DE102015105723A1 - Mobile Offshore-Windturbine - Google Patents

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Abstract

Eine mobile Offshore-Windturbine kann eine Säule, eine Basis und mehrere Turbinenflügel enthalten. In einer Ausführungsform befindet sich die Säule an einem zentralen Stück der Basis und mehrere Verbindungsstangen erstrecken sich radial von der Säule, um sich mit dem Turbinenflügel zu verbinden. Die Basis kann auch ein Seitenstück enthalten, das auf beiden Seiten des zentralen Stücks angeordnet ist, um die Stabilität der Basis zu erhöhen. Der Turbinenflügel weist eine Flügelfläche auf, die der Form eines Segels gleicht, und der Turbinenflügel ist drehbar auf der entsprechenden Verbindungsstange angeordnet und vertikal auf die Säule ausgerichtet. In einer anderen Ausführungsform kann eine Steuereinheit auf dem Turbinenflügel angeordnet sein, um die Windrichtung zu detektieren und um ferner die Bewegungsrichtung der mobilen Windturbine zu steuern.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Offshore-Windturbinen (Windturbinen auf hoher See) und insbesondere mobile Offshore-Windturbinen, die bewegt werden können, wenn sich die Windrichtung ändert, um den Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung zu erhöhen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Offshore-Windenergie bezieht sich auf den Bau von Windfarmen in Wasserkörpern, um aus Wind Elektrizität zu erzeugen. Es ist zunehmend schwierig geworden, auf dem Land geeignete Standorte für die Windfarmen zu finden. Bei vielen Gelegenheiten ist viel Widerstand gegen die Aufstellung von Windturbinen aufgetreten, hauptsächlich begründet wegen des Lärms, der von den Windturbinen erzeugt wird, und wegen ästhetischer Wirkungen der Aufstellung von Windturbinen. Außerdem ist für Windturbinen, damit sie effizient arbeiten können, eine Windige und offene Fläche frei von Bäumen und Gebäuden usw. notwendig, die nicht immer leicht verfügbar ist.
  • Kürzlich ist ein wachsender weitverbreiteter Trend entstanden, Windturbinen oder Windparks auf See aufzustellen, entweder nahe an der Küste (near-shore) oder offshore (auf hoher See). Größere Flächen können für Offshore-Windturbinen verfügbar sein, und der Wind kann konstanter und von einer höheren Geschwindigkeit auf See als auf Land sein, und der Scherwind ist im Allgemeinen vermindert. Auch können sich Windturbinen bei verminderten Lärmbeschränkungen bei höheren Geschwindigkeiten drehen.
  • Offshore-Windenergie kann außerdem dabei helfen, Energieimporte zu vermindern, Luftverschmutzung und Treibhausgase zu vermindern, Standards zur Erzeugung von Elektrizität aus erneuerbaren Energien zu erfüllen, und Jobs zu schaffen sowie lokale Geschäfts- und Wirtschaftschancen zu schaffen. Auch ist der Wind fern der Küsten viel stärker, und anders als der Wind über dem Kontinent können Offshore-Brisen stark am Nachmittag sein, wobei dies gerade mit der Zeit zusammenfällt, wenn die Menschen die meiste Elektrizität verbrauchen. Offshore-Turbinen können auch ”nahe bei den energiehungrigen Bevölkerungen” entlang der Küsten aufgestellt werden, was die Notwendigkeit für neue Übertragungsleitungen über Land beseitigt.
  • Die Offshore-Windenergie wird jedoch auf Grund ihrer Größendimension als die teuerste Energie erzeugende Technologie betrachtet. Zum Beispiel sind für nicht-schwimmende Offshore-Windturbinen die Offshore-Reparatur- und Instandhaltungskosten auf Grund der Fahrt-/Transportkosten, der Entfernung, der Stillstands-/Ausfallzeiten und auf Grund der Beseitigung von solchen Fundamenten nach der Schließung und nach der Außerbetriebnahme der Windfarm hoch. Die nicht-schwimmenden Offshore-Windturbinen können auch anfällig und gefährdet gegenüber schlechten Wetterbedingungen und gefährdet infolge einer schlechten Installationszugänglichkeit sein. Außerdem sind bis jetzt Offshore-Windfarmen mit einem fest verankerten Fundament kommerziell nur in einer Wassertiefe bis etwa 30 Meter verwendet worden, die nur einen kleinen Prozentsatz der global verfügbaren Offshore-Windenergie ernten können.
  • Erst jüngst sind schwimmende Windturbinen entwickelt worden und im tieferen Wasser weiter weg von der Küste verwendet worden. Die US-Patentschrift Nr. 8,471,396 von Roddier et al. (nachstehend ”das '396' Patent”) offenbart eine schwimmende Windturbinenplattform, die mindestens drei Säulen und ein aktives Ballastsystem enthält, das Wasserballast zwischen den Säulen bewegt, um den Turm vertikal ausgerichtet zu halten, wie in 1 gezeigt ist. Außerdem offenbart das ' 396 ' Patent ein oder mehrere zusätzliche Merkmale, wie etwa ein asymmetrisches Verankerungssystem und ein aktives Ballastsystem, das die Produktion einer Struktur erleichtert, die nicht nur Umweltbelastungen standhalten kann, sondern auch relativ leicht im Vergleich zu anderen Plattformauslegungen ist und die zu einer besseren Wirtschaftlichkeit für die Energieproduktion führt. Jedoch ist sogar für die schwimmenden Windturbinen, wie sie in dem ' 396 ' Patent offenbart sind, die Mobilität davon sehr begrenzt. Auch sind die Herstellungskosten, um die schwimmenden Windturbinen zu bauen, noch sehr hoch. Außerdem können die schwimmenden Windturbinen anfällig und gefährdet gegenüber schlechten Wetterbedingungen sein.
  • Wie in 2 gezeigt ist, offenbart die US-Patentschrift der Veröffentlichungs-Nr. 2013/0266453 von Moiret ein Offshore-Windturbinenfundament, das in seinem zentralen Bereich eine Plattform zum Tragen eines Trägers für den Windturbinenturm und mehrere Beinführungen in seinem Randbereich enthält; und mehrere Beine, die zwischen einer erhobenen Position für den Transport und abgesenkten Positionen für die Ruhelage auf dem Meeresboden beweglich sein können. Wie die schwimmenden Windturbinen, die in dem ' 396 ' Patent offenbart sind, weist die Windturbine, die von Moiret offenbart wird, auch eine begrenzte Mobilität auf, die zu der Anfälligkeit und Verwundbarkeit gegenüber schlechten Wetterbedingungen führen kann. Daher bleibt die Notwendigkeit eines Bedarfs an einer neuen und verbesserten Windturbine bestehen, um die vorstehenden Probleme zu überwinden.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Offshore-Windturbine bereitzustellen, die bewegt werden kann, wenn sich die Windrichtung ändert, um den Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung zu erhöhen.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Offshore-Windturbine bereitzustellen, um die Herstellungskosten derselben zu vermindern.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Offshore-Windturbine bereitzustellen, die zu einem sicheren Standort bewegt werden kann, um eine Beschädigung durch schlechtes Wetter zu vermeiden.
  • In einer Ausführungsform kann eine mobile Offshore-Windturbine eine Säule, eine Basis und mehrere Turbinenflügel enthalten. In einer Ausführungsform befindet sich die Säule an einem zentralen Stück der Basis und mehrere Verbindungsstangen erstrecken sich radial von der Säule, um sich mit dem Turbinenflügel zu verbinden. Die Basis kann auch ein Seitenstück enthalten, das auf beiden Seiten des zentralen Stücks angeordnet ist, um die Stabilität der Basis zu erhöhen. Der Turbinenflügel weist eine Flügelfläche auf, die der Form eines Segels gleicht, und der Turbinenflügel ist drehbar auf der entsprechenden Verbindungsstange angeordnet und vertikal auf die Säule ausgerichtet.
  • In einer anderen Ausführungsform kann der Wind, wenn die Windrichtung im Wesentlichen parallel zu der Flügelfläche der Turbinenflügel ist, tatsächlich die mobile Windturbine antreiben, um sie entlang der Windrichtung zu bewegen. Es sei angemerkt, dass eine Steuereinheit auf dem Turbinenflügel angeordnet werden kann, um die Windrichtung zu detektieren und um ferner die Bewegungsrichtung der mobilen Windturbine zu steuern.
  • In einer weitere Ausführungsform kann dann, wenn die Windrichtung im Wesentlichen nicht parallel zu der Flügelfläche der Turbinenflügel ist, jeder Turbinenflügel von dem Wind angetrieben werden, um weiter die Säule anzutreiben, um Elektrizität zu erzeugen. Genauer betrachtet, ist die Steuereinheit auf jedem Turbinenflügel konfiguriert, um die Richtung der Flügelfläche entsprechend der Windrichtung derart zu verändern, dass sich der Turbinenflügel kontinuierlich drehen kann, um die Säule anzutreiben. In einem Ausführungsbeispiel können die Steuereinheiten auf jedem Turbinenflügel alle durch das Steuerzentrum gesteuert werden, um die Elektrizitätsproduktion zu maximieren.
  • Im Vergleich zu einer herkömmlichen schwimmenden Windturbine weist die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile auf: (i) die Offshore-Windturbine ist mobil, wenn die Windrichtung im Wesentlichen parallel zu der Flügelfläche der Turbinenflügel ist. Der Wind kann tatsächlich die Windturbine antreiben, um sie entlang der Windrichtung zu bewegen; (ii) die Steuereinheit ist auf jedem Turbinenflügel angeordnet, um die Richtung der Flügelfläche derart zu steuern, dass sich der Turbinenflügel kontinuierlich drehen kann, um die Säule anzutreiben, um die Elektrizitätsproduktion zu maximieren; und (iii) wenn sich die Wetterbedingungen verändern, kann die Steuereinheit ausgelöst werden, um die Windturbine zu einem sicheren Standort zu bewegen, um eine Beschädigung durch schlechtes Wetter zu vermeiden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Anlage nach dem Stand der Technik, die eine schwimmende Windturbinenplattform offenbart, die mindestens drei Säulen und ein aktives Ballastsystem enthält, das Wasserballast zwischen den Säulen bewegt, um den Turm vertikal ausgerichtet zu halten.
  • 2 ist eine andere Anlage nach dem Stand der Technik, die ein Offshore-Windturbinenfundament offenbart.
  • 3 illustriert eine schematische Draufsicht der mobilen Offshore-Windturbine in der vorliegenden Erfindung.
  • 4 bis 5 illustrieren eine schematische Ansicht der mobilen Offshore-Windturbine in der vorliegenden Erfindung, wenn sich die Windturbine entlang der Windrichtung bewegt.
  • 6 bis 8 illustrieren eine schematische Ansicht der mobilen Offshore-Windturbine in der vorliegenden Erfindung, wenn sich die Turbinenflügel drehen, um Elektrizität zu erzeugen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die detaillierte Beschreibung, die unten im Folgenden dargelegt wird, ist vorgesehen als eine Beschreibung der vorliegenden Beispielvorrichtung, die gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, und sie dient nicht dazu, die einzigen Formen, in denen die vorliegende Erfindung hergestellt oder verwendet werden kann, darzustellen. Es versteht sich eher, dass dieselben oder gleichwertigen Funktionen und Komponenten durch unterschiedliche Ausführungsformen, die auch innerhalb des Geistes und des Umfangs der Erfindung liegen und innerhalb dieses Umfangs mit umfasst werden sollen, erreicht werden können.
  • Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke, die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung, wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann, an den diese Erfindung adressiert ist, verstanden werden. Obwohl jedes Verfahren, jede Vorrichtung und jedes Material, das bzw. die den beschriebenen ähnlich oder gleichwertig ist, in der Praxis oder beim Testen der Erfindung verwendet werden kann, werden jetzt die beispielhaften Verfahren, Vorrichtungen und Materialien beschrieben.
  • Alle erwähnten Publikationen sind mittels Referenz hier mit eingebunden zum Zwecke des Beschreibens und des Offenbarens zum Beispiel der Auslegungen und der Verfahrensweisen, die in den Publikationen beschrieben sind und die in Verbindung mit der vorliegend beschriebenen Erfindung verwendet können. Die Publikationen, die eingangs oben, unten und verstreut durch den Text aufgelistet sind oder diskutiert werden, sind einzig und alleine für deren Offenbarung vor dem Einreichungsdatum der vorliegenden Patentanmeldung bereitgestellt. Nichts hierin soll als eine Anerkenntnis ausgelegt werden, dass die Erfinder nicht berechtigt sind, solch eine Offenbarung kraft einer früheren Erfindung vorzudatieren.
  • Wie oben angemerkt, sind schwimmende Windturbinen entwickelt worden und im tieferen Wasser weiter entfernt von der Küste eingesetzt worden. Die Mobilität der schwimmenden Windturbine ist jedoch sehr begrenzt und ihre Herstellungskosten sind noch sehr hoch. Die schwimmende Windturbine ist auf Grund der begrenzten Mobilität auch anfällig und gefährdet gegenüber schlechten Wetterbedingungen. Um ein tieferes Verständnis für das Ziel, für die Eigenschaften und für die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu gewinnen, sind eine Anzahl von Ausführungsformen zusammen mit den Zeichnungen im Folgenden illustriert:
    Wie in 3 dargestellt ist, kann eine mobile Offshore-Windturbine 300 eine Säule 310, eine Basis 320 und mehrere Turbinenflügel 330 enthalten. In einer Ausführungsform befindet sich die Säule 310 an einem zentralen Stück 322 der Basis 320 und mehrere Verbindungsstangen 312 erstrecken sich radial von der Säule 310, um sich mit dem Turbinenflügel 330 zu verbinden. Die Basis 320 kann auch ein Seitenstück 324 enthalten, das auf beiden Seiten des zentralen Stücks 322 angeordnet ist, um die Stabilität der Basis 320 zu erhöhen. Der Turbinenflügel 330 weist eine Flügelfläche 332 auf, die der Form eines Segels gleicht, und der Turbinenflügel 330 ist drehbar auf der entsprechenden Verbindungsstange 312 angeordnet und vertikal auf die Säule 310 ausgerichtet.
  • Wie in 4 und 5 für eine andere Ausführungsform dargestellt ist, kann der Wind, wenn die Windrichtung im Wesentlichen parallel zu der Flügelfläche 332 der Turbinenflügel 330 ist, tatsächlich die mobile Windturbine antreiben, um sie entlang der Windrichtung zu bewegen. Es sei angemerkt, dass eine Steuereinheit 334 auf dem Turbinenflügel 330 angeordnet werden kann, um die Windrichtung zu detektieren und um ferner die Bewegungsrichtung der mobilen Windturbine 300 zu steuern. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit die Detektionsergebnisse zu einem Steuerzentrum (nicht gezeigt) übertragen, das die Detektionsergebnisse und die Wetterbedingungen mit einbinden kann, um einen optimierten Weg für die mobilen Windturbinen zu erzeugen.
  • Wie in 6 bis 8 für eine weitere Ausführungsform dargestellt ist, wird dann, wenn die Windrichtung im Wesentlichen nicht parallel zu der Flügelfläche 332 der Turbinenflügel 330 ist, jeder Turbinenflügel 330 von dem Wind angetrieben, um weiter die Säule 310 anzutreiben, um Elektrizität zu erzeugen. Genauer betrachtet, ist die Steuereinheit 334 auf jedem Turbinenflügel 330 konfiguriert, um die Richtung der Flügelfläche 332 entsprechend der Windrichtung derart zu verändern, dass sich der Turbinenflügel 330 kontinuierlich drehen kann, um die Säule 310 anzutreiben. In einem Ausführungsbeispiel können die Steuereinheiten 334 auf jedem Turbinenflügel 330 alle durch das Steuerzentrum gesteuert werden, um die Elektrizitätsproduktion zu maximieren.
  • Wenn sich die Wetterbedingungen verändern, kann die Steuereinheit 334 die Windrichtung detektieren und kann die Flügelfläche 332 aus 8 bis 3 derart verändern, dass sich die Windturbine 300 entsprechend entlang der Windrichtung zu einem sicheren Standort bewegen kann, um eine Beschädigung durch schlechtes Wetter zu vermeiden. In ähnlicher Weise kann die Steuereinheit 334 auf jedem Turbinenflügel 330 gemeinsam von dem Steuerzentrum gesteuert werden, so dass die Bewegung der mobilen Windturbine gut geführt werden kann.
  • Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile auf: (i) die Offshore-Windturbine 300 ist mobil, wenn die Windrichtung im Wesentlichen parallel zu der Flügelfläche 332 der Turbinenflügel 330 ist. Der Wind kann tatsächlich die Windturbine 300 antreiben, um sie entlang der Windrichtung zu bewegen; (ii) die Steuereinheit 334 ist auf jedem Turbinenflügel 330 angeordnet, um die Richtung der Flügelfläche 332 derart zu steuern, dass sich der Turbinenflügel 330 kontinuierlich drehen kann, um die Säule 310 anzutreiben, um die Elektrizitätsproduktion zu maximieren; und (iii) wenn sich die Wetterbedingungen verändern, kann die Steuereinheit 334 ausgelöst werden, um die Windturbine 300 zu einem sicheren Standort zu bewegen, um eine Beschädigung durch schlechtes Wetter zu vermeiden.
  • Nachdem die Erfindung durch die obige Beschreibung und durch die obigen Illustrationen beschrieben worden ist, sollte es sich verstehen, dass diese nur ein Beispiel der Erfindung sind und dass sie nicht betrachtet werden sollen, um die Erfindung zu begrenzen. Entsprechend ist die Erfindung durch die vorangehende Beschreibung nicht als begrenzt zu betrachten, sondern sie enthält alle Äquivalente.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8471396 [0006, 0006, 0006, 0007]
    • US 2013/0266453 [0007]

Claims (8)

  1. Mobile Offshore-Windturbine, die umfasst: eine Basis, die ein zentrales Stück und zwei Seitenstücke, die auf beiden Seiten des zentralen Stücks angeordnet sind, aufweist; eine Säule, die an dem zentralen Stück der Basis angeordnet ist; und mehrere Turbinenflügel, die eine Flügelfläche aufweisen, wobei mehrere Verbindungsstangen sich radial von der Säule erstrecken, um sich mit dem Turbinenflügel zu verbinden, und wobei der Turbinenflügel drehbar auf der entsprechenden Verbindungsstange angeordnet und vertikal auf die Säule ausgerichtet ist.
  2. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 1, wobei die mobile Offshore-Windturbine ferner eine Steuereinheit umfasst, die auf dem Turbinenflügel angeordnet ist, um die Windrichtung zu detektieren und um ferner die Bewegungsrichtung der mobilen Windturbine zu steuern.
  3. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Windrichtung im Wesentlichen parallel zu der Flügelfläche der Turbinenflügel ist, die Offshore-Windturbine konfiguriert ist, um sich mit der Windrichtung zu bewegen.
  4. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Detektionsergebnisse zu einem Steuerzentrum zu übertragen, um die Detektionsergebnisse und die Wetterbedingungen mit einzubinden, um einen optimierten Weg für die mobile Windturbine zu erzeugen.
  5. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Detektionsergebnisse zu einem Steuerzentrum zu übertragen, um die Detektionsergebnisse und die Wetterbedingungen mit einzubinden, um einen optimierten Weg für die mobile Windturbine zu erzeugen.
  6. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Windrichtung im Wesentlichen nicht parallel zu der Flügelfläche der Turbinenflügel ist, jeder Turbinenflügel von dem Wind angetrieben wird, um weiter die Säule anzutreiben, um Elektrizität zu erzeugen.
  7. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit auf jedem Turbinenflügel konfiguriert ist, um die Richtung der Flügelfläche entsprechend der Windrichtung zu verändern, um dem Turbinenflügel zu ermöglichen, sich kontinuierlich zu drehen, um die Säule anzutreiben.
  8. Mobile Offshore-Windturbine nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheiten auf jedem Turbinenflügel konfiguriert sind, um gemeinsam gesteuert zu werden, um die Elektrizitätsproduktion zu maximieren.
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