1.本发明涉及一种具有流体供应组件的海上风力涡轮机。本发明还涉及一种将输入流体供应到海上风力涡轮机的方法。
背景技术：
2.风力涡轮机越来越多地用于产生电能。风力涡轮机通常包括塔架和安装在塔架上的机舱，毂部附接到机舱。转子安装在毂部处并且耦接到发电机。多个叶片从转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风转动转子，从而驱动发电机。因此，叶片的旋转能被传递到发电机，发电机然后将机械能转换成电力并且将电力传递到电网。
3.风力涡轮机放置在提供高风量的位置。这些位置可以是远离陆地的位置或海面上的海上位置。为了输送电能，由风力涡轮机的发电机产生的电力行进到风电场的输电变电站，在输电变电站处，电力被转换成通常在130-765kv之间的高电压，以用于通过电力线在输电网上进行长距离传输。输电网将风电场的远程位置连接到电网的变电站，该变电站将电力变换成与电网兼容的电压。
4.远程风电场的问题在于，需要桥接风电场与电网的变电站之间的距离。需要具有非常高的安装成本的长电力线。
5.风力涡轮机技术的当前发展倾向于增加风力涡轮机的尺寸，以便通过更长的叶片和更高的塔架来获取更多的风能。由于风力涡轮机的尺寸增加，更多的电力被供应到电网，该电力将从风电场被输送到电网的最近输入点。增加通过长距离电力线传输的电力导致对电缆的更高要求以及更高的成本。
6.为了减少由输电网的电力线传递的能量的量或者完全避免使用长距离电力线，可以在风力涡轮机附近安装电解单元。包括电解单元的风力涡轮机借助于发电机产生电力，并且借助于由风力涡轮机的至少一部分电力驱动的电解单元产生氢气。
7.电解单元是被配置成产生氢气的电力至气体单元（power-to-gas unit）。因此，由风力涡轮机产生的能量可用于电解过程中以产生氢气和氧气。这些气体可以在之后用于在燃料电池中产生电能或用于生产化学品，诸如氨或甲烷。从电解单元产生的气体可以通过使用管道或通过将气体加压到容器中来输送，这比直接通过长距离电力线输送电力更便宜。
8.从现有技术中（例如在文献us 5,592,028a中）已知电解单元与风力涡轮机结合的使用，其中多个电解池连接到风电场，并且借助于由风力涡轮机的发电机产生的电力来产生氢气。类似地，文献wo 2020/095012a1描述了一种用于大规模生产氢气的海上风力涡轮机系统，其包括具有脱盐单元和电解单元的浮式塔架结构。
9.在具有电解单元的风电场中，利用输入流体产生氢气。例如，对于海上风电场，输入流体是海水，其在进入电解装置之前被脱盐。替代性地，海上风电场可位于湖泊或任何水体上，并且输入流体是水，其通常在进入电解装置之前被过滤。海上风力涡轮机面临的问题是输入流体必须被供应到电解单元平台，电解单元被布置在该电解单元平台处，其中必须
克服水位和电解单元平台之间的高度差。这是借助于流体供应组件实现的。传统的流体供应组件包括利用浸没泵悬置在水中的软管。软管被设计成保护泵和管道免受来自风和波浪的外力。
10.悬置的流体供应组件具有软管碰撞塔架的风险，从而由于强风而损坏其自身和塔架。软管还暴露于恶劣的环境条件下，并且必须克服通常超过水位超过20米的高度，因此悬置的流体供应的损坏导致材料的高成本和为了更换损坏部件的工时的高成本。
技术实现要素：
11.本发明的目的是提供一种具有流体供应组件的海上风力涡轮机，其克服了现有技术中已知的问题。
12.这通过根据权利要求1所述的海上风力涡轮机和根据权利要求15所述的用于将输入流体供应至海上风力涡轮机的方法来实现。
13.根据本发明，竖立在水体中的海上风力涡轮机包括发电机、基座、机舱、具有安装到基座的第一端和支撑机舱的第二端的塔架、由发电机供电以从特别是水的输入流体产生氢气的电解单元、以及用于将输入流体从布置在水位下方的流体入口供应到布置在水位上方的电解单元的流体供应组件。流体供应组件包括泵和在流体入口与电解单元之间的流体连接件。
14.因此，发电机产生电力，并且将所产生的电力的至少一部分供应给电解单元，因为这两个部件都电耦接。
15.由于例如取决于天气条件和风水平的发电的波动，难以预见海上风力涡轮机向电网或向能量存储装置的功率输出。通过使用由发电机产生的能量的一部分来产生氢气，可以减轻波动。氢气可以通过与电解单元的输出耦接的系统出口从风力涡轮机中取出。
16.因此，由发电机产生的能量的至少一部分可以用于为电解单元供电，使得电网不因波动的发电设施的发电峰值而过载。此外，如果在到电网的输出中出现问题，则电力可以被完全重新引导到电解单元，使得仅产生氢气。所产生的氢气通常为气态，其可以被压缩和/或与其他组分混合至更易于储存和/或输送的液态。
17.电解单元也可以是进行电解并产生其他气体的混合气体发生器。例如，电解单元可以对水和二氧化碳进行电解，以产生由氢气和一氧化碳构成的混合气体。替代地，氢气可以与天然气混合，这增加了氢气的氢/碳比，并且使其火焰速度是压缩天然气的火焰速度的高达八倍。
18.电解单元用于从水产生氢气。因此，如果风力涡轮机安装在水附近，即河流或海上，则电解单元可以使用该水作为电解单元的输入以产生氢气和氧气。然而，还可以进一步处理氢气并得到其他化合物，诸如甲烷或氨。
19.水借助于流体供应组件被抽出。
20.根据本发明，流体入口包括在基座中或塔架中的在水位下方的开口，输入流体通过该开口被输送到电解单元。
21.因此，基座具有用于收集水的开口或孔。考虑到水的潮汐运动，基座处的开口的位置应当被选择成使得开口总是浸没在水位以下。
22.根据本发明的优选实施例，基座是安装到水体的底面的基架。
23.该基座是基架，所述基架可以适用于浅水和/或中等深水，诸如在沿海水中。基架的类型可以选自单桩基架、护套框架基架、三脚架基架、重力基座基架、吸力桶结构、管状桁架基架或三桩基架。
24.因此，海上风力发电机借助于该基架连接到海床或水体的床部。
25.根据本发明的另一优选实施例，所述海上风力涡轮机是浮式风力涡轮机，其中所述基座是浮式、半浸没式或潜式基座平台。
26.该基座是浮式的、半浸没式的或潜式的基座平台，其可以适用于深水。基座平台的类型可以从由浮体、张力支腿平台tlp或半浸没式平台组成的组中进行选择。
27.基座平台可锚定到水下的地面以限制浮式海上风力发电机在水平方向上（即，在基本上平行于水面的方向上）的移动自由度。浮式海上基座通常没有固定的竖直位置以能够补偿海平面变化。为了锚定，可以使用至少一根缆索或链条，通常是多根链条、缆索或线缆，后者在航海环境中也被称为系泊设备（mooring）。
28.根据本发明的另一优选实施例，海上风力发电机还包括电解单元平台，该电解单元平台将电解单元的至少一部分支撑在水位上方。
29.利用专用的电解单元平台，与例如将电解单元安装在机舱上相比，可以更容易地安装电解单元，并且电解单元的至少一部分可以保持在水位上方。
30.根据本发明的另一优选实施例，海上风力发电机包括位于基座与塔架之间或基座与电解单元平台之间的过渡件。
31.过渡件设置在基座的顶部上。特别优选的耦接类型是设置在单桩顶部上的过渡件，其中过渡件包括设置在过渡件的外周上的电解单元平台。
32.根据本发明的另一优选实施例，流体供应组件包括用于过滤输入流体的过滤器。因此，水中的颗粒和其他物质在进入电解单元之前被过滤。
33.根据本发明的另一优选实施例，流体入口布置在距离地面高度足够远的距离处，以避免将沙或其他物质从地面高度引入流体入口。地面高度是水体以下的高度，例如海床高度。由于需要较少的能量和过滤器的维护，该方法降低了过滤的成本。
34.根据本发明的另一优选实施例，管道将流体入口与电解单元连接。管道可以容纳在沉箱中，即，水密保持结构中。
35.根据本发明的另一优选的实施例，管道至少部分地延伸穿过基座的内部部分。管道例如至少部分地在基座的径向内部部分处，并且沿平行于基座和/或塔架的轴线的纵向方向朝向风力涡轮机的电解单元平台延伸。
36.根据本发明的另一优选的实施例，管道部分地延伸穿过塔架的内部部分。因此，管道部分地位于塔架的外周向部分的径向内部部分处，并且沿平行于基座和/或塔架的轴线的纵向方向朝向风力涡轮机的电解单元平台延伸。如果基座和塔架之间的过渡发生在电解单元的位置下方，则情况就是这样。因此，管道的第一部分延伸穿过基座，并且管道的第二部分延伸穿过塔架。
37.根据本发明的另一优选实施例，管道由聚合物材料或环氧树脂材料形成、具有支撑纤维增强件以避免腐蚀。
38.根据本发明的另一优选实施例，管道由玻璃纤维形成。
39.根据本发明的另一优选实施例，泵安装在管道内，其中泵可被提升通过管道以进
行检查和维护工作。泵也可被下降通过管道。另外，泵也可以提升到水位以上，以保护泵在泵不使用时免受腐蚀和海洋环境的影响。这也限制了泵和管道上的海洋生长物。
40.泵也可能由于恶劣的天气条件（即，由于风暴等）而被升起以保护泵。
41.可以安装起重机以将泵移动到可以更容易对泵进行维修的位置。
42.根据本发明的另一优选实施例，过滤器安装在管道内，其中过滤器可被提升通过管道以进行清洁、检查和维护工作。
43.根据本发明的另一优选实施例，管道被密封以避免到塔架和/或基座的任何泄漏。泄漏可能导致塔架和/或基座的内部部分的腐蚀，并且因此应当避免泄漏。
44.密封可以通过在管道和连接到管道的任何部件之间的螺栓连接的凸缘来实现。
45.根据本发明的另一优选实施例，流体连接件的至少一部分是在基座和/或塔架处钻出的通道。因此，在基座处、在塔架处或在基座和塔架两者处钻出通道，以将流体入口与电解单元连接。因此，作为管道的替代或补充，可以使用通道。通道的壁可以用抗腐蚀材料保护，以避免由于水、特别是盐水的连续交换而引起的部件腐蚀，连续交换会将新的氧带入腐蚀性环境中并促进腐蚀性环境。
46.根据本发明的另一优选实施例，流体入口包括由诸如铜的防污材料制成的成角度的配件，以避免流体入口上的植物生长物，特别是海洋生长物。特别地，任何惰性材料都可以用作防污材料，以防止植物在流体入口上形成，植物在流体入口上的形成会阻碍水流。
47.根据本发明的另一优选实施例，成角度的配件被密封以避免到塔架和/或基座的任何泄漏。泄漏可能导致塔架和/或基座的腐蚀，并且因此应当避免泄漏。
48.密封可以通过在成角度的配件和管道或连接到成角度的配件的任何部件之间的螺栓连接的凸缘实现。
49.本发明的又一方面涉及一种将输入流体供应到海上风力涡轮机的方法，其包括以下步骤：通过布置在水位下方的流体入口抽吸输入流体，以及借助于泵将输入流体从流体入口泵送到电解单元。
附图说明
50.为了便于理解本发明的特征并且作为本说明书的组成部分，附上了一些附图页，在所述附图页的图上，以说明性而非限制性的字符，呈现了如下：图1示出了现有技术中已知的海上风力涡轮机的示意图，该海上风力涡轮机包括从电解单元悬置的用于流体供应的软管。
51.图2示出了根据本发明的实施例的海上风力涡轮机的示意图，该海上风力涡轮机包括扩展穿过基座的内部部分的流体连接件。
52.图3示出了根据本发明的另一实施例的海上风力涡轮机的示意图，该海上风力涡轮机包括在电解单元平台下方扩展穿过基座的内部部分且穿过塔架的内部部分的流体连接件。
53.图4示出了包括过滤器、流体入口、泵、成角度的配件和管道的流体供应组件。
54.图5示出了根据本发明的另一实施例的被配置为具有浸没的基座平台的浮式风力涡轮机的海上风力涡轮机。
55.图6示出了根据本发明的另一实施例的被配置为具有半浸没式基座平台的浮式风
力涡轮机的海上风力涡轮机。
具体实施方式
56.图1示出了如从现有技术中已知的海上风力涡轮机1的示意图，所述海上风力涡轮机包括从电解单元3悬置的用于流体供应的软管。
57.海上风力涡轮机1包括塔架4，机舱6可旋转地安装在该塔架的顶部上。海上风力涡轮机1还包括连接到机舱6的毂部。多个叶片安装在毂部上。毂部连接到发电机2上，并且借助于主轴承围绕转子轴线可旋转地安装。海上风力涡轮机1还包括电解单元平台32，在所述电解单元平台上，电解单元3布置在水位31上方。海上风力涡轮机1还包括基座5，塔架4安装在该基座上。基座5是安装在水体的底面上的基架34。
58.由发电机2产生的电力完全被传输到电解单元3，但是也将可以将海上风力涡轮机1连接到电网并且将由发电机2产生的电力的一部分传输到电网。电解单元3包括脱盐单元11和电解装置12、以及在脱盐单元11和电解装置12之间的流体连接件，脱盐水14通过该流体连接件被输送。电解装置12和脱盐单元11都由发电机2供电，该发电机借助于电连接件7连接到这两个装置。
59.电解单元3的输入流体9是借助于泵24从海上风轮机1的海中取出的盐水13。流体供应组件21借助于悬置的软管将盐水13供应到电解单元3。软管从脱盐单元11悬置到位于基座5外部部分的水体。盐水13通过流体入口23进入流体供应组件21并通过软管被输送，这在流体入口23与形成电解单元3的一部分的脱盐单元11之间形成流体连接件22。流体入口23和泵24浸没在水位31下方以抽吸盐水13。
60.脱盐水14是电解装置12的输入流体9。电解装置具有氢气输出15，通过该氢气输出提取所产生的氢气8。该氢气输出15连接到氢气管道以在陆上输送氢气8。替代性地，氢气8可以填充在容器中并在陆上被输送。
61.图2示出了根据本发明的实施例的海上风力涡轮机1的示意图，所述海上风力涡轮机包括扩展穿过基座5的内部部分的流体连接件22。
62.在该实施例中，海上风力涡轮机1包括其上安装有塔架4的基座5。基座5是安装在水体的底面的诸如单桩的基架34。
63.在基座5上的开口允许借助于流体供应组件21的泵24和布置在水位31下方的流体入口23来抽吸盐水13。穿过基座5的流体连接件22可形成为通道或管道26。流体连接件22沿平行于基座5的轴线和塔架4的轴线的纵向方向朝向海上风力涡轮机1的电解单元平台32延伸。该流体连接件22延伸穿过基座5的内部部分，即穿过基架34的内部部分。
64.图3示出了根据本发明的另一实施例的海上风力涡轮机1的示意图，所述海上风力涡轮机包括沿平行于基座5的轴线和塔架4的轴线的纵向方向朝向海上风力涡轮机1的电解单元平台32延伸的流体连接件22。该流体连接件22延伸通过基座5的内部部分，并且由于基座5的顶部终止于电解单元平台32下方，流体连接件22也在电解单元平台32下方延伸通过塔架4的内部部分。因此，流体连接件22的第一部分延伸穿过基座5（即，穿过基座34的内部部分），而流体连接件22的第二部分延伸穿过塔架4。电解单元平台32布置在水位31上方。
65.穿过基座5和塔架4的流体连接件22可以形成为通道或管道26。
66.在基座5处的开口允许借助于包括泵24的流体供应组件21来抽吸盐水13。
67.图4示出了流体供应组件21，其包括过滤器25、流体入口23、泵24、成角度的配件27和管道26。
68.盐水13在进入流体入口23之前通过过滤器25，因此沙、植物和其他不需要的物质被保持在流体供应组件21外面。成角度的配件27将盐水13的流动转向为竖直方向，以便朝向布置在电解单元平台32上的电解单元3引导。为了输送盐水13，使用在基座5内部延伸至电解单元平台32的管道26。管道26和成角度的配件27通过螺栓凸缘连接来密封，以避免这两个部件之间的过渡处的泄漏。
69.由马达驱动的泵24用于克服脱盐单元11和水位31之间的高度差。
70.图5示出了根据本发明的另一实施例的被配置为浮式风力涡轮机的海上风力涡轮机1，其具有浸没的基座平台33。
71.浸没的基座平台33通过多个柔性耦接构件（诸如，锚固绳索、锚固缆索和锚固链条）锚固到水下的地面。基座平台33可以是具有大的水平延伸部和相对短的竖直延伸部的盒形或盘形箱。
72.在基座平台33处的开口允许借助于流体供应组件21的泵24抽吸盐水13。穿过基座平台33的流体连接件22可以形成为通道或管道26。流体连接件22沿平行于基座平台33的轴线和塔架4的轴线的纵向方向朝向海上风力涡轮机1的电解单元平台32延伸。该流体连接件22延伸穿过基座平台33的内部部分，并且由于基座平台33的顶部终止于电解单元平台32下方，流体连接件22也在电解单元平台32下方延伸穿过塔架4的内部部分。
73.在其他实施例中，基座平台33可以是柱形浮子类型（spar-buoytype）。柱形浮子由单个长柱形罐构成，并通过尽可能低地移动质心来实现稳定性。在另外的实施例中，基座平台33可为更复杂的结构，并且包括三个或更多个浮力柱以支撑海上风力涡轮机1。
74.图6示出了根据本发明的另一实施例的配置为浮式风力涡轮机的海上风力涡轮机1，其具有半浸没式基座平台33。
75.半浸没式基座平台33通过多个柔性耦接构件（诸如，锚固绳索、锚固缆索和锚固链条）锚定到水下地面。基座平台33被锚固，使得基座平台33的上部部分保持在水面上。
76.流体连接件22的设置与图5中所示的设置相似。
77.附图标记列表1海上风力涡轮机2发电机3电解装置4塔架5基座6机舱7电连接件8氢气9输入流体11脱盐单元12电解装置13盐水
14脱盐水15氢气输出21流体供应组件22流体连接件23流体入口24泵25过滤器26管道27成角度的配件31水位32电解单元平台33基座平台34基架。