的力矩臂。這允許風(fēng)力渦輪機(jī)受到的彎矩能夠顯著減小，由此節(jié)約風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的材料和成本。此配置還允許減小離岸地基的尺寸和重量，因為減小了由風(fēng)力渦輪機(jī)使離岸地基受到的應(yīng)力和彎矩，因此進(jìn)一步降低離岸地基的成本。

根據(jù)從各種傳感器或測量單元測得的數(shù)值，和/或運行風(fēng)力渦輪機(jī)的理由，比如高波浪、極端風(fēng)況、維修工作、緊急情況或如下文所述的安全情況，轉(zhuǎn)子例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，停在一個或多個預(yù)設(shè)位置。轉(zhuǎn)子可停置在一個位置，使得風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的至少一片以相對風(fēng)力渦輪機(jī)塔架平行或垂直的方向延伸。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子停置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和海平面之間具有最大距離的位置。

根據(jù)一個實施例，預(yù)設(shè)閾值為18米或更小，優(yōu)選為5至15米之間。

風(fēng)力渦輪機(jī)，例如其控制單元，監(jiān)控測得的波高，并且如果測得的波高超出至少一個預(yù)設(shè)閾值，激活停置程序。閾值可為18米或更少，優(yōu)選為5至15米之間，例如10米或12米。波高能夠測量為從波峰至波谷的距離，或者從平均海平面至波峰的幅度。該幅度隨后用于計算波高?；蛘?，波高可被定義為預(yù)設(shè)時段內(nèi)的有效波高(swh)。

根據(jù)一個實施例，該方法還包括確定至少兩片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的一片的葉片長度與風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的塔架高度之間的比值，其中該風(fēng)力渦輪機(jī)的該比值大于0.5.

該配置使得每片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的縱向長度，例如葉片長度，與風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的縱向長度，例如塔架高度的比值，能夠相比傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)增大。在傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)中，風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計為使得其具有的塔架高度為葉片長度的至少兩倍。這意味著對傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)，其葉片長度和塔架高度的比值小于0.5，然而本配置使得風(fēng)力渦輪機(jī)能夠具有降低的塔架高度，同時維持風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的長度。由于縮短了力矩臂，這降低了機(jī)艙的傾斜速度和加速度。這還節(jié)約了風(fēng)力渦輪機(jī)塔架頂端的材料和重量，因為實現(xiàn)所需的剛度需要的材料更少，由此節(jié)約了成本。

塔架高度能夠被選擇為，使得風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端轉(zhuǎn)動時的最低位置與海平面之間的具有的間距等于或小于20米，優(yōu)選地在10米和18米之間，例如12米或15米。

根據(jù)一個實施例，如果測得的波高等于或小于閾值，則風(fēng)力渦輪機(jī)以正常運行模式運行。

當(dāng)檢測到低波浪，如測得的波高沒有超出閾值，該風(fēng)力渦輪機(jī)及因此轉(zhuǎn)子以正常運行模式運行。當(dāng)測得的風(fēng)速等于或大于額定風(fēng)速或名義風(fēng)速并小于切出風(fēng)速時，該風(fēng)力渦輪機(jī)以正常運行模式運行。在此正常運行模式中，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根據(jù)預(yù)設(shè)功率輸出情況變槳距，例如以便維持標(biāo)稱功率輸出。可選地，轉(zhuǎn)子的速度也可根據(jù)預(yù)設(shè)功率輸出情況調(diào)整。基于測得的風(fēng)速和測得的波高，控制單元，例如風(fēng)力渦輪機(jī)控制單元，控制風(fēng)力渦輪機(jī)及因此轉(zhuǎn)子的運行，由此使得只要波浪維持在可接受的范圍內(nèi)，風(fēng)力渦輪機(jī)就能夠持續(xù)發(fā)電。

在另一個實施例中，如果測得的波高等于或小于閾值，風(fēng)力渦輪機(jī)以正常啟動模式運行。如果測得的風(fēng)速小于額定或名義風(fēng)速，并且可選地等于或大于預(yù)設(shè)切入風(fēng)速，風(fēng)力渦輪機(jī)以正常啟動模式運行。在此運行模式中，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根據(jù)預(yù)設(shè)功率情況變槳矩至槳距角為0，例如以便產(chǎn)生最大功率輸出。這允許風(fēng)力渦輪機(jī)如上所述持續(xù)發(fā)電。

根據(jù)一個實施例，如果測得的波高高于閾值，風(fēng)力渦輪機(jī)以關(guān)機(jī)模式運行。

如果檢測到高的波浪，例如測得的波高超出閾值，風(fēng)力渦輪機(jī)以及因此轉(zhuǎn)子從正常運行模式或啟動模式斷開，并轉(zhuǎn)換成關(guān)機(jī)模式。在關(guān)機(jī)模式中，控制單元關(guān)閉風(fēng)力渦輪機(jī)，例如其驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使其確實產(chǎn)生斷電?？蛇x地，功率變換單元切斷外部電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片變槳距至順槳位置或風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的載荷降至最低的位置。還可由于其他原因，比如極端風(fēng)況、維修工作、如下文所述的安全情況或者是否檢測到失效或緊急情況，將風(fēng)力渦輪機(jī)通過控制單元切換至關(guān)機(jī)模式。

在關(guān)機(jī)模式，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至停置位置，并可選地鎖定在該位置，例如通過轉(zhuǎn)子鎖定系統(tǒng)。制動系統(tǒng)，例如液壓或機(jī)械制動裝置，可被用于制動/停止轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)?；蛘呋蛄硗獾?，可使用風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的變槳距和/或反轉(zhuǎn)模式運行的發(fā)動機(jī)來制動轉(zhuǎn)子并將其旋轉(zhuǎn)至停置位置。根據(jù)測得的風(fēng)速和/或波高或其他原因，比如維修工作，轉(zhuǎn)子以及因此風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可停置在一個或多個預(yù)設(shè)位置。

如果風(fēng)力渦輪機(jī)為雙葉片風(fēng)力渦輪機(jī)，那么風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可停在水平位置或垂直位置。在垂直位置，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以平行于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的方向延伸，其中風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的一片沿風(fēng)力渦輪機(jī)塔架向下延伸。在水平位置，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以垂直于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的方向延伸。這降低了在極端情況下，例如大浪超出閾值或風(fēng)速超過切出風(fēng)速時，波浪擊打風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的風(fēng)險。如果風(fēng)力渦輪機(jī)是三葉片風(fēng)力渦輪機(jī)，那么風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的一片停在平行于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的垂直位置。在垂直位置，一片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片沿風(fēng)力渦輪機(jī)塔架向下延伸或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)塔架向上延伸。如果這一片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片朝上并遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，那么就降低了極端情況下波浪擊打風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的風(fēng)險。

根據(jù)一個特定實施例，此方法進(jìn)一步包括監(jiān)控相對于離岸地基的預(yù)設(shè)區(qū)域，其中如果在此區(qū)域內(nèi)探測到至少一個移動目標(biāo)，風(fēng)力渦輪機(jī)以關(guān)機(jī)模式進(jìn)一步運行。

在安全情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)以關(guān)機(jī)模式運行，其中轉(zhuǎn)子停在預(yù)設(shè)位置，例如上文所述的水平或垂直位置。連接至控制單元的監(jiān)控系統(tǒng)探測任何船只、需要救援的人、甚至在與風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)距離內(nèi)的直升機(jī)。如果在此距離內(nèi)探測到目標(biāo)，那么控制單元關(guān)閉如上所述的風(fēng)力渦輪機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)定義圍繞風(fēng)力渦輪機(jī)的安全區(qū)，因此降低風(fēng)力渦輪機(jī)葉片撞擊到安全區(qū)內(nèi)的船、遇險人員或者直升機(jī)的風(fēng)險。

可選地，監(jiān)控系統(tǒng)可確定船只、遇險人員或者直升機(jī)的方向和速度，因此允許風(fēng)力渦輪機(jī)只有在確定目標(biāo)正在靠近風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下關(guān)機(jī)?；蛘?，如果控制單元或監(jiān)控系統(tǒng)收到來自位于船只或直升機(jī)的遠(yuǎn)程站點或者遠(yuǎn)程單元傳輸?shù)拿钚盘枺L(fēng)力渦輪機(jī)可關(guān)閉?？蛇x地，根據(jù)所述目標(biāo)相對于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的定向例如偏航角的位置，和/或根據(jù)所探測到的目標(biāo)的類型，控制單元能夠選擇性地將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片停在垂直位置或水平位置。另外，還可用測得的波高和/或風(fēng)速來確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的停置位置。

根據(jù)一個實施例，定位步驟還包括將機(jī)艙偏航至停置位置，在該停置位置，轉(zhuǎn)子設(shè)置在提供到風(fēng)力渦輪機(jī)的通道的外階梯的對面?zhèn)取?/p>

在關(guān)機(jī)模式下，機(jī)艙偏航至預(yù)設(shè)位置，并可選地，鎖定在該位置，例如通過偏航鎖定系統(tǒng)。機(jī)艙可使用設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)上的偏航系統(tǒng)主動偏航，或者利用作用在轉(zhuǎn)子上的風(fēng)被動偏航。機(jī)艙以及因此轉(zhuǎn)子可定位在提供到風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的通道的外階梯或者其他登船結(jié)構(gòu)的對面?zhèn)壬??？梢栽陲L(fēng)力渦輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)至停置位置之前、期間或者之后進(jìn)行偏航。這允許任何維修船只移至相對風(fēng)力渦輪機(jī)外平臺的位置，即使葉片停在垂直位置。

本發(fā)明的一個目的還通過一種風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，該風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)包括：

-設(shè)置為安裝在安裝點的離岸地基，該離岸地基包括用于風(fēng)力渦輪機(jī)的安裝界面；

-設(shè)置為安裝在離岸地基上的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架頂部的機(jī)艙、和可轉(zhuǎn)動地安裝至機(jī)艙的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子包括至少兩片安裝至轉(zhuǎn)子輪轂的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，風(fēng)力渦輪機(jī)還包括控制單元，控制單元設(shè)置為控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運行，其中

-至少一個測量單元設(shè)置為測量波高，測量單元設(shè)置為與控制單元通信，其特征在于，

-如果測得的波高超出預(yù)設(shè)閾值，風(fēng)力渦輪機(jī)還設(shè)置為將轉(zhuǎn)子定位在停置位置，該停置位置至少兩片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和海平面之間的間距最大，其中海平面與至少兩片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端的最低位置之間的距離等于或小于20米。

這提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)，其通過根據(jù)測得的波高運行風(fēng)力渦輪機(jī)，允許優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)塔架和離岸地基的重量。此配置不再需要壓艙系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速相對海平面升起和下降風(fēng)力渦輪機(jī)。這允許塔架高度以及因此風(fēng)力渦輪機(jī)的力矩臂相比傳統(tǒng)離岸風(fēng)力渦輪機(jī)降低。這減小了離岸地基受到的彎矩和應(yīng)力，意味著抵消這些應(yīng)力所需的結(jié)構(gòu)更輕和/或更小，由此節(jié)約了離岸地基的成本。

根據(jù)一個實施例，離岸地基是浮動地基。

離岸地基可以是適用于在離岸位置安裝風(fēng)力渦輪機(jī)的任意類型離岸地基。該離岸地基可以是單桿地基、重力式地基、三腳地基、導(dǎo)管架地基、三樁地基或者浮動地基。浮動地基可以是任意類型的浮動結(jié)構(gòu)，包括至少一個、兩個、三個或更多浮箱。

根據(jù)一個實施例，海平面與最低位置之間的距離為10米到18米之間。

相比傳統(tǒng)離岸風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架高度降低。該風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置為使葉片長度與塔架高度的比值至少為0.5，優(yōu)選地在0.5到0.9之間。傳統(tǒng)離岸風(fēng)力渦輪機(jī)的比值小于0.5，因為風(fēng)力渦輪機(jī)塔架設(shè)計為塔架高度為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片長度的至少兩倍。另外，傳統(tǒng)離岸風(fēng)力渦輪機(jī)通常設(shè)計為使約18米的極端波浪不能擊打風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。這允許風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端的最低位置與海平面之間的間距減小。由于塔架高度降低，這還降低了機(jī)艙的傾斜速度和加速度，因此節(jié)約了風(fēng)力渦輪機(jī)塔架頂端的材料和重量，由此降低了成本。

塔架高度可選擇為在旋轉(zhuǎn)期間，風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端的最低位置與海平面之間的間距等于或小于20米，優(yōu)選地為10米到18米之間，例如12米或15米。

根據(jù)一個實施例，至少一個測量單元設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)上或者相對離岸地基定位。

測量單元設(shè)置為相對離岸地基或風(fēng)力渦輪機(jī)定位，以便其能夠測量波高。測量單元可包括雷達(dá)、攝像機(jī)、電磁發(fā)射器和接收器或其他用于無線測量波高的合適的測量裝置。測量單元可進(jìn)一步包括任何合適的處理裝置，例如微處理器或另外的電子線路，以處理來自測量裝置的數(shù)據(jù)，并確定波高或表示波高的信號?；蛘撸瑴y量單元可包括浮標(biāo)或其他設(shè)置為放置在海平面或預(yù)設(shè)深度的浮力件，例如波浪傳感器、聲吶、陀螺儀、一個或多個加速計、gps單元或另外合適的測量單元。相反測量單元可設(shè)置為放置在海床上，例如朝上的聲吶?？捎脙蓚€或更多測量單元用于確定波高。測量單元可通過電纜或無線連接連接至控制單元。

根據(jù)一個實施例，風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)還包括至少一個監(jiān)控單元，該監(jiān)控單元設(shè)置為監(jiān)控相對于離岸地基的預(yù)設(shè)區(qū)域，其中至少一個監(jiān)控單元設(shè)置為探測此區(qū)域內(nèi)的至少一個移動目標(biāo)。

監(jiān)控單元設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)或離岸地基上，并設(shè)置為探測在與風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)距離內(nèi)的目標(biāo)。監(jiān)控單元限定圍繞風(fēng)力渦輪機(jī)的監(jiān)控區(qū)域，并設(shè)置為探測位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的船只、遇險人員、大冰塊或甚至直升機(jī)。監(jiān)控單元可包括雷達(dá)、攝像機(jī)、電磁發(fā)射器和接收器或其他用于探測監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的合適的監(jiān)控裝置。監(jiān)控單元還包括任何合適的裝置，例如微處理器或另外的電子線路，以處理數(shù)據(jù)，并確定是否有目標(biāo)位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)?？刂茊卧O(shè)置為通過有線或無線連接與監(jiān)控單元通信。這提高了風(fēng)力渦輪機(jī)周圍的安全性，因為如果目標(biāo)過于靠近或者正在接近風(fēng)力渦輪機(jī)，風(fēng)力渦輪機(jī)就會關(guān)機(jī)，因此降低了該目標(biāo)被風(fēng)力渦輪機(jī)葉片卡住的風(fēng)險。

或者或另外地，監(jiān)控單元可包括可選的gps接收器和通信模塊，該通信模塊設(shè)置為與位于船只、救生衣或直升機(jī)或一個或多個外部中心站點上的一個或多個外部單元通信。通信模塊可通過甚高頻(vhf)信號與外部單元或外部站點通信。外部站點和/或外部單元可形成船只監(jiān)控系統(tǒng)(vms)、自動識別系統(tǒng)(ais)、船只交通服務(wù)(vts)、或者其它相關(guān)系統(tǒng)的一部分。這允許監(jiān)控單元至少基于接收到的位置數(shù)據(jù)，確定船只、直升機(jī)或人員是否位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)。這還允許監(jiān)控單元或者控制單元向位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的任何船只或直升機(jī)，或甚至向外部系統(tǒng)，例如交通監(jiān)視系統(tǒng)，發(fā)送風(fēng)力渦輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)。

根據(jù)一個實施例，如果沒有接收到來自監(jiān)控單元的控制信號，風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置為以正常運行模式運行，其中所述控制信號表示至少一個移動目標(biāo)位于此區(qū)域內(nèi)，或者表示至少一個移動目標(biāo)沒有靠近風(fēng)力渦輪機(jī)。

如上所述，當(dāng)沒有在安全區(qū)探測到目標(biāo)并且/或當(dāng)確定探測到的所述目標(biāo)沒有向風(fēng)力渦輪機(jī)移動時，風(fēng)力渦輪機(jī)的該控制單元設(shè)置為以正常模式運行風(fēng)力渦輪機(jī)。在此正常運行模式下，控制單元可設(shè)置為使風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率最大化或者保持風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)稱功率輸出。控制單元可設(shè)置為基于一個或多個來自監(jiān)控單元的合適的控制信號，在正常運行模式和關(guān)機(jī)模式之間切換。所述控制信號可表示是否有一個或多個移動目標(biāo)位于此安全區(qū)內(nèi)以及/或一個或多個探測到的目標(biāo)是否正在靠近風(fēng)力渦輪機(jī)。

根據(jù)一個實施例，如果測得的波高低于閾值，風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置為以正常運行模式運行。

如上所述，在正常運行模式下，控制單元設(shè)置為根據(jù)預(yù)設(shè)功率輸出情況使風(fēng)力渦輪機(jī)葉片變槳距。變槳距可通過連接至控制單元的本地變槳距控制系統(tǒng)執(zhí)行。這允許風(fēng)力渦輪機(jī)在沒有探測到高的波浪的時候持續(xù)發(fā)電。如果測得的波高超出閾值，風(fēng)力渦輪機(jī)切換至關(guān)機(jī)模式。在此配置中，由于最大允許波高，停機(jī)時間可高于傳統(tǒng)離岸風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)時間。

根據(jù)一個實施例，風(fēng)力渦輪機(jī)包括三片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。

此配置中的風(fēng)力渦輪機(jī)包括至少兩片或三片風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子停在預(yù)設(shè)位置，朝下的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖端與海平面間的間距最大。對雙葉片風(fēng)力渦輪機(jī)來說，這通過將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)至水平位置實現(xiàn)。對三葉片風(fēng)力渦輪機(jī)來說，這通過將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的一片轉(zhuǎn)至垂直位置，使得其遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)塔架延伸而實現(xiàn)。這將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片撞擊船只或另外目標(biāo)的風(fēng)險降至最低。這也允許轉(zhuǎn)子被動或主動與風(fēng)向保持一致，并且由此隨著風(fēng)向的變化而對其進(jìn)行追蹤。

可選地，轉(zhuǎn)子停在預(yù)設(shè)位置，朝下的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片與海平面間的間距最小。對雙葉片風(fēng)力渦輪機(jī)來說，這通過將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)至垂直位置實現(xiàn)。對三葉片風(fēng)力渦輪機(jī)來說，這通過將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的一片轉(zhuǎn)至垂直位置，使得其沿風(fēng)力渦輪機(jī)塔架向下延伸而實現(xiàn)。這減小了受來風(fēng)影響的總表面積，此位置適合于極端風(fēng)況或維修工作。

附圖說明

參照附圖，僅通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中

圖1示出了安裝在離岸地基的傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的示范性實施例；

圖3示出了用于在監(jiān)控區(qū)域探測目標(biāo)的監(jiān)控單元的示范性實施例；

圖4示出了用于測量波高的測量單元第一示范性實施例；

圖5示出了用于測量波高的測量單元第二示范性實施例。

在下文中，將逐一對附圖進(jìn)行描述，在附圖中所示的不同部件和位置在不同附圖中使用相同的標(biāo)記。特定附圖中并非所有指示的部件和位置都必須與該附圖一起討論。

附圖標(biāo)記列表

1風(fēng)力渦輪機(jī)

2離岸地基

3風(fēng)力渦輪機(jī)葉片

4內(nèi)葉片部分

5外葉片部分

6變槳距連接裝置

7轉(zhuǎn)子輪轂

8機(jī)艙

9風(fēng)力渦輪機(jī)塔架

10海平面

11風(fēng)力渦輪機(jī)

12離岸地基

13風(fēng)力渦輪機(jī)塔架

14海床

15錨定線、鏈

16監(jiān)控單元

17目標(biāo)、船只

18測量單元、浮標(biāo)

19浮力件

20錨定線

21測量單元、聲吶

具體實施方式

圖1示出了設(shè)置在離岸地基2上的傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)1。此處的風(fēng)力渦輪機(jī)1示為雙葉片風(fēng)力渦輪機(jī)，但是它可包括三個風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。此處的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3示為局部變槳距葉片，但是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3可為全翼展葉片。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3包括由變槳距連接裝置6連接至外葉片部分5的內(nèi)葉片部分4。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3安裝至轉(zhuǎn)子輪轂7，轉(zhuǎn)子輪轂7可轉(zhuǎn)動地連接至機(jī)艙8。機(jī)艙8設(shè)置在具有預(yù)設(shè)塔架高度的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架9的頂端。

在此實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)1的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3的長度與風(fēng)力渦輪機(jī)塔架9的塔架高度之間的比值小于0.5。機(jī)艙8和轉(zhuǎn)子輪轂7置于相對海平面10的預(yù)設(shè)輪轂高度，以便在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3的尖端的最低位置與海平面10之間具有足夠的間距。

離岸地基2此處示為浮動地基，但是可為不同類型的離岸地基，例如單桿地基、三腳地基、導(dǎo)管架地基或者重力式地基。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)11和離岸地基12的示范性實施例。在此實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)11的塔架高度比風(fēng)力渦輪機(jī)1低。

風(fēng)力渦輪機(jī)11包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架13，該風(fēng)力渦輪機(jī)塔架13的塔架高度低于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3的葉片長度的2倍，因此比值大于0.5，優(yōu)選地在0.5到0.9之間。此實施例中的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3與圖1中示出的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3的葉片長度相同。這縮短了風(fēng)力渦輪機(jī)11的力矩臂，并因此減小了風(fēng)力渦輪機(jī)11的彎矩，這由此降低了機(jī)艙8的傾斜速度和加速度。這還節(jié)約了風(fēng)力渦輪機(jī)塔架13的材料和成本。降低的塔架高度還意味著風(fēng)力渦輪機(jī)塔架13具有更高的共振頻率，因此其更不容易產(chǎn)生共振。

離岸地基12此處示為浮動地基，可選地可使用上文提到的任何類型的離岸地基。由于降低的塔架高度及因此降低的輪轂高度，離岸地基12受到的應(yīng)力和彎矩小于離岸地基2受到的應(yīng)力和彎矩。這意味著此實施例中的離岸地基12的尺寸和/或重量小于離岸地基2的尺寸和/或重量，因為提供穩(wěn)定平臺所需的質(zhì)量更小。這由此節(jié)約了離岸地基12的材料和成本。

此實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3的尖端與海平面10之間的間距等于或小于25米，優(yōu)選地在5米和20米之間。

圖3示出了設(shè)置在離岸地基12上的風(fēng)力渦輪機(jī)11，離岸地基12通過一根或多根錨定線15，例如錨定鏈，固定至海床14。一個或多個監(jiān)控單元16設(shè)置在離岸地基12上。監(jiān)控單元16設(shè)置為探測監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的任何移動目標(biāo)17，例如船只。監(jiān)控單元16包括雷達(dá)，雷達(dá)設(shè)置為傳送電磁信號，如無線電波，并接收來自位于監(jiān)控區(qū)域的目標(biāo)17的反射信號。監(jiān)控單元16還包括電子線路，例如微處理器，其設(shè)置為分析所接收的信號，并確定目標(biāo)17是否位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，可選地還確定目標(biāo)17的方向和/或速度。這限定了圍繞風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)11、12的安全區(qū)。

監(jiān)控單元16監(jiān)控監(jiān)控區(qū)域并向位于風(fēng)力渦輪機(jī)11的控制單元發(fā)出信號或指令，表明目標(biāo)17位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)。隨后控制單元將風(fēng)力渦輪機(jī)11切換至關(guān)機(jī)模式，在該模式下轉(zhuǎn)子停在預(yù)設(shè)位置。在停置位置，轉(zhuǎn)子并且因此風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3轉(zhuǎn)至如圖3所示的水平位置，可選地使用轉(zhuǎn)子鎖止系統(tǒng)定位在此位置。這降低了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3意外撞擊到目標(biāo)17的風(fēng)險。當(dāng)監(jiān)控單元16確定沒有目標(biāo)17位于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，向控制單元發(fā)出第二信號或指令。隨后控制單元根據(jù)測得的風(fēng)速將風(fēng)力渦輪機(jī)11和轉(zhuǎn)子切換至正常運行模式或正常啟動模式。

圖4示出了相對地基12設(shè)置的測量單元18的第一示范性實施例。測量單元18設(shè)置為例如使用波浪傳感器、gps接收器或者一個或多個加速計，測量相對名義海平面的波高。測量單元18包括浮力件19，例如浮標(biāo)狀元件，設(shè)置為置于海平面10以便其跟隨波浪的移動。浮力件19經(jīng)由一根或多根錨定線20固定至海床14。此處僅示出一個測量單元18，但是可使用兩個或更多測量單元18。

測量單元18連續(xù)或定期測量波高，并經(jīng)由有線或無線連接將測量信號傳輸至風(fēng)力渦輪機(jī)11的控制單元?？刂茊卧S后確定波高并將其與預(yù)設(shè)閾值比較?？蛇x地，測量單元18包括電子線路，例如微處理器，其確定波高并向控制單元發(fā)送表明波高的信號。閾值可為18米或更少，優(yōu)選地，在5到15米之間。如果測得的波高超出閾值，控制單元將風(fēng)力渦輪機(jī)切換至關(guān)機(jī)模式，轉(zhuǎn)子置于停置位置。當(dāng)測得的波高降至低于閾值，控制單元根據(jù)測得的風(fēng)速將風(fēng)力渦輪機(jī)11和轉(zhuǎn)子切換至正常運行模式或正常啟動模式。這降低了轉(zhuǎn)動時波浪擊打風(fēng)力渦輪機(jī)葉片3的風(fēng)險。

圖5示出了測量單元的第二示范性實施例。在此實施例中，測量單元21設(shè)置在海床14上并經(jīng)由有線或無線連接連接至風(fēng)力渦輪機(jī)11的控制單元。測量單元21設(shè)置為例如使用朝上聲吶形式的聲吶，測量相對名義海平面10的波高。

測量單元21向海平面10發(fā)射聲信號，例如聲脈沖，并接收來自海平面10的反射信號，該反射信號在圖5中用虛線示出。測量單元21或控制單元隨后確定波高。隨后將測得的波高與如上所述的閾值相比較。

本發(fā)明不限于圖示說明的實施例或者本文描述的實施例，并可在不脫離發(fā)明權(quán)利要求所述的的本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行修改或調(diào)整。