Многоагрегатная плавучая прибрежная ветроферма

Многоагрегатная плавучая прибрежная ветроферма

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к областям электроэнергетики, энерго-, ресурсосбережения и экологии, использующим нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, в частности ветроэлектрические установки. Оно может быть использовано для: экологичного электроснабжения приморских городов, крупных населенных пунктов, промышленных районов, энергоемких объектов, в том числе нефтегазовых промыслов на морском шельфе; для рекреации погибающих прибрежных акваторий, восстановления и увеличения популяций морских животных, рыб и растительного мира; возрождения и подъема прибрежного рыболовства и марикультуры до промышленных объемов; развития туризма.

Известна плавучая ветроэлектрическая установка в единичном (модульном) исполнении, представляющая собой полупогружаемую платформу, состоящую из понтона в форме многогранной усеченной пирамиды, опрокинутой вершиной вниз; надводной площадки, опирающейся на понтон посредством четырех полых цилиндрических колонн, усиленных элементами жесткости, пропеллерной ветротурбины с наклоненной к горизонту осью вращения, установленной на надводной площадке на невысокой цилиндрической опорной башне и способной поворачиваться вокруг нее на 360°, и якорной системы, содержащей четыре якорных устройства, размещенные по периметру надводной площадки и удерживающие полупогружаемую платформу неподвижно. Ветроэлектрическая установка снабжена автоматическими подсистемами управления наведением ветротурбины на ветер, изменением осадки платформы, изменением шага лопастей ветротурбины, подсистемами регулирования крена платформы, длин вытравленных якорных цепей и подводного кабеля, подсистемой защиты от штормовых ветров, подсистемой контроля рабочих и предельных параметров установки, которые позволяют ей функционировать в автоматическом режиме (патент №2173280, Россия, МПК⁶ В 63 В 35/44, F 03 D 9/00, F 03 D 7/00).

Известна другая плавучая ветроустановка для прибрежных вод, в которой группа ветроэлектрических преобразователей установлена на стоящей на якоре плавучей платформе, свободно ориентирующейся по направлению ветра вокруг точки установки на якоре. Платформа собрана из нескольких модулей, на каждом из них установлен один ветроэлектрический преобразователь. Модули собраны между собой таким образом, что сохраняют постоянным свое взаимное положение. Платформа соединена с установленными под ней поплавками и с помощью системы заполнения может быть установлена в полупогруженном или опущенном на дно моря состоянии. Поплавки установлены по замкнутому кольцу параллельно платформе. Они разделены на камеры, связанные с системой заполнения, и имеют демпфирующие устройства. Установка платформы на ветер осуществляется с помощью связанных с ней якорных тросов. Установка имеет систему автоматического управления (Заявка 19727330, Германия, МПК⁶ F 03 D 11/04, В 63 В 35/50; Реферативный журнал "Нетрадиционные и возобновляющиеся источники энергии", 2000, №2, 12.90.64 П).

Преимуществом данных известных полупогружаемых ветроэлектрических установок является их устойчивость на волне в широком диапазоне скоростей ветра, включая и штормовой, в сравнении с аналогами, водоизмещающие корпусы которых плавают на поверхности воды; их мобильность, позволяющая перемещать установку с одного места на другое с учетом сезонных изменений направления потока ветра и спроса на энергию. Недостатком данных известных полупогружаемых единичных ветромодулей является более высокая удельная металлоемкость полупогружаемой платформы, повышенная стоимость якорной системы и системы автоматического управления ветроэлектрической установкой в целом. Кроме того, недостатком второй известной ветроустановки является неустойчивость к ледоходу, отсюда ограниченная область применения (незамерзающие акватории), низкое быстродействие системы наведения ветроустановки на ветер из-за необходимости разворота всей платформы посредством якорных тросов, что делает также невозможным его осуществление в период ледостава; невысокая надежность подводного кабеля вследствие внешних воздействий - скручивания, натяжения, волочения по дну - в период наведения платформы на ветер.

Известна также многоагрегатная плавучая прибрежная ветроферма, являющаяся наиболее близкой к заявляемой и содержащая собственно несущую полую ферму-понтон, выполненную в плане в форме замкнутой посредством полых периметрических связей многоугольной фигуры, имеющей постоянное по всему периметру сечение и расположенное внутри нее вспомогательное оборудование, систему якорных устройств, равномерно распределенных по периметру понтона-многоугольника и удерживающих его в подводном положении неподвижно, угловые ветроэлектрические установки, опирающиеся на понтон-многоугольник в его вершинах и состоящие каждая из многолопастной ветротурбины, поддерживаемой опорной башней, содержащей среднюю коническую и нижнюю цилиндрическую части, балластно-осушительную систему и электрический кабель, проложенный по дну моря (Multiple unit floating offshore windfarm//Wind Engineering - 1993, vol.17, №4, p.183-188).

Преимуществом этой известной плавучей ветрофермы по сравнению с известными аналогами является отсутствие у нее надводной площадки, за исключением ребер жесткости, установленных по периметру фермы-понтона между опорными башнями ветроэлектрических установок прототипа на уровне их ватерлинии; использование самонаводимых на ветер ветротурбин, исключающее необходимость разворота фермы-понтона и упрощающее систему наведения на ветер. Неподвижность фермы-понтона повышает надежность работы и долговечность подводного кабеля.

Недостатком данной известной ветрофермы является, как и у первого аналога, ее высокая удельная металлоемкость, несмотря на отсутствие надводной площадки. Это объясняется тем, что ферма-понтон, не имеющая в подводной части ребер жесткости, для обеспечения прочности должна иметь толстостенный корпус, усиленный изнутри поперечным и продольным набором. Учитывая необходимость размещения в этом корпусе не только балластных отсеков, но и оборудования вспомогательных систем, а также проходов в рост человека по всему периметру фермы-понтона (это несколько тысяч метров), сечение корпуса, постоянное по всему периметру, получается внушительным, а сам корпус металлоемким. Общая длина трубопроводов балластно-осушительной системы, других коммуникаций и общий расход металла на их прокладку по всему периметру фермы-понтона также характеризуются высокими значениями. По этой причине максимальная суммарная мощность электростанции ветрофермы ограничена экономически разумными пределами. Попытка наращивания суммарной мощности плавучей ветроэлектростанции за счет каскадного размещения на прибрежной акватории нескольких отдельных ветроферм описанной конструкции неизбежно связана с неоправданным ростом расходов на прокладку и установку нескольких дорогостоящих подводных кабелей и средств их сопряжения с береговой энергосистемой. Также существенно увеличиваются суммарные расходы на отдельные системы якорных устройств. Ветроферма-прототип не способна противостоять напору льда при ее использовании на замерзающих акваториях. В полупогруженном состоянии ветрофермы в период ледохода опорные башни ветроэлектрических установок при том направлении ребер жесткости, что проходят на уровне ватерлинии по периметру ветрофермы, не могут противостоять напору сплошного ледяного поля в начальный период ледохода. В надводном положении фермы-понтона линия соприкосновения возможной напираемой массы льда с понтоном будет равна диаметру понтона-многоугольника (это несколько сотен метров). Поэтому для противостояния внешнему воздействию сил от напора такой массы льда потребуется настолько мощная якорная система, что ее реализация оказывается нецелесообразной экономически. Следующим недостатком ветрофермы-прототипа является невысокая ремонтопригодность, так как доставка столь громоздкого сооружения к ремонтному заводу, не говоря о постановке в док, затруднена, а извлечение оборудования агрегатно из подводного положения с целью ремонта в заводских условиях технически сложно. Техобслуживание на месте также затруднено, так как, чтобы перейти по периметру от одной ветроэлектрической установки к другой, расположенной на другой стороне ветрофермы, необходимо пройти сотни метров.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно: расширение суммарной мощности ветрофермы до произвольных значений при одновременном снижении удельной металлоемкости, расходов на систему сопряжения, обеспечивающую передачу электроэнергии в береговую энергосистему, балластно-осушительную систему и на систему позиционирования; обеспечение льдоустойчивости ветрофермы; повышение ремонтопригодности. Кроме того, поставлена задача расширения функций плавучей ветрофермы в направлении ее использования в частных случаях для: рекреации морской среды; увеличения видов и численности популяций промысловых рыб, морских животных и марикультуры в прибрежных водах до промышленных объемов; развития туризма в регионе; рекламы и пропаганды наукоемких ресурсосберегающих и экологичных технологий.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в известной многоагрегатной плавучей прибрежной ветроферме, содержащей: несущую полую ферму-понтон, выполненную в плане в форме замкнутой посредством полых периметрических связей многоугольной фигуры и имеющую расположенное внутри нее вспомогательное оборудование; систему якорных устройств, распределенных равномерно по периметру многоугольной фигуры, для удержания ее неподвижно; угловые ветроэлектрические установки, расположенные на поверхности многоугольной фигуры в ее вершинах и включающие каждая многолопастную ветротурбину, поддерживаемую опорной башней, содержащей среднюю коническую и нижнюю цилиндрическую части; балластно-осушительную систему и подводный электрокабель, проложенный по дну моря, в отличие от нее заявляемая несущая ферма-понтон представляет собой вытянутое в одну цепь многозвенное понтонное разъемное сооружение, каждое звено которого состоит из двух одинаковых и по форме замкнутых многоугольных фигур-понтонов, соединенных друг с другом каждая по двум своим вершинам, прилегающим к одной и той же стороне многоугольной фигуры, посредством фланцев полыми линейными параллельными связями с образованием таким путем между многоугольными фигурами промежуточной четырехугольной понтонной фигуры, у которой боковые стороны являются общими как для нее, так и для смежных с ней многоугольных фигур-понтонов. В полые линейные параллельные связи встроены рассредоточенные относительно друг друга в шахматном порядке дополнительные ветроэлектрические установки. Вершины всех фигур-понтонов, а также участки линейных параллельных связей, на которых установлены дополнительные ветроэлектрические установки, выполнены в виде водоизмещающих фундаментов-поплавков, соответственно угловых и линейных, имеющих форму усеченных пирамид, опрокинутых вершинами вниз и с числом граней, равным числу сторон многоугольной понтонной фигуры.

В центре каждой из фигур-понтонов, а у многоугольных фигур еще и симметрично их вышеуказанным угловым фундаментам-поплавкам, размещена внешне аналогичная последним центральная водоизмещающая пирамида-поплавок. При этом обращенные друг к другу грани угловых и центральных, аналогичных внешне им, пирамид-поплавков многоугольных фигур, а также обращенные друг к другу грани фундаментов-поплавков линейных параллельных связей четырехугольной фигуры-понтона скреплены между собой посредством фланцев и с возможностью сообщения между собой полостей пирамид полыми межпоплавковыми элементами жесткости, соответственно радиальными и раскосными. Полые межпоплавковые раскосные элементы жесткости и обращенная в сторону их общего фундамента-поплавка линейная параллельная связь по нормали к ним и с возможностью внутреннего сообщения скреплены таким же путем с обращенными к ним гранями центральной пирамиды-поплавка четырехугольной фигуры-понтона посредством межраскосных элементов жесткости. Диаметр межпоплавковых и межраскосных элементов жесткости, так же как и равный ему по величине диаметр периметрических и линейных связей многоугольных и четырехугольной фигур-понтонов, составляет не более половины высоты водоизмещающей пирамиды-поплавка, а все полые межпоплавковые и межраскосные элементы жесткости, а также и все полые периметрические и линейные связи скреплены с гранями пирамид-поплавков посредством фланцев в их верхней части.

На межпоплавковые раскосные элементы жесткости четырехугольной фигуры-понтона установлена посредством полых опор надводная площадка, центральная часть которой посредством дополнительной полой опоры установлена на центральную водоизмещающую пирамиду-поплавок этой четырехугольной фигуры. Надводная площадка имеет причальные устройства, а на ее поверхности размещена надстройка, разделенная на обслуживающие помещения и имеющая на крыше площадку для вертолета.

Угловые и линейные водоизмещающие фундаменты-поплавки, несущие на себе ветроэлектрические установки, усилены каждый по высоте и ширине пересекающимися внутренними полыми элементами жесткости, горизонтальные из которых с возможностью внутреннего сообщения сопряжены по торцам на гранях фундаментов-поплавков с линейными связями, с радиальными и раскосными полыми межпоплавковыми элементами жесткости. Во внутренней герметичной полости вертикального элемента жесткости каждого фундамента-поплавка установлен осушительный эжектор балластно-осушительной системы, соединенный своими полостями соответственно с приемником сточного колодца данного фундамента-поплавка и трубопроводами рабочей и откачиваемой воды. На поверхности фундамента-поплавка каждой фигуры-понтона под опорной башней, соответственно на поверхности его внутреннего горизонтального элемента жесткости и в плоскости сопряжения этого горизонтального элемента жесткости с внутренней гранью и вертикальным внутренним элементом жесткости фундамента-поплавка, расположены проемы для доступа обслуживающего персонала к вспомогательному оборудованию.

В днище каждого фундамента-поплавка установлен приемный кингстон забортной воды с дистанционным приводом для затопления его внутренней полости водой, а сама эта внутренняя полость через полость опорной башни выполнена с возможностью управляемого сообщения с атмосферой.

Центральная водоизмещающая пирамида-поплавок каждой многоугольной и четырехугольной фигуры-понтона разделена по высоте жесткой перегородкой на сообщающиеся между собой ярусы, в верхнем из которых осесимметрично пирамиде-поплавку и симметрично ее граням встроена жесткая граненая, с тем же, что и у пирамиды-поплавка, числом граней герметичная выгородка, в которой размещено преобразовательное электрооборудование ветроэлектрических установок данной фигуры-понтона. Все грани этой выгородки внутренними горизонтальными полыми жесткостями и с возможностью внутреннего сообщения сопряжены, причем также с возможностью внутреннего сообщения и по их торцам на стенках гранях пирамиды-поплавка, с полыми межпоплавковыми радиальными и межраскосными элементами жесткости. Упомянутая разделительная перегородка центральной пирамиды-поплавка в каждой многоугольной и четырехугольной фигуре-понтоне установлена на размещенную в нижнем ярусе пирамиды осесимметрично полую цилиндрическую опору, в верхней герметичной полости которой размещен балластно-осушительный насос, сообщенный своей приемной полостью с приемником сточного колодца данной центральной пирамиды-поплавка, а выходным трубопроводом с отливным кингстоном этой пирамиды-поплавка и с коллектором балластно-осушительной системы, установленным вокруг этой цилиндрической опоры, от которого к угловым и линейным соответственно фундаментам-поплавкам отведены расходящиеся лучи-трубопроводы, проложенные внутри межпоплавковых радиальных, раскосных и межраскосных элементов жесткости и сообщенные каждый с входной полостью рабочей жидкости осушительного эжектора соответствующего углового или линейного фундамента-поплавка. В днище центральной пирамиды-поплавка установлен приемный кингстон с дистанционным приводом, сама внутренняя полость центральной пирамиды-поплавка любой фигуры-понтона выполнена с возможностью управляемого сообщения с атмосферой. На поверхности центральной пирамиды-поплавка многоугольной фигуры-понтона и по ее оси установлена шахта сообщения, выполненная с возможностью сообщения с нижнего торца с граненой выгородкой верхнего яруса центральной пирамиды-поплавка, а со стороны верхнего торца и нижней части боковой поверхности - с атмосферой. Верхняя полость цилиндрической опоры имеет сообщение с граненой выгородкой через проем, выполненный в горизонтальной разделительной перегородке центральной пирамиды-поплавка.

Система якорных устройств фермы-понтона характеризуется тем, что брашпиль соответствующего углового и линейного водоизмещающих фундаментов-поплавков установлен в герметичном помещении, размещенном на поверхности данного фундамента-поплавка со стороны его внешней грани, а якорные звездочки брашпиля расположены с наружной стороны данного герметичного помещения. Нагруженные ветви якорь-цепей выведены под днище фундамента-поплавка через каналы, выходы-клюзы которых расположены вблизи его внешних бортов-граней, а ненагруженные ветви якорь-цепей уложены в цепные ящики, размещенные непосредственно под якорными звездочками в полости фундамента-поплавка, заполняемой водяным балластом. Угловые и линейные фундаменты-поплавки, ориентированные в сторону преобладающих ветров, морских и приливно-отливных течений, а также в сторону, противостоящую напору ледяных полей в период ледохода, оборудованы брашпилями со сдвоенной якорной звездочкой, а угловые водоизмещающие фундаменты-поплавки, расположенные в вершинах боковых сторон четырехугольной фигуры-понтона, выполнены свободными от якорных устройств.

Балластно-осушительная система фермы-понтона состоит из независимых друг от друга частей, равных числу ее понтонных фигур, каждая из которых содержит балластные отсеки соответствующей фигуры-понтона и обслуживающую их осушительную подсистему. В состав балластных отсеков соответствующей фигуры-понтона входят заполняемые водой через приемные кингстоны полости ее соответственно угловых, линейных и центральных водоизмещающих пирамид-поплавков, а также полости межпоплавковых периметрических связей, оборудованных шпигатами и воздухопроводными отверстиями. Обслуживающая их осушительная подсистема содержит балластно-осушительный насос, установленный в центральной пирамиде-поплавке, осушительные эжекторы, расположенные соответственно в каждом из угловых и линейных фундаментов-поплавков, и трубопроводы с арматурой дистанционного привода. Приемная полость каждого из осушительных средств соединена с приемником сточного колодца соответствующей пирамиды-поплавка, выходной патрубок балластно-осушительного насоса соединен с отливным кингстоном данной центральной пирамиды-поплавка и коллектором балластно-осушительной подсистемы, установленном в этой центральной пирамиде-поплавке, от которого к патрубкам рабочей жидкости каждого из осушительных эжекторов отведены лучи-трубопроводы, проложенные к эжекторам внутри соответствующих радиальных, раскосных и межраскосных элементов жесткости, а нагнетательная полость каждого из осушительных эжекторов соединена с отливным кингстоном данного фундамента-поплавка.

Предлагаемую ветроферму целесообразно оборудовать системой рекреации морской среды, содержащей центробежные воздухонагнетатели, их воздухопроводы с арматурой электрического привода и придонные воздухораспределители. Воздухонагнетатели размещены по одному во всех угловых, линейных и центральных водоизмещающих пирамидах-поплавках многоугольных и четырехугольной фигур-понтонов таким образом, что в каждом из угловых и линейных водоизмещающих фундаментов-поплавков воздухонагнетатель установлен в герметичной полости его горизонтального элемента жесткости со стороны внутреннего борта-грани, а в каждой из центральных водоизмещающих пирамид-поплавков воздухонагнетатель установлен в ее герметичной граненой выгородке верхнего яруса пирамиды наряду с преобразовательным оборудованием ветроэлектроустановок. Приемные воздухопроводы всех воздухонагнетателей выведены в атмосферу не ниже уровня волноотбоя каждой водоизмещающей пирамиды-поплавка. Каждый из напорных воздушных трубопроводов соединен посредством трехходового электроуправляемого клапана с атмосферой и через днище каждой водоизмещающей пирамиды-поплавка - с забортным патрубком, расположенным вблизи ее днища и сообщенным посредством гибкого шланга с придонным воздухораспределителем, выполненным в виде раздаточного коллектора, опирающегося посредством плоской опоры на морское дно и соединенного радиальными расходящимися полыми отводами с несколькими перфорированными концентрическими воздухопроводами, раскрепленными на растяжках. Сама система рекреации морской среды плавучей ветрофермы в целом образована совокупностью множества независимых друг от друга подсистем рекреации, каждая из которых содержит перечисленные воздухонагнетатели, воздухопроводы и воздухораспределители.

Надводную площадку четырехугольной фигуры-понтона предлагаемой ветрофермы целесообразно оборудовать средствами для массовых развлечений в виде экскурсионной платформы, которая включает посадочно-прогулочную террасу, занимающую пространство вокруг обслуживающих помещений и ограниченную по периметру надводной площадки перилами, примыкающие к посадочно-прогулочной террасе трапы, ведущие соответственно к катеру и к вертолетной площадке, прилегающие по периметру к террасе зрительный зал, надводный бар-кафе с примыкающим к нему открытым салоном-верандой, ресторанное и санитарно-гигиеническое сооружения, а центральную водоизмещающую пирамиду-поплавок четырехугольной фигуры-понтона дополнительно снабдить в нижней части третьим ярусом, выполненным в форме многогранника с тем же числом вертикальных граней, что и у двух верхних ярусов данной центральной пирамиды-поплавка, и в котором размещен подводный ресторан-океанариум, сообщенный с граненой выгородкой спиральным трапом, а с надводной площадкой - служебным и пассажирским лифтами, шахты которых примыкают к боковой поверхности дополнительной полой опоры данной центральной пирамиды-поплавка, причем стенки-грани третьего яруса выполнены прозрачными.

Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивают в совокупности решение поставленной задачи с получением следующих технических результатов: возможность наращивания суммарной мощности ветрофермы в одной жесткой конструкции до произвольных значений; улучшение удельных показателей по металлоемкости фермы-понтона, по стоимости якорной системы, кабельной продукции, системы сопряжения с береговой энергосистемой и балластно-осушительной системы; обеспечение льдоустойчивости в период ледохода; повышение ремонтопригодности и упрощение технического обслуживания; дополнительное использование для: рекреации экологически неблагополучных водных акваторий; увеличения промысловых видов и воспроизводства популяций морских животных, рыб и марикультуры до промышленных квот; развития туризма в регионе; пропаганды наукоемких экологичных и ресурсосберегающих технологий.

1. Так, многозвенная разборно-сборная структура предлагаемой ветрофермы позволяет собирать ее из произвольного числа однотипных звеньев, каждое из которых состоит из двух одинаковых и по форме замкнутых многоугольных фигур-понтонов, соединенных друг с другом каждая по двум своим вершинам, прилегающим к одной и той же стороне многоугольной фигуры, полыми линейными параллельными связями с образованием таким путем между многоугольными фигурами промежуточной четырехугольной фигуры. Сочлененные посредством фланцев звенья выстраивают вдоль береговой черты в одну либо несколько параллельных многокилометровых цепей, или из этих звеньев выстраивают замкнутые многоугольные фигуры, охватывающие акватории площадью в несколько квадратных километров. В общем случае суммарная мощность ветрофермы определяется выражением

Р_ВФ=kP₃=k·(n+m)Р_ВУ,

где Р_ВФ, Р_з, P_ВУ - соответственно мощности ветрофермы, одного ее звена и единичная мощность одной ветроустановки; k, n, m - соответственно количество звеньев в составе ветрофермы, количество угловых и линейных ветроустановок в составе одного звена.

Следовательно, многозвенная структура несущей фермы-понтона предлагаемой ветрофермы позволяет сравнительно просто увеличивать или уменьшать суммарную мощность электростанции, если это вызвано сезонными изменениями спроса на электроэнергию либо развитием экономики данного региона.

2. В отличие от ветрофермы-прототипа, в которой периметр фермы-понтона выполнен в виде фигуры с постоянной и большой площадью поперечного сечения и развитым поперечным и продольным набором, многоугольные и четырехугольная понтонные фигуры предлагаемой ветрофермы имеют водоизмещающие пирамиды-поплавки только в вершинах и центрах указанных понтонных фигур, а также на отдельных участках параллельных линейных связей. Периметрические связи этих понтонных фигур, так же как и усиливающие их прочность радиальные, раскосные и межраскосные элементы жесткости, имеют диаметр, примерно в два раза меньший высоты указанных пирамид-поплавков. Причем все перечисленные связи и элементы жесткости сопрягаются с пирамидами-поплавками в их верхней части. Это обуславливает то, что в период ледостава и ледохода, когда ветроферма находится в надводном положении, зимняя ватерлиния проходит ниже нижней поверхности указанных связей и элементов жесткости. Следовательно, последние не будут иметь непосредственного контакта со льдом, и для обеспечения общей прочности фермы-понтона достаточно их изготовить из стандартных (трубообразных) конструкционных профилей без внутреннего набора.

Следовательно, благодаря выполнению участков фермы-понтона, на которые опираются ветроэлектрические установки, и центров понтонных фигур, образующих звено ветрофермы, в виде водоизмещающих пирамид-поплавков, а также благодаря применению межпоплавковых периметрических линейных, радиальных, раскосных и межраскосных связей и элементов жесткости между ними, имеющих сравнительно небольшие площади поперечного сечения и не содержащие внутреннего набора, достигается уменьшение абсолютной и удельной металлоемкости и упрощение технологии изготовления фермы-понтона.

3. В предлагаемой плавучей ветроферме угловые водоизмещающие фундаменты-поплавки, расположенные в вершинах боковых сторон четырехугольной понтонной фигуры, выполнены свободными от якорных устройств. Исходя из этого, сравнение общего числа якорных устройств у прототипной и предлагаемой ветроферм при одинаковых суммарных мощностях их ветроэлектрических установок, например 16 и 24 МВт, показывает, что для ветроэлектростанций суммарной мощностью 16 и 24 МВт по прототипному варианту требуется соответственно две и три независимые восьмиугольные фермы-понтона с 16-ю и 24-мя якорными устройствами. Для ветроэлектростанций такой же мощности по предлагаемому варианту требуются соответственно одно- и полуторазвенные структуры фермы-понтона, состоящие из шестиугольных фигур (двух и трех соответственно), соединенных одной четырехугольной фигурой (для 16 МВт) с четырьмя линейными водоизмещающими фундаментами-поплавками и двумя четырехугольными фигурами (для 24 МВт) с тремя линейными фундаментами-поплавками в составе каждой из этих четырехугольных фигур. Для таких структур ветрофермы имеют соответственно 12 и 16 якорных устройств. Из-за меньшей массы ветрофермы по предлагаемому варианту мощность каждого якорного устройства в отдельности также получается меньшей по сравнению с ветрофермой-прототипом одинаковой суммарной мощности.

Следовательно, предлагаемая ветроферма характеризуется меньшими удельными расходами на создание якорной системы (системы позиционирования). Этот показатель будет тем ниже, чем выше суммарная мощность плавучей ветроэлектростанции.

4. Наращивание суммарной мощности плавучей ветроэлектростанции за счет увеличения числа отдельных ветроферм-прототипов требует прокладки дорогостоящего подводного кабеля на берег от каждой ветрофермы при напряжении 6-35 кВ. Естественно, для каждой ветрофермы в этих условиях необходим свой комплект оборудования для сопряжения с береговой энергосистемой. Передача тех же мощностей с предлагаемой ветрофермы, которая представляет собой вытянутое в цепь единое многозвенное понтонное сооружение, осуществляется только одним подводным кабелем при напряжении 35-110 кВ. Для подсоединения этого кабеля к береговой энергосистеме необходим только один сопрягающий комплект оборудования. С увеличением напряжения передающего кабеля снижается, как известно, его сечение и стоимость. Естественно, что пропорционально уменьшению числа линий электропередач и их сечения снижаются расходы на их прокладку, монтаж и эксплуатацию.

Следовательно, предлагаемая плавучая ветроферма характеризуется меньшими удельными расходами на передачу электроэнергии в береговую энергосистему, количественные показатели которых тем ниже, чем выше суммарная мощность плавучей ветроэлектростанции.

5. В ветроферме-прототипе периметр ее многоугольной фермы-понтона разделен на балластные отсеки, число которых равно числу сторон этой фигуры. Каждый балластный отсек имеет автономную осушительную подсистему, включающую каждая независимый осушительный насос, трубопроводы и арматуру. В предлагаемой ветроферме балластно-осушительная система фермы-понтона состоит из независимых друг от друга частей, равных числу ее понтонных фигур, каждая из которых содержит балластные отсеки соответствующей фигуры-понтона и обслуживающую их осушительную подсистему. В состав балластных отсеков соответствующей фигуры-понтона входят заполняемые забортной водой через приемные кингстоны полости ее соответственно угловых, линейных и центральных водоизмещающих пирамид-поплавков, а также полости межпоплавковых периметрических связей, оборудованных шпигатами и воздухопроводными отверстиями. Осушительная подсистема каждой из фигур-понтонов содержит балластно-осушительный насос, установленный в центральной пирамиде-поплавке, осушительные эжекторы, расположенные соответственно в каждом из угловых и линейных фундаментов-поплавков, и трубопроводы с арматурой дистанционного привода. Таким образом, совокупности нескольких автономных осушительных подсистем одной многоугольной фигуры-понтона в ветроферме-прототипе противопоставляется централизованная осушительная подсистема такой же многоугольной фигуры-понтона с одним осушительным насосом, мощность которого значительно меньше суммарной мощности насосов прототипной осушительной системы, и несколькими осушительными эжекторами, которые при невысокой стоимости надежны, неприхотливы в обслуживании и эффективны в работе. Разность в суммарных мощностях осушительных насосов сравниваемых вариантов достигается, во-первых, за счет известного усилительного эффекта струйных насосов, используемых в предлагаемой ветроферме. Во-вторых, за счет того, что принудительному осушению при всплытии фермы-понтона подвергаются балластные отсеки только водоизмещающих пирамид-поплавков, а водозаполняемые полости межпоплавковых периметрических связей освобождаются от воды самотеком через шпигаты. Дополнительный выигрыш в соотношении указанных потребляемых мощностей может быть обеспечен за счет возможности использования последовательно-перекрестного способа управления работой данной системы эжекторов в предлагаемой ветроферме (не является предметом притязаний). Суммарный положительный эффект складывается из снижения как первоначальных затрат, так и расхода на эксплуатацию (затрат на энергию, текущий ремонт, уход) балластно-осушительной системы.

Следовательно, предлагаемая плавучая ветроферма характеризуется меньшими первоначальными и эксплуатационными затратами на балластно-осушительную систему.

6. Из-за отмеченных выше конструктивных недостатков известная ветроферма не может использоваться на замерзающих акваториях. В предлагаемой плавучей ветроферме льдоустойчивость достигается совокупностью заявленных признаков. Так, на период ледостава ветроферма-понтон всплывает в надводное положение, соответствующее ее зимней осадке, за счет полного опорожнения всех ее балластных отсеков. При этом зимняя ватерлиния проходит ниже нижней поверхности полых периметрических и линейных связей, а также полых межпоплавковых радиальных, раскосных и межраскосных элементов жесткости, так как диаметр межпоплавковых и межраскосных элементов жесткости, так же как и равный ему по величине диаметр периметрических и линейных связей многоугольных и четырехугольной фигур-понтонов, составляет не более половины высоты водоизмещающей пирамиды-поплавка, а все полые межпоплавковые и межраскосные элементы жесткости, а также и все полые периметрические и линейные связи скреплены с гранями пирамид-поплавков в их верхней части. По этой причине ферма-понтон вмерзает в лед только своими водоизмещающими пирамидами-поплавками, получая за счет этого многократно уменьшенную линию соприкосновения с льдом по сравнению с фермой-понтоном у прототипа. Этим решением в период ледохода резко снижается нагрузка на якорные устройства. Кроме того, вершины всех фигур-понтонов, а также участки параллельных линейных связей, на которых установлены дополнительные ветроэлектрические установки, выполнены в виде водоизмещающих фундаментов-поплавков, соответственно угловых и линейных, имеющих форму усеченных пирамид, опрокинутых вершинами вниз и с числом граней, равным числу сторон многоугольной понтонной фигуры. В центре каждой из фигур-понтонов, а у многоугольных фигур еще и симметрично их вышеуказанным угловым фундаментам-поплавкам размещена внешне аналогичная последним центральная водоизмещающая пирамида-поплавок. Благодаря таким скошенным внешним обводам вмерзающих в лед пирамид-поплавков в период ледохода напирающий лед (к началу ледохода он имеет рыхлую структуру) легко колется под действием сил реакции, приложенных по нормали к кромкам льда со стороны бортов-граней. Расколотый лед под напором задних масс льда обтекает борта-грани и частично соскальзывает под днища пирамид-поплавков. Для удержания фермы-понтона от сползания в период ледохода угловые и линейные фундаменты-поплавки, ориентированные в сторону преобладающих ветров, морских и приливно-отливных течений, а также в сторону, противостоящую напору ледяных полей в период ледохода, оборудованы брашпилями со сдвоенной якорной звездочкой. Дополнительной (эксплуатационной) мерой, увеличивающей держащую силу якорей, является, как известно, управление ими: потравливание якорных цепей вышеуказанными брашпилями под контролем системы автоматического управления якорной системой (не является предметом притязаний).

Следовательно, совокупность таких технических решений, как вкрапление в вершины и в центры понтонных фигур водоизмещающих пирамид-поплавков в виде усеченных пирамид, расположенных вершинами вниз, соединение их верхних частей межпоплавковыми периметрическими, линейными, радиальными, раскосными и межраскосными связями и элементами жесткости уменьшенного диаметра и подкрепление этих решений мерами технологического характера, как всплытие в надводное положение перед ледоставом, управление якорной системой в период ледохода, обеспечивают предлагаемой ветроферме необходимую льдоустойчивость и круглогодичн