系泊系统的制作方法

本发明涉及一种用于深海中的浮动物体的系泊系统。特别地，本发明涉及一种固定的系泊系统，所述固定的系泊系统包括具有多个锚固件的锚固系统。更准确地，系泊系统包括用于系泊海上的浮动平台的装置。

背景技术：

1、已知用于锚固海上的浮动平台的许多锚固系统。大多数锚固系统包括用于将浮动平台锚固于期望的位置和取向中的多个锚固件。锚固件通常以一定的图案组织，以在所有的风况和天气状况下将多个浮动平台保持于期望的地理位置中。锚固件可以为传统的挖掘锚固件、重力锚固件，但是优选地为吸力锚固件。锚固线可以包括悬链线或拉紧股索(tautleg line)。

2、待保持于期望位置中的浮动物体可以包括浮动式半浸式风力发电设备。这样的设备包括包含多个浮力元件的结构平台。所述平台承载单个或多个转子塔架。浮力元件包括内腔，水被填充至所述内腔中以使平台潜没。在其操作状态下，平台潜没至只有浮力元件穿透水面的水平。因此，在其操作状态下，在海面上方只可以看到塔架和浮力元件的顶部。已经提出了用于生成风力发电的大量的不同类型的半潜式平台。所述半潜式平台中的大多数在塔架的顶部上具有一个单独的涡轮机。

3、浮动平台可以包括风力涡轮机塔架，并且目的是将涡轮机的转子轴引导至风中。第一种类型的平台使用风向标的原理。这种可旋转的平台被锚固于单个点处，并且平台随着风通过风转动至一定的方向，在所述方向上，转子轴面对风。因此，塔架不需要可枢转的风力涡轮机。第二种类型的平台包括稳定地定向的浮动结构，所述浮动结构包括带有枢转转子的塔架。这种类型的平台通常包括多个带有浮动元件的臂以稳定塔架。这样的平台需要被稳定地锚固于期望的位置和取向中，以使可枢转转子能够被朝向风引导。

4、风力发电单元的长期定位精确度很重要。如果使用拖曳锚固件，则精确度不够。拉动锚固线，直至锚固件充分地抓住海床。因此，海底条件可能导致锚固件的位置以及由此导致平台的位置从期望的位置改变数百米。因此，位置可靠性要求使用吸力锚固件。

5、先前从us2019024635(siegfriedsen)已知具有多个基础元件的海上风力发电场。所述基础元件被布置成形成多个拼花六边形的角，并且具有多个浮动式海上风力涡轮机。六边形内的每个浮动式海上风力涡轮机连接至形成六边形的基础元件。浮动式海上风力涡轮机经由下沉的连接器连接至基础元件，所述下沉的连接器被设计成链条或缆绳或链条和缆绳的组合。连接装置具有一定的长度，该长度容许海上风力涡轮机在圆形区域内漂移，所述圆形区域具有的半径高达围绕相应的六边形中心的六边形外接圆半径的10％。

6、浮动式海上风力涡轮机被构造成风向标。因此，风力涡轮机平台仅仅锚固于一个点处。因此，所述平台会随风改变方向。根据已知的海上风力发电场，平台仅仅由一个浮标元件锚固。因此，每个浮标元件以六边形图案用六条锚固线锚固。

7、先前从jp 2004176626(takada)已知一种海上风力发电设施。目的是提供一种海上风力发电设施，所述设施即使在深海区域中也可以被容易地放置于海洋上，即使在恶劣的天气和海洋条件下，所述设施也保持相应的浮动主体彼此适度地分开。所述设施在风力发电设备之间的相对的位置关系改变时防止发电能力降低。所述设施包括分别支撑风力发电设备或支撑控制设备的多个浮动主体。浮动主体通过锚固链条彼此连接，每个锚固链条在链条的中间具有中间下沉物。定位于最外部位置处的浮动主体进一步通过链条在它们的一个端处连接至锚固件，每个链条在链条的中间具有中间下沉物。浮动主体和锚固件被布置成连接平面视图等边三角形的多个元件结构。

8、浮动平台的一个优点是它可以完全在造船厂制造，并且因此降低安装成本。然后，它被运输至所需位置，并且永久地锚固至锚固系统。然而，希望能够将平台拖回造船厂以进行大修和维护。因此，优选的是，避免每次都安装锚固系统。在规划和部署具有多个浮动平台的风力发电场时，首先需要建立电缆基础设施和锚固系统。

技术实现思路

1、本发明的一个主要目的是寻找方法来改进浮动物体至深海中的锚固系统的系泊。

2、根据本发明，这些目的通过由独立权利要求1中的特征表征的系泊系统、由独立权利要求8中的特征表征的系泊设施、由独立权利要求9中的特征表征的提供系泊系统的方法、或者由独立权利要求10中的特征表征的将浮动平台对接至系泊系统的方法来实现。在从属权利要求中描述优选实施例。

3、根据本发明的系泊系统包括锚固系统和系泊单元。在本文中，系泊单元被理解为用于系泊浮动物体的装置。在本发明的一个实施例中，所述系泊单元包括由定位索保持在一起以形成三角形图案的多个锚固的系泊元件，浮动平台可以系泊至所述系泊元件。锚固系统以三角形图案包括多个广泛分布的锚固件和锚固线。因此，当系泊单元被锚固系统永久地锚固时，所系泊的物体可以附接至系泊单元以及被从系泊单元拆卸。根据本发明，系泊系统容许平台被固定地系泊于特定的位置和取向处，但是仍然能够被释放以用于维护运输。尽管已知的锚固系统仅仅包括锚固件和锚固缆绳，但是根据本发明的系泊系统除了锚固系统之外还包括系泊单元。所述锚固系统包括通过预应力缆绳连接至系泊单元的多个锚固件。

4、在一个实施例中，所述系泊单元包括定位于锚固系统的中心的多个系泊元件。每个系泊元件包括具有腔的浮动容器，在所述腔中可以调节空气和水的量。通过将水填充至腔中，可以降低在海中的高度位置。在所述实施例中，每个系泊元件由三根缆绳保持于适当位置中。在一个实施例中，这些缆绳中的两根包括连接至相邻的系泊元件的定位索。第三缆绳包括连接至海床处的锚固件的锚固缆绳。通过定位索，系泊元件保持于彼此分离的预定位置处。

5、在本发明的实施例中，所述系泊元件包括具有小的横截面面积的细长容器。在这种情况下，小的横截面应当意味着所述元件的长度的大约十分之一。在一个实施例中，细长容器通过在底部增加的压载配重物而竖直地对准。在一个实施例中，所述系泊元件的顶部部分包括漏斗形容器，并且所述底部部分包括圆柱形容器。容器充当连通腔，在所述连通腔中，可以填充水或空气。通过平衡容器中的空气和水的含量，可以控制系泊元件的浮力和高度位置。因此，系泊元件可以被认为是海中的可潜式浮标。

6、元件的圆柱形中间部分的小的横截面面积具有在恶劣的海洋中使系泊元件的运动并且因此使平台的运动平稳的效果。浮力引起的元件的运动可以被看作是弹簧的摆动。横截面面积以及由此在水中的压印(imprint)构成弹簧常数。缩小压印将降低弹簧常数，并且因此降低平台在海洋中的升沉和横摇的固有频率。漏斗形顶部部分沿着其长度提供增加的浮力效应，这进一步使元件在大波浪中的运动平稳。在一个实施例中，元件的圆柱形底部部分具有较大的横截面面积，并且主要用于控制系泊元件在海中的浮力和高度水平。

7、在一个实施例中，所述系泊单元包括组织于锚固系统的中心的可潜式系泊元件。每个系泊元件利用定位索连接至另一个系泊元件并且利用锚固缆绳连接至锚固件。在一个实施例中，系泊元件被组织成在每个角上具有系泊元件的三角形。每个系泊元件连接至两个相邻的系泊元件并且连接至锚固系统。因此，锚固系统也被以三角形图案组织。每个系泊元件部分地连接至锚固件，并且部分地通过定位索连接至每个相邻的系泊元件。因此，每个系泊元件利用三根缆绳(一根锚固缆绳和两根定位索)锚固。通过这种布置，三个系泊元件形成由三个锚固件保持于适当位置中的稳定的三角形的角。

8、在一个实施例中，每个系泊元件包括可对接的浮标。在该实施例中，系泊元件包括可对接装置以与浮动平台的可对接浮子对接。在一个实施例中，可对接装置包括多个横杆，浮子的对接装置可以钩挂至所述横杆以形成一个整体。因此，通过使系泊元件和浮子紧密地配合在一起，形成单个共用的浮动构件，通过所述浮动构件，所有的锚固力可以被传递至所系泊的物体。同时，系泊元件有助于平台的稳定性。

9、浮动平台通常由其浮子稳定。因此，必须由最恶劣的天气条件下所需的稳定力来设定浮子的浮力的大小。但是通过将系泊元件对接至浮子，形成一个新的实体，所述实体一起稳定平台。因此，仅仅需要针对运输条件来设定浮子的浮力的大小。系泊元件仅仅需要被尺寸设定为保持定位于海中。

10、锚固系统的锚固件被组织成使得所系泊的物体在所有的风况和天气状况下都保持于期望的地理位置和取向中。锚固件可以为传统的挖掘锚固件、重力锚固件，但是优选地为吸力锚固件。锚固线可以包括悬链线，但是优选地包括拉紧股索或所述两者的混合。在一个实施例中，锚固线包括加固(armed)的非金属纤维的预应力缆绳。

11、待系泊至系泊系统的浮动物体可以包括浮动式半浸式风力发电设备。这样的设备包括包含多个臂的结构平台，每个臂包含浮力元件。所述平台可以包括带有枢转机舱和风力涡轮机的塔架。浮力元件包括具有内腔的浮动容器，水被填充至所述内腔中以使平台潜没。在其操作状态下，平台潜没至只有浮力元件穿透水面的水平。浮动平台的优选的设计包括三个臂，所述三个臂具有呈浮子的形式的外部浮力元件。连接缆绳可以附接至每个浮子，以保持浮子和臂围绕塔架均匀地展开。

12、平台的可对接浮子和系泊系统的系泊元件都可以包括具有小的横截面面积的细长的浮动容器。通过分别在浮子和系泊元件中填充或排空水来调节在海中的高度位置。通过将空气泵送至容器中或将水泵送出容器来控制腔中的水的量。在一个实施例中，将空气泵送至腔中以控制浮力效应和在海中的高度位置。系泊元件的底部部分中的开口或阀容许水进入腔。

13、通过浮子和系泊元件的相对高度运动来实现对接过程。在一个实施例中，对接方法包括降低系泊元件在海中的高度以及升高浮子的高度。此后，使浮动物体在系泊元件之间运动，以使得系泊元件和浮子面对面并且处于适当位置中以对接。然后，分别降低浮子的高度和升高系泊元件的高度。在以这种方式配合之后，浮子和系泊元件形成共用的单个浮动单元，所述单个浮动单元能够抵抗海洋中的所有运动并且在锚固件与浮动平台之间传递所有力。在一个实施例中，任何对接元件可以包括锁定装置。

14、在海上建立大型系泊系统场可以从使用三个锚固件的一个系泊系统开始。第二系泊系统邻近于第一系泊系统锚固。另外的系泊系统以包括六个系泊系统的六边形图案彼此相邻地锚固。由于多个锚固件可以由两个或更多个系泊系统使用，所以六边形图案中的六个系泊系统仅需要七个锚固件。进一步扩展系泊场以包括大量的系泊系统减少每个平台所需的锚固件的数量。对于大量的平台而言，极限往往为每个锚固件两个系泊系统。因为所有的锚固缆绳都是预应力的并且连接于系泊元件与锚固件之间，所以电气服务电缆可以由锚固缆绳附接和保持。在本发明的实施例中，电缆和服务的基础设施安装于系泊元件中以被直接插入。对接装置可以包括用于电气服务的接触装置。

15、在本发明的实施例中，组织第二种布置的多个系泊系统。该第二组系泊系统在一定程度上相对于最初的一组系泊系统旋转，以便使用已经存在的一组锚固系统。因此，对于每个六边形地布置的系泊系统，新的系泊系统可以锚固于现有的锚固系统处。对于具有第一种和第二种布置的系泊系统的完全扩展的系泊设备，极限往往为每个锚固件三个系泊系统。

16、在第一方面中，所述目的通过一种用于系泊浮动平台的系泊系统来实现，所述浮动平台具有多个带有浮子的稳定臂，其中所述系泊系统包括用于将所述系泊系统锚固于深海中的锚固系统，所述锚固系统包含多个锚固件和锚固缆绳，并且其中所述系泊系统的中心部分包括包含多个系泊元件和定位索的系泊单元，并且其中每个系泊元件利用定位索连接至相邻的系泊元件并且连接至锚固件。在另一个方面中，每个系泊元件包括细长的浮动容器，所述浮动容器具有用于压载水的公共腔。每个系泊元件包括漏斗形上部部分、具有小的横截面面积的圆柱形中间部分以及圆柱形底部部分。

17、在第二方面中，所述目的通过一种用于提供用于浮动式风力发电平台的系泊系统的方法来实现，所述系泊系统包括通过锚固缆绳锚固于深海中的多个浮标，其中所述方法包括提供包含三个系泊元件的系泊单元，用锚固件锚固每个系泊单元，通过由定位索保持三个系泊元件分离而以三角形图案定位三个系泊元件。

18、在第三方面中，所述目的通过一种使具有多个浮子的浮动平台与包含对接装置的系泊系统对接的方法来实现，所述方法包括将处于浮动位置中的平台运输至系泊地点，通过将压载水填充至系泊元件的浮力隔室中而使系泊系统的系泊元件中的每一个潜没至接收位置，将浮动平台的浮子定位成与系泊元件面对面，通过分别调节浮子和系泊元件中的压载水的量而使系泊元件上升以及使浮子下降以使对接装置互锁。