DE102023100270A1

DE102023100270A1 - Floating platform

Info

Publication number: DE102023100270A1
Application number: DE102023100270.8
Authority: DE
Inventors: Ghaith Esber
Original assignee: Universitaet Rostock Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Universitaet Rostock Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Filing date: 2023-01-09
Publication date: 2024-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schwimmende Plattform als schwimmendes Fundament zur Installation von Offshore-Windturbinen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine leichtere schwimmende Plattform bereitzustellen, welche auch bei hohen Kieltiefen ein hohes Neigungs- und Dreh-Rückstellmoment aufweist, und als schwimmendes Fundament für Windturbinen genutzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.

The invention relates to a floating platform as a floating foundation for the installation of offshore wind turbines.
It is therefore an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a lighter floating platform which has a high tilting and rotational restoring moment even at high keel depths and can be used as a floating foundation for wind turbines.
This problem is solved by the features listed in the claims.

Description

Die Erfindung betrifft eine schwimmende Plattform, insbesondere als schwimmendes Fundament zur Installation von Offshore-Windturbinen.The invention relates to a floating platform, in particular as a floating foundation for the installation of offshore wind turbines.

Infolge der zunehmenden Herausforderungen des Klimawandels und der daraus resultierenden Energiepolitik ist ein bedeutendes Wachstum in der Entwicklung im Bereich der erneuerbaren Energien zu erwarten.As a result of the increasing challenges of climate change and the resulting energy policies, significant growth in the development of renewable energies is to be expected.

Die Windenergie stellt hierbei einen wichtigen Sektor dar.Wind energy represents an important sector here.

Nichtsdestotrotz sehen sich Onshore- und bodenfeste Offshore-Windturbinen mit begrenzten Platzverhältnissen und wachsender Umweltbesorgnis konfrontiert.Nonetheless, onshore and bottom-mounted offshore wind turbines face space constraints and growing environmental concerns.

Demgegenüber weisen schwimmende Offshore-Anlagen ein nahezu grenzenloses Potential auf, da sie nicht nur bei geringen Wassertiefen in Küstennähe, sondern auch bei tiefem Wasser, wo am Boden befestigte Strukturen nicht mehr umsetzbar sind.In contrast, floating offshore facilities have almost unlimited potential, as they can be used not only in shallow waters near the coast, but also in deep waters where bottom-mounted structures are no longer feasible.

Neben dem Vorteil der geringeren akustischen und visuellen Beeinträchtigung der Anwohner und daher einer höheren gesellschaftlichen Akzeptanz, birgt dies den Vorteil gleichbleibend hoher Windgeschwindigkeiten und somit einer hohen und besser kalkulierbaren Stromerzeugungskapazität.In addition to the advantage of less acoustic and visual disturbance to residents and therefore greater social acceptance, this also has the advantage of consistently high wind speeds and thus a high and more predictable power generation capacity.

Dennoch bleibt dieses Potential derzeit weitestgehend ungenutzt.However, this potential currently remains largely unused.

Der Hauptgrund hierfür sind die im Vergleich zu bodenfesten Offshore-Windturbinen hohen assoziierten Kosten schwimmender Anlagen, welche auf den massiven, schwimmenden Unterkonstruktionen beruhen, deren Herstellung nicht in Gänze industrialisiert ist.The main reason for this is the high associated costs of floating turbines compared to bottom-fixed offshore wind turbines, which are based on the massive, floating substructures, the production of which is not fully industrialized.

Die Übergröße der Unterkonstruktionen ist auf das große Rückstellmoment, also dem Drehmoment, welches nach einer Richtungsstörung wieder zurück zu einer Neutrallage wirkt, zurückzuführen, das erforderlich ist, um dem Windschub auf Nabenebene der Windkraftanlage entgegenzuwirken. Weitere potentielle Störfaktoren stellen der Wellengang und/oder Strömungen dar.The oversize of the substructures is due to the large restoring torque, i.e. the torque that acts to return to a neutral position after a directional disturbance, which is necessary to counteract the wind thrust at the hub level of the wind turbine. Other potential disturbance factors are waves and/or currents.

Der Aufbau der Unterkonstruktionen bringt demnach Herausforderungen mit sich, was sowohl die enormen Mengen an Baumaterial als auch die komplizierte und kostspielige Logistik anbelangt.The construction of the substructures therefore presents challenges in terms of both the enormous quantities of building materials and the complicated and costly logistics.

Eine Möglichkeit eine leichtere Unterkonstruktion zu bauen besteht darin, eine Plattform zu entwerfen, die aus zwei getrennten Teilen besteht: einem Schwimmer und einem Kiel, der mit Kabeln mit dem Schwimmer verbunden ist, wie z.B. bei der Saipem- ( AU2018376719B2 ) oder Tetra-Spar-Plattform ( WO2017157399A1 ).One way to build a lighter substructure is to design a platform consisting of two separate parts: a float and a keel connected to the float by cables, as in the Saipem ( AU2018376719B2 ) or Tetra Spar platform ( WO2017157399A1 ).

Der Vorteil dieses Konzepts ist die Möglichkeit, den Massenschwerpunkt der gesamten Struktur weiter nach unten zu verlagern, was dazu beiträgt, den erforderlichen Rückstellmoment mit einer kleineren Kielmasse und somit einer geringeren Gesamtmasse der gesamten Plattform bereitzustellen.The advantage of this concept is the ability to move the center of mass of the entire structure further down, which helps to provide the required restoring moment with a smaller keel mass and thus a lower overall mass of the entire platform.

Die Herausforderung hierbei besteht darin, den Schwimmer und den Kiel als eine Einheit agieren zu lassen (Starrkörperverhalten), auch bei Verschiebungen durch Neigung/Drehung (Roll-, Nick-, Gier-Bewegung). Andernfalls kann sich der Schwimmer unter Umständen mit dem Kabel um einen seiner Verbindungspunkte drehen. Dies geschieht in Abhängigkeit des Neigungswinkels der Konstruktion. Der tolerierbare Neigungswinkel reduziert sich mit zunehmender Kieltiefe. Andererseits ist eine hohe Kieltiefe vorteilhaft um den Massenschwerpunkt der gesamten Konstruktion Richtung Gewässergrund zu verschieben, um die notwendige Kielmasse und somit konstruktive und logistische Kosten zu reduzieren.The challenge here is to make the float and the keel act as a unit (rigid body behavior), even when shifted due to tilt/rotation (roll, pitch, yaw movement). Otherwise, the float may rotate with the cable around one of its connection points. This happens depending on the angle of inclination of the structure. The tolerable angle of inclination decreases with increasing keel depth. On the other hand, a high keel depth is advantageous in order to shift the center of mass of the entire structure towards the bottom of the water in order to reduce the necessary keel mass and thus construction and logistical costs.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass bestehende schwimmende Unterkonstruktionen für Windturbinen bei hohen Kieltiefen nur einen geringen tolerierbaren Neigungswinkel aufweisen, was durch ein unnötig hohes Kielgewicht und den damit verbundenen Kosten für Materialeinsatz und Montage kompensiert werden muss.A disadvantage of the state of the art is that existing floating substructures for wind turbines have only a small tolerable angle of inclination at high keel depths, which has to be compensated by an unnecessarily high keel weight and the associated costs for material use and assembly.

Beispielsweise kann die Tetra-Spar-Konstruktion bei 80 m Tiefgang bis zu einer Nickverschiebung von 21°wie eine einzige Struktur wirken. Bei einem Tiefgang von 200 m beträgt die zulässige Neigungsverschiebung nur noch 7°.For example, the Tetra Spar construction can act as a single structure at a draft of 80 m up to a pitch shift of 21°. At a draft of 200 m, the permissible pitch shift is only 7°.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine leichtere schwimmende Plattform bereitzustellen, welche auch bei hohen Kieltiefen ein hohes Neigungs- und Dreh-Rückstellmoment aufweist, und als schwimmendes Fundament für Windturbinen genutzt werden kann.It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a lighter floating platform which has a high tilting and rotational restoring moment even at high keel depths and can be used as a floating foundation for wind turbines.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.This problem is solved by the features listed in the claims.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine schwimmende Plattform bestehend aus einer Schwimmerplattform und einem Kiel, welche mittels erster flexibler Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Ferner ist der Kiel mittels zweiter flexibler Verbindungselemente am Gewässergrund derart verankert, dass eine Spannung der ersten flexiblen Verbindungselemente aufrechterhalten wird. Hierfür sind Verbindungspunkte zwischen den zweiten flexiblen Verbindungselementen und dem Kiel derart angeordnet, dass diese in einem ersten Punkt, oder zumindest nahe an diesem ersten Punkt, an einer vertikalen Symmetrieachse der schwimmenden Plattform liegen. Die ersten flexiblen Verbindungselemente weisen zumindest zwei diagonale Verbindungselemente auf. Die zumindest zwei diagonalen Verbindungselemente sind an der Schwimmerplattform und am Kiel derart angeordnet, dass sich diese kreuzen.The solution to the problem is a floating platform consisting of a floating platform and a keel, which are connected to each other by means of first flexible connecting elements. Furthermore, the keel is anchored to the bottom of the water by means of second flexible connecting elements in such a way that tension is maintained in the first flexible connecting elements. For this purpose, connection points between the second flexible connecting elements and the keel are arranged in such a way that they lie at a first point, or at least close to this first point, on a vertical axis of symmetry of the floating platform. The first flexible connecting elements have at least two diagonal connecting elements. The at least two diagonal connecting elements are arranged on the floating platform and on the keel in such a way that they cross each other.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen kreuzen sich die zumindest zwei diagonalen Verbindungselemente in zumindest einem zweiten Punkt.According to various embodiments, the at least two diagonal connecting elements intersect at least at a second point.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist der zumindest eine zweite Punkt auf der vertikalen Symmetrieachse der schwimmenden Plattform angeordnet. Es ist denkbar, dass der zumindest eine zweite Punkt nicht direkt auf der vertikalen Symmetrieachse, sondern versetzt nahe an der vertikalen Symmetrieachse angeordnet ist. Vorteil hierbei ist, dass Reibungen und damit einhergehende Abnutzungen der diagonalen Verbindungselemente vermieden werden, und es hierfür keinerlei Kopplungselemente bedarf.According to various embodiments, the at least one second point is arranged on the vertical axis of symmetry of the floating platform. It is conceivable that the at least one second point is not arranged directly on the vertical axis of symmetry, but offset close to the vertical axis of symmetry. The advantage here is that friction and the associated wear of the diagonal connecting elements are avoided, and no coupling elements are required for this.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist der zumindest eine zweite Punkt auf einer gedachten senkrechten Fläche zwischen den Außenseiten der Schwimmerplattform und des Kiels angeordnet. Beim Vorliegen sowohl einer quadratischen Schwimmerplattform als auch einem quadratische Kiel resultiert dies in vier der zweiten Punkte. Eine abweichende Anzahl des zumindest einen zweiten Punktes ist denkbar, beispielsweise drei zweite Punkte bei einer dreieckigen Geometrie der Schwimmerplattform bzw. des Kiels, und sechs zweite Punkte bei einer hexagonalen Geometrie.According to various embodiments, the at least one second point is arranged on an imaginary vertical surface between the outer sides of the float platform and the keel. If both a square float platform and a square keel are present, this results in four of the second points. A different number of the at least one second point is conceivable, for example three second points with a triangular geometry of the float platform or the keel, and six second points with a hexagonal geometry.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen weisen die ersten flexiblen Verbindungselemente äußere Verbindungselemente auf, welche die Schwimmerplattform und den Kiel miteinander verbinden und parallel zueinander angeordnet sind.According to various embodiments, the first flexible connecting elements comprise external connecting elements which connect the float platform and the keel to each other and are arranged parallel to each other.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind die zweiten flexiblen Verbindungselemente mit ihren Verbindungspunkten an einem Kopplungselement an oder nahe der vertikalen Symmetrieachse der schwimmenden Plattform am Kiel angeordnet.According to various embodiments, the second flexible connecting elements are arranged with their connection points on a coupling element on or near the vertical axis of symmetry of the floating platform on the keel.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist die Schwimmerplattform zumindest einen Zentralzylinder und einen Rahmen auf, wobei der Rahmen und der Zentralzylinder durch Streben miteinander verbunden sind.According to various embodiments, the float platform has at least one central cylinder and a frame, wherein the frame and the central cylinder are connected to each other by struts.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist die Schwimmerplattform, insbesondere der zumindest eine Zentralzylinder, zur Aufnahme einer Windkraftanlage ausgebildet.According to various embodiments, the float platform, in particular the at least one central cylinder, is designed to accommodate a wind turbine.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist die Schwimmerplattform aus Stahl gefertigt.According to various designs, the float platform is made of steel.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist der Kiel aus Beton gefertigt.According to various designs, the keel is made of concrete.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind die ersten flexiblen Verbindungselemente und die zweiten flexiblen Verbindungselemente aus High-Density Polyethylen gefertigt.According to various embodiments, the first flexible connecting elements and the second flexible connecting elements are made of high-density polyethylene.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist der erste Punkt Kopplungselemente zur Kopplung der zweiten flexiblen Verbindungselemente am Kiel auf und/oder der zumindest eine zweite Punkt weist Kopplungselemente zur Kopplung der zumindest zwei diagonalen Verbindungselemente im zumindest einen zweiten Punkt auf.According to various embodiments, the first point has coupling elements for coupling the second flexible connecting elements to the keel and/or the at least one second point has coupling elements for coupling the at least two diagonal connecting elements in the at least one second point.

Um die Schwimmerplattform und den Kiel auch bei Verschiebungen durch Neigung/Drehung (Roll-, Nick-, Gier-Bewegung) als eine Einheit agieren zu lassen (Starrkörperverhalten), müssen deren flexible Verbindungselemente permanent unter Spannung gehalten werden. Hierfür müssen sowohl die Schwimmerplattform als auch der Kiel spezifische geometrische Eigenschaften aufweisen und auf eine spezifische Art und Weise miteinander verbunden sein. Ebenfalls muss der Kiel auf besondere Art und Weise mit dem Meeresboden verbunden sein.In order for the floating platform and the keel to act as a single unit (rigid body behavior) even when shifted by tilt/rotation (roll, pitch, yaw), their flexible connecting elements must be kept permanently under tension. To achieve this, both the floating platform and the keel must have specific geometric properties and be connected to each other in a specific way. The keel must also be connected to the seabed in a special way.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind eine quadratische Schwimmerplattform und ein quadratischer Kiel durch vier diagonale Verbindungselemente derart verbunden, dass sich diese diagonalen Verbindungselemente in einem zweiten Punkt, auf der vertikalen Symmetrieachse der schwimmenden Plattform, bevorzugt mittig zwischen Schwimmerplattform und Kiel, kreuzen.In an advantageous embodiment, a square floating platform and a square keel are connected by four diagonal connecting elements such that these diagonal connecting elements intersect at a second point, on the vertical axis of symmetry of the floating platform, preferably in the middle between the floating platform and the keel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind eine quadratische Schwimmerplattform und ein quadratischer Kiel durch acht diagonale Verbindungselemente derart verbunden, dass sich diese diagonalen Verbindungselemente in vier zweiten Punkten, im Zentrum der gedachten senkrechten Flächen zwischen den Seiten der Schwimmerplattform und des Kiels, kreuzen. Es ist denkbar, dass die diagonalen Verbindungselemente hierbei auf zwei parallel zu einander liegenden Ebenen angeordnet sind, welche den gedachten senkrechten Flächen zwischen den Innen- und Außenseiten der Rahmen der Schwimmerplattform und des Kiels entsprechen. Vorteil hierbei ist, dass Reibungen und damit einhergehende Abnutzungen der diagonalen Verbindungselemente vermieden werden, und es hierfür keinerlei Kopplungselemente bedarf.In a further advantageous embodiment, a square floating platform and a square keel are connected by eight diagonal connecting elements in such a way that these diagonal connecting elements intersect at four second points, in the center of the imaginary vertical surfaces between the sides of the floating platform and the keel. It is conceivable that the diagonal connecting elements are arranged on two planes lying parallel to one another, which correspond to the imaginary vertical surfaces. between the inner and outer sides of the frame of the float platform and the keel. The advantage of this is that friction and the associated wear of the diagonal connecting elements are avoided and no coupling elements are required.

Erfindungsgemäß ist in jeglicher Ausführungsform der Kiel mittels zweiter flexibler Verbindungselemente an dem Gewässerboden verankert. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die zweiten flexiblen Verbindungselemente gespannte Elemente, wie z.B. Seile. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die zweiten flexiblen Verbindungselemente Elemente, welche keine Vorspannung aufweisen, wie z.B. Kettenlinien welche unter ihrem Eigengewicht hängen.According to the invention, in any embodiment the keel is anchored to the bottom of the water by means of second flexible connecting elements. According to an advantageous embodiment, the second flexible connecting elements are tensioned elements, such as ropes. In a further advantageous embodiment, the second flexible connecting elements are elements which have no pre-tension, such as catenaries which hang under their own weight.

Die Verankerung des Kiels an Stelle der Schwimmerplattform erlaubt letzterer ihre Auftriebskraft auf die ersten flexiblen Verbindungselemente zu übertragen, welche somit kontinuierlich unter Spannung gehalten werden. Bevorzugt sind die zweiten flexiblen Verbindungselemente mit ihren Verbindungspunkten an einem Kopplungselement an oder nahe der vertikalen Symmetrieachse der schwimmenden Plattform am Kiel angeordnet. Beispielhaft bestehen die Kopplungselemente aus einer vorteilhaften Kombination von korrosionsfreien Fittings, Hülsen, Kauschen, Klemmen und/oder Ösen etc. Weitere Ausgestaltungsformen der Kopplungselemente sind denkbar.Anchoring the keel in place of the floating platform allows the latter to transfer its buoyancy force to the first flexible connecting elements, which are thus kept under constant tension. The second flexible connecting elements are preferably arranged with their connection points on a coupling element on or near the vertical axis of symmetry of the floating platform on the keel. For example, the coupling elements consist of an advantageous combination of corrosion-free fittings, sleeves, thimbles, clamps and/or eyelets, etc. Other designs of the coupling elements are conceivable.

Gemäß einer Ausführungsformen ist die Schwimmerplattform, insbesondere der zumindest eine Zentralzylinder, zur Aufnahme einer Windkraftanlage ausgebildet. Beispielsweise kann somit eine modifizierte DTU 10-MW RWT-Windturbine aufgenommen werden, welche auch für die Tetra-Spar-Plattform verwendet wird. Die Aufnahme von Windturbinen anderer Bauart ist denkbar.According to one embodiment, the floating platform, in particular the at least one central cylinder, is designed to accommodate a wind turbine. For example, a modified DTU 10 MW RWT wind turbine can be accommodated, which is also used for the Tetra Spar platform. The accommodation of wind turbines of other designs is conceivable.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Schwimmerplattform aus Stahl mit einer Dichte von 7800 kg m^-3 gefertigt. Als einer der wichtigsten Werkstoffe der Industrie zeichnet sich Stahl durch seine anpassbaren Eigenschaften zur Fertigung einer schwimmenden Konstruktion mit einer Auftriebskraft aus. Die Verwendung anderer widerstandsfähiger, formbarer, beständiger und stabiler Materialien, welche es erlauben einen tragfähigen Schwimmkörper mit einer Auftriebskraft zu fertigen, ist denkbar. Dies trifft beispielsweise auf Kunststoff, metallische Legierungen oder verstärken Beton zu.According to one embodiment, the floating platform is made of steel with a density of 7800 kg m ^-3 . As one of the most important materials in the industry, steel is characterized by its adaptable properties for the manufacture of a floating structure with a buoyancy force. The use of other resistant, malleable, durable and stable materials that allow the manufacture of a load-bearing floating body with a buoyancy force is conceivable. This applies, for example, to plastic, metallic alloys or reinforced concrete.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Kiel aus Schwerbeton mit einer Trockendichte von 4000 kg m^-3 gefertigt. Hierbei liefert Schwerbeton ein probates und vergleichsweise günstiges Mittel zur Fertigung einer Unterkonstruktion mit dem Ziel, den Massenschwerpunkt der schwimmenden Plattform Richtung Gewässergrund zu verlagern. Die Verwendung anderer widerstandsfähiger, formbarer, beständiger und stabiler Materialien mit hoher Dichte ist denkbar, beispielsweise Stahl, metallische Legierungen oder verstärkter Beton.According to one embodiment, the keel is made of heavy concrete with a dry density of 4000 kg m ^-3 . Heavy concrete provides a proven and comparatively inexpensive means of producing a substructure with the aim of shifting the center of gravity of the floating platform towards the bottom of the water. The use of other resistant, malleable, durable and stable materials with high density is conceivable, for example steel, metallic alloys or reinforced concrete.

Bevorzugt wird das Material der flexiblen Verbindungselemente so gewählt, dass diese so leicht wie möglich sind. Gleichzeitig müssen sie in der Lage sein die Belastungen aufzunehmen, welche sich aus dem Gewicht des Kiels sowie aus den Zugkräften resultierend aus Verschiebungen der schwimmenden Plattform durch Neigung und/oder Drehung ergeben, welche einen zusätzlichen Auftrieb generieren. Ferner müssen sie korrosionsfrei sein und dürfen über die Zeit nur minimale Elastizität und Deformation aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die flexiblen Verbindungselemente aus Kunststoffen mit geringer Dehnung (typischerweise High-Density Polyethylen) gefertigt. Diese Materialien kombinieren gute mechanische Eigenschaften mit einem negativen Gewicht in Wasser (Dichte des Materials kleiner als eins). Alternativ können die flexiblen Verbindungselemente als Kabel, Metallkette, Metallrohr, Seil und/oder Tau etc. ausgebildet sein.Preferably, the material of the flexible connecting elements is chosen so that they are as light as possible. At the same time, they must be able to absorb the loads resulting from the weight of the keel as well as from the tensile forces resulting from displacements of the floating platform due to inclination and/or rotation, which generate additional buoyancy. Furthermore, they must be corrosion-free and may only show minimal elasticity and deformation over time. In a preferred embodiment, the flexible connecting elements are made of plastics with low elongation (typically high-density polyethylene). These materials combine good mechanical properties with a negative weight in water (density of the material less than one). Alternatively, the flexible connecting elements can be designed as a cable, metal chain, metal pipe, rope and/or cord, etc.

Bevorzugt werden die Kopplungselemente so gewählt, dass ein physisches Interagieren (Reiben) der flexiblen Verbindungselemente am ersten Punkt und/oder am zumindest einen zweiten Punkt verhindert wird, da dies zu physischen Schäden durch Abrieb führen kann. Ferner bevorzugt ist hierfür jedes einzelne flexible Verbindungselement als ein Paar flexibler Verbindungselemente ausgebildet. Beispielhaft bestehen die Kopplungselemente aus einer vorteilhaften Kombination von korrosionsfreien Fittings, Hülsen, Kauschen, Klemmen und/oder Ösen etc.Preferably, the coupling elements are selected in such a way that physical interaction (rubbing) of the flexible connecting elements at the first point and/or at at least one second point is prevented, as this can lead to physical damage due to abrasion. Furthermore, each individual flexible connecting element is preferably designed as a pair of flexible connecting elements. For example, the coupling elements consist of an advantageous combination of corrosion-free fittings, sleeves, thimbles, clamps and/or eyelets, etc.

Die hier offenbarte Erfindung erlaubt den Bau einer leichteren, schwimmenden Plattform mit hohen Nick-, Roll- und Gier-Rückstellmomenten, die als schwimmende Plattform für schwimmende Windkraftanlagen auch bei großem Tiefgang genutzt werden kann.The invention disclosed here allows the construction of a lighter, floating platform with high pitch, roll and yaw restoring moments, which can be used as a floating platform for floating wind turbines even at great drafts.

Die verbundene Schwimmerplattform und der Kiel wirken als eine Struktur (Starrkörperverhalten), die das erforderliche Rückstellmoment liefert, ohne dass sich die Schwimmerplattform um eine ihrer Verbindungspunkte dreht.The connected float platform and keel act as a structure (rigid body behavior) that provides the required restoring moment without the float platform rotating about any of its connection points.

Als Resultat der Konfiguration der flexiblen Verbindungselemente, sowohl zwischen Schwimmerplattform und Kiel, als auch zwischen Kiel und Gewässerboden, kann die schwimmende Plattform selbst bei beträchtlichem Tiefgang als eine Struktur agieren und somit den Vorteil der Senkung des Systemschwerpunkts nutzen.As a result of the configuration of the flexible connecting elements, both between the floating platform and the keel, and between the keel and the water bottom, the floating platform can be used as a structure even at considerable draught and thus take advantage of lowering the system's center of gravity.

Hierbei ermöglichen die zweiten flexiblem Verbindungselemente zwischen Kiel und Gewässerboden, dass die vorhandene Spannung der ersten flexiblen Verbindungselemente nicht nur geometrie-, sondern auch auftriebs- und anregungsabhängig ist.The second flexible connecting elements between the keel and the water bottom ensure that the existing tension of the first flexible connecting elements is not only dependent on geometry, but also on buoyancy and excitation.

Dies ermöglicht es die erforderliche Kielmasse und folglich die Gesamtmasse der schwimmenden Plattform, samt assoziierter Kosten, zu reduzieren.This makes it possible to reduce the required keel mass and consequently the total mass of the floating platform, including associated costs.

Ausführung der ErfindungImplementation of the invention

Die Erfindung wird anhand eines/mehrerer Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigen

1 dreidimensionale Ansicht der schwimmenden Plattform Ausführungsbeispiel 1,
2 Seitenansicht der schwimmenden Plattform Ausführungsbeispiel 1,
3 dreidimensionale Ansicht der schwimmenden Plattform Ausführungsbeispiel 2.

The invention is explained in more detail using one or more embodiments.

1 three-dimensional view of the floating platform embodiment 1,
2 Side view of the floating platform embodiment 1,
3 three-dimensional view of the floating platform embodiment 2.

In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die erfindungsgemäße Anordnung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“ usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Zeichnungen verwendet. Die Richtungsterminologie dient der Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.In the description, reference is made to the accompanying drawings in which there is shown, by way of illustration, specific embodiments in which the arrangement according to the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "above", "below", etc. will be used with reference to the orientation of the drawings described. The directional terminology is for purposes of illustration and is not limiting in any way.

Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is to be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.

In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference symbols wherever appropriate.

Die erfindungsgemäße schwimmende Plattform als schwimmendes Fundament zur Installation von Offshore-Windturbinen ist in 1 dargestellt.The floating platform according to the invention as a floating foundation for the installation of offshore wind turbines is in 1 shown.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen besteht die schwimmende Plattform 1 aus einer Schwimmerplattform 2 und einem Kiel 3, welche mittels erster flexibler Verbindungselemente 4 miteinander verbunden sind. Ferner ist der Kiel 3 mittels zweiter flexibler Verbindungselemente 5 am Gewässergrund derart verankert, dass eine Spannung der ersten flexiblen Verbindungselemente 4 aufrechterhalten wird. Hierfür sind Verbindungspunkte 51 zwischen den zweiten flexiblen Verbindungselementen 5 und dem Kiel 3 derart angeordnet, dass diese in einem ersten Punkt 52, oder zumindest nahe an diesem ersten Punkt 52, an einer vertikalen Symmetrieachse S der schwimmenden Plattform 1 positioniert sind. Die ersten flexiblen Verbindungselemente 4 weisen zumindest zwei diagonale Verbindungselemente 42 auf. Die zumindest zwei diagonalen Verbindungselemente 42 sind an der Schwimmerplattform 2 und am Kiel 3 derart angeordnet, dass sich diese kreuzen.According to various embodiments, the floating platform 1 consists of a float platform 2 and a keel 3, which are connected to one another by means of first flexible connecting elements 4. Furthermore, the keel 3 is anchored to the bottom of the water by means of second flexible connecting elements 5 in such a way that a tension of the first flexible connecting elements 4 is maintained. For this purpose, connection points 51 between the second flexible connecting elements 5 and the keel 3 are arranged in such a way that they are positioned at a first point 52, or at least close to this first point 52, on a vertical axis of symmetry S of the floating platform 1. The first flexible connecting elements 4 have at least two diagonal connecting elements 42. The at least two diagonal connecting elements 42 are arranged on the float platform 2 and on the keel 3 in such a way that they cross.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen kreuzen sich die zumindest zwei diagonalen Verbindungselemente 42 in zumindest einem zweiten Punkt 43.According to various embodiments, the at least two diagonal connecting elements 42 intersect at least one second point 43.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist der zumindest eine zweite Punkt 43 auf der vertikalen Symmetrieachse S der schwimmenden Plattform 1 angeordnet. Es ist denkbar, dass der zumindest eine zweite Punkt 43 nicht direkt auf der vertikalen Symmetrieachse S, sondern versetzt nahe an der vertikalen Symmetrieachse S angeordnet ist. Vorteil hierbei ist, dass Reibungen und damit einhergehende Abnutzungen der diagonalen Verbindungselemente vermieden werden, und es hierfür keinerlei Kopplungselemente bedarf.According to various embodiments, the at least one second point 43 is arranged on the vertical axis of symmetry S of the floating platform 1. It is conceivable that the at least one second point 43 is not arranged directly on the vertical axis of symmetry S, but offset close to the vertical axis of symmetry S. The advantage here is that friction and the associated wear of the diagonal connecting elements are avoided, and no coupling elements are required for this.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist der zumindest eine zweite Punkt 43 auf einer gedachten senkrechten Fläche zwischen den Außenseiten der Schwimmerplattform 2 und des Kiels 3 angeordnet. Gemäß der Ausführungsform in 1 weist die schwimmende Plattform 1 acht diagonale Verbindungselemente 42 auf, welche derart angeordnet sind, dass von jeder Ecke der quadratisch ausgebildeten Schwimmerplattform 2 jeweils zwei diagonale Verbindungselemente 42 zu den zwei Ecken der entsprechenden Hypotenuse der kongruent ausgerichteten und ebenfalls quadratisch ausgebildeten Kielplattform 3 reichen, was in vier zweiten Punkten 43 resultiert. Hierbei sind die diagonalen Verbindungselemente 42 auf zwei parallel zu einander liegenden Ebenen angeordnet, welche den gedachten senkrechten Flächen zwischen den Innen- und Außenseiten der Rahmen der Schwimmerplattform 2 und des Kiels 3 entsprechen Vorteil hierbei ist, dass Reibungen und damit einhergehende Abnutzungen der diagonalen Verbindungselemente vermieden werden, und es hierfür keinerlei Kopplungselemente bedarf. Weitere Ausgestaltungsformen der diagonalen Verbindungselemente 42 und Kombinationen dieser sind denkbar.According to various embodiments, the at least one second point 43 is arranged on an imaginary vertical surface between the outer sides of the float platform 2 and the keel 3. According to the embodiment in 1 the floating platform 1 has eight diagonal connecting elements 42, which are arranged in such a way that from each corner of the square-shaped floating platform 2, two diagonal connecting elements 42 extend to the two corners of the corresponding hypotenuse of the congruently aligned and also square-shaped keel platform 3, which results in four second points 43. The diagonal connecting elements 42 are arranged on two planes lying parallel to one another, which correspond to the imaginary vertical surfaces between the inner and outer sides of the frames of the floating platform 2 and the keel 3. The advantage here is that friction and the associated wear of the diagonal connecting elements are avoided, and no coupling elements are required for this. Further design Various forms of the diagonal connecting elements 42 and combinations thereof are conceivable.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen weisen die ersten flexiblen Verbindungselemente 4 äußere Verbindungselemente 41 auf, welche die Schwimmerplattform 2 und den Kiel 3 miteinander verbinden und parallel zueinander angeordnet sind. 1 zeigt die Anordnung von vier äußeren Verbindungselementen 41, welche jeweils von den Ecken der quadratischen Schwimmerplattform 2 zu den korrespondierenden Ecken des kongruent ausgerichteten und ebenfalls quadratisch ausgebildeten Kiels 3 reichen.According to various embodiments, the first flexible connecting elements 4 comprise outer connecting elements 41 which connect the float platform 2 and the keel 3 to each other and are arranged parallel to each other. 1 shows the arrangement of four outer connecting elements 41, each of which extends from the corners of the square float platform 2 to the corresponding corners of the congruently aligned and also square keel 3.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind die zweiten flexiblen Verbindungselemente 5 mit ihren Verbindungspunkten 51 an einem Kopplungselement an oder nahe der vertikalen Symmetrieachse S der schwimmenden Plattform 1 am Kiel 3 angeordnet. Fig, 1 zeigt die Anordnung von vier zweiten flexiblen Verbindungselementen 5, welche sich sternförmig vom Kiel 3 im Bereich der vertikalen Symmetrieachse S der schwimmenden Plattform 1 nach außen erstrecken. Weitere Ausgestaltungsformen, zum Beispiel die Verwendung einer höheren oder geringeren Anzahl zweiter flexibler Verbindungselemente 5, ob sie gespannt sind oder nicht, bzw. derer in Bezug auf den Gewässergrund senkrechte Ausrichtung, sind denkbar.According to various embodiments, the second flexible connecting elements 5 are arranged with their connection points 51 on a coupling element on or near the vertical axis of symmetry S of the floating platform 1 on the keel 3. Fig. 1 shows the arrangement of four second flexible connecting elements 5, which extend outwards in a star shape from the keel 3 in the region of the vertical axis of symmetry S of the floating platform 1. Further embodiments, for example the use of a higher or lower number of second flexible connecting elements 5, whether they are tensioned or not, or their vertical orientation in relation to the bottom of the water, are conceivable.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist die Schwimmerplattform 2 zumindest einen Zentralzylinder 21 und einen Rahmen 22 auf, wobei der Rahmen 22 und der Zentralzylinder 21 durch Streben miteinander verbunden sind. Gemäß der Ausführungsform in 1 erfolgt die Verbindung mittels jeweils vier kurzer und langer diagonaler und jeweils vier kurzer und langer radialer, zylindrisch ausgebildeter Streben. Die Schwimmerplattform 2 ist hier als Quadrat ausgebildet, wobei sowohl der Rahmen 22 als auch der Zentralzylinder 21 aus zylindrischen Rohren gebildet sind. Andere Ausgestaltungsformen der Schwimmerplattform 2 sind denkbar. Beispielsweise kann die Schwimmerplattform in der beispielhaft ausgeführten Variante mit Zentralzylinder 21 und einem Rahmen 22 auch in Form eines Dreiecks, eines Hexagons oder eines Kreises ausgebildet sein. Ferner denkbar sind alternative Ausgestaltungsformen der Rohre, etwa als Quadratrohre.According to various embodiments, the float platform 2 has at least one central cylinder 21 and a frame 22, wherein the frame 22 and the central cylinder 21 are connected to each other by struts. According to the embodiment in 1 The connection is made by means of four short and long diagonal struts and four short and long radial, cylindrical struts. The float platform 2 is designed as a square here, with both the frame 22 and the central cylinder 21 being made of cylindrical tubes. Other designs of the float platform 2 are conceivable. For example, the float platform in the exemplary variant with central cylinder 21 and a frame 22 can also be designed in the shape of a triangle, a hexagon or a circle. Alternative designs of the tubes are also conceivable, for example as square tubes.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist die Schwimmerplattform 2, insbesondere der zumindest eine Zentralzylinder 21, zur Aufnahme einer Windkraftanlage ausgebildet. Gemäß der Ausführungsform in 1 ist der Zentralzylinder 21 als Zylinder ausgeformt. Alternative Ausführungsformen des Zentralzylinders 21 zum Zwecke einer stabilen Anbringung einer Windkraftanlage, z.B. in Form eines Rechtsecks oder eines Hexagons, sind denkbar.According to various embodiments, the floating platform 2, in particular the at least one central cylinder 21, is designed to accommodate a wind turbine. According to the embodiment in 1 the central cylinder 21 is shaped as a cylinder. Alternative embodiments of the central cylinder 21 for the purpose of a stable attachment of a wind turbine, e.g. in the form of a rectangle or a hexagon, are conceivable.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist die Schwimmerplattform 2 aus Stahl gefertigt.According to various embodiments, the float platform 2 is made of steel.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist der Kiel 3 aus Beton gefertigt.According to various embodiments, the keel 3 is made of concrete.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind die ersten flexiblen Verbindungselemente 4 und die zweiten flexiblen Verbindungselemente 5 aus High-Density Polyethylen gefertigt.According to various embodiments, the first flexible connecting elements 4 and the second flexible connecting elements 5 are made of high-density polyethylene.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen weist der erste Punkt 52 Kopplungselemente zur Kopplung der zweiten flexiblen Verbindungselemente 5 am Kiel 3 auf und/oder der zumindest eine zweite Punkt 43 weist Kopplungselemente zur Kopplung der zumindest zwei diagonalen Verbindungselemente 42 im zumindest einen zweiten Punkt 43 auf. Vorteil hierbei ist, dass die diagonalen Verbindungselemente 42 sich direkt in einem Punkt (zweiter Punkt 43) treffen können, so dass Reibungen und damit einhergehenden Abnutzungen der diagonalen Verbindungselemente 42 vermieden werden. Mittels der Hinzunahme von Kopplungselementen können auch alle verwendeten zweiten Verbindungselemente in einem zentralen Punkt 52 angeordnet werden, so dass auch hier Reibungen und Abnutzungen der zweiten Verbindungselemente 5 vermieden werden.According to various embodiments, the first point 52 has coupling elements for coupling the second flexible connecting elements 5 to the keel 3 and/or the at least one second point 43 has coupling elements for coupling the at least two diagonal connecting elements 42 in the at least one second point 43. The advantage here is that the diagonal connecting elements 42 can meet directly at one point (second point 43), so that friction and associated wear of the diagonal connecting elements 42 are avoided. By adding coupling elements, all of the second connecting elements used can also be arranged at a central point 52, so that friction and wear of the second connecting elements 5 are also avoided here.

2 zeigt die Seitenansicht der identischen Ausführungsform der schwimmenden Plattform 1, wie sie in 1 bereits dargestellt und erläutert ist. 2 shows the side view of the identical embodiment of the floating platform 1 as shown in 1 has already been presented and explained.

3 zeigt die erfindungsgemäße schwimmende Plattform 1 in einer alternativen Ausführungsform, wobei die schwimmende Plattform 1 vier diagonale Verbindungselemente 42 aufweist, welche derart angeordnet sind, dass sich die diagonalen Verbindungselemente 42 (hier vier) auf der Symmetrieachse S zwischen Schwimmerplattform 2 und Kiel 3 kreuzen. Die diagonalen Verbindungselemente 42 kreuzen sich in oder nahe einem (hier einzigen) zweiten Punkt 43. Gemäß der hier dargestellten Variante sind von der Mitte jeder Seite der quadratisch ausgebildeten Schwimmerplattform 2 jeweils ein diagonales Verbindungselement 42 zu der Mitte der gegenüberliegenden Seite der kongruent ausgerichteten und ebenfalls quadratisch ausgebildeten Kielplattform 3 gespannt, was in einem einzigen zweiten Punkten 43 resultiert. 3 shows the floating platform 1 according to the invention in an alternative embodiment, wherein the floating platform 1 has four diagonal connecting elements 42, which are arranged such that the diagonal connecting elements 42 (here four) cross on the axis of symmetry S between the float platform 2 and the keel 3. The diagonal connecting elements 42 cross at or near a (here only) second point 43. According to the variant shown here, a diagonal connecting element 42 is stretched from the center of each side of the square-shaped float platform 2 to the center of the opposite side of the congruently aligned and also square-shaped keel platform 3, which results in a single second point 43.

BezugszeichenReference symbol

11: schwimmende Plattformfloating platform
22: SchwimmerplattformFloat platform
2121: ZentralzylinerCentral cylinder
2222: RahmenFrame
33: KielKiel
44: erste flexible Verbindungselementefirst flexible connecting elements
4141: äußere Verbindungselementeexternal fasteners
4242: diagonale Verbindungselementediagonal connecting elements
4343: zweiter Punktsecond point
55: zweite flexible Verbindungselementesecond flexible connecting elements
5151: VerbindungspunkteConnection points
5252: erster Punktfirst point
SS: SymmetrieachseAxis of symmetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

AU 2018376719 B2 [0011]
WO 2017157399 A1 [0011]

Claims

Floating platform (1) comprising a float platform (2) and a keel (3), wherein the float platform (2) is connected to the keel (3) by means of first flexible connecting elements (4) and wherein the keel (3) is anchored to the bottom of the water by means of second flexible connecting elements (5) in such a way that a tension of the first flexible connecting elements (4) is maintained by the second flexible connecting elements (5) being connected to the keel (3) in such a way that their connecting points (51) are arranged at a first point (52) or at least close to this point (52) on a vertical axis of symmetry S of the floating platform (1) and in such a way that the first flexible connecting elements (4) have at least two diagonal connecting elements (42) which are arranged on the float platform (2) and on the keel (3) in such a way that the at least two diagonal connecting elements (42) cross.

Floating platform (1) according to Claim 1 , characterized in that the at least two diagonal connecting elements (42) intersect at least one second point (43).

Floating platform (1) according to Claim 1 , characterized in that the at least one second point (43) is arranged on the vertical axis of symmetry S.

Floating platform (1) according to Claim 1 , characterized in that the first flexible connecting elements (4) have outer connecting elements (41) which connect the float platform (2) and the keel (3) to one another in such a way that all outer connecting elements (41) are arranged parallel to one another.

Floating platform (1) according to Claim 1 , characterized in that the second flexible connecting elements (5) are arranged with their connection points (51) on a coupling element on or near the vertical axis of symmetry of the floating platform (1) on the keel (3).

Floating platform (1) according to Claim 1 , characterized in that the float platform (2) has the following elements: at least one central cylinder (21) and a frame (22), wherein the frame (22) and the central cylinder (21) are connected to one another by means of struts.

Floating platform (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the floating platform (2) is designed to accommodate a wind turbine.

Floating platform (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one central cylinder (21) of the floating platform (2) is designed to accommodate a wind turbine.

Floating platform (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the floating platform (2) is made of steel.

Floating platform according to one of the preceding claims, characterized in that the keel (3) is made of concrete.

Floating platform (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first flexible connecting elements (4) are made of high-density polyethylene.

Floating platform (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second flexible connecting elements (5) are made of high-density polyethylene.

Floating platform (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first point (52) has coupling elements for coupling the second flexible connecting elements (5) to the keel (3) and/or that the at least one second point (43) has coupling elements for coupling the at least two diagonal connecting elements (42) in the at least one second point (43).