[发明专利]吃水深度浅的不带有机舱的宽-底座式浮动风力涡轮

说明书

公开了适合于浮动应用的风力涡轮。风力涡轮包括多个浮动件和连接到浮动件的多个塔架；涡轮转子，其包括毂和多个叶片，在结构上由多个塔架支承，涡轮转子联接到电力发电机；并且，风力涡轮即使针对至少1MW的额定容量也具有非常浅的吃水深度。风力涡轮可具有用于偏航的单个系泊缆线，从而排除针对机舱的需要，并且，风力涡轮可允许甲板级带驱动式电力发电机，而不存在针对齿轮箱的需要。

相关申请

本申请要求保护对提交于2019年２月15日的美国临时专利申请序号62/806085和提交于2019年9月6日的美国临时专利申请序号62/896903的优先权的利益。上文的申请的完整的教导通过引用来并入本文中。

背景技术

近海风力资源提供高平均功率密度，并且，领先的风力国家(丹麦、英国、德国)正开发利用近海风力资源的成本有效的方式。最近，美国海洋能源管理局将距漫沙温雅德岛海岸20英里的三个租赁区域拍卖达令人震惊的4.05亿美元或25万美元/平方公里的总价，可与利润丰厚的石油及天然气租赁的价格比较的价格。三个拍卖得主是挪威国家石油公司(Equinor)、壳牌公司以及哥本哈根基础设施合作伙伴，并且，高价指示该新兴市场在美国的重要性。由于固定底部技术的技术准备度更高，因而这些区域的开发被期望使用固定底部而非浮动结构。利用现有技术来制作的近海风力涡轮是昂贵的，其中，用于安置的资本开支为约400万美元/兆瓦的功率容量，并且，运营开销为约16万美元/兆瓦/年。在欧洲，固定底部近海风能产业相当成熟，其中，安置容量为~15GW。在美国，固定底部近海风能产业处于其初期，但被期望非常迅速地成长。但是，通过简单地使重塔架陆地涡轮迁移并且将该涡轮放置于又大又重的水下底座上，接受的成本使得在无补贴(下至0.07 美元/千瓦时)的情况下负担不起所产生的电力(约0.10 美元/千瓦时)。即使如此，与化石发电厂(低于0.04美元/千瓦时)比较，该成本并非真正地有竞争力。全球性地，仅由少量的示范项目组成的浮动近海风能处于其初期，所述项目均不在美国。这些示范也已实质上使常规(具有重机舱的细长塔架)岸上涡轮迁移到又大又重的浮动底座上，浮动底座在成本上超过底部固定式水下底座。因此，其电力甚至更昂贵。

为了支持海洋风力涡轮，美国各州已承诺在2030年之前从海洋风生成大的限定的功率输出。将在十年内安置大约2200个大(例如，10MW、120m塔架)近海涡轮，速率为220个/年。但是，为了认真地解决气候改变问题，所有美国化石燃料功率发电厂都需要在它们退出时被置换。这将耗费120000个涡轮。在当前计划的安置速率下，这将耗费不可接受的500年。产生成本节省的电力并且可用现有的基础设施制造成大体积的较低成本的涡轮可有利益地以每年4000个的速率安置，因此，化石燃料电力在理论上可在2050年之前被取代。

因此，需要特别地用于近海应用的风力涡轮，该风力涡轮与当前的近海风力涡轮比较，在每MW额定容量的基础上建造、安置以及操作更便宜得多。

发明内容

公开了浮动风力涡轮，与当前技术比较，浮动风力涡轮在每MW额定容量的基础上更便宜几倍。浮动风力涡轮远远更易于以小投资通过当前业务来制造，浮动风力涡轮可在离开加利福尼亚州和缅因州的较深的水中使用，浮动风力涡轮可快速地利用常规小型拖船安置，而非缓慢地利用昂贵的欧洲自升式顶起船舶(European jack-up ship)，并且，浮动风力涡轮可根据换出(swap-out)并拖拉到港口策略而便宜地修理，在换出并拖拉到港口策略中，置换单元在不到一天内安置，并且，被破坏的单元在港口处修理。

一个实施例是一种风力涡轮，该风力涡轮(i)包括a)多个浮动件和使多个浮动件互连的一个或多个连接器；b)多个汇聚塔架，其连接到多个浮动件；以及c)涡轮转子，其包括毂和多个叶片，在结构上由多个塔架支承，涡轮转子联接到电力发电机；以及(ii)(a)具有至少大约1MW的额定容量和每1MW额定容量小于大约1米的吃水深度或(b)具有至少30000kg的质量和小于叶片的长度的大约九分之一的吃水深度。