Плавучая ветроэлектрическая установка

Плавучая ветроэлектрическая установка

Реферат

 

Изобретение относится к области энергетики, использующей нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, в частности ветроэлектрические установки. На льдоустойчивый понтон посредством цилиндрических колонн опирается надводная площадка, на которой установлена опорная башня с вращающимся вокруг нее поворотным корпусом и ветротурбиной, снабженной лопастями одинаковой массы, но разной длины, описывающими конусную поверхность вокруг вала турбины, наклоненного к горизонту под углом 45°. При ветре вращение турбины передается через мультипликатор с конической зубчатой передачей электрическому генератору, размещенному в башне вертикально. Понтон разделен на один центральный и восемь периферийных отсеков и удерживается на месте стоянки якорными лебедками, якорями и якорь-цепями. Автоматическое регулирование шага лопастей выполняет датчик скорости ветра и механизм изменения шага. Защита от буревых ветров выполняется механическим тормозом. Автоматическое регулирование осадки и крена установки выполняет балластно-креновая система по сигналам датчиков скорости ветра, крена и глубины осадки установки. Достигается расширение области применения, повышение эффективности и надежности установки. 11 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики, использующей нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, в частности ветроэлектрические установки. Оно может быть использовано для электроснабжения приморских городов и населенных пунктов, туристических лагерей, баз отдыха, геологических партий, маяков, воинских частей, научно-исследовательских станций и заповедников и других объектов, расположенных на островах, либо малообжитых местах континентального побережья, удаленных от основных источников электроэнергии, а также морских плавучих и стационарных сооружений на морском шельфе.

Известна плавучая ветроэлектрическая установка, разработанная в ФРГ, содержащая на полом валу ветроколесо пропеллерного типа с горизонтальной осью вращения, которое установлено на поворотной головке на вершине опорной башни и ориентируется по ветру с помощью виндрозы. Башня установлена на поплавке, который закреплен на якорных цепях. Регулирование выходных параметров производимой электроэнергии осуществляется поворотом лопастей ветроколеса вокруг их продольных осей, которые управляются от анемометрического датчика скорости ветра посредством штанги исполнительного механизма, проходящей внутри полого вала ветроколеса. Электрическая энергия ветрогенератора используется для получения водорода из морской воды методом электролиза и накопления его в аккумуляторах (см. Реферативный журнал "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии", 1989, N 9, стр. 4).

Плавучая ветроэлектрическая установка похожей конструкции разработана в США. Ее опорная башня установлена на поплавке, имеющем в плане форму диска и чечевицеобразный профиль, оканчивающийся килем, в который встроен гребной винт для поворота поплавка вокруг вертикальной оси с целью ориентации ветроколеса по ветру. Гребной винт приводится во вращение энергией, вырабатываемой ветрогенератором (см. РЖ "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии", 1989, N 8, стр. 7).

Преимуществом плавучих установок является возможность их размещения на водных акваториях с глубинами, достигающими сотни метров. Недостатком известных плавучих ветроэлектрических установок является большая парусность, создаваемая ветроколесами с горизонтальной осью вращения, высокой опорной башней и надводными бортами поплавков, а также большие площади сметаемых лопастями поверхностей, которые создают большие кренящие и восстанавливающие моменты, вызывающие качку и крен этих установок, что снижает их эффективность, создает опасность нарушения остойчивости при буревых ветрах и сильном волнении и увеличивает стоимость якорных систем. Расположение электрогенератора и ветротурбины на вершине высоких башен затрудняет к ним доступ, особенно при качке поплавковых корпусов.

Известна также плавучая ветроэлектрическая установка мощностью 250 кВт, являющаяся наиболее близкой к заявляемой, содержащая ветротурбину и электрический генератор с кинематическими связями, смонтированные непосредственно на и вдоль палубы судна водоизмещением 160 т так, что вал ветротурбины наклонен к плоскости горизонта под углом 55^o и снабжен двумя лопастями одинаковой массы, но разной длины, описывающими при вращении ветротурбины вокруг его вала конусную поверхность. Ориентация ветротурбины по ветру осуществляется посредством устройства автоматической ориентации с исполнительным механизмом - гребным электродвигателем - и его подсистемой управления за счет разворота самого корпуса судна, стоящего на якоре и связанного с береговой энергосистемой подводным силовым кабелем. Установка снабжена якорной системой и системой защиты от буревых ветров, с датчиком частоты вращения ветротурбины и датчиком положения ее лопастей, которая срабатывает при 25 м/сек и вводит в действие устройство торможения ветротурбины и фиксации ее после остановки в таком положении, когда длинная лопасть опущена вниз и направлена горизонтально, а короткая лопасть поднята вертикально вверх (см. В. А.Коробков. Преобразователи энергии океана - Л: Судостроение, 1986, с. 104).

Преимуществом этой известной ветроэлектрической установки по сравнению с известными аналогами является значительно меньшая парусность из-за меньшей ометаемой лопастями ветротурбины поверхности и отсутствия опорной башни, меньшие величины опрокидывающих и кренящих моментов, вызываемых ветровой нагрузкой и, как следствие, меньшие величины статического крена, дифферента и нагрузок на якорную систему. Другими преимуществами установки по сравнению с известными являются ее относительно высокая мобильность, позволяющая произвести съемку с якоря и постановку на якорь без больших затрат времени, переместить на новую точку или доставить на ремонтное предприятие, а также ремонтопригодность.

Недостатком данной известной плавучей ветроэлектрической установки является подверженность ее качке из-за сравнительно большой площади омываемой водой поверхности, характерной для судовых корпусов, обуславливающей возникновение динамических кренящих моментов от воздействия волн и снижение надежности работы систем и устройств, обледенение корпуса судна, палубных механизмов и ветротурбины, расположенных непосредственно на верхней палубе, при низких температурах вследствие захлестывания их волнами из-за сравнительно малой высоты надводного борта и появление из-за этого риска потери установкой остойчивости в штормовых условиях; невозможность ориентации корпуса судна по ветру в зимний период после его вмерзания в лед; возникновение больших статических усилий на корпус судна в период подвижки ледяных полей, обуславливающих необходимость усиления и удорожания якорной системы; подверженность подводного силового кабеля силовым и механическим воздействиям, делающим вероятным его повреждение; сравнительно большие величины установленной мощности и энергозатрат на работу электропривода системы ориентации судна по ветру; невысокие быстродействие и точность этой системы; доступность палубных механизмов для посторонних лиц при необслуживаемой эксплуатации установки и для атмосферных воздействий; неудовлетворительные эстетические характеристики, выражающиеся в том, что при использовании каскада аналогичных установок прибрежная акватория загромождается десятками и сотнями надводных корпусов, ухудшающих эстетическое восприятие морской панорамы. Указанные недостатки ограничивают область применения ветроэлектрической установки регионами, не подверженными замерзанию, снижают ее надежность и эффективность использования, увеличивают срок окупаемости, противоречат канонам промышленной эстетики.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно: расширение области применения установки, повышение надежности и эффективности ее использования, снижение срока окупаемости, а также улучшение эстетических характеристик.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в известной плавучей ветроэлектрической установке, содержащей плавучий корпус, несущий электрический генератор с его вспомогательным оборудованием и ветротурбину с кинематическими связями, вал которой наклонен к плоскости горизонта и снабжен двумя лопастями одинаковой массы, но разной длины; устройство автоматической ориентации ветротурбины по ветру с электрическим исполнительным механизмом и его подсистемой управления; якорную систему с электрическими якорными лебедками; систему защиты от буревых ветров, содержащую датчик частоты вращения ветротурбины, датчик положения ее лопастей и устройство электрического и механического торможения и последующего стопорения ветротурбины в положении, при котором длинная лопасть опущена вниз и направлена горизонтально, а короткая лопасть направлена вертикально вверх; и подводный силовой кабель, соединяющий электрический генератор с береговой энергосистемой, в отличие от нее несущий корпус выполнен в виде полупогружаемой платформы, состоящей из понтона, имеющего форму опрокинутой вершиной вниз многогранной усеченной пирамиды, и расположенной над ним надводной площадки, соединенной с поверхностью понтона полыми цилиндрическими колоннами, скрепленными между собой балками жесткости.

Вал ветротурбины вместе с кинематическими связями со стороны ветротурбины размещен в усеченном яйцеобразном корпусе, который установлен с возможностью поворота на 360^o посредством исполнительного механизма поворота на цилиндрической опорной башне, которая закреплена на упомянутой надводной площадке, содержит вертикально расположенный электрический генератор с его системой принудительной вентиляции и имеет высоту, равную высоте электрического генератора.

Вал ветротурбины установлен под углом 40-50^o к плоскости горизонта и соединен с вертикальным валом электрического генератора посредством мультипликатора, содержащего коническую зубчатую передачу. Механизм поворота корпуса содержит двигатель-редуктор, снабженный электромагнитным тормозом и расположенный вертикально в опорной башне с выходом через ее крышу наружу оконечности выходного вала, а к днищу самого поворотного корпуса вблизи его наружного края снизу закреплено по окружности опорное кольцо П-образного профиля, между выступами которого по всей окружности кольца равномерно встроены опорные колеса поворотного корпуса, сопряженные с рельсообразным ободом, закрепленным вокруг башни, причем выступающая оконечность вала двигателя-редуктора посредством зубчатой передачи находится в зацеплении с внутренним по отношению к оси башни выступом П-образного кольца, а ниже обода к внешнему выступу этого кольца по окружности закреплено дополнительное опорное кольцо поворотного корпуса L-образного профиля, между выступами которого по всей окружности этого кольца встроена дополнительная линия колес поворотного корпуса, сопряженных с нижней поверхностью рельсообразного обода, причем длинный выступ этого кольца внутренней боковой поверхностью закреплен на внешней боковой поверхности внешнего выступа П-образного кольца.

Подсистема управления устройства автоматической ориентации ветротурбины по ветру содержит управляющий и блокирующий входы, а само устройство автоматической ориентации дополнительно включает программный контроллер, датчик направления ветра, выполненный в виде сельсина, поворотный ротор которого кинематически связан с воздушным флюгером, а статор закреплен на вершине штанги, установленной вертикально на поворотном корпусе, и преобразователь угла поворота ротора сельсина в пропорциональное ему напряжение постоянного тока меняющейся полярности, состоящий из двух полупроводниковых выпрямителей, соединенных каждый электрически на стороне переменного тока с теми фазами трехфазной обмотки статора сельсина, в которых при синфазном положении его ротора и статора наведены равные по величине, но противоположные по знаку электродвижущие силы, а на стороне постоянного тока - встречно последовательно с последующим параллельным соединением выхода преобразователя с одним из входов программного контроллера и с управляющим входом подсистемы управления исполнительным механизмом, блокирующий вход которой подключен к одному из выходов программного контроллера, причем поворотный корпус, штанга и статор сельсина, жестко связанные между собой, образуют обратную связь следящего устройства автоматической ориентации ветротурбины по ветру.

Электрические якорные лебедки якорной системы размещены каждая на надводной площадке над полой цилиндрической колонной в помещении цилиндрической формы, причем ненагруженная ветвь якорной цепи лебедки размещена в полости колонны, а нагруженная ветвь якорной цепи пропущена через отверстие в надводной площадке со стороны опорной башни и наклонный канал в корпусе понтона, нижнее отверстие которого расположено в средней по высоте части его борта-грани. Понтон разделен на один центральный и равнообъемные и расположенные вокруг него периферийные отсеки, количество которых равно числу бортов-граней понтона, сообщенные каждый посредством радиального периферийного трубопровода, снабженного электромагнитным запорным клинкетом, с общим кольцевым трубопроводом, разделенным посредством электромагнитных клинкетов на равные секторы, число которых соответствует числу бортов-граней понтона, и сообщенным посредством радиальных приемных и отливных диаметрально-симметрично расположенных трубопроводов, снабженных каждый электромагнитным клинкетом, с соответствующими забортными отверстиями понтона, причем на кольцевом трубопроводе в двух диаметрально противоположных точках установлено по одному высокопроизводительному балластно-креновому насосу, всасывающие и нагнетательные патрубки которых встроены последовательно в кольцевой трубопровод, а в самом центральном отсеке размещено вспомогательное оборудование электрического генератора и кольцевой трубопровод с балластно-креновыми насосами и клинкетами, и он имеет сообщение с надводной площадкой посредством цилиндрической шахты сообщения, снабженной входным тамбуром цилиндрической формы, расположенным на надводной площадке и примыкающим к опорной башне.

Установка дополнительно содержит следующие системы. Следящую систему автоматического регулирования глубины осадки полупогружаемой платформы, включающую электрические исполнительные механизмы в виде электроприводов балластно-креновых насосов и электромагнитных клинкетов, их подсистемы управления, программный контроллер, датчик глубины осадки полупогружаемой платформы, телеметрический канал дистанционного управления и контроля, содержащий телевизионную антенну и приемно-передающее устройство, датчик скорости ветра, выполненный в виде сельсина, поворотный ротор которого кинематически связан со свободно провисающей пластиной, выполненной из легкого материала, а статор жестко закреплен на консоли, прикрепленной к штанге датчика направления ветра, и преобразователь угла поворота ротора сельсина, соединенный своим выходом с одним из входов программного контроллера, другие входы которого подключены к выходам датчика глубины осадки платформы и телеметрического канала дистанционного управления и контроля, а выходы - к входам подсистем управления балластно-креновыми насосами и электромагнитными клинкетами, причем датчик глубины осадки платформы образует обратную связь следящей системы автоматического регулирования глубины осадки платформы.

Следящую систему автоматического выравнивания крена полупогружаемой платформы, содержащую электрические исполнительные механизмы в виде балластно-креновых насосов и электромагнитных клинкетов, их подсистемы управления, программный контроллер, телеметрический канал дистанционного управления и контроля, датчики крена полупогружаемой платформы с преобразователями угла поворота сельсина-датчика, число которых равно половине числа бортов-граней понтона, выполненные каждый в виде массивного маятника, подвешенного свободно к валу ротора сельсина, который в накрененном положении полупогружаемой платформы на один из взаимно противоположных бортов-граней понтона отклонен соответственно в ту или другую сторону от синфазного положения ротора сельсина относительно его статора, корпус которого жестко закреплен на подволоке центрального отсека понтона, а трехфазная обмотка электрически соединена через преобразователь угла поворота сельсина с соответствующим входом программного контроллера, выходы которого подключены к входам телеметрического канала дистанционного управления и контроля и подсистем управления балластно-креновыми насосами и электромагнитными клинкетами, причем сельсины-датчики крена закреплены на подволоке центрального отсека таким образом, что оси их роторов образуют друг с другом углы, установленные из соотношения 360^o к числу бортов-граней понтона, при этом понтон и жестко связанные с его подволоком статоры сельсинов-датчиков крена образуют обратные связи следящей системы автоматического выравнивания крена платформы.

Следящую систему автоматического регулирования длин вытравленных якорных цепей, содержащую электрические исполнительные механизмы в виде электроприводов якорных лебедок, их подсистемы управления, программный контроллер, эхолот, датчики направления ветра и течения воды, датчики скорости ветра и течения воды, датчики тяговых усилий на якорных цепях, датчики длин вытравленных якорных цепей и телеметрический канал дистанционного управления и контроля, причем входы программного контроллера соединены электрически с выходами указанных эхолота и датчиков, а выходы - с входами подсистем управления якорными лебедками и входом телеметрического канала, при этом датчики длин вытравленных якорных цепей образуют обратные связи следящей системы автоматического регулирования вытравленных длин якорных цепей. Причем подводный силовой кабель соединен с электрическим генератором посредством промежуточного гибкого силового кабеля, проложенного со стороны днища понтона в вертикальной трубе, проходящей сквозь понтон до надводной площадки и через нее, а со стороны последней кабель уложен на барабан электрической кабельной лебедки, установленной на надводной площадке в закрытом помещении цилиндрической формы и снабженной системой автоматического регулирования натяжения промежуточного силового гибкого кабеля, содержащей исполнительный механизм в виде электропривода упомянутой кабельной лебедки, подсистему управления этим электроприводом, датчик тягового усилия на промежуточном силовом гибком кабеле, установленный на лебедке и связанный кинематически с ее барабаном, а электрически соединенный с входом подсистемы управления исполнительным механизмом, и датчик вытравленной длины промежуточного гибкого кабеля, установленный на валу кабельной лебедки и соединенный с входом программного контроллера, а система защиты от буревых ветров установки дополнительно содержит блок-программу разворота поворотного корпуса ветротурбины в подветренное положение, содержащую программный контроллер, связанный своими входами с датчиком скорости ветра, датчиком частоты вращения ветротурбины и датчиком положения ее лопастей, а выходом - с входом подсистемы управления исполнительным механизмом поворота ветротурбины, и блок-программу погружения полупогружаемой платформы на максимальную глубину осадки, содержащую упомянутую выше систему автоматического регулирования глубины осадки полупогружаемой платформы, а также датчики частоты вращения и положения лопастей ветротурбины, соединенные с входами программного контроллера этой системы.

Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивают в совокупности решение поставленной задачи с получением следующих технических результатов: ограничение амплитуд качки и увеличение за счет этого верхнего предела рабочего диапазона скоростей ветра, эффективности и надежности использования установки в этом диапазоне, снижение степени обледенения и риска потери остойчивости при штормовой погоде, обеспечение круглогодичной эксплуатации установки при ее использовании на замерзающих водных акваториях, снижение установленной мощности и энергозатрат на работу электропривода устройства ориентации ветротурбины по ветру при одновременном повышении его быстродействия и точности, исключение силовых и механических воздействий на подводный кабель и риска его повреждения, увеличение текущей производительности и годовой выработки электроэнергии, улучшение эстетических характеристик установки и дополнительно обеспечивает повышение надежности системы защиты от буревых ветров.

Так, в плавучей ветроэлектрической установке - прототипе в качестве несущего корпуса ветротурбины используется корпус обычного судна. Такая форма корпуса имеет сравнительно большие величины площади надводного борта, длины ватерлинии и омываемой поверхности. Первый параметр способствует тому, что от воздействия устойчивого ветрового потока на надводный борт действует дополнительный статический кренящий момент, усиливающий величину постоянного крена, а порывы ветра вызывают ощутимые динамические кренящие моменты. Последние моменты возникают также от ударов волн по причине большой длины ватерлинии. Третий параметр определяет величину восстанавливающего момента, действующего на корпус при его накренении.

Попеременное действие на корпус судна результирующих кренящих и восстанавливающих моментов вызывает качку судна, причем, чем больше величины этих моментов, тем более неустойчивым на волне является корпус судна. Корпус судна, развернутый устройством ориентации носом к ветру и волне, подвержен также килевой и вертикальной качке. Эффективность работы ветротурбины в наибольшей степени снижается от килевой качки, т.к. она постоянно меняет угол между продольными осями лопастей ветротурбины и направлением ветра, снижая коэффициент использования ветра. Бортовая и вертикальная качки меньше влияют на работу ветротурбины, однако они наряду с килевой качкой создают дополнительные попеременно действующие нагрузки на ветроэлектрическую установку, вызывают вибрацию и являются причиной усталостных перенапряжений, увеличивающих вероятность поломок и аварий. Результирующее влияние крена и всех видов качки по мере усиления ветра все больше снижают эффективность установки, что вызывает необходимость ограничивать верхнее предельное значение рабочей скорости ветра по сравнению с аналогичными стационарными ветроэлектрическими установками, у которых этот параметр ограничивается только прочностными характеристиками.

В заявляемой плавучей ветроэлектрической установке несущим корпусом является полупогружаемая платформа, содержащая надводную площадку, цилиндрические колонны и понтон, которая благодаря возможности прохождения ватерлинии на уровне цилиндрических колонн и расположения понтона ниже возмущенного волнами слоя воды имеет незначительную общую длину ватерлинии при практически неизменной величине омываемой поверхности. Следствием этого является пренебрежимо малые величины динамических кренящих моментов от действия волн при большой величине восстанавливающего момента, а в результате отсутствие бортовой и килевой качки и существенное снижение вертикальной качки. Меньшее значение имеет и суммарная площадь поверхности надводных сооружений, состоящих из корпуса ветротурбины, ее опорной башни и помещений для якорных и кабельной лебедок, которым приданы округлые, т.е. аэродинамические формы.

Следовательно, на платформу будут действовать меньшие статические кренящие моменты от устойчивых ветров и меньшие динамические кренящие моменты от порывов ветра. Кроме того, в заявляемой установке предусматривается полное устранение статического крена благодаря применению системы автоматического выравнивания крена. Так, наличие этой системы, содержащей электрические исполнительные механизмы в виде балластно-креновых насосов и электромагнитных клинкетов, их подсистемы управления, программный контроллер, телеметрический канал дистанционного управления и контроля и датчики крена полупогружаемой платформы с преобразователями угла поворота сельсина-датчика, число которых равно половине числа бортов граней понтона наряду с наличием балластно-креновой системы, состоящей из центрального и равнообъемных и расположенных вокруг него периферийных отсеков, количество которых равно числу бортов-граней понтона, сообщенных каждый посредством радиального периферийного трубопровода, снабженного электромагнитным запорным клинкетом, с общим кольцевым трубопроводом, разделенным посредством электромагнитных клинкетов на равные сектора, число которых соответствует числу бортов-граней понтона, и сообщенных посредством радиальных приемных и отливных диаметрально-симметрично расположенных трубопроводов, снабженных каждый электромагнитным клинкетом, с соответствующим забортным отверстием понтона, причем на кольцевом трубопроводе в двух диаметрально противоположных точках установлено по одному высокопроизводительному балластно-креновому насосу, всасывающие и нагнетательные патрубки которых встроены последовательно в кольцевой трубопровод, обеспечивают непрерывное отслеживание крена платформы посредством датчиков крена и его устранение за счет перекачивания балласта по трубопроводам из одного периферийного отсека в противоположный.

Наконец, наличие четырех вытравленных якорных цепей, длина которых автоматически регулируется в функции погодных условий, вместо одной нерегулируемой по длине в установке-прототипе оказывает, как известно, сильное демпфирующее влияние на вертикальные перемещения полупогружаемой платформы за счет увеличения общей массы якорной цепи, автоматически возрастающей при поднятии этой платформы на волне и гасящей благодаря этому качку.

Устранение бортовой и килевой качки, ограничение амплитуд вертикальной качки и возможность автоматического выравнивания статического крена делают возможным увеличить верхний предел рабочего диапазона скорости ветра, обеспечить лучшие условия для работы ветротурбины и добиться более производительной работы установки в заданном расчетном диапазоне скоростей ветра. Вместе с тем, это приводит к снижению уровня вибрации и переменных нагрузок на ветротурбину и несущий корпус, что повышает надежность работы систем и устройств и установки в целом.

Известно, что в плавучей ветроэлектрической установке - прототипе при ее работе в свежую погоду в результате ударов волн о корпус судна происходит их захлестывание, окатывание водой верхней палубы, надпалубных построек, включая корпус ветротурбины, и долетание водяных брызг до вращающихся лопастей. При минусовых температурах наружного воздуха это вызывает одностороннее обледенение корпуса судна и надпалубных его частей, увеличение веса установки и дополнительного крена ее корпуса, что создает в условиях качки опасность потери установкой остойчивости. Обледенение лопастей приводит, в свою очередь, к увеличению их веса, нагрузок на вал и подшипниковые узлы и к усилению вибрации, что может потребовать полного прекращения работы установки даже при рабочих скоростях ветра во избежание ее поломки.

В заявляемой установке удары волн приходятся не на корпус судна, а на цилиндрические колонны, поэтому захлестывание волн и их разбрызгивание происходит в значительно меньшей степени благодаря их круглой форме и меньшей общей поверхности. Кроме того, полупогружаемая платформа снабжена системой автоматического регулирования глубины осадки, что позволяет при наступлении минусовых температур воздуха автоматически или дистанционно установить такую осадку платформы, при которой захлестывающие волны не будут достигать надводной площадки, а водяные брызги - лопастей ветротурбины. Так, делением понтона на центральный и равнообъемные, расположенные вокруг него периферийные (балластные) отсеки по числу граней-бортов понтона, в совокупности с их радиальными периферийными, общим кольцевым, разделенным на секторы по числу периферийных отсеков, и приемно-отливными, диаметрально-симметрично установленными на кольцевом трубопроводами, снабженными разобщительными электромагнитными клинкетами, и в совокупности с балластно-креновыми насосами, установленными на кольцевом трубопроводе, образуется балластно-креновая система, позволяющая регулировать осадку платформы.

При этом наличие системы автоматического регулирования глубины осадки платформы, включающей электроприводы насосов и клинкетов, их подсистемы управления, программный контроллер, датчик глубины осадки платформы, телеметрический канал дистанционного управления и контроля, содержащий телевизионную антенну и приемно-передающее устройство, и датчик скорости ветра, позволяет в совокупности с балластно-креновой системой регулировать автоматически осадку платформы. Поэтому обледенение будет наблюдаться только на цилиндрических колоннах и цилиндрической шахте сообщения, сообщающей центральный отсек с надводной площадкой. Т.е. ледяная корка будет распределяться в горизонтальной плоскости практически равномерно и симметрично. Более того, обледенения этих конструкций платформы можно избежать полностью за счет направления в полости колонн и шахты сообщения горячего воздуха, образующегося в результате нагрева электрического генератора и его вспомогательного оборудования, что достигается за счет наличия систем принудительной вентиляции оборудования электрического генератора, установленных в опорной башне ветротурбины и в центральном отсеке понтона. Следовательно, дополнительный крен платформы появляться не будет, и изменение метацентрической высоты, влияющее на остойчивость установки и вызванное некоторым увеличением веса платформы, будет происходить в значительно меньшей степени, чем в установке - прототипе.

Указанные два обстоятельства при отсутствии бортовой качки и наличии системы автоматической регулировки крена исключают риск потери установкой остойчивости из-за обледенения.

В установке-прототипе ориентация ветротурбины по ветру осуществляется за счет автоматического разворота самого корпуса судна. В связи с этим в те зимние месяцы, когда место стоянки установки покрывается льдом, ориентация корпуса судна и ветротурбины становится невозможной, а следовательно, установка в указанные месяцы становится практически неработоспособной.

В заявляемой установке несущий корпус - полупогружаемая платформа - удерживается в плоскости горизонта в неподвижном положении за счет наличия якорной системы, состоящей из нескольких якорных лебедок, размещенных каждая на надводной площадке платформы над полой цилиндрической колонной в помещении цилиндрической формы и обеспечивающей заданное неподвижное положение платформы в пространстве. Ориентация ветротурбины по ветру достигается за счет разворота только надпалубного поворотного корпуса ветротурбины вокруг опорной башни, неподвижно установленной на надводной площадке полупогружаемой платформы. Так, наличие на днище поворотного корпуса ветротурбины опорных колец П-образного и L-образного профилей со встроенными в них верхней и нижней линиями колес, сопряженными с рельсообразным ободом, закрепленным вокруг опорной башни, в совокупности с двигателем-редуктором башни, вал которого находится в зацеплении с П-образным кольцом, обеспечивает разворот поворотного корпуса на 360^o. Такое решение позволяет постоянно удерживать ветротурбину развернутой по ветру независимо от положения несущего корпуса и наличия или отсутствия ледяного покрова. Следовательно, установку можно использовать круглогодично не только на акваториях, свободных ото льда, но и на замерзающих водных бассейнах.

Сравнительно большие площади подводного борта и надводных частей судового корпуса в установке - прототипе обуславливают и большие внешние силы, прикладываемые к якорной цепи в результате суммарного действия постоянного ветрового потока, течения, порывов ветра, ударов волн, а также напора льда во время ледохода и передаваемые на якорь. В результате это приводит к необходимости увеличения массы якоря, калибра якорной цепи, установленной мощности якорной лебедки и объема цепного ящика, а в итоге к удорожанию и увеличению веса всей якорной системы, увеличению времени и затрат энергии на выполнение якорных операций.

В заявляемой плавучей установке ветровые и волновые воздействия существенно уменьшаются из-за придания надводным и подводным сооружениям округлых форм, снижения суммарной площади надводной поверхности и расположения подводного понтона, в случае необходимости, ниже возмущенного слоя водной поверхности. Вследствие этого усилия на элементах якорной системы оказываются намного меньшими. Кроме того, для уменьшения силы напора льда в период ледохода, полупогружаемую платформу накануне ледостава переводят в положение наименьшей осадки, при которой ватерлиния и верхняя поверхность ледяного покрова проходят по ее нижней отметке, нанесенной на скошенных бортах-гранях подводного понтона несколько ниже его верхней поверхности.

Это достигается совокупностью системы автоматического регулирования глубины осадки платформы с трубопроводами, балластно-креновыми насосами и периферийными отсеками понтона, посредством которых по сигналу с берегового диспетчерского пульта управления о всплытии производится откачка балласта из всех периферийных отсеков одновременно. При таком полупогруженном положении понтона по отношению к ледяной корке во время ледохода вследствие напора льда на скошенный борт со стороны последнего на кромку льда будет действовать сила реакции, одна из составляющих которой создает изгибающий момент, приложенный к этой кромке, который ломает лед на куски, скользящие затем по борту под днище понтона. Кинетическая энергия движущихся масс льда растрачивается на раскалывание и дробление льда и на преодоление силы трения дробленого льда о корпус понтона. На корпус понтона и якорные цепи будет передаваться только то усилие, которое вызывает реакцию раскалывания льда.

К моменту ледохода структура льда становится пористой, рыхлой и непрочной, так что он ломается легко и большого давления на корпус понтона и якорные цепи не оказывает. Уменьшение силы давления льда на корпус понтона будет происходить еще и благодаря многогранной форме понтона, при которой лобовое давление будет испытывать только тот борт-грань, который расположен перпендикулярно направлению движения льда. К остальным бортам-граням силы давления льда прикладываются под углом так, что непосредственное давление на корпус будут оказывать только их перпендикулярные составляющие, а не полностью приложенные силы. Другие их составляющие направлены касательно к бортовым граням и давления на корпус не оказывают. Вследствие этого суммарная величина напора льда на корпус понтона снижается, что позволяет выполнить якорную систему облегченной, а следовательно, менее дорогой, менее энергозатратной и более оперативной.

В установке-прототипе для автоматической ориентации ветротурбины по ветру используется принцип разворота самого корпуса судна за счет встроенного в этот корпус электроприводного гребного винта. Такой способ ориентации связан, во-первых, с необходимостью установки значительного по мощности электропривода гребного винта, т. к. сопротивление перемещению корпуса судна лагом при его относительно больших линейных размерах велико, если к тому же учесть наличие встречного течения. Во-вторых, при развороте судно совершает циркуляцию радиусом R= L+l+l₁ (где L - длина