浮力平台的制作方法

1.本发明涉及一种浮力的海上可再生能源系统安装平台。


背景技术：

2.近年来，人们越来越重视开发可再生能源的必要性，以便为全球能源生产做出重大贡献。政府目标、媒体对不可再生能源相关问题的报道，以及不断增加的能源成本都为可再生能源系统的发展创造了强大的动力。
3.化石燃料对环境的负面影响是众所周知的，与核能相关的问题和高成本也是众所周知的。另一方面，利用丰富的天然可再生能源仅仅受到我们以经济上可行的价格捕获和供应它的能力的限制。
4.一种潜在的可再生能源是波浪能，一种在世界所有大洋中都可用的丰富而稳定的能源。另一个是风力发电，与陆地相比，海洋和海洋的风速更高且更一致。
5.由于这些原因，需要提供安装利用波浪和/或风力发电的可再生能源设备的海上平台。
6.需要足够的浮力来支撑重型海上平台、平台的良好稳定性以及将可再生能源装置安装到平台上的装置。已知海上平台的问题包括未能成功提供上述内容。已知的海上平台具有进一步改进的潜力。


技术实现要素：

7.本发明涉及一种布置成支撑可再生能源装置的浮力平台，该装置可用于以下一项或多项：可再生能源捕获或利用、可再生能源处理、可再生能源存储、可再生能源数据捕获和/或数据存储。具体而言，本发明涉及一种浮力平台，其具有改进的模块性，并且当定位在水体中的使用配置中时具有改进的稳定性。
8.根据本发明的一个方面，提供了一种浮力的海上可再生能源系统安装平台，其用于将可再生能源装置定位在水体中，所述水体包括水面和河床，所述平台包括：框架，其包括至少三个顶点；所述至少三个顶点中的至少两个具有至少一个系泊构件，所述至少一个系泊构件用于相对于所述水体的所述水面和所述河床定位所述平台；和所述至少三个顶点中的每一个均具有浮力构件；其中至少一个所述浮力构件包括可再生能源装置，所述可再生能源装置选自：可再生能源转换器、可再生能源利用装置、可再生能源处理装置、可再生能源储存装置、可再生能源数据采集装置、或数据存储装置。
9.应当理解，所述浮力构件中的至少一个包括可再生能源装置，使得可再生能源装置至少部分地附接或固定到其上、至少部分地支撑在其上、和/或至少部分地容纳在其中。因此，本发明优选地布置成将所述一个或多个浮力构件的浮力与相应的可再生能源装置的重量相结合，使得相应的力被最佳地抵消，同时作用在平台上的剩余残余内力最小，从而使稳定性最大化。这种优选的改进稳定性旨在最大化平台的安全性和实用性，这可以包括可再生能源的捕获、转换和/或存储，可再生能源例如波浪能、潮汐能和/或风能。
10.在一些优选实施例中，至少三个顶点中的至少三个包括至少一个系泊构件，其可以优选地为使用中的平台提供最佳稳定性。
11.在一些优选实施例中，所述可再生能源转换器包括从以下各项中选择的一种：波浪能转换器系统(wave energy convertor,wec)、潮汐能转换系统、和风能转换系统。在一些实施例中，wec可以包括任何合适类型的wec设计，例如点吸收器、振荡波浪涌吸收器、或浸没压差吸收器。在一些优选实施例中，所述可再生能源利用装置包括从以下各项中选择的一种：波浪能转换器、潮汐能转换器、和风力涡轮机。潮汐能转换器可以包括任何合适的潮汐能转换器，并且可以例如包括具有水平轴涡轮机或垂直轴涡轮机的潮汐涡轮机。风能转换器可以是任何合适的风能转换器，并且可以例如包括风力涡轮机。在一些优选实施例中，可再生能源处理装置包括氢电解槽。将理解其中提供了任何合适的可再生能源处理设备的实施例，该设备被布置成从被利用和/或存储的能量中产生二次资源。在包括氢气产生的实施例中，电力可以由任何可再生能源利用和/或转换装置产生，这些装置可以附接到、固定到、支撑在本发明上或容纳在本发明内，然后可以单独或结合用于产生氢气。
12.在一些优选实施例中，可再生能源装置通过接合装置与浮力构件接合，其中可再生能源装置可通过接合装置从浮力构件移除。接合装置可以是任何合适的接合装置，其将可再生能源装置牢固地附接或固定到相应的浮力构件，从而提供所述附接或固定的最大稳定性。接合装置优选地支持本发明的模块化，从而可以实现具有可再生能源装置的平台的各种期望配置。在一些实施例中，浮力构件可以通过接合装置与框架接合。在这样的实施例中，提供了类似的模块化，特别是其中浮力构件可以适于包括特定类型的可再生能源装置。因此，为提供具有不同可再生能源装置配置的平台而改变配置可能涉及移除适于包括特定可再生能源装置的浮力构件，以及用适于包括不同可再生能源装置的浮力构件进行更换。
13.在一些优选实施例中，平台还可以包括从平台延伸的输送装置，输送装置布置成从平台输送一种或多种资源。在一些优选实施例中，一种或多种资源可以例如包括：可以由平台的可再生能源利用和/或转换设备产生和/或由平台的可再生能源存储设备存储的电力；可以由平台的可再生能源处理装置产生的二次资源，例如氢气。在资源包括电力的实施例中，输送装置优选地是合适的电缆，例如电力电缆。在资源包括氢气的实施例中，输送装置优选地是任何合适的输送装置，例如管道。
14.在一些优选实施例中，可再生能源存储装置包括从以下各项中选择的一种：电池组，其包括一个或多个电池；二次资源储存装置，其可以包括储氢装置。在包括氢气产生的具体实施方案中，可以提供氢气储存罐。
15.在一些优选的实施例中，所述框架包括下部和上部；所述平台具有使用中的构造，其中所述下部位于所述水体的所述水面之下，而所述上部位于所述水体的水面之上。其中在所述使用中的构造中，所述上部被布置成保持定位在所述水体的所述水面之上。应当理解，上部可因此包括针对干燥条件优化的装置或外壳，并因此优选地保持在使用中的水体的水面之上。例如，外壳可以是房间外壳控制、操作或维护设备。在一些实施例中，框架的上部可以包括可再生能源装置，例如风力涡轮机。
16.在一些实施例中，一个或多个浮力构件可以包括所述上部，其中，在平台的使用中的构造中，上部定位在水体的水面之上。在所述使用中的构造中，上部可以布置成保持定位在水体的水面之上。浮力构件的这种上部可包括可再生能源装置，例如风力涡轮机，或本文
所述的任何其他合适的可再生能源装置，并且可特别适用于氢电解槽。
17.在一些优选实施例中，两个或更多个浮力构件各自包括所述可再生能源装置。每个所述可再生能源装置被布置成包括在相应的浮力构件上的共同的方位。这样的实施例可以被优化用于根据波浪方向(风向，或潮汐方向)来定向可再生能源装置。因此，这种跨可再生能源设备的共同的方位优选地最大化可再生能源捕获和/或利用。在这样的实施例中，可再生能源装置优选地是波浪能捕获和/或转换装置或系统，潮汐涡轮机，和/或风力涡轮机。在一些优选实施例中，所述可再生能源装置中的一个或多个包括方位，该方向可以是所讨论的共同的方位，并且其中该方位优选地是可自由调节的。这种方位的调整可以例如手动或通过控制机构自动执行，并且可以根据波浪方向、风向和/或潮汐的方向的变化来执行。在其中可再生能源装置包括可调节方位的实施例中，可再生能源装置可包括定向机构，例如布置成使可再生能源装置绕轴线旋转的偏航机构。
18.在优选实施例中，每个浮力构件包括两个或更多个浮力单元。浮力构件的两个或更多个浮力单元优选地各自定位在从浮力构件的相应顶点延伸的不同的相邻框架边缘上；和/或优选地定位在框架上，并与相应的浮力构件的相应顶点大致等距。在优选实施例中，浮力构件的两个或更多个浮力单元彼此接近，和/或接近对应的顶点。术语“彼此接近”将被理解为表示相对于与其他浮力构件的接近度更接近。术语“接近对应的顶点”将被理解为意味着相对于与其他这样的顶点的接近度更接近。这种彼此或顶点的接近，或关于顶点的等距离，优选地提供相应的浮力构件的组合浮力中心，该浮力构件优选地定位在相应的顶点处或附近。
19.在一些优选实施例中，相应浮力构件的所述两个或更多个浮力单元具有组合浮力，所述组合浮力限定了所述相应浮力构件的浮力中心。两个或更多个浮力单元优选地相对于所述浮力构件的对应顶点定位，使得浮力构件的浮力中心限定对应顶点的浮力中心。在这样的实施例中作用在顶点处的组合重量和浮力优选地赋予平台在使用中的最佳稳定性。
20.在一些优选实施例中，顶点的至少一个系泊构件在系泊点处附接至平台，所述系泊点定位成接近或位于相应浮力构件的浮力中心处。
21.在优选实施例中，所述浮力构件的所述浮力中心由平行于所述框架的第一平面和垂直于所述框架的第二平面上的位置限定，其中，所述系泊点位于靠近，或者，位于所述第一平面和所述第二平面的至少一个中的相应浮力构件的浮力中心的位置。在一些优选实施例中，所述至少一个系泊构件被布置为在所述相应的系泊点上施加张力，所述张力作用在平行于所述第二平面的平面中，并且靠近或与所述第二平面共面。系泊点优选地在平行于由作用在浮力中心的平台上的浮力占据的平面的平面中提供张紧力。因此，由顶点的系泊构件施加在系泊点处的张紧力优选地抵消作用在相应浮力构件的浮力中心处的浮力。所述反作用力的平行和接近且优选共面的性质优选地为使用中的平台提供最佳稳定性。
22.在优选实施例中，至少三个顶点形成框架的外部末端。将所述顶点和相应的浮力构件定位在平台的外部末端优选地赋予平台在使用中的最佳稳定性。至少三个顶点优选地位于平行于框架平面的共同平面中。
23.在优选实施例中，所述至少三个顶点与所述框架的中心轴线基本等距并且围绕所述框架的所述中心轴线基本平均间隔。在一些实施例中，所述框架还包括至少三个非浮力
顶点和至少三个浮力顶点，其中，所述至少三个非浮力顶点以与所述至少三个浮力顶点的频率相等的频率存在。至少三个非浮力顶点优选地围绕框架均匀分布，围绕框架的外围由一个或多个所述浮力顶点间隔开。应当理解，浮力顶点包括如本文所述的具有正浮力的浮力构件，并且非浮力顶点或者不具有正浮力的浮力构件，或者包括具有净非正浮力的浮力构件浮力，例如中性浮力或负浮力。
24.优选地，波浪能转换器(wec)可以包括具有轨道吸收器和杠杆臂的动力输出转换器。更优选地，wec包括具有四个杠杆臂动力输出(power take off,pto)单元的圆柱形减振器，两个杠杆臂pto单元布置在相应浮力构件的两个浮力单元的每一个的顶部上。
25.将理解其中两个或更多个浮力构件可以包括或支撑它们之间的相同可再生能源装置的实施例。
26.附图简要说明
27.现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
28.图1描绘了根据本发明的在使用中的平台的透视图，其中每个浮力构件包括波浪能转换器系统；
29.图2描绘了图1的使用中的平台的替代实施例的透视图，其中每个浮力构件包括波浪能转换器系统，并且平台的框架的上部包括风力涡轮机；
30.图3描绘了图1的使用中的平台的另一个替代实施例的透视图，其中每个浮力构件包括潮汐涡轮机；
31.图4a描绘了图1的使用中的平台的框架的顶点的俯视图，解构使得可再生能源转换器未显示；
32.图4b描绘了图1的使用中的平台的框架的顶点的透视图，解构使得可再生能源转换器未显示；
33.图5描绘了图1在使用中的平台的另一个替代实施例的透视图，其中每个浮力构件在其中容纳相应的可再生能源装置；
34.图6描绘了图1的使用中的平台的又一替代实施例的透视图，其中每个浮力构件容纳一个用于氢气产生和储存的可再生能源装置；
35.图7描绘了图1的使用中的平台的另一个替代实施例的透视图，其中平台的浮力构件容纳数据存储装置；
36.图8描绘了本发明的另一个替代实施例的透视图，该实施例包括六个顶点，其上包含波能和风能转换器；和
37.图9描绘了使用中的图8的实施例的侧视图。
具体实施方式
38.参考图1，图示了本发明的海上平台10的实施例，在使用中，系在水体的河河床20上。平台10的一部分保持在水体的水面25之上。
39.平台10包括框架30。框架包括保持在水体水面25之上的上部40和保持在水体的水面25之下的下部50。在替代实施例中，所有框架30在使用中保持在水体的水面25下方。
40.框架30的下部50包括三角形底座，使得在水体的水面25下方存在三个不同的顶点。每个顶点与三角形的中心点等距，并且每个顶点围绕三角形的中心点等距，使得底座具
有等边三角形的形状。框架30还包括中央裙楼，其从三角形底座的中心点垂直向上延伸。该裙楼的顶部包括框架30的上部40，其在水体的水面25上方延伸。裙楼与框架的中心轴对齐，并关于框架的中心轴对称。
41.框架30的上部40可以用作平台10的接入点。另外，电气、控制和/或通信设备可以容纳在上部40上，使得该设备不需要适合于长时间浸没在水体中。
42.框架30的每个顶点包括一对系泊构件60、65和浮力构件70。在其他实施例中，设想可以采用一个或多个系泊构件60、65。系泊构件60、65可以包括系泊绳、绳索、链条或其他合适的系泊装置。
43.系泊构件60、65将平台10拴在水体的河床20或其他固定装置上。以这种方式，系泊构件60、65防止平台10的不希望的倾覆、漂移、下沉或上升。系泊构件60、65从框架30的每个顶点延伸到水体的河床20。在每个顶点上，内部系泊构件60垂直向下延伸到水体的河床20。外部系泊构件65沿着平行于顶点与框架30的中心轴线相交的轴线的水平线从框架30延伸到河床25。每个顶点上的每对系泊构件60、65具有互补对在彼此的顶点上。这样，这些外部系泊构件65与河床25形成的接触点形成等边三角形，并且所有顶点都在同一水平面中，平行于水体的水面25。
44.此外，系泊构件60、65可包括固定或可移除地保持在水体的河床20中的锚定装置。这样，锚定装置有助于将平台10系泊到河床20上。
45.每个浮力构件70包括两个浮力罐80，使得总共有六个罐80。每个罐80填充有气体，例如空气或氮气，使得罐80的密度低于水。浮力罐80提供向上朝向水体的水面25的浮力。在一些实施例中，可以监测和控制由浮力构件70提供的浮力，例如通过将气体或流体去除或添加到浮力罐80中。应当理解，可以采用提供这种浮力的替代浮力装置。
46.在使用中，由于作用在平台10上的浮力，在系泊构件60、65中保持张力。平台10的向下重力超过了平台10的向上浮力。浮力构件70提供平台10的主要向上浮力。
47.水体以及其他内部和外部来源将使平台10在使用中受到许多力和力矩。希望平台10在使用中保持稳定，从而例如不会发生平台10的倾倒。在平台10受到力和力矩之后，系泊构件60、65中的张力允许框架30的三个顶点返回到平行于水体的水面25的水平面。这样，系泊构件60、65有助于平台10的稳定性。
48.在所示实施例中，每个浮力罐80是相同的。两个浮力罐80彼此靠近地坐落在框架30的顶点上。每个浮力罐80坐落在顶点的任一侧，关于顶点与三角形底部的中心相交的轴线对称。每对罐80以使得每个罐80与另一个罐80的相对运动最小化的方式支撑到框架30。这样，两个罐80的结构行为类似于单个更大罐的结构行为，并且一对罐80的行为可以有效地建模为单个单元的行为。罐80具有组合的浮力中心。
49.罐80均是圆柱形的并且每个罐80的纵向轴线竖直向上。以这种方式，当罐80的力矩臂(横向轴线)较短时，罐80在受到内力和外力和力矩时更不容易倾倒和旋转。应当理解，可以设想其他罐80的几何形状和形状。
50.多于一个罐80的存在提供的优点是，如果一个罐80发生损坏或故障，例如浮力损失，则至少一个额外的罐80保留在顶点上。这确保了当罐80发生故障时整个平台10的浮力不会完全受损。通过确保每个顶点具有至少一个额外的浮力罐80，平台10在浮力罐80失效时不太容易倾覆或下沉，因为在每个顶点处仍然提供浮力。这降低了平台10损坏或功能丧
失的可能性。然后可以进行受损的罐80的修理或更换以重新平衡平台10。
51.每个浮力构件70包括波浪能转换器系统(wec)90。wec90可以包括点吸收器、振荡波浪涌吸收器、浸没压差吸收器或其他形式的wec技术。
52.wec90连接到两个浮力罐80。wec90安装在浮力罐80上方，使得在使用中，wec90位于浮力罐80和水体的水面25之间。以这种方式，wec90不会干扰系泊构件60、65。wec90安装在罐80上方的中央，使得wec90的纵向轴线平行于每个罐80的中心之间的轴线。
53.设想了用于将wec90连接到罐80中的一个或两个上或靠近罐80的任何合理方式，例如永久或可拆卸的连接、刚性或可变形的杠杆、线或链，或直接安装在罐80上。此外，设想在wec90和框架30之间连接。与转换来自wec90的能量相关的组件可以安装在罐80上或罐内或框架30上。
54.每个wec90都是相同的。在替代实施例中，wec90可以是不相同的。wec90是圆柱形的，其纵向轴线平行于水体的水面25。每个wec90可以完全或部分地围绕wec90的纵向轴线旋转。wec90被定向成使得其纵向轴线是水平的并且平行于水体的水面25。以这种方式，wec90与水体中水流或流动的方向对齐。wec90的纵向轴线与水体的水面25形成的角度和/或wec 90的纵向轴线与框架30形成的角度可以改变，使得wec 90的取向是最佳的用于波浪能转换目的。
55.每个wec90在每个顶点上的方位相同。可选地，每个wec90相对于彼此wec90的方位不同，从而在每个应用中改进了波能的捕获。
56.可以考虑减少平台10的重量，例如减少平台10朝向水体的河床20的引力是优选的。
57.现在参考本发明平台的图2和图3，在以下描述中，相似的数字将用于本发明的每个实施例的相似部件。
58.图2描绘了本发明的一个实施例，其中平台110还包括涡轮机100。涡轮机100安装在框架130的上部140上，使得涡轮机100在使用时保持在水体的水面125之上。涡轮机100垂直向上安装，垂直于水体的水面125。
59.由浮力构件170提供的浮力使得涡轮机100的相当大的重量得到支撑。在该实施例中，优选的，减轻平台110的重量以减少平台110朝向水体的河床120的重力。
60.在该实施例中，平台110上存在多种形式的可再生能源转换器：涡轮机100和wec190。
61.图3描绘了本发明的实施例，其中，平台210的每个浮力构件270包括潮汐能转换器(tidal energy convertor,tec)290，例如潮汐涡轮机。每个tec290可以具有相对于框架250固定的方位。或者，每个tec290能够偏航以面对电流的方向。
62.图4a和4b描绘了本发明，没有显示可再生能源转换器。浮力罐280在顶点上围绕顶点与框架330的中心轴线相交的轴线对称地间隔开。
63.c表示浮力罐380的组合浮力中心。浮力中心点c是来自罐380的浮力b作用的有效点。系泊构件360、365在系泊点m处附接到框架330。系泊点m是来自系泊构件360、365的张力t作用在框架330上的点。浮力b垂直作用向上。张力t通过系泊构件360、365作用。
64.浮力罐380的系泊点m与浮力中心c相同。这样，系泊点m和浮力中心c就处于同一水平和垂直平面内。
65.由于浮力b和张力t作用在同一点(浮力c和系泊点m的中心)，所以浮力b和张力t的力矩不会作用在平台310上。这些力矩是不利的，因为它们会导致高结构载荷并阻碍平台稳定性。可以理解，由于来自每个罐380的每个单独的浮力将产生力矩，然而，每个罐380在框架380上靠近一对罐380中的另一个的位置会减小该力矩。
66.在本发明的另一个实施例中，平台包括两个顶点，使得这些顶点在平行于水体表面的直线上。这样，浮力构件彼此水平间隔开。
67.参考图5，示出了根据本发明的平台400的另一个示例实施例，类似于图2的实施例。在图5中，平台400包括风力涡轮机409。涡轮机409安装在框架401的上部，使得涡轮机409在使用中保持在水体的水面407上方。涡轮机409垂直向上安装，垂直于水体的水面407。
68.由浮力构件402提供的浮力使得涡轮机409的相当大的重量得到支撑。在该实施例中，优选的，减轻平台401的重量以减少平台401朝向水体的河床406的引力，因此是骨架结构。平台401的上部由对角延伸的框架构件403部分支撑，框架构件403将上部连接到框架401的三个顶点中的每一个，从而将涡轮机409的重量部分地分配到顶点，浮力罐402在这些顶点处施加反作用力。与前面的实施例一样，每个顶点通过一组系泊线404和锚405拴在河床406上。系泊线404对系泊线与顶点连接的系泊点施加张紧力，从而为浮力罐402的组合浮力中心提供反作用力，在所示实施例中，涡轮机409的张紧力和至少部分重量与浮力共面施加，从而使作用在平台401上的残余内力最小化。
69.在该实施例中，浮力罐各自包括容纳在其中的可再生能量存储单元(未示出)。
70.图6和图7所示的实施例基本上等同于图5所描述的实施例。图6的实施例500替代了用于氢电解槽501和氢存储罐502的能量存储单元，氢存储罐502被布置成通过隐藏在平台的骨架框架内的管道接收和存储来自电解槽501的氢。在所示实施例中，电解槽由风力涡轮机提供的电能供电。在所示实施例中，存储罐502可以定期收集和更换，或者将其中的氢气卸到移动气体运输容器中。将要理解的是，在实施例中，其中平台包括离开平台并布置成从存储罐502输送气体的气体管道。图7的实施例600用数据存储单元601代替图5的能量存储单元，数据存储单元601被布置为从位于平台上的数据收集器(未示出)接收使用数据。例如，数据收集器可以收集关于风力涡轮机的运行和/或海况的数据，这些数据可以用于通知所做的修改，例如对水体中平台的高度的修改。
71.图8和图9的实施例700包括具有形成六边形平台的六个浮力顶点的平台。彼此顶点的浮力罐支撑其上的升高的上部，包括布置成保持在水体的水面上方的风力涡轮机。如前所述，每个剩余顶点处的剩余浮力罐支撑wec。在所示的实施例700中，六个顶点中的两对相对顶点包括从那里延伸的系泊线，将平台锚定到水体的河床。在所示的实施例中，大量重量从风力涡轮机和wecs的均匀分散足以以仅用一组系泊线抵消相应浮力罐的浮力。将要理解的是，平台包括三组系泊线，位于六个顶点中的三个顶点处，并在平台周围均匀分布。在其他实施例中，将要理解是，其中每个顶点包括其自己的一组一个或多个系泊线。使用更多数量的水下和水上平台可以允许平台容纳更多数量和/或更大尺寸的可再生能源设备(或处理器或储存器)，从而增加其能量输出。
72.实施例700的风力涡轮机塔架可以具有不同的高度以减轻涡轮机在某些风向上相互遮蔽，从而提高来自平台的能量产量。
73.可以设想在本发明范围内的其他实施例，但上面没有描述，例如，平台上可以有可
再生能源转换器的任何组合，包括但不限于wec和tec。一个、多个或所有顶点可以包括可再生能源转换器。该平台可以包括多个不包括浮力构件的非浮力顶点。这些非浮力顶点可以在与浮力顶点相同的水平面中对齐，或者在偏移平面中对齐。这些非浮力顶点可以包括可再生能源转换器。框架可以包括单个主体件或者可以组装成多个件。本发明不限于所示的具体示例或结构。