潜水电气系统的移位系统和方法与流程

发明领域

本发明涉及一种使诸如水电涡轮机的潜水电气系统在水体内移位的系统和方法，该系统和方法允许将这种电气系统部署到海底或其它水下基底上、从海底取回，并提供稳定的平台，从而可以在这种涡轮机系统的调试、维护和退役方面进行各种操作。

发明背景

作为可再生能源的一种形式，潮汐能是非常有吸引力的命题，有潜力提供恒定、可预测和丰富的能源供应。

然而，为了实现潮汐能的潜力，存在需要克服的重大困难和障碍。压倒一切的困难源于引发能量生产潜力的非常条件，强劲的潮汐速度，也使这些地点处利用大规模船舶装置的工作在涡轮机和基座或相关潜水电气设备的初始部署方面以及在测试、维护、恢复、修理等方面都极具挑战性。潮汐方向的不断变化，另外变化之间潮汐流的速度变化，在试图将涡轮机和/或基座降低到海底并建立后续电气连接时提出重大挑战。在通常需要使用多个容器的情况下，该方法进一步复杂化，因为在所述条件下保持容器之间的固定距离和取向需要恒定校正，并且即使这样也非常困难。

现有的部署方法试图在单个潮汐循环中完成部署操作，大约六个小时的窗口，对于要进行的操作类型和要处理的现场条件来说是非常短的时间段。

因此，本发明的目的是克服一些上述问题。

发明概要

根据本发明的第一方面，提供了一种用于潜水电气系统的移位系统，所述移位系统包括：基座；包括浮力主体和至少三个刚性腿的容器，每个刚性腿相对于所述主体在升高和降低位置之间可移位；其中所述基座适于固定到所述三个腿并且通过所述三个腿可移位。

优选地，所述系统包括位于所述腿和所述基座中间的框架。

优选地，所述框架适于限制所述腿相对于彼此的移位。

优选地，所述框架包括联接器以建立与每个所述腿的自由端的连接。

优选地，所述框架包括用于建立所述基座的连接的联接器。

优选地，所述框架包括用于建立与每个所述腿的自由端的连接的连接器。

优选地，所述基座包括三个地面接触脚，其被定位成当所述基座固定在所述腿下方时，每个所述脚与所述腿中的一个重合。

优选地，所述系统包括与所述腿中的至少一个操作关联的钻孔系统。

优选地，所述系统包括与所述腿中的至少一个操作关联的灌浆系统。

优选地，所述容器包括提升系统。

优选地，所述提升系统包括一个或多个绞车，其可操作以从所述容器升高和降低相应的管线。

优选地，所述基座被设计成承受所述容器在升出水体时在所述腿上的负载。

优选地，所述腿中的一个或多个相对于所述容器的所述主体独立地可移位。

根据本发明的第二方面，提供了一种使潜水电气系统在水体中移位的方法，包括以下步骤：

将所述电气系统的基座固定在部署容器的至少三个刚性腿下方；和

使所述腿相对于所述容器的浮力主体移位，以便使所述基座在所述水体内移位。

优选地，所述方法包括将框架定位在每个所述腿的自由端和所述基座中间的步骤。

优选地，所述方法包括通过使所述腿相对于所述容器的所述主体移位而使所述基座移位到与水下基底接触的步骤。

优选地，所述方法包括以下步骤：通过在所述基座与所述水下基底接触之后，使所述腿相对于所述容器的所述主体进一步移位，使所述容器的所述主体升出所述水体。

优选地，所述方法包括在所述容器的所述主体升出所述水体时执行与所述电气系统相关的一个或多个操作的步骤。

优选地，所述方法包括使所述腿中的一个或多个独立地移位的步骤。

优选地，所述方法包括利用所述腿来迫使所述基座的一个或多个地面接触脚至少部分地穿透所述部署基底。

如本文所使用的，术语“电气系统”旨在表示在水下并且特别是在海洋环境中使用的电气系统，并且其可以包括潮汐涡轮机和/或用于管理和/或调节从一个或多个这种涡轮机发电的一个或多个电气部件，并且该电气系统最初可以仅包括基座，所述涡轮机或电气部件可安装在所述基座上，并且该基座可以用作所述涡轮机/电气系统与电缆之间的电连接点或接口。

如本文所使用的，术语“提升”旨在意味着将物体从一个高度或位置升高到更大的高度或位置，另外还意味着物体从一个高度或位置到较小高度或位置的受控降低。

附图简述

现在将参考附图描述本发明，在附图中：

图1示出了用于潜水电气系统例如水电涡轮机的移位系统，其位于部署场地上方以准备部署；

图2示出了图1的移位系统，其中电气系统已经部署到海底上；

图3示出了如图1和图2所示的移位系统，其中部署的电气系统已经从所述移位系统被释放；

图4示出了图1至图3的移位系统，其具有用于电气系统的替代基座；和

图5示出了图1至图3的移位系统，其具有用于电气系统的另一替代基座。

附图的详细描述

现在参考附图的图1至图3，示出了根据本发明的第一实施方案的移位系统，并且总体上表示为10。移位系统10旨在用于对潜水电气系统例如水电涡轮机系统12进行部署、取回、测试、修理和其它操作。

在所示的实施方案中，电气系统12包括优选但不排他地以重力基座的形式的基座14和可安装到基座14的潮汐涡轮机16。然而，从以下对移位系统10的构造和操作的描述可以理解，基座14可以是任何其它合适的形式，并且可以例如被布置成通过钉扎、打桩、粘合或任何其它合适的方式来主动地固定到海底。类似地，将理解，涡轮机16可以用任何其它合适的替代电气部件代替，例如用于从阵列中的一个或多个涡轮机16产生的电力的传输和/或调节。类似地，涡轮机的类型可以与所描述和示出的示例性涡轮机16的类型相差悬殊。

移位系统10还包括具有浮力主体20和至少三个刚性腿22的容器18，该刚性腿22与主体20操作关联，并且可以相对于主体20移位，优选地在如图1所示的升高位置与如图2所示的降低位置之间。腿22的升高和降低可以通过任何合适的方式来实现，并且例如可以通过在每个腿22上设置齿条(未示出)和在主体20上设置对应的从动小齿轮(未示出)来实现，以便实现腿22的线性移位。然而，应当理解，为了实现上述功能，可以采用任何其它合适的布置。

主体22是有浮力的，并且在所示的优选实施方案中包括彼此间隔开并通过第一横向构件26和第二横向构件28连接在一起的一对双体船式壳体24。然而，可以采用任何其它合适的构造，尽管一对间隔开的壳体24允许涡轮机系统10与在壳体24正下方的基座14和位于壳体24之间的空间中的涡轮机14固定，从而在该位置时提供对涡轮机14的可视性和入口。

移位系统10适于允许涡轮机系统12固定到腿22，使得涡轮机系统12可以与腿22移位，例如从图1所示的升高位置到如图2所示的降低或部署位置。以这种方式，移位系统10使得涡轮机系统12或任何其它相关的电气系统能够被使用容器18运输到部署场地，且然后通过降低三个腿22而降低到海底或其它水下部署基底上。可以在腿22和涡轮机系统12之间提供任何合适的连接，以便允许系统12牢固地保持在腿22上，并且优选地保持在腿22的下方，并且根据需要(例如当涡轮机系统12已经完全部署在海底上时)适当地从其中释放。

在所示的优选实施方案中，移位系统10包括可在腿22之间固定的框架30，并且最优选地固定到腿22的下侧，同时也可与基座14接合，使得随后位于腿22和涡轮机系统12中间。框架30用于使腿22并且特别是其下自由端相对于彼此固定，以在部署、取回和其它操作期间使三个腿22加强。框架30还提供用于承载用于接合和保持基座14的一个或多个联接器32的有用的载具。参考图3，联接器52可以采用定位成可定位到基座14的三个脚34中的每一个中的常规球抓斗的形式。联接器32优选地可远程致动，例如从容器18的主体20。框架30限定了加强模板，当涡轮机系统10与腿22接合时，该模板将确保联接器32与脚34或其它合适的提升点对齐。

一旦涡轮机系统12已经部署在海底上，框架30也可以被保持在腿22的自由端上，并且腿22缩回以使涡轮机系统12留在海底，如图3所示。因此，框架30将继续向腿22提供加强加固件，这在使用容器18从海底取回部署的涡轮机系统12的情况下将是特别有利的，同样确保联接器32与脚34或基座14上的其它提升点的对齐。框架30包括三个连接器36，一个用于每个腿22，在所示的实施方案中，其呈中空圆柱形套筒的形式，相应的腿22的自由端可以插入其中，设置有合适的锁定装置(未示出)以便将腿22的自由端保持在其中。这种锁定装置优选是可远程致动的。

因此，在使用中，移位系统10被运输到部署场地，其中涡轮机系统12借助腿22固定在浮力主体20的下方。一旦在部署场地，腿22可以相对于主体20向下移位，以便使涡轮机系统12移位朝向和到海底或其它水下部署基底上。一旦基座14牢固地定位在海底上，并且部署操作完成，框架30上的联接器32可以远程脱离基座14并且腿22升高，以使涡轮机系统12留在海底上的适当位置。

然而，一旦部署到海底上，也可能希望对涡轮机系统12执行额外的操作，由于在部署场地存在的高速潮汐流，这些操作通常变得困难，需要不断的校正以在执行这种操作时将容器18保持在适当位置。移位系统10通过允许容器18的主体20向上从水中升出并因此不再受到存在的潮汐速度来克服这个问题，从而提供稳定的升高的平台，从该平台可以执行许多操作。这可以通过将涡轮机系统12部署到海底上来实现，如图2所示，并且此时，保持框架30固定到基座14并进一步使腿22相对于主体20移位。该过程将用于将主体20升出水体，有效地将基座14上的主体20顶起，该基座14本身被支撑在海底上。腿22因此经由中间框架30向下地承载在基座14上，并且当基座14位于海底上时，腿22不能进一步有任何降低，且因此在主体20和腿22之间进一步的相对运动导致上面提到的主体20升出水体。因此，基座14必须具有足够的强度以承受其上的容器18的负载。为此，从图2可以看出，腿22与基座14的脚34重合是有利的，以便允许由容器18产生的负载垂直地向下传递通过脚34进入海底。

由于本发明的移位系统10使得容器18能够以升高的主体20的形式建立稳定的平台，则可以在部署场地花费大量的时间，从而允许执行额外的操作。例如，可以执行钻孔或灌浆操作以主动地将基座14固定到海底。因此，可以提供一个或多个钻孔系统(未示出)或灌浆系统(未示出)与一个或多个腿22或框架30操作关联，该系统然后可以被远程操作以执行必要的操作。升高的主体20还可以提供稳定的平台，从该平台可以对涡轮机16执行电连接、调试、退役、修理或其它测试操作。还可以设想，涡轮机16可以与基座14分离并且向上升高到壳体24之间的位置，从该位置可以直接对涡轮机16执行大量的操作。可以通过设置在容器18上的额外的提升系统(未示出)来实现升高涡轮机16，例如一个或多个绞车(未示出)，其可以根据需要用于升高/降低涡轮机16。这样的操作可以在腿22保持站立在基座14上的同时执行，以便确保稳定的平台。

参考图4，示出了移位系统10，其具有基座114和框架130的替代设计。在这种替代设计中，基座114包括三个脚134，它们再次定位成与容器18的三个腿22重合。以这种方式，框架114直接固定到腿22的下侧，并且可以如上所述地升高和降低。框架130不再被设置为在腿22和基座114之间的中间件，并且尺寸被设计成使得框架130的三个联接器132接合形成在基座114中的与脚134分离的三个提升点40。然后，框架130可以借助从提升系统(未示出)的绞车(未示出)馈送的多个下降管线l系到主体20上。因此，框架130可以独立于腿22和基座114而相对于容器18升高和降低。因此，一旦腿22已经移位到不与基座114对准的升高位置，框架130可以用于独立于基座114升高和降低涡轮机16，或者可以用于升高和降低包括基座114的整个涡轮机系统12。

在图5中示出了基座214和框架230的另一替代设计。在这种布置中，基座214和框架230被设计成位于腿22之间，但是可借助提升系统(未示出)的提升管线l相对于容器18移位。因此，腿22仅用于在部署场地的海底上支撑容器18，以便提供如上所述的如一旦从水中升出由主体20限定的稳定平台，尽管没有向下承载在基座214上。一旦建立了主体20的升高的平台，则可以利用提升系统(未示出)，以便升高或降低整个涡轮机系统12或独立于基座214升高或降低涡轮机16。基座214使用三个脚234作为提升点40，用于通过框架230上的联接器232进行接合，且然后框架230可用作升高和降低涡轮机系统12或涡轮机16的载具。

因此，应当理解，本发明的移位系统10提供单个容器18，其可以将诸如水电涡轮机系统12的电气系统运输和部署到海底上，和/或将其从海底恢复，同时额外提供稳定平台，从该稳定平台可以对涡轮机系统12执行大量操作。