CN109790824B - 用于浮动风力涡轮机的系泊浮筒 - Google Patents

用于浮动风力涡轮机的系泊浮筒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有浮动风力涡轮机(100)和浮动系泊浮筒(20)的单元，该浮动风力涡轮机(100)具有浮动基座(10)，该浮动系泊浮筒(20)可以连接到浮动风力涡轮机(100)的浮动基座(10)并且具有用于将系泊浮筒(20)锚固到水体底的至少一个锚固装置(30)，特征在于该浮动风力涡轮机(100)的浮动基座(10)具有用于保持系泊浮筒(20)的孔(12)。

Description

用于浮动风力涡轮机的系泊浮筒
技术领域
本发明涉及一种用于浮动风力涡轮机的锚固浮筒(系泊浮筒)，其预安装地移动到风力涡轮机的将来位置，并且使用锚固到海床的多个连接元件将其保持在期望位置处。该浮筒可拆卸地连接到浮动风力涡轮机并还包括能源传输电缆。
背景技术
除了在陆地上已建立的风能使用(设施)之外，还在建造越来越多的海上涡轮机。这些涡轮机受到关于低维护需求、可靠性、涡轮机尺寸和环境影响的特殊要求。目前，仅使用地基海上涡轮机，其通过钢管固定地连接到位于下面的表面(底土)。
这些涡轮机的安装需要大型运输和构建船舶，这些船舶使用特别昂贵。此外，在地基涡轮机的情况下，水的深度是受限的并且土壤必须具有某些特性。
然而，一段时间以来，人们已越来越多地考虑浮动的海上风力涡轮机，其或多或少刚性地连接到海床。
这些经由链系统连接到土壤的浮动涡轮机没有上述缺点，并且也能用于更大的水深。因此，风力涡轮机的应用领域可以大大扩展。
当前的少数浮动风力涡轮机通常借助于链条与海床连接固定就位。这些链条通常借助于锚固件定位在土壤上。为了在现场安装风力涡轮机，使用拖船移动它们，然后链条被直接固定到相应的浮子(浮筒)。
这通常是非常迅速地完成的，因此需要大量必须在现场协调的大型船舶。这不仅昂贵，而且耗时。此外，这种动作的天气窗口非常小，因为难以应付较大的波浪高度。
然而，从WO 2016/000681 A1已知借助于链条锚固在海床上的浮体，它使得浮动风力涡轮机能够机械固定并且同时电联接到海底电缆。
然而，这种情况中出现的问题是浮动在水面的风力涡轮机必须连接到在浮动在水表面上的浮动体，其中，该公开中公开了该连接应如何完成。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于浮动风力涡轮机的应安全、快速和容易地执行的锚固。
该目的根据本发明由具有权利要求1的特征的风力涡轮机和系泊浮筒形成的单元实现。从属权利要求给出了本发明的有利实施例。
因此，使用具有优选地为(圆)锥形外表面的浮筒，其中锥体的小直径指向上方。浮筒优选地具有能被充注和排空的环形水箱。环形浮筒的内部是敞开的。在中间区域中布置有旋转连接件，该旋转连接件在外环上不透水地连接到浮筒。承载件的内环连接到盖板或者其本身制造为盖板。因此，该盖板相对于浮筒可旋转。
该旋转连接，有利地是三排滚子旋转连接，是经由特殊密封件密封防止海水渗透。
底板有中心孔，电缆被引导穿过该中心孔并其相对于海水密封。用于锚固元件、优选地为线缆(钢丝绳)的孔，设置在底板的外部区域中。数量由许可的要求和风电场几何形状确定。通常使用至少5个锚固元件，但3、4和6个锚固元件也不会是不常见的。出于冗余原因，也可以使用该数量的倍数。锚固元件也永久地固定在底板中在期望位置中。
围绕风力涡轮机的期望位置将地面紧固元件以适当间隔引入水体底中，并且将通常是锚上链条和如缆绳元件的浮筒的部分的连接元件放置到中心、风力涡轮机的稍后的位置。将浮筒移动到该位置并连接到连接元件。此外，柔性高压水下电缆连接到浮筒。在此工作期间，浮筒漂浮在水上。
当风力涡轮机完成时，借助于拖船将它拖到浮筒的位置。在该情况下，浮动风力涡轮机已经在拖动的位置浮出水面。风力涡轮机在浮动基座的前侧具有漂浮元件底侧(下侧)处圆锥形开口。开口的几何形状适应浮筒的外轮廓。
用于以后连接到电缆的滑环本体居中地位于该圆锥形开口之上。它在运输状态下位于水线以上的无水空间中。
对于浮筒到浮动风力涡轮机的连接，当到达位置时，通过借助于远程控制水箱来打开(底部)阀使该浮筒充注有海水并下沉至该预定深度，并且使用定位系统拖动风力涡轮机，使风力涡轮机底部开口正好在浸没的浮筒的上方。提供对应的传感器。然后，通过例如存储在压缩空气罐中的压缩空气将压舱水排出，并且浮筒再次移动以缓慢上升，并插入到风力涡轮机的基座上的优选地为圆锥形的开口中。此后，浮筒和风力涡轮机之间通过主要是螺钉产生固定连接。
为防止损坏，浮筒可覆盖有缓冲表面，诸如橡胶垫或类似物。在浮筒和涡轮机连接之后，两者之间的空间没有夹带的水并且被排干。该连接具有永久地将水保持在该中间空间之外的密封件。然后，电缆连接到位于其上方的滑环本体并建立了到网络的联接。然后，涡轮机降低到运行深度并投入运行。
为了将涡轮机返回港口进行维修的目的，该过程是相反的，并能当需要时可提供。在大修的情况下，因此没有必要进行麻烦、危险且昂贵的海上作业，而是可以使用两个小成本的拖船将涡轮机带到港口，并在同时能将新的或已维修的涡轮机连接到可用的浮筒用于发电。目前提供的浮动海上涡轮机的系统不是这种情况。
因此，根据本发明，提供了包括浮动风力涡轮机和浮动系泊浮筒的单元，浮动风力涡轮机具有浮动基座，浮动系泊浮筒连接到浮动风力涡轮机的浮动基座并具有至少一个锚固装置，用于将系泊浮筒锚固在水体底上，其中，浮动风力涡轮机的浮动基座具有凹部，该凹部用于容纳系泊浮筒，其中，该系泊浮筒的凹部可从基座的下侧进入并且形成为至少部分地与系泊浮筒的外轮廓互补。
特别是如果系泊浮筒形成为圆锥形(并且凹部与其互补)，则实现了风力涡轮机和系泊浮筒之间的、主要有利于力传递的精确定位和形状配合。
系泊浮筒本身优选地由锥形渐缩壁和底板形成，该锥形渐缩壁形成中空圆筒并且底板在一侧封闭中空圆筒，其中，系泊浮筒的壁相对于底板可旋转地安装。
具体地，在底板中具体地设有用于将海底电缆馈送通过的第一馈送通过部居中地布置在底板中，其中特别地将至少一个另一第二馈送通过部布置在底板中，有利地用于馈送通过锚固装置。
为了能实现浸没和浮起浮筒，在系泊浮筒中、优选地在其壁中，设有压舱水箱，其能从周围填充水并能通过压缩空气排出。为此目的，应提供泵和阀形式的对应辅助工具。这些辅助工具优选地可借助于来自拖船或来自风力涡轮机的无线电远程遥控来操作。
此外，优选地设置，浮动基座的凹部和插入凹部中的系泊浮筒形成封闭空间。该设计的优点在于，提供干燥并且也可进入用于维护工作的空间，在该空间中风力涡轮机的电气部件受保护免于受潮湿。
特别地，还提供用于张紧锚固装置和/或海底电缆的装置。
最后，系泊浮筒可以具有布置在其外周缘上的减震元件，该减震元件有助于避免在连接到风力涡轮机期间对系泊浮筒或风力涡轮机的损坏。
为安装实施为具有压舱水箱的单元，提供以下步骤：
-在用于安装浮动风力涡轮机的预定位置锚固系泊浮筒(使用连接元件)，
-将海底电缆固定到系泊浮筒，
-通过充满压舱水箱使系泊浮筒下沉，
-将浮动风力涡轮机的浮动基座的凹部定位在系泊浮筒上方，
-通过借助于排空压舱水箱使系泊浮筒浮出，将系泊浮筒插入浮动基座的凹部中，以及
-借助于滑环将海底电缆连接到浮动风力涡轮机。
优选地，借助于充注(充满)设置在风力涡轮机的底座中的压舱水箱，一起执行风力涡轮机与其上的系泊浮筒的下沉。
附图说明
将基于在附图中所示的、以特别优选的方式设计的示例性实施例更详细地解释本发明。附图中：
图1示出了根据本发明以特别优选的方式设计的系泊浮筒的立体图；
图2示出了具有根据本发明的特别优选的设计的、具有封闭浮筒空间的盖的系泊浮筒的立体图；
图3示出了系泊浮筒的剖视图；
图4示出了在海上位置安装期间具有根据本发明的特别优选设计的单元的立体图；
图5示出了图4所示单元的侧视图；
图6示出了在浮动风力涡轮机的基座的凹部区域中的下沉的系泊浮筒的详细侧视图；
图7示出了定位在系泊浮筒上方的风力涡轮机的侧视图；以及
图8示出了连接到系泊浮筒的风力涡轮机。
具体实施方式
图1示出了根据本发明以特别优选的方式设计的系泊浮筒的立体图。
系泊浮筒20具有由壁22形成，并向上渐缩的圆锥形外轮廓。锥体的底部由底板24形成，其中系泊浮筒20借助于锚固装置30连接到水体底。另外，系泊浮筒20连接到海底电缆40，使得将系泊浮筒20设为浮动风力涡轮机的唯一锚点。
还示出了用于张紧锚固装置30和/或海底电缆40的、支承在壁22的上边缘上的装置70，使得浮筒20能在其安装期间精确锚固就位。
图2示出了根据本发明以特别优选的方式设计的系泊浮筒20的立体图，该系泊浮筒具有封闭由壁22和底板24形成的空间的盖50。
浮子60固定在盖50上，如图6中所示，在将浮筒20插入风力涡轮机的基座期间能将浮子60用作引导件。
盖50确保水不能渗透到在浮筒20中保留的空间中。如果风力涡轮机的基座中的凹部可从基座下方进入并且必须使浮筒20下沉，则这是尤其重要的。盖50就其几何形状而言设置为使得：它可以在将浮筒20插入风力涡轮机的基座中之后被移除。
盖50因此在其锚固之后封闭浮筒20，直到连接到风力涡轮机。因此，预安装的海底电缆40的自由端在此时间段期间受保护免于腐蚀。
在图3所示的剖视图中，可以看到系泊浮筒20的壁22围绕其底板24可旋转地安装。相反，锚固装置30和海底电缆40通过设置在底板24中的馈送通过部26、28以旋转固定的方式连接到底板24。在这种情况下，将海底电缆40引导为在中心通过底板24，以便将由于浮筒20的旋转运动而发生的施加在海底电缆40上的任何负载(负担)保持得较小。设置在浮筒20的上紧固凸缘上的密封件34在浮筒20连接到风力涡轮机100之后将基座的凹部12相对于海水密封(也参见图8)。
由于壁22相对于底板24的旋转能力，风力涡轮机能在壁22和风力涡轮机的基座固定时经由旋转连接件32围绕借助于锚固元件30固定的底板24旋转。
对于以此方式形成的单元的安装，如图4所示–在其基座10上的浮动风力涡轮机100由两个拖船S1、S2拖曳到安装位置，使得拖船S1、S2将系泊浮筒20带在它们之间，并且浮筒20和浮动风力涡轮机100的基座10接近彼此。
在图5中能看出，在该方法步骤中，系泊浮筒20和风力涡轮机100的浮动基座10两者都漂浮在水体的表面上。
为了使系泊浮筒20能现在插入到从水线以下可进入的基部10的凹部12中，浮筒20必需沉没。这具体通过接受压舱水来完成，其中浮筒20优选地具有布置在壁22中的、并且具体是环形的压舱水箱。该箱能通过远程控制海面下的阀来用海水充注。
图6示出了在浮动风力涡轮机100的基座10的区域中的下沉的系泊浮筒20的侧视图，其中可以看到同样布置在浮筒20上的浮子60。
浮子60可以用作引导结构，用于将浮筒20插入凹部12中，例如，它能被抓握和引导。替代地或另外地，浮子60也可以设计成使得它可以主动地或被动地定位，以便于风力涡轮机100相对于浮筒20的定位。
经由在图7的侧视图示出的位置，该系泊浮筒20被最终转移到图8所示的位置中，其中该系泊浮筒20在插入基部10的凹部12中之后连接到风力涡轮机100。
还可以看出，海底电缆40连接到滑环本体110，滑环本体110布置在馈送通过部26上方，馈送通过部26居中地布置在浮筒20的底部24中。
因此，风力涡轮机10基本上准备好供使用。
为了稳定性的原因，通过充注设置在基座10中的压舱水箱来使基座10下沉，使得波浪所具有的影响比在浮动在水面上的风力涡轮机100的情况下小。

Claims (10)

1.一种风能单元，包括：
-浮动风力涡轮机(100)，所述浮动风力涡轮机(100)具有浮动基座(10)，和
-浮动的系泊浮筒(20)，所述浮动的系泊浮筒(20)能连接到所述浮动风力涡轮机(100)的所述浮动基座(10)，所述浮动的系泊浮筒(20)具有至少一个用于将所述浮动的系泊浮筒(20)锚固在水体底的锚固装置(30)，
其特征在于，
所述浮动风力涡轮机(100)的所述浮动基座(10)具有凹部(12)，所述凹部(12)用于容纳所述浮动的系泊浮筒(20)，其中，所述凹部(12)能从所述基座(10)的下侧进入并且形成为至少部分地与所述浮动的系泊浮筒(20)的外轮廓互补，其中，所述浮动的系泊浮筒(20)由锥形渐缩的壁(22)和底板(24)形成，所述锥形渐缩的壁(22)形成中空圆筒，所述底板(24)在一侧封闭所述中空圆筒，所述浮动的系泊浮筒(20)的壁(22)安装成相对于其底板(24)能旋转。
2.如权利要求1所述的风能单元，其特征在于，所述浮动的系泊浮筒(20)形成为圆锥形。
3.如权利要求1或2所述的风能单元，其特征在于第一馈送通过部(26)，所述第一馈送通过部在所述底板(24)中居中地布置，用于馈送通过海底电缆(40)。
4.如权利要求1或2所述的风能单元，其特征在于至少一个第二馈送通过部(28)，所述至少一个第二馈送通过部(28)布置在所述底板(24)中，用于馈送通过所述锚固装置(30)。
5.如权利要求1或2所述的风能单元，其特征在于，所述浮动的系泊浮筒(20)具有至少一个压舱水箱。
6.如权利要求1或2所述的风能单元，其特征在于，所述浮动基座(10)的所述凹部(12)和插入到所述凹部(12)中的所述浮动的系泊浮筒(20)形成封闭的空间。
7.如权利要求3所述的风能单元，其特征在于，用于张紧所述锚固装置(30)和/或所述海底电缆(40)的装置设置在所述浮动的系泊浮筒(20)中。
8.如权利要求1或2所述的风能单元，其特征在于减震元件，所述减震元件布置在所述浮动的系泊浮筒(20)的外周缘上。
9.一种用于安装如权利要求5所述的风能单元的方法，包括以下步骤：
-在用于安装所述浮动风力涡轮机(100)的预定位置处锚固所述浮动的系泊浮筒(20)，
-将海底电缆(40)固定到所述浮动的系泊浮筒(20)，
-通过充注所述压舱水箱使所述浮动的系泊浮筒(20)下沉，
-将所述浮动风力涡轮机(100)的所述浮动基座(10)的所述凹部(12)定位在所述浮动的系泊浮筒(20)上方，
-通过借助于排空所述压舱水箱引起所述浮动的系泊浮筒(20)浮出来将所述浮动的系泊浮筒(20)插入所述浮动基座的所述凹部(12)中，
-将所述浮动的系泊浮筒(20)固定在所述风力涡轮机(100)上，以及
-借助于滑环将所述海底电缆(40)连接到所述浮动风力涡轮机(100)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，借助于充注设置在所述风力涡轮机(100)的所述基座(10)中的所述压舱水箱来使所述风力涡轮机(100)与所述浮动的系泊浮筒(20)一起下沉。
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