[發明專利]用于海上設施的結構

有效

• 申請號: 201380027271.X
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN104321488B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: M·布萊斯蒂
• 申請（專利權）人: OWLC控股有限公司
• 主分類號: E02B17/00
• 分類號: E02B17/00;E02B17/02
• 代理公司: 北京嘉和天工知識產權代理事務所(普通合伙)11269
• 代理人: 嚴慎,支媛

技術領域

本發明涉及用于安裝海上設施的結構，并且特別地，涉及可以被方便地建造來在其上安裝風力渦輪機的結構。

背景技術

越來越多的海上風電場正在歐洲水域被建設并且顯著數量的海上風電場在世界其他地方被計劃。一般而言，至今被建設的海上風電場相對地靠近海岸或在淺水域中；然而，它們被安裝于的水深在增加。雖然，目前被安裝在海上的大多數渦輪機具有典型地在3-5MW的范圍的輸出功率，它們的大小始終在不斷增加并且現在一些更大的渦輪機正在被開發。由于在更深的水深中的更大的渦輪機的趨勢，至今使用的渦輪機基座的技術能力證明是有限的。像這樣的基座正變得更大并且更重，以便能夠承受所經受的更大的力。

至今在行業中主要的基座類型被稱為單樁。它由大直徑的鋼的管狀段組成，所述鋼的管狀段被打樁到海床中。打樁過程既漫長又嘈雜，并且引起針對結構的顯著應力，所述應力減少結構的疲勞壽命。另外，關于在安裝期間發出的噪音的環境擔憂可能既季節性地(由于對環境受體的影響，比如海洋哺乳動物和魚類，包括它們的卵)又日/夜循環地(由于對人類受體的影響)限制進行打樁的機會。

隨著渦輪機大小和水深二者的增加，單樁基座的成本以及與它們的安裝相關的技術困難也增加。雖然大直徑單樁解決方案已經被提出來適應較大的渦輪機以及較深的水域，安裝它們所需要的力顯著地增加，噪音和引起的應力也像這樣顯著地增加。另外，結構通過波浪、潮汐以及海流所經受的力也顯著地增加。隨著水動力的增加，比如圍繞結構的沉積物的沖刷的影響也增加。所有這些問題增加基座在材料方面增加成本的設計需求，所述材料需要承受應力的同時限制加到海床的應力。

除上述之外，適合于單樁的海床的類型受到限制。某些地質類型，例如白堊巖，不適當地與加到海床的應力和力矩相互作用。例如，當被壓時(如在打樁期間，或當被加載和被卸載循環的力矩時)白堊巖會粉碎并且從而不施加期望的力在樁上。同樣地，其他海床類型沒有期望的結構能力來支撐樁，或者樁的設計需要被修改來將加的力減少到適當的水平，這增加成本。

雖然，不同于單樁的子結構和基座類型已經被使用，但迄今為止這些被用在了有限的數量中。子結構比如重力底座以及導管架(jacket)的使用已經受到水深、波候(wave climate)以及與它們的加工相關聯的成本的限制。至今，其他結構比如三腳架以及三樁只被用在了非常有限的數量中。

重力底座已經主要地被用在波羅的海中，那里的水域相對地淺并且波浪動態不像在北海中那樣地活躍。它們大的(典型地混凝土)結構，所述結構常常被集料(aggregate)填充來增加質量。重力底座的限制使用是因為它們的加工成本，所述成本與生產它們所需要的材料、空間以及時間有關系。針對由于澆注顯著高度混凝土結構的本質的每個基座的更長的周期，還需要大的建造區域。另外，涉及的材料的量，特別是當為深的或活躍的水域設計時，增加成本和加工時間并且增加被計劃的地點的空間要求。

因為重力底座是如此大質量的結構，與它們相關聯的問題同樣地顯著。一旦安裝浸沒結構的大小導致顯著的水動力效應，比如海床的沖刷以及結構經受的力。由于水動力是如此顯著，結構的設計需要足夠大以適應它們，這增加質量以及成本。另外，由于結構是浸沒的，任何被增加的質量具有相關聯的浮力，這意味著在施加力來抵抗強加于結構上的那些力的方面不太有效，從而結構固有質量的全部能力沒有被利用并且結構的總體大小需要被增加以抵消浮力的效果，反過來增加結構經受的力。由于結構經受的力是顯著的，那些被加到海床的力也同樣是顯著的，在安裝重力底座之前典型地需要海床處理，以保證水平面并且加強沉積物的載荷承載性能。這樣的海床處理增加海上操作的成本、時間以及風險。

導管架基座已經被用在較深的水域中，盡管它們的成本已經限制了設施的數量。導管架是通過樁的使用被固定到海床的鋼的格構架結構。它們的成本與下列相關：加工它們需要的空間、用來焊接結構所花的時間和精力的量、需要的材料的量，以及打樁和安裝導管架的成本。由于顯著的拉伸和壓縮力被傳遞到導管架的格構架結構，導管架的頂段的詳細工程處理以及制造是貢獻總的結構成本的顯著方面。通過樁的使用將導管架固定到海床的需要意味著安裝的噪音影響仍然是行業的顯著擔憂。

針對海上風力渦輪機，一些其他結構類型已經被使用或被提出，包括，三腳架、三樁以及不同的浮動設計。至今被使用或提出的三腳架，具有或將需要顯著的制造工作量以及打樁，二者都抬高成本。三樁也需要打樁，并且在結構的頂部分配應力的詳細工程處理是復雜并且昂貴的。浮動的基座設計已經被原型化，然而，它們需要顯著的水深，或者必需顯著的制造和材料成本。