DE112018006006T5

DE112018006006T5 - Selbst zum Wind ausrichtende Schwimmplattform, die mehrere Windturbinen trägt und Solar für Wind und Solarenergieerzeugung und Verfahren zur Konstruktion davon

Info

Publication number: DE112018006006T5
Application number: DE112018006006.3T
Authority: DE
Inventors: Carlos Wong
Original assignee: Zhuhai Kaluosi (macau) Engineering Consultant Ltd; Zhuhai Kaluosi Macau Eng Consultant Ltd
Current assignee: Zhuhai Kaluosi (macau) Engineering Consultant Ltd; Zhuhai Kaluosi Macau Eng Consultant Ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-08-13
Also published as: GB202009177D0; WO2019102434A1; US11448193B2; SG11202004844XA; ES2772950R1; CN109838351A; CN109838351B; AU2018371270A1; JP2021510793A; ES2772950A2; GB2583244B; GB2583244A; US20200392946A1

Abstract

Eine Schwimmplattform, die sich selbst zum einfallenden Wind ausrichtet und mehrere Windturbinen (17, 18) abstützt, bildet eine Windenergieerzeugungseinheit. Bei horizontalem Wind passiert die resultierende Windlast das Geometriezentrum der Windlast-Empfangsbereiche (im Folgenden C.Geo) der Schwimmplattform, jedoch nicht die Drehachse (15), wodurch ein Giermoment um die Drehachse (15) hervorgerufen wird, um die Schwimmplattform zu drehen, bis die resultierende Windlast gleichzeitig durch C.Geo und die Drehachse (15) hindurchgeht. Ein Windpark oder eine Windfarm enthält wenigstens eine Schwimmplattform, die in der Lage ist, sich zum einfallenden Wind selbst auszurichten zur Erzeugung von elektrischer Energie. Die Schwimmplattform ermöglicht die Länge der Unterwasserkabel (44) zu reduzieren, wodurch der elektrische Widerstand und daraus resultierend ein Wärmeverlust reduziert wird und die Kosten für das Unterwasserkabel (44) reduziert werden.

Description

GEBIET DER TECHNOLOGIE
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwimmplattform, die sich selbst zum Wind ausrichtet und mehrere Windturbinen zur Windenergieerzeugung trägt, die im Wasser abgesetzt ist, um Elektrizität zu erzeugen und ihre Anwendung in Offshore-Wind-Energieinstallationen und die Herstellung und Konstruktionsverfahren dafür.
HINTERGRUND
Die Metropolstädte der Welt liegen alle nahe an den Küsten und ihr Elektrizitätsverbrauch ist enorm. Offshore-Windkraft ist die beste grüne Energie für Städte an der Küste, da sie am effektivsten in Bezug auf Umwandlung und Installierung ist. Jedoch hinkt die Entwicklung von Offshore-Windenergie der landbasierten Windenergie hinterher. Dies liegt an den hohen Konstruktionskosten des Turbinenbodens, der am Meeresboden fixiert ist.
Offshore-Windturbinen werden in zwei Klassen entsprechend ihres Fundierungsverfahrens klassifiziert: in bodenfixierte Arten und schwimmende Arten. Die bodenfixierten Arten sind nur im flachen Wasser in der Nähe der Küste effektiv aufgrund der schwierigen Konstruktion im tiefen Wasser. Offshore-Windturbinen werden üblicherweise auf einem einzelnen großen Durchmesser-Stahlrohr von 6 bis 8 Meter Durchmesser abgestützt. Es sind große Spezialpfahlschiffe erforderlich, um die Stahlrohre mit den großen Durchmessern zu versenken, wodurch eine Einrichtung sehr teuer wird und üblicherweise nur von wenigen Firmen durchgeführt werden kann. Da geeignete Stellen für küstennahe Windfarmen verbraucht sind, sind Windfarmplätze entfernt von der Küste untersucht worden. In dieser Situation werden die bodenfixierten Arten unökonomisch und die schwimmenden Arten sind attraktiver. Fast alle bisher entwickelten Schwimmarten sind für eine einzelne Turbine. Es ist extrem schwierig bei einem Objekt von mehreren hundert Tonnen einschließlich eines Generators, eines Getriebes, eines Giermechanismus und der Rotorblätter, die sich auf einer Höhe von 100 Metern an der Spitze eines Turmes befinden, das von einem Schwimmkörper getragen wird, die Stabilität zu kontrollieren. Die Industriepraxis ist, dass der Rotationswinkel des Turmes nicht bestimmte Grenzen, üblicherweise 10 Grad, überschreiten sollte, was sehr schwierig für eine einzelne schwimmende Turbine einzuhalten ist, da die Schwimmbasisdimension im Vergleich zur Turmhöhe klein ist, die wenigstens doppelt so hoch ist wie die Basis. Das Drehmoment auf die Basis ist nicht ausreichend, um die rollenden und nickenden Bewegungen der Schwimmplattform zu steuern. Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um das Problem zu lösen:

1) Spannungsbein (Tensions-Leg). Die Schwimmplattform wird heruntergebunden mit Meeresbodenankern, um Aufstiegskräfte, die durch den Auftrieb der Plattform verursacht werden, zu widerstehen, so dass ein Überschlagmoment durch die Variation der Zugkräfte in den Verankerungsleinen ausbalanciert wird. Das System ist von Blue H Schwimmplattformen entwickelt worden.
2) Einstellbares Wasserballast-Schwimmsystem. Einstellen des Wasserballasts zwischen den Schwimmern der Schwimmplattform, um das Überschlagsmoment auszubalancieren, wie beispielsweise die Wind Float Schwimmplattform.
3) Spar. Vertrieben durch HyWind ist beabsichtigt, das Gravitationszentrum unterhalb des Schwimmzentrums durch Verwendung von Stahlstäben zu platzieren, die sich vom Boden der Plattform in die tiefe See mit schweren Massen erstrecken, die am Ende der Stäbe befestigt sind, um so das Gravitationszentrum unterhalb des Schwimmzentrums zu platzieren. Die von HyWind verwendeten Stahlstäbe sind über 100 Meter lang. Daher ist dies nur für Tiefwasser-Baustellen geeignet.

Davon abgesehen, testet Mitsubishi Heavy Industries eine Schwimmplattform Fukushima Mitai, die eine einzelne Turbine trägt.
Windfarmen werden von einer Vielzahl von einzelnen Schwimmturbinen gebildet, die sich über enorme Strecken über den Ozean verteilen. Wenn ein Windfeld eine dominierende Windrichtung hat, kann der Windturbinenabstand in senkrechter Richtung zum Wind bei 1,8D bis 3,0D angenommen werden, wodurch sich der Turbinenabstand in Richtung entlang des Windes auf 6.0D bis 10D vergrößern muss, wobei D der Durchmesser der Rotorblätter der Turbine ist. Diese große Beabstandung ist angepasst, um einen Wellenschatten der windwärts ausgerichteten Turbinen, der sich auf die windabseitigen Windturbinen verteilt, zu vermeiden. Die Welleneffekte bewirken potentielle Energieverluste bei den Turbinen auf der windabgewandten Seite (Lee) als auch Ermüdungslasten für die Turbinen auf der Abwindseite.
Wenn das Windfeld keine dominante Windrichtung hat, gibt es wenigstens eine Richtung, bei der die windseitigen Turbinen einen Wellenschatten auf die abwindseitigen Turbinen werfen. Wenn der Abstand zu klein ist, wird der Verlust durch den Welleneffekt groß. Daher wird ein Abstand von 6D Minimum eingehalten. Für moderne groß skalierte Turbinen ist der Rotordurchmesser über 50 Meter. In einem derartigen Fall ist der Abstand zwischen 300 und 500 Meter. Das Unterwasserkabel, das die Turbinen miteinander verbindet, weist somit eine große Länge auf, wobei der Widerstand des langen Kabels einen Verlust in der Energieübertragung bewirkt.
Der Wind auf der See hat üblicherweise keine dominante Richtung. Um die maximale Windenergie einzufangen, sollte der Rotor vorzugsweise senkrecht zur Windrichtung stehen. Dabei ist das Konzept, mehrere Turbinen auf eine drehbare Plattform mit dem Wind auszurichten, entstanden.
STAND DER TECHNIK
Bei dem WindSea-Konzept sind drei Turbinen auf einer dreieckigen Plattform mit einer Drehachse platziert, die in der Mitte befindlich ist. Die Plattformbasis ist im Vergleich zur Turmhöhe klein; daher ist das Plattform-Stabilitätsproblem zusammen mit dem Windwellenverlust weiter ungelöst.
Das SMWS-Konzept bei Moellgaard Energy, Dänemark besteht aus großen dreieckigen röhrenförmigen Strukturen, die drei Turbinen, die an den Ecken angeordnet sind, abstützen. Eine Ecke ist am Meeresboden mit Ankerleinen verankert, so dass die ganze Struktur um die Ankerecke schwenken kann und der sich ändernden Windrichtung folgen kann. Da die Struktur sehr groß ist, erzeugt das Drehen um eine Ecke einen sehr großen Schwenkbereich, der für andere Meeresbenutzer eine Gefahr darstellen kann.
Hexicon testet eine Mehrfachturbinen-Schwimmstruktur mit einer Kuppel, die im Gravitationszentrum angeordnet ist, wobei die Drehung durch elektrische Energie bewirkt wird. Die Selbst-Drehung erfordert eine Art Reaktion vom Meeresgrund, wodurch schwere Ankersysteme erforderlich sind. Es wird auch eine Stromversorgung benötigt, um den Drehmechanismus zu betreiben.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat die PCT-Anmeldung CN 2014-10323537.1 für ein Patent „Wind Tracing Rotational Semi-Submerged Raft for Windpower Generation and Construction Method thereon“ angemeldet, bei dem ein Floß entweder dreieckig, sternfömig, T-profilförmig oder trapezförmige Konfigurationen ausgebildet ist und der sich ändernden Windrichtung folgt, wobei die Konfigurationen die Windturbinen auf Schwimmern in den Floßecken tragen. Die Drehung erfolgt um einen exzentrischen Schwenkpunkt, der von den Ankerleinen gebildet wird, die den Boden der Schwimmer und ein Schwenkgerät verknüpfen, das um einen Abstand von dem C.G. beabstandet ist, um eine Exzentrizität für den Drehmechanismus zu erzeugen. Der Stand der Technik vom Anmelder wird im Wasser bei mehr als 50 Meter Tiefe angewendet, da ansonsten die Ankerleinen, die den Boden der Schwimmer und das Schwenkgerät verbinden, einem Bogen folgen müssten, der zu flach wäre, um die Plattform am Wegdriften zu hindern, bevor es dieses stoppen kann. Die vorliegende Erfindung dient dazu, in allen Wassertiefen, insbesondere im flachen und mittleren Wassertiefenbereich, mit vollständig neuen Prinzipien und Designs eingesetzt zu werden.
Zusammenfassung
Definitionen
Selbstausrichtend zu Wind: Das heißt, die Drehoberfläche der Turbinenrotorblätter ist senkrecht zum einfallenden Wind.
Windverfolgung: Bedeutet, dass sich die Turbine in die bestimmte Richtung dreht, um einer Windrichtungsänderung zu folgen.
C.G.: Bedeutet das Gravitationszentrum oder Schwerpunktzentrum der Massen des Gegenstandes.
C.Geo.: Bedeutet das Zentrum der Geometrie der Windlast empfangenden Bereiche des Gegenstandes.
Basiskonfiguration
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwimmplattform, die sich selbst zum Wind ausrichtet und mehrere Windturbinen zur Windenergieerzeugung trägt, die im Wasser gelagert ist, um Elektrizität zu erzeugen, deren Anwendung in Offshore-Windfarmen und ein Verfahren zur Herstellung und Konstruktion derselben.
Die Plattform trägt mehrere Windenergieerzeugungsturbinen und ist selbstausrichtend zum einfallenden Wind; die Rotorrotationsebene in dieser Richtung wird dem Wind zugewandt genannt, so dass die Rotoren der Windturbinen immer dem einfallenden Wind zugewandt sind oder die Ebene der rotierenden Rotorblätter nahezu senkrecht zum einfallenden Wind steht. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Windfarm, die diese Offshore-Schwimmplattform verwendet, die sich selbst zum Wind ausrichtet (im Folgenden „die Einheit“ genannt) und die mehrere Windturbinen trägt und optional mit Solarpanelen bestückt werden kann.
Da die Einheit mehrere Turbinen tragen kann, kann sie als Großturbine betrachtet werden. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel umfasst die Einheit für Offshore-Windfarmen: ein semiabsenkbares Floß, das durch wenigstens drei vertikal ausgerichtete zylindrische hohle Säulen (im Folgenden „Schwimmer“ genannt) gebildet ist, die durch Träger miteinander verbunden sind; wenigstens drei Windturbinen, die sich jeweils auf einem der drei Schwimmer errichten.
In einem Aspekt belegen die drei Schwimmer die drei Ecken eines dreieckförmigen Setups, insbesondere eines gleichseitigen Dreiecks, wobei zwischen diesen lange Träger vorhanden sind, die benachbarte Schwimmer verbinden, und ein zentraler Knoten im C.G. des Dreiecks, der durch kurze Träger zur Mittelspannweite der langen Träger verbunden ist, wobei der zentrale Knoten eine Rotationsachse aufnimmt.
In einem anderen Aspekt belegen die drei Schwimmer die drei Ecken eines Dreiecks in einem sternfömigen Setup mit jeweils drei Trägern, wobei jeder Schwimmer mit einem zentralen Knoten des Dreiecks, der bei C.G. positioniert ist, verbunden ist, und wobei der zentrale Knoten die Rotationsachse aufnimmt und die Schwimmer in den Ecken durch Stahlkabel versteift sind, die zu jedem der zwei benachbarten Schwimmer verbunden sind.
Die Rotationsachse weist die Form eines starren Schafts, wie eine rohrähnliche Struktur, auf, und ist am Meeresboden fixiert und führt durch einen Aufschlagring im zentralen Knoten hindurch. Da der Aufschlagring im C.G. des Dreiecks befindlich ist, ist die Rotationsachse nahe zum C.G. der Plattform. Die Rotationsachse verhindert nur die horizontale Bewegung der Plattform, darüber hinaus ist die Plattform vollständig frei in einem Schwimmzustand.
Grundprinzipien
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die schwimmende Offshore-Plattform, die dem Wind folgt und mehrere Windturbinen für Offshore-Windfarmen trägt: Windturbinen mit verschiedene Leistungen in einer vorderen Reihe und in einer hinteren Reihe; verschiedene Formen des Turms der Turbine in der vorderen Reihe und des Turms der Turbine in der hinteren Reihe, so dass die Windlasten auf die Turbine in der vorderen Reihe plus Turm anders sind als für die Turbinen der hinteren Reihe.
Für ein symmetrisches Layout von Windturbinen, die Gegenstand einer gleichmäßigen Windverteilung sind, sind die integralen Windlasten in allen Windturbinen einschließlich Turm gleich, so dass der Aktionspunkt der resultierenden Windlast, die auf eine Mittellinie der Symmetrie wirkt, mit dem Dreieck C.G. übereinstimmt, dass sich auch dort befindet, wo die Rotationsachse ist. In einer derartigen Situation produziert die resultierende Windlast kein Drehmoment um die Rotationsachse. Die Plattform bleibt stationär.
Turbinenenergieerzeugungsleistung
In einer sternförmigen Konfiguration oder in einer dreieckigen Konfiguration der Plattform kann die Wind zugewandte Richtung mit einer Turbine in der vorderen Reihe und zwei Turbinen in der hinteren Reihe gewählt sein. Weiter weisen die zwei hinteren Turbinen eine größere Leistung auf als die Frontturbine, so dass die resultierende Windlast auf die Turbinenrotoren nahe der rückwärtigen Turbinen entfernt vom C.G. fällt.
Darüber hinaus ist die Form des Turmes der Turbine in der vorderen Reihe anders als die Form des Turmes einer Turbine in der hinteren Reihe und für diese Anwendung ist der Turm der Turbine in der vorderen Reihe so ausgewählt, weniger Windlast anzuziehen als der Turm der hinteren Turbine. Die auf die drei Turbinenrotoren plus Türme wirkenden Windlasten zusammen verschieben die resultierende Windlast weg vom C.G. und sind damit näher an den hinteren Turbinen. Das Verschieben der resultierenden Windlast weg vom C.G. durch Kombinieren der Unterschiede der Turbinenrotorgrößen und der Turmformen verstärkt den Selbstausrichtungsmechanismus. Wenn der Wind in einem Winkel zur Mittellinie der Plattform ankommt, ist die windresultierende Last vom C.G. und damit auch von der Rotationsachse versetzt oder beabstandet. Die resultierende Windlast erzeugt somit ein um die Rotationsachse ausrichtendes Giermoment, um die Plattform anzutreiben, bis die resultierende Windlast durch die Rotationsachse führt, womit sich das Drehmoment auflöst.
Turmformen
Optional sind die Turmformen der Turbinen in der vorderen Reihe und in der hinteren Reihe verschieden, um den Unterschied in den Windschleppkoeffizienten zu verwenden, um große Unterschiede beim Einfangen der Windkräfte zwischen den zwei Reihen der Türme zu bewirken. Eine Auswahl hier ist, dass der Querschnitt des Turms der Turbine der vorderen Riehe kreisförmig ist, wohingegen die Türme der hinteren Turbinen eine doppelseitige Kugelform aufweisen. Die Schleppkoeffizienten für eine kreisförmige Säule ist etwa 0.47 und bleibt für jede Windrichtung unverändert. Die Schleppkoeffizienten für eine doppelseitige Kugelform ist wenigstens 0.295 in Kugelrichtung und mit einem Maximum von mehr als 2.0 in Querrichtung. Der Wind zwischen diesen zwei Richtungen liegt zwischen 0.295 und 2.0.
Die kombinierten Effekte bei der Verwendung von Turbinen mit größerer Leistung in der hinteren Reihe und einem Turm mit doppelseitiger Kugelform in der hinteren Reihe erzeugen bewusst eine außermittige Windlast, um die Plattform anzutreiben, sich zu drehen, bis sie in eine bestimmte Windausrichtungsrichtung gelangt. Dieser Ansatz ist vollständig anders als in der früheren Erfindung des Anmelders CN 201410323537.1 , bei der sich die Rotationsachse an einer exzentrischen Position befindet. Die vorliegende Erfindung weist die Vorteile auf, dass durch das Platzieren der Rotationsachse im C.G. der Plattform, die Rotationsträgheit um die Rotationsachse minimal ist, so dass es einfacher ist, die Plattform zum Drehen anzutreiben. Der Bereich, in dem die Plattform über das Meer schwimmt (sea sweeping area) ist auch minimiert, wodurch weniger Störungen von anderen maritimen Nutzungen hervorgerufen werden.
Verbindungsträger
Die Seiten der dreieckigen Plattformen sind wenigstens 2.2D, wobei D der Durchmesser des Rotors ist. Für eine groß ausgelegte Turbine, z.B. 5MW-Leistung, ist der Rotor etwa 126m, so dass 2.2D in 277m resultiert. Für einen derartigen langen Träger, der zwei Schwimmer verbindet, besteht eine große Anfälligkeit durch Wellenbelastungen beschädigt zu werden. Um die Wellenbelastungen zu reduzieren, sind die Träger unter Wasser in einer Tiefe angeordnet, die tief genug ist, um Wellenbelastungen zu vermeiden, z.B. in einer Tiefe von mehr als 14 m. Der Auftrieb der Träger auf der anderen Seite erzeugt ein großes Verbiegungsmoment, wenn die zwei Enden der Träger unter Wasser gehalten werden, als einfacher abgestützter Träger. Daher ist der Querschnitt der Träger ausgelegt, einen Auftrieb aufzuweisen, der mit dem Selbstgewicht oder etwas mehr als das Selbstgewicht ausbalanciert ist, so dass der Träger in einem Zustand der Aufhebung im Wasser ist. Wenn der Träger unter Verwendung von Stahl hergestellt wurde, muss ein massiver Wasserballast eingesetzt werden, wodurch der Träger mit viel härterem Materialbeton unter Verwendung von Brückenbautechnologie konstruiert wird.
Bei der Anwendung im Flachwasser besteht kein Raum, um die Träger unter Wasser zu lagern. Die Träger sollten sich auch nicht auf der Meeresoberfläche befinden, da sie dann leicht von den Wellen beschädigt werden könnten. Die Träger müssten hoch genug angehoben werden, um einen Wellenanschlag zu vermeiden. Somit muss eine leichte Stahlkonstruktion verwendet werden, um die Schwimmer zu verbinden.
Optional kann ein zentraler Knoten im C.G. der Sternkonfiguration verwendet werden, um die Rotationsachse aufzunehmen, so dass die Spannweite der verbindenden Träger reduziert werden kann. Dies ist weiter verbessert, indem ein Tragwerk für die Träger verwendet wird, um die Windlasten zu reduzieren.
Solarenergie
Ein zusätzlicher Nutzen kann bei den oberhalb des Wassers befindlichen Trägern erzielt werden, wenn optional Solarpanele auf der Oberseite der Träger installiert werden oder in einer größeren Skalierung auf einem zweiten Träger oberhalb der Verbindungsträger errichtet werden, um den dreieckförmigen Bereich der Plattform zu umschließen, um somit Solarpenele bis zur Megawattkapazität aufgrund der Größe der projektierten Fläche der Plattform abzustützen.
Drehmechanismus
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die selbstausrichtende Plattform der Windenergieerzeugungseinheit für Offshore-Windfarmen: einen Aufschlagring im Zentrum des Zentralknotens, um eine Rotationsachse passieren zu lassen, die zwei Teile aufweist, wobei ein unteres Teil umfasst: ein Stahlrohr oder einen Stahlpfahl, der in der Gravitationsbasis fixiert ist, die auf dem Meeresboden sitzt und weiter durch Spannkabel versteift ist. Die Gravitationsbasis kann gemäß einem Aspekt aus einer Betonstruktur gebildet sein, wobei die Gravitationsbasis gemäß einem anderen Aspekt ein offener Senkkasten ist, bei dem das Gewicht im Wesentlichen durch Steine und Sandballast bereitgestellt wird. Die besagten Verspannungskabel können vom selbstverankernden Typ sein durch Anknüpfen der Kabel an der Gravitationsbasis, wobei die besagten Spannkabel am Meeresboden mit Ankern verknüpft sind.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst der untere Teil der Rotationsachse einen Stahlpfahl, der in den weichen Meeresboden bis zu einer adäquaten Tiefe eingetrieben ist, so dass der Erdboden einer horizontalen Last der Windturbine widersteht, wobei die verspannten Kabel verwendet werden, um den Pfahl mit den im Meeresboden verankerten Kabeln zu stabilisieren.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die selbstausrichtende Windenergieerzeugungseinheitsplattform für Offshore-Windfarmen: einen Aufschlagring, der in der Mitte des zentralen Knotens angeordnet ist und mit einem Ring aus Gummiabdeckungen gebildet ist, die an einer inneren Wand des Ringes befestigt sind, und wobei eine Stahlplatte an den freien Enden der Abdeckungen befestigt ist, die einen Kreis bildet, der es ermöglicht, dass sich die Rotationsachse frei bewegen kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen den unteren und oberen Teilen der Rotationsachse durch miteinander verbundene Flansche gebildet, die mit Bolzen verbunden sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen den unteren und oberen Teilen der Rotationsachse durch ein Hülsengelenk gebildet, wobei das obere Teil der Rotationsachse leicht größer im Durchmesser ist als das untere Teil der Rotationsachse, wobei das obere Teil über den unteren Teil durch den Aufschlagring hindurch aufgesetzt wird. Der Rotationsachsenschaft ist mit Beton gefüllt, um deren seitliche Stärke zu erhöhen.
Zusätzliche Finne
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Windenergieerzeugungsplattformeinheit, die sich selbst ausrichtet, für Offshore-Windfarmen: eine Finne, die an der oberen Seite der Träger befestigt ist und in Richtung der beabsichtigen Wind zugewandten Richtung zeigt, ausgerichtet zur Symmetriemittellinie. In einer sternförmigen Plattformkonfiguration mit zwei Turbinen in der vorderen Reihe und einer Turbine in der rückwärtigen Reihe ist die Finne an den Trägern zwischen dem Zentralknoten und dem rückwärtigen Schwimmer hinzugefügt. In einer dreieckförmigen Konfiguration ist die Finne zwischen dem Zentralknoten und dem Mittelpunkt des langen Trägers zwischen den zwei rückwärtigen Turbinen angeordnet. Die Finne wird verwendet, um mehr Windkraft einzufangen, die exzentrisch wirkt, um ein ausrichtendes Giermoment zu verstärken.
Nicht-linearer Schwimmer
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die selbstausrichtende Plattform einer Windenergieerzeugungseinheit für Offshore-Windfarmen: einen Schwimmer mit einem variablen Querschnitt zwischen dem oberen und unteren Abschnitt. Ein Aspekt betrifft die Erhöhung des Auftriebs, da der Schwimmer in das Wasser einsinkt, d.h., der obere Querschnitt ist größer als der untere Querschnitt. Ein anderer Aspekt ist, den Wasserpegelbereich zu minimieren, indem der Hauptauftrieb unter Wasser ist, d.h. der untere Querschnitt ist größer als der obere Querschnitt.
Exzentrisch platzierte Rotationsachse
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die selbst ausrichtende Plattform einer Windenergieerzeugungseinheit für Offshore-Windfarmen: eine Rotationsachse, die bewusst in einer Offset-Position entlang zur Wind zugewandten Richtung platziert ist, so dass die resultierende Windlast ein selbstausrichtendes Giermoment um die Rotationsachse erzeugt. Für Dreiecks- und Sternkonfigurationen ist der Zentralknoten näher an den zwei hinteren Turbinen plaziert. In diesem Aspekt sind die Wind ladenden Elemente der Turbinen und Türme, die gleichen für die vordere und hintere Reihe, so dass ein Windgeschwindigkeitsspektrum der resultierenden Windlast gleichmäßig verteilt ist und in den C.G. der Plattform fällt. Mit der Rotationsachse mit einem Abstand zum C.G. wird ein Drehmoment erzeugt, um ein selbstausrichtendes Giermoment zu erzeugen, um die Plattform zu drehen, bis sie in der Wind zugewandten Richtung anhält.
Tiefwasseranwendung
Die frühere Erfindung des Anmelders CN 201410323537.1 verwendet Kabel, um die Böden der Schwimmer an einem Ende anzuknüpfen und an einen Punkt in Projektion beabstandet vom C.G. der Plattform zusammenzuführen, um einen exzentrischen Rotationspunkt zu erzeugen, um ein ausrichtendes Giermoment zu bewirken, welches auf Wassertiefen von wenigstens 50 m Tiefe abzielt. Diese Konstruktion treibt zu sehr ab, wenn die Neigung der Kabel zu flach ist. Durch Erweitern der früheren Erfindung des Anmelders ( CN 201410323537.1 ) zu einer Konfiguration, bei der die Rotationsachse im C.G. liegt und das ausrichtende Giermoment nicht durch eine exzentrische Rotationsachse erzeugt wird, jedoch durch eine exzentrische resultierende Windlast wie oben erwähnt. Daher ist die Kuppelposition direkt unter der vertikalen Linie des C.G. und die Kabel sind zwischen der Kuppel und dem Boden von jedem Schwimmer verknüpft. Das ausrichtende Giermoment wird durch Verwendung von verschieden ausgelegten Turbinen und verschiedenen Turmformen erzeugt, um eine exzentrische resultierende Windlast zu erzeugen.
Figurenliste

1 perspektivische Ansicht einer sternförmigen schwimmenden 3 Turbinen Windturbinenplattform.
2 Draufsicht auf eine sternförmige schwimmende 3 Turbinen Windturbinenplattform.
3 Perspektivische Ansicht einer Kombination von Schwimmern und Türmen Gruppe 1, Draufsicht auf ein C.G., dass auf der Rotationsachse positioniert ist in einer Dreieckskonfiguration;
4 Eine perspektivische Ansicht von Kombinationen von Schwimmern und Türmen der Gruppe 1 mit einer perspektivischen Ansicht der dreieckförmigen schwimmenden Windturbinenplattform.
5 Ansicht der Plattformen durch eine gravitationsverankerte Rotationsachse im flachen Wasser und eine perspektivische Ansicht von nicht-linearen Schwimmersätzen und Formen von Türmen.
6 Ansicht der Plattformen mit einer gravitationsverankerten Rotationsachse im tiefen Wasser;
7 Ansicht eines Drehmechanismus
8 Vergleich Fundamentbelastung mit einer einzelnen pfahlartigen Turbine.
9 Details der Rotationsachse bei einem Gravitationsanker.
10 Details eines Aufschlagrings.
11 Details eines zentralen Knotens.
12 Draufsicht auf einen Gravitationsanker.
13 Perspektivische Ansicht eines Schlitzes in einer Rotationsachsenbaugruppe.
14 Installation der Hülsen-gekoppelten Rotationsachse.
15 Details eines Schlitzes in der Rotationsachse und der Aufschlagringbaugruppe.
16 Draufsicht auf eine exzentrisch platzierte Rotationsachse für eine sternförmige Konfiguration.
17 Draufsicht auf eine exzentrisch platzierte Rotationsachse für eine dreieckförmige Konfiguration.
18 Draufsicht auf eine dreieckige Plattform derselben Plattform gemäß 5.
19 Draufsicht auf eine dreieckige Plattform, die mit Solarpanelen und einer Finne bestückt ist.
20 Ansicht einer dreieckigen Plattform mit Solarpanelen.
21 Ansicht einer Plattform im Flachwasser, die durch einen Pfahl als Rotationsachse beschränkt ist.
22 Detail einer gravitationsankerartigen Rotationsachse im mittel tiefen Wasser mit Saugtonnen.

Bezugszeichenliste

1: Meeresoberfläche
2: Meeresboden, Meeresgrund
3: ausgeschachteter Graben
4: Erdboden, Lehm
5: Gravitationsbasis
6: Sandmischschicht
11: Schwimmergröße 1
12: Schwimmergröße 2
12A: zusätzlicher Schwimmer
13: Verbindungsträger, langer Träger
13A: Verbindungsträger, kurzer Träger
13B: Strukturholm
14: zentraler Knoten
15: Rotationsachse, Drehachse
16: Stahlkabel
17: Windturbine (Größe 1)
18: Windturbine (Größe 2)
19: Turm (Form 1)
20: Turm (Form 2)
41: Energieausgangskabel
42: Gleitring
43: Führungsröhre
44: Unterwasserkabel
49: Solarpanel
61: Pfahl
90: Windlast-resultierende Position
101: nicht-linearer Schwimmtyp 1
102: Dämpfungsplatte
103: nicht-linearer Schwimmtyp 2
141: hohler Kern des Zentralknotens
150: Rotationsachse (oberer Teil)
151: Stahlaufschlagring
152: Gummiabdeckung
153: Bolzen
154: geschraubter Flansch
157: Betonfüllung
156: Kanal
159: kompressierbares Material
160: Eindringstopper
161: Versteifer
501: Gravitationsanker
502: Träger
503: Rotationsachse (unterer Teil)
504: Betonfüllung
505: Beton/Zement/Mischung
506: Finne
507: Versteifungskabel
508: Meeresbodenverankerung
513: Saugkübel
517: Pressmischung

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und darin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschrieben. In den Zeichnungen weisen Teile mit gleicher oder ähnlicher Funktion die gleiche Bezeichnung auf.
Beispiel 1
1 zeigt ein erstes Beispiel, dass eine perspektivische Ansicht einer sternförmigen Plattform Konfiguration mit einer dreieckförmigen Form darstellt, die aus drei Schwimmern 103 gebildet ist, die mit drei Trägern 13 verbunden sind, die sich an einem zentralen Knoten 14 treffen. Die Turbine 17 der vorderen Reihe ist kleiner als die Turbinen 17 der rückwertigen hinteren Reihe, die auf dem Schwimmer 103 aufsitzen. Die Schwimmer 103 sind mit dem zentralen Knoten 14 über Träger 13 miteinander verbunden. Die Rotationsachse 15 ist in der Mitte des zentralen Knotens 15.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine sternförmige Konfiguration gemäß 1.
3 zeigt verschiedene Formen von Türmen und Schwimmern (Gruppe 1), die verschiedene Werte für Schleppkoeffizienten CD in X und Y Richtung aufweisen und zeigt eine Ansicht einer dreieckförmigen Schwimmplattformkonfiguration mit einer Rotationsachse im C.G Punkt und ungleichen Turbinenkapazitäten unter Verwendung des gleichen Turbinenlayouts, wie in der sternförmigen Form.
4 zeigt verschiedene Formen von Türmen und Schwimmern (Gruppe 1), die verschiedene Werte von Schleppkoeffizienten CD in X und Y Richtung aufweisen und zeigt eine 3D Perspektive von einem Kabelrahmenmodell für eine dreieckige Plattform.
5 zeigt eine Ansicht einer tauchbaren Schwimmplattform mit einer kleineren Turbine 17 auf einem kreisförmigen Turm 19 auf der Vorderseite und eine größeren Turbine 17 mit einem doppelkugelförmigen Turm 19 auf der hinteren Seite. Die Schwimmer sind eine Kombination von einem Hohlzylinder 11 und einem nicht linearen Zylinder 101. Verbindungsträger 13, die im Wasser befindlich sind, zeigen an, dass die Wassertiefe wenigstens eine mittlere Tiefe ist. Die Gravitationsbasis 5 ist in einem ausgehobenem Graben fundiert. Ein unterer Teil der Rotationsachse 503 ist in der Basis 5 eingepflanzt und mit dem oberen Teil der Rotationsachse 150 unter Verwendung von verschraubten Flanschplatten gekoppelt.
6 zeigt eine Ansicht einer tauchbaren Schwimmplattform mit einer kleineren Turbine 17 auf einem kreisförmigen Turm 19 auf der Vorderseite und eine größeren Turbine 17 mit einem doppelkugelförmigen Turm 19 auf der Rückseite. Die Schwimmer sind ein nicht linearer Zylinder 103 mit einer Dämpfungsplatte 102. Die Anwendung ist in tiefem Wasser, bei dem der feste Punkt direkt unter dem Projektionspunkt der Rotationsachse 15 befindlich ist, die an einer Kuppel 104 befestigt ist, die mit den Kabeln 106 am Boden des Schwimmers verbunden sind. Das rückkehrende Teil ist an der Gravitationsbasis 105 befestigt.
7 zeigt ein Selbstausrichtungsmechanismus. Da die Achse 15 im C.G. der Plattform befindlich ist, erzeugen gleichmäßige Windlasten auf die gleich ausgelegten Turbinen keine Giermomente, um die Plattform zu drehen, da die Linie der resultierenden Windlast durch das C.G. hindurchführt, dass heißt, durch die Achse 15 verläuft. Teil A zeigt den vom Winkel mit der Plattformmittelline 202 ankommenden Wind und die windresultierende Kraft wirkt auf den Punkt 90 mit einer Exzentrizität E mit der Rotationsachse 15, die ein ausrichtendes Moment M=F*E erzeugt, um die Plattform zu drehen, bis sie in die Wind zugewandte Richtung ausgerichtet ist, wie im Teil B der Zeichnung. E ist der Hebelarm.
Unter Verwendung der sternförmigen Plattform gemäß 2 als Beispiel ist der Durchmesser des Frontturbinenrotors 80% von dem der rückseitigen Turbine. Die Windlast der Rotorblätter ist in Proportion zum Abdeckungsbereich der Rotorblätter, dass heißt, 5MW für zwei rückwertige Turbinen und 3MW für die vordere Turbine. Wenn man das Moment, um die Basislinie annimmt, die durch die Mitte der rückseitigen Turbinen hindurchläuft, dann ist der Abstand zwischen C.Geo 90 und der Basislinie berechnet durch: $\begin{array}{l} F_{2} = {(0.8)}^{2} (F_{1}) = 0.64 F_{1} \\ \begin{array}{r} x = \frac{0.64 F_{1} x h}{2 F_{1} + 0.64 F_{1}} = 0.241 h \end{array} \end{array}$
Wobei F1 und F2 die Windlasten sind, auf den rückseitigen und vorderen Turbinen entsprechend und H die Höhe des Dreiecks ist.
Die Rotationsachse 15 ist im C.G. bei einem Abstand gleich 0,33h angeordnet, wobei die Exzentrizität der angewendeten Windlast 0,33h - 0,241h=0.109h wird. Die Exzentrizität wird weiter durch verschiedene Formen der verwendeten Turmquerschnitte erhöht.
8 zeigt einen Vergleich der vorliegenden Erfindung von mehrfach Turbinen Schwimmplattformen mit den populären einzelpfahlförmigen im Boden fixierten Turbinen und deren korrespondierende Schlicklinienkraft F (mud line force) und des Biegemoments M. Die Gesamtwindlast von drei Turbinen auf die Plattform ist (angenommen das der Rotorabdeckbereich der Frontturbine 0,8 von dem der Rückturbine entspricht) $2 F + {(0.8)}^{2} F = 2.64 F,$
und das Überschlagsmoments des Bodens des Schwimmers ist: $2.64 F \times H = 2.64 F H,$
wobei H die Höhe des Turmes ist.
Dem Überschlagmoment wird durch die Variationen des Auftriebs zwischen den Schwimmern entgegengewirkt. Die Auftriebsvariation f, w und das Schlickliniensüberschlagsmoment M sind: $f = w = \frac{2.64 F H}{L}$
und $M = 2.64 F \times d .$
Bei der Einzelmast abgestützten Turbine ist die horizontale Schlicklinienlast F und das Überschlagsmoment ist $M = F \times (H + d),$
wobei d die Wassertiefe ist, da H für bodenfixierte Turbinen größer ist als d in den meisten Fällen. Typischerweise ist H mehr als 100 Meter für mehrfach Megawatt Turbinen, wobei die Seetiefe zwischen 10 und 30 Metern ist.

Beispielsweise erfordert eine 5MW Turbine eine Turmhöhe von 100 Metern, die im Meer installiert ist, wo das Wasser zwischen 15 bis 30 Meter tief ist. Die statische Windlast der Schlicklinie des Schlicklinienpegels für beide Fälle ist: Tabelle 1

Vergleich der Schlickleitungslast	Horizontale Last	Überschlagmoment
Vorliegende Schwimmplattform	2.64F	2.64F*15 = 39.75F
Vorliegende Schwimmplattform	2.64F	2.64F*30 = 79.2F
Einzelpfahlturbine	F	F*(100+15) = 115F
Einzelpfahlturbine	F	F*(100+30) = 130F

Der Vergleich zeigt, dass das Schlicklinienüberschlagsmoment für die vorliegende Schwimmplattform geringer ist als für eine Einzelturmturbine, die am Boden fixiert ist, obwohl die horizontale Last bei der Schwimmplattform auf Grund der drei Turbinen höher ist und die horizontale Last durch die Reibung zwischen der Gravitationsbasis und dem Meeresboden oder weiteren Verankerungsankern ausgehalten wird.
Das Erfordernis für geolokale Bedingungen im Meeresboden ist für diese Plattform minimal. Wenn ein DSB Turm mit seiner langen Achse in Linie mit der windzugewandten Richtung verwendet wird, wird bei jeder Windrichtung, die anders als die zur bestimmten Wind zugewandten Richtung ist, eine resultierende Windlast erzeugt, die vom C.G. hinweg verschoben ist und es wird ein Giermoment wird erzeugt um die Plattform zu drehen. Dies liegt daran, dass der DSB Turm mehr Windlast anzieht auf Grund seiner größeren Windeinfangfläche und seiner größeren Schleppkoeffizienten als ein kreisförmiger Querschnitt.
9 zeigt Details einer Gravitationsbasis, die auf einem Betonbett 6 sitzt mit Scherungsschlüsseln 517, die in das Betonbett 6 eingegossen sind. Eine Aushebung 3 ist nur notwendig, wenn es eine Schicht von weichem Erdboden im Meeresboden 2 gibt. Es gibt viele verschiedene Designmöglichkeiten für die Basis 5. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel ist ein Bespiel mit vier rechteckigen Blöcken aus massivem Beton oder Boxen mit einer offenen Oberfläche 501, die mit Sand oder Aggregatballast gefüllt sind. Die Boxen 501 sind mit Trägern 502 verbunden, um eine Basis 5 zu bilden. Der untere Teil der Rotationsachse 503 ist an der Basis 5 befestigt. Der obere Teil der Rotationsachse 150 ist in den zentralen Knoten 14 durch den Aufschlagring 141 eingeführt, um den unteren Teil 503 durch verschraubte Flanschplatten 154 zu verbinden, um die Installation der Rotationsachse zu vervollständigen. Ein Powerausgangskabel 41 von den drei Turbinen ist mit einem beweglichen Anschluss des Schleifrings 42 verbunden und ein Unterwasserkabel 44 verläuft durch den Kanal 43, der in der Mitte der Rotationsachse des stationären Terminals vom Schleifring 42 angeordnet ist. Ein Spalt G ist eine Abstandstoleranz zwischen der Rotationsachse 503 und dem Stahlaufschlagring 151. Der Abstand S ermöglich der Schwimmplattform, die einer Roll- und Kippbewegung ausgesetzt ist, das die Rotationsachse und die Wand 141 des zentralen Knoten 14 nicht berührt werden.
10 zeigt die Details des zentralen Knotens 14, der den Aufschlagring 141 aufnimmt, der es dem oberen Teil der Rotationsachse 150 ermöglicht, lose mit einem Spalt G zwischen der Aufschlagstahlplatte 151 durch die Gummiabdeckungen 152, die an dem Aufschlagring 141 befestigt sind, gehalten zu werden. Der obere Teil 150 und der untere Teil 503 sind durch ein verschraubten Flansch 154 miteinander verbunden, um eine Rotationsachse über eine ausreichende Länge U und D zu bilden, wobei eine Schwankung der Wasseroberfläche auf Grund von Gezeiten und Wellenbewegung berücksichtigt wird. Ein Spalt S ist vorhanden, um sicherzustellen, dass die Rotationsachse nicht die Wand des zentralen Knotens 14 berührt, wenn die Plattform unter Einfluss der Wellenbewegung kippt.
11 zeigt eine Ansicht des zentral Knotens 14 innerhalb des Aufschlagrings 141, wobei der Gravitationsanker 501 mit einem Saugkübel 513, der mit dem Trägern 502 verbunden ist.
12 zeigt eine Draufsicht auf eine Basis 5. Die Rotationsachse 503 kann an der Basis durch alle möglichen Arten befestigt werden. Um weitere Stabilitätskapazität für die Rotationsachse bereits zustellen, wird ein Selbstankersystem durch versteifte Kabel 507 aktiviert.
13 zeigt ein anderes Ausgangsbeispiel der Rotationsachsenkonstruktion unter Verwendung einer Hülsenverbindung. Die zwei Teile der Rotationsachse enthalten einen unteren Teil 503 und einen leicht größeren oberen Teil 150, der in den unteren Teil 503 eingefügt ist, um eine Hülsenverbindung zu bilden.
14 zeigt wie die Konstruktion der Hülsenverbindung aufgebaut ist. Die Plattform wird im Installationswasser schwimmen gelassen und die Mitte des zentralen Knotens wird zum vorinstallierten Meeresbodenankerblock mit dem daran befestigten unteren Abschnitt der Rotationsachse 503 ausgerichtet. Dann wird der obere Abschnitt der Rotationsachse 150 in dem Aufschlagring 151 angehoben und mit dem unteren Abschnitt verbunden, entweder mittels eines verschraubten Flansches oder mittels einer Hülsenverbindung (in den Figuren ist eine Hülsenverbindung gezeigt).
15 zeigt die Details einer Hülsenverbindung in der Rotationsachse. Der untere Teil 503 der Rotationsachse wird zuerst installiert. Dann wird der zentrale Knoten 14 mit der unteren Rotationsachse 503 ausgerichtet. Dann wird der obere Teil 150 über den unteren Teil 503 aufgeschoben. Es ist zu beachten, dass eine Eindringstopperplatte 160 vorhanden ist, um die überlappende Länge zu steuern, wobei ein komprimierbares Material in den internen Flächen der oberen Rotationsachse 150 vorhanden ist. Beide Teile der Achse werden mit Beton 504 und 157 entsprechend (3) für den Abschnitt C-C gefüllt, (4) für Abschnitt E-E, (5) für Abschnitt D-D und (6) für Abschnitt F-F.
16 zeigt gemäß der früheren Patentanmeldung CN201410323537.1 des Anmelders eine sternförmige Plattform mit einer Rotationsachse 15, die vom C.G: 90 beabstandet ist. Es ist zu beachten, dass die drei Windturbinen 17 alle gleich ausgelegt sind.
17 zeigt eine dreieckige Plattform mit einer Rotationsachse 15, die vom C.G. 90 beabstandet ist, gemäß der früheren Patentanmeldung CN201410323537.1 des Anmelders. Es werden zusätzliche Schwimmer 12A und zusätzliche Träger 13A eingesetzt. Es ist zu beachten, dass die drei Turbinen gleichartig ausgelegt sind.
Beispiel 2
18 zeigt eine dreieckige Schwimmplattform mit einer Rotationsachse im C.G. mit Turbinen, die unterschiedlich ausgelegt sind, wobei zweite Schwimmträgersysteme 12A und 13A vorhanden sind, um den zentralen Knoten im C.G. der Plattform mit der Rotationsachse 15 in C.G. abzustützen. Wie oben erwähnt, sind, um einen Giermoment erzeugen, wenn die Plattform nicht dem Wind zugewandt ist, entweder die vorderen und rückseitigen Turbinen auf verschiedenartig ausgelegt oder die Turmquerschnitte der vorderen und hinteren Turbinen weisen verschiedene Querschnitte auf oder beides. Es ist auch möglich, einen C.Geo der Windlast zu erzeugen bei einer Position 90m entfernt von dem C.G.
19 zeigt eine dreieckige Schwimmplattform mit zweiten Trägersystem 13A und 13B, um Solarenergiepaneele 49 innerhalb ihrer Grenzen abzustützen mit optionaler Heckfinne 506.
Beispiel 3
20 zeigt eine Anwendung einer Schwimmplattform im flachen Wasser, wobei die Träger 13 oberhalb der Wasseroberfläche an einem sicheren Pegel entfernt von einer Taifunwelle angeordnet sind. Optionale Solarpaneele 49 sind an der oberen Seite der Träger 13 fixiert. Das Gravitationsfundament 5 wird weiter durch Saugkübel 513 verstärkt. Der Meeresboden ist entlang des Bewegungspfads der Schwimmer 11 ausgegraben, um einen kreisförmigen Graben (in 21 gezeigt) zu bilden.
21 zeigt die Anwendung einer Schwimmplattform im flachen Wasser, wobei die Träger 13 oberhalb der Wasseroberfläche an einem sicheren Level entfernt von einer Taifunwelle angeordnet sind, wobei die Rotationsachse von einem Pfahl 61 gebildet wird, der mit Versteifungskabeln 507 mit Ankern 508 im Meeresboden verstärkt sind. Ein Powerausgangskabel 44 verläuft innerhalb des Pfahls 61 und kommt an einem unteren Abschnitt des Pfahls hervor. Der Meeresboden wird entlang des Bewegungspfades der Schwimmer ausgehoben und bildet einen kreisförmigen Graben 3.
22 zeigt Details der Gravitationsbasis, die durch Saugkübel verstärkt ist. Dies wird bei Meeresbodenkonditionen mit einer dicken Schicht von weichem Material angewendet. Der Boden der Basis kann mit Stahlringen befestigt sein oder mit Betonringen, um Saugkübel zu bilden die Lager und Anhebekapazitäten zu verstärken.
Solarenergieerzeugungsabschätzung
Für die Verbindungsträger 13, die oberhalb des Wasserpegels an einer Oberseite der Träger angeordnet sind, können Solarpowerpaneele installiert werden, da der Träger in der Größe anpassbar ist. Angenommen man nimmt einen gezackten nach unten gerichteten dreieckigen Abschnitt für den Träger mit einer Breite von 6 bis 8 Metern und einer Länge für den langen Träger 13 von 223 Meter für einen Turbinenrotor von 100 Metern (18) und die kurzen Träger 13A von 64 Metern lang sind. Die Gesamtfläche, die für eine Solarpanelinstallation zur Verfügung steht, ist 3(223*8+64*8) = 6888 m², was in Solarenergie-Installationskapazität von (180 W/m²) (6888) = 1.23MW resultiert, bei einer Standardumwandlungsrate von 180 Watt pro Quadratmeter.
Wenn die gesamte Dreiecksfläche, die von den drei Schwimmern umgeben wird, mit Solarpaneelen installiert wird, ist eine Fläche von 21408 m² (19) verfügbar, was in einer installierten Solarpowerkapazität von (180 W/m²)*(21408) = 3.85 MW resultiert. Dies verstärkt die Energiegewinnungskapazität und bildet zusätzliche Quellen.
Wenn die erhöhte Anzahl von zusätzlichen Schwimmern auch die Schleppkräfte erhöht, ist es möglich, eine Heckfinne 506 zu installieren, um das ausrichtende Giermoment zu erhöhen.
Arbeitsbeispiel 1
Unter Verwendung der Sternkonfiguration in 1 (Perspektive) und in 2 (Draufsicht) als Beispiel ist die vordere Turbine 17 eine kleiner ausgelegte Turbine. Die Dreiecksseitenlänge ist ½ (D1)+D2+1/2(D1), wobei D1 eine größere Turbine 18 ist. Ist der Rotordurchmesser mit 120m für eine 5MW Turbine in der hinteren Reihe gegeben und ein Rotordurchmesser von 80m in der vorderen Reihe kann die Seite des Dreiecks berechnet werden durch 0.5*120+80+0.5*120=200m, sagen wir 223m.
Die Größe des Schwimmers 11 sollte einen ausreichenden Auftrieb aufweisen, um den Roll- und Kippwinkel zu begrenzen, sodass dieser nicht eine erlaubte Rotation überschreitet, die üblicherweise innerhalb von 10 Grad liegt. Entsprechend dem NREL der US ist das Kipp- oder Überschlagsmoment 250000 kNm für eine 5MW offshore Turbine, die am Boden fixiert ist. Das Kipp- oder Überschlagsmoment wird durch eine Variation des Auftriebs der Schwimmer beschränkt. Entsprechend 2 ist die Variation des Auftriebs 3*250000/223 = 3360 kN. Für einen Schwimmer von 14 Metern Durchmesser kann der Schwimmer diese Kraft durch einen vertikalen Versatz von 2,2 Metern erzeugen. Dies stellt eine steife Rotation von 1,1 Grad da, wobei eine elastische Rotation etwa 3 Grad sein sollte. Wenn man den Schwimmern auch erlaubt sich mehr als jeweils vertikal unter Welleneinflüssen von +/- 4m zu bewegen, liegt der gesamt Roll- und Kippwinkel immer noch innerhalb von 10 Grad.
Unter Verwendung der sternförmigen Plattform in 2 als Beispiel ist der Durchmesser des vorderen Turbinenrotors in der vorderen Reihe 80% von dem der rückseitigen oder hinteren Turbine. Die Windlast auf die Rotorblätter ist proportional zum Abdeckungsbereich der Rotorblätter, dass heißt, 5MW (Rotor 126m) für zwei hintere Turbinen und 3MW (Rotor 100.8m) für die vordere Turbine. Angenommen das Moment um die Basislinie verläuft durch die Mitte der hinteren Turbinen, dann wird der Abstand X zwischen dem C.Geo 90 und der Basislinie berechnet durch: $F_{2} = {(0.8)}^{2} (F_{1}) = 0.64 F_{1},$
und $X = \frac{0.64 F_{1} x h}{2 F_{1} + 0.64 F_{1}} = 0.241 h$
wobei F1 und F2 entsprechende Windlasten auf die Rück- und Frontturbinen sind und h die Höhe des Dreiecks.
Die Rotationsachse 15 ist im C.G. bei einem Abstand gleich 0,33h angeordnet, wobei die Exzentrizität (ecc) der angewendeten Windlast 0.33h - 0.241h=0.109h ist. Basierend auf der Basislinie, die zwischen den zwei 5MW rückseitigen Turbinen gezogen ist, ist die Basislinie 1.1*(126+100,8) =250m und die Höhe des Dreiecks ist 216m. Die Exzentrizität der resultierenden Windlast wird 0.109*216 =24m. Die Exzentrizität wird weiter durch verschiedene Formen der verwendeten Turmquerschnitte erhöht.
Beispielsweise, Frontturmdurchmesser 6m im Durchschnitt, Höhe 90m Schleppkoeffizient 0,47;
Rückseitiger Turm, DSB Querschnitt mit einem Endradius von R=2.75m und einer flachen Mitte von B=3m, Höhe 90m, Schleppkoeffizient 0,295 bis 2,7.
Querwind
$F_{1} = 2.7 * p * (2 * 2.75 + 3) (90) = 2066 p;$
$F_{2} = 0.47 * p * (6) (9) = 254 p;$
$X = \frac{F_{1} x h}{F_{1} + 2 (F_{2})} = \frac{254 p}{254 p + 2 x 2066 p} h = 0.06 h$
$e c c = 0.33 h - 0.06 h = 0.27 h$
wobei F₁ und F₂ die entsprechenden Windlasten auf den hinteren und vorderen Turm mit gleichmäßigem Winddruck p sind und h die Höhe des Dreiecks ist. Die Exzentrizität wird 0.27*216 =58m. Wenn beide Wahlmöglichkeiten entsprechend ausgewählt sind, wird die Exzentrizität 0.109h +0.27h = 0.379h =82m was groß ist.
Die Exzentrizität hat ein Maximalwert, wenn der Wind in Querrichtung zur Plattform bläst. Es reduziert sich auf 0, wenn sich die Plattform dem Wind zuwendet.
Taifunbelastung
Die Turbinen und Türme sollten Taifunresistent sein. Im Fall, dass die Wassertiefe tief ist, sollte der Träger 13 unter Wasser auf einer Tiefe gebaut werden, sodass die Wellen geringen Einfluss auf die Träger haben. Wenn die Wassertiefe die Träger nicht bis zu einer adäquaten Tiefe bedecken kann, sollten die Träger 13 oberhalb des Wasserlevels hoch genug über der Wellenhöhe sein, siehe 20.
Entsprechend Tabelle 1 ist das Schlicklinienkipp- oder Überschlagsmoment für eine pfahlartige am Boden fixierte Turbine größer als bei der vorliegenden Schwimmplattform mit mehreren Turbinen was bedeutet, dass die vorliegende erfindungsgemäße Schwimmplattform eine größere Überlebensrate hat, als eine einzelne pfahlartige am Boden fixierte Turbine. Die vorliegende Plattform verwendet ein Einpunkt-Verankerungssystem. Alle Rotorblätter rotieren zur horizontalen Richtung mit dem geringsten Windbelastungsbereich in den Blättern um dem Wind zugewandt zu sein und die Rotoren gehen in Parkposition. Die Plattform schwimmt auf dem Meer und rotiert unbeschränkt. Die unbeschränkten Begrenzungsbedingungen ermöglichen der Plattform sich geringen Windlasten zu stellen.
Konstruktionsverfahren
Auch wenn es viele verschiedene Konstruktionsverfahren gibt, ist es für den Fachmann möglich andere Konstruktionsverfahren anzuwenden. Das eine hier dargestellte Verfahren ist ein möglicher Weg, um die Plattform zu implementieren.
Die Plattform ist in verschiedene einzelne Segmente unterteilt, die in Fabriken gegossen beziehungsweise hergestellt werden. Diese werden im Hafen in einem Hafenbecken zusammenmontiert, wobei die Segmente miteinander verbunden werden, um die Plattform zu komplementieren, wobei es besser ist die Türme aufzurichten und mit den Turbinen in Position zu komplementieren. Der Hafen sollte eine ideale Tiefe aufweisen, die tief genug ist, um den Zug der Schwimmer aufzunehmen. Jedoch im Fall, dass die Tiefe nicht ausreichend ist, könnten zusätzliche Schwimmer eine Lösung sein, um ausreichend Auftrieb für die Schwimmer bereitzustellen.
An der beabsichtigten Stelle wird das weiche Material vom Meeresboden ausgehoben, um einen Graben 3 zu bilden, siehe 9. Eine Stein-/Sandregulationsschicht 6 wird in dem Graben platziert. Die Basis 5 mit eingebauten Mischungskanälen wird zum erforderlichen Pegel- und Druck abgesenkt. Der Raum zwischen der Regulationsschicht und der Gewichtsbox 501 wird verpresst. Wenn die Einpressmischung eine beabsichtigte Stärke erhält, wird die Gewichtsbox durch irgendwelche Mittel belastet. Die Rotationsachse 503 wird in die Basis 5 eingeschoben und der Spalt 517 wird gefüllt, um den unteren Teil der Achse 503 zu fixieren. Die mit den Turbinen komplementierte Plattform wird aufgeschwemmt und im Zentrum der Rotationsachse 503 zur Mitte des Aufschlagrings 151 des zentralen Knoten 14 ausgerichtet. Der obere Teil 150 der Rotationsachse 503 wird abgesengt, der den Aufschlagring 151 passiert und mit dem unteren Teil 503 mittels Verschraubung oder Bolzen 153 im Flansch verbunden wird. Das Unterwasserkabel 44 wird mit dem stationären Terminal verbunden und das entsprechende Turbinenkabel 41 des Rotorterminals wird mit dem Rotorterminal des Schleifrings 42 verbunden. Die Plattform ist bereit, um Energie zu erzeugen. Für andere Fundamente, zum Beispiel für einen einzelnen Pfahl als Rotationsachse oder bei der Gravitationsart mit Saugkübeln können die gleichen Prinzipien angewendet werden und es wird hier nicht weiter beschrieben.
Die Pegelausrichtung der Plattform kann durch Wasserballast unter den Schwimmern oder Abschnitten der Träger erreicht werden.
Optionale Solarenergiepaneele
Für die Verbindungsträger, die oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind, können an der Oberseite Solarpowerpanele installiert werden, die eine 0.2 bis 0.4MW Installationskapazität bereitstellen. In Ländern, in denen kein Taifun auftritt und viel Sonnenschein existiert, wie beispielsweise Indonesien, Malaysia und Thailand, ist die dreieckförmige Konfigurationsplattform insbesondere brauchbar, um die vollständige Oberfläche mit Solarpowerpanelen zu bestücken. Die installierte Kapazität von Sonnenpowerkraftwerken kann 3MW bis 4MW sein, in Kombination mit der Windenergieeinheit kann die Auslegung 3MW+5MW+5MW+4MW=17MW sein. Die Einheit passt gut in viele tropische Inselregionen, in denen das Importieren von fossilen Brennstoffen aufwendig und teuer ist, wobei die inländischen natürlichen Powerressourcen Wind und Solar nicht begrenzt sind. Basierend auf einer vierköpfigen Familie ermöglicht eine 2kW Energieinstallation, wobei die einzelne Einheit 8500 Familien oder eine Population von 34000 unterstützen kann. Mit zwei Einheiten, die auf der Nord- und Südseite der Insel angewendet werden, ist es möglich, sich gegenseitig zu ergänzen, sodass die Energieerzeugung kontinuierlich ist, mit nur einem geringen minimalen Speichererfordernis.
Vorteile der vorliegenden Erfindung
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:

1. Durch das Gruppieren von drei Turbinen auf einer Plattform kann die belegte Meeresfläche als auch die Länge des Unterwasserkabels für die gleiche Anzahl von Windturbinen in einer Windfarm reduziert werden.
2. Eine selbst zum Wind ausrichtende Plattform stellt eine höchst effiziente Erzielung von Windenergie zu allen Zeiten zur Verfügung.
3. Die Rotationsachse ist einfach im Design und leicht zu ersetzen.
4. Die Plattform kann mit Solarpanelen als Option installiert werden.
5. Die Schwimmplattform ist nicht geophysikalisch spezifisch, so dass sie überall eingesetzt werden kann, ohne vorherige geologische Untersuchungen des Meeresbodens zu erfordern.
6. Die Schwimmplattform kann zur Überholung, Modifikation oder Reparatur zurück zum Hafen geschleppt werden oder auch zu einer neuen Position transportiert werden.
7. Der automatische Windzuwendungsausrichtungsmechanismus braucht keine Giermechanik in der Turbine noch in der Plattform und auch keine Anfangsenergie vom Netz, um die Windzuwendung zu steuern, wodurch Geld und Aufwand gespart wird und Ausfallzeiten verhindert werden.
8. Der Schlicklinienüberwindungsmoment (mud line overturning moment), der durch die drei Turbinen erzeugt wird, ist geringer als bei einer einzelnen Turbine auf einem Pfahl. Mit anderen Worten kann bei der vorliegenden schwimmenden Plattform auch das Aufpfählen einer einzelnen bodenfixierten Turbine mit derselben Auslegung verwendet werden. Dieses Konzept ermöglicht eine schnelle Entscheidung und eine Anpassung dieser Plattform.
9. Die erforderlichen Installationseinrichtungen sind in den meisten Hafenbecken eines Hafens vorhanden und die Plattform kann mit den Windturbinen an Ort und Stelle komplettiert werden. Dann kann die Plattform an die Betriebsstelle geschleppt werden.

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

CN 201410323537 [0011, 0027, 0039, 0064, 0065]

Claims

Schwimmplattform, die sich selbst zum Wind ausrichtet und mehrere Windturbinen (17, 18) trägt, für eine Windenergieerzeugungseinheit (die Einheit) umfassend: wenigstens drei Windschwimmer (11, 101, 103) und Verbindungsträger, die die Schwimmplattform bilden (die Plattform); wenigstens drei Windturbinen (17, 18), die jeweils auf einem Schwimmer (11, 101, 103) abgestützt sind; eine Rotationsachse (150, 503), die am Meeresgrund (2) befestigt ist und die Schwimmplattform vom Wegdriften zurückhält, wobei eine Rotation ermöglicht wird, wobei eine resultierende Windlast der drei Windlasten an den Turbinen (17, 18) von einem horizontalen Wind nicht gleichzeitig durch das Geometriezentrum (das C.Geo) der Windlast empfangenen Bereiche und die Rotationsachse (150, 503) passiert, wobei ein Giermoment zum Drehen der Schwimmplattform erzeugt wird, bis die resultierende Windlast durch C.Geo und die Rotationsachse (150, 503) verläuft.
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei die Plattform mit einer Ausgleichsstruktur zum Ausgleichen der Position des Massenmittelpunkts (C.G.) versehen ist, wobei die Rotationsachse (150, 503) im oder nahe zur Position des C.G. ist.
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei wenigstens drei der Windturbinen (17, 18) in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sind, um dem Wind zugewandt zu sein; wobei die wenigstens drei Windturbinen (17, 18) entlang der Wind zugewandten Richtung in zwei Reihen aufgeteilt sind, die die vordere und die hintere Reihe sind, wobei die vordere Reihe zuerst vom Wind getroffen wird; und für die vordere und die hintere Reihe der Turbinen (17, 18) verschiedene Turbinenleistungen verwendet sind, wobei das C.Geo nicht dieselbe Position wie die Rotationsachse (150, 503) hat, die an oder nahe zum C.G. ist, wodurch eine Exzentrizität zwischen C.Geo und der Rotationsachse (150, 503) erzeugt wird (an oder nahe zum C.G. der Plattform).
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei die vordere Reihe und die hintere Reihe der Turbinen (17, 18) verschiedene Turm-Querschnittformen (10, 20) aufweisen; wobei durch Manipulieren der verschiedenen Windschleppkoeffizienten zwischen den der vorderen und hinteren Reihe der Turm-Querschnittformen (19, 20) die auf C.Geo wirkende resultierende Windlast nicht in die Rotationsachse (150, 503) fällt, die am oder nahe zum C.G. der Plattform ist, wobei ein Giermoment durch die resultierende Windlast erzeugt wird, die auf das C.Geo wirkt, um die Schwimmplattform zu drehen, bis die resultierende Windlast durch das C.Geo und die Rotationsachse (150, 503) hindurch geht.
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei die vordere Reihe und die hintere Reihe der Turbinen (17, 18) mit verschiedenen Turm-Querschnittformen (19, 20) ausgestattet sind; wobei durch Manipulieren der verschiedenen Windschleppkoeffizienten zwischen der vorderen und hinteren Reihe der Turm-Querschnittformen (19, 20) die resultierende Windlast, die auf das C.Geo wirkt, nicht in die Rotationsachse (150, 503) fällt, die an oder nahe zum C.G. der Plattform ist, wobei ein Giermoment durch die resultierende Windlast erzeugt wird, die auf das C.Geo wirkt, um die Schwimmplattform zu drehen, bis die resultierende Windlast durch das C.Geo und die Rotationsachse (150, 503) geht.
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei die Windturbine der Einheit im Wesentlichen senkrecht zur Windrichtung steht, wenn die resultierende Windlast durch das C.Geo und die Rotationsachse (150, 503) gleichzeitig hindurch geht.
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei die Windturbine (17, 18) der Einheit stabil ist, wenn die resultierende Windlast durch das C.Geo und die Rotationsachse (150, 503) gleichzeitig hindurch geht.
Die Einheit nach Anspruch 1, wobei die wenigstens drei Schwimmer (11, 101, 103) an der Spitze eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, wobei jeder der Schwimmer (11, 101, 103) eine Windturbine (17, 18) trägt, die in die vordere und hintere Reihe unterteilt sind, wobei die Rotorgrößen zwischen den zwei Reihen verschieden sind.
Die Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die drei Schwimmer (11, 101, 103) in einer gezackten Sternform angeordnet sind, wobei jeder der Schwimmer (11, 101, 103) eine Windturbine (17, 18) trägt, die in eine vordere und eine hintere Reihe unterteilt sind, wobei die Rotorgrößen zwischen den Reihen verschieden sind.
Eine Windenergieerzeugungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Windturbinen- (17, 18) Plattform drei Schwimmkörper (11, 101, 103) aufweist und dreieckförmig ist, insbesondere in der Form eines gleichseitigen Dreiecks, wobei die Schwimmer (11, 101, 103) am Scheitel des Dreiecks angeordnet sind und eine Windturbine tragen (17, 18), wobei die Windturbinen (17, 18) der vorderen und hinteren Reihe die gleiche Leistung aufweisen und die Rotationsachse (150, 503) in der Symmetriemittellinie zwischen den Windlast-Empfangsbereichen angeordnet ist.
Windenergieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Windturbinenplattform drei Schwimmer (11, 101, 103) aufweist und in einer dreigezackten Sternform angeordnet ist, wobei zwei Arme kürzer als der verbleibende eine ist und der Ursprung des gezackten Sterns die Rotationsachse (150, 503) aufnimmt, die an einer exzentrischen Position vom C.Geo der Windlastempfangsbereiche ist.
Die Windenergieerzeugungseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsträger (13) der Plattform oberhalb der Wasseroberfläche (1) angeordnet sind, und die obere Oberfläche der Verbindungsträger (13) optional mit Solarphotovoltaikpanelen (49) bedeckt ist.
Eine Windenergieerzeugungseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Verbindungsträger (13) der Windturbinenplattform oberhalb der Wasseroberfläche (1) angeordnet sind und ein Abstützmechanismus (13B) zum Abstützen des Photovoltaikpanels (49) an der Oberseite der Verbindungsträger (13) hinzugefügt ist.
Die Windenergieerzeugungseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Rotationsachse (150, 503) nahe am oder mit dem C.G. der Plattform überlappt, wobei die Plattform von der Rotationsachse (150, 503), die mit dem Boden des Wassers verbunden ist, eingeschränkt wird, so dass die Plattform nicht aus einem eingeschränkten Bereich driften kann.
Eine Windenergieerzeugungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Windturbinen (17, 18) wahlweise keine giermechanischen Teile aufweist.
Die Windenergieerzeugungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Windturbine (17) an der Frontseite des Winds angeordnet ist, so dass ihre Wirbelzone nicht die Windturbine (18) hinter dem Wind beeinflusst.
Eine Windenergieerzeugungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausgangskabel (41) von jeder der Windturbinen (17, 18) zu der Rotationsachse (150, 503) gesammelt wird und mit Rotoranschlüssen eines Schleifrings (42) verbunden ist, wobei der Schleifring (42) am Mittelpunkt (15) der Rotationsachse (150, 503) angeordnet ist, wobei ein Stator des Schleifrings (42) mit einem Unterwasserkabel (44) verbunden ist und das Unterwasserkabel (44) aus dem Boden durch die Basis (5) oder den Pfahl (61) herausgeführt wird.
Eine Windenergieerzeugungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsträger (13) einen zentralen Knoten (14) aufweisen, der einen Aufprallring (151) aufweist, der an einem Schwerpunktlevel der Verbindungsträger (13) angeordnet ist, wobei der Aufprallring (151) der Plattform ermöglicht, alle Freiheitsgrade einzunehmen außer einen horizontalen Versatz.
Eine Windenergieerzeugungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotationsachse (150, 503) ein Stahlrohr (150) enthält, das mit einem unteren Rohr (503), das an der Basis (5) auf dem Meeresboden (2) fixiert ist, durch einen verschraubten Flansch (154) verhülst ist.
Die Windenergieerzeugungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotationsachse (150, 503) ein oberes Stahlrohr (150) und ein unteres Rohr (503) aufweist, das an der Basis (5) am Meeresboden (2) befestigt ist; wobei das obere Stahlrohr (150) einen Durchmesser aufweist, der größer als der des unteren Rohrs (503) ist und in das untere Rohr (503) bis zu einem vorherbestimmten Abstand ummantelt ist, bis es von einem Eindringstopper (160) gestoppt ist, wobei eine innere Fläche des oberen Rohrs (150) mit einem komprimierbaren Material (159) ausgestattet ist.
Eine Windenergieerzeugungseinheit nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Verbindungsträger (13) einen zentralen Knoten (140) aufweisen, der mit einem Aufschlagring (151) ausgestattet ist, wobei die Stahlhülse mit einem Abstand von der inneren Wand des Aufschlagrings (151) um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, so dass der Aufschlagring (151) die Rotation der Plattform nicht während eines freien Kippens der Plattform behindert, welches durch Wind und Wellen hervorgerufen wird.
Windenergieerzeugungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plattform mit einem Wasserspeicherraum ausgestattet ist, um Wasserballast zu speichern, wobei die Plattform bei einer Taifun-Belastung auf eine sichere Tiefe durch die Aufnahme von Wasser sinken kann.
Die Windenergieerzeugungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsträger (13) bei Anwendung im flachen Wasser oberhalb des Wasserpegels (1) in einer sicheren Höhe angeordnet sind, um einen Welleneinfluss zu vermeiden.
Eine Windenergieerzeugungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Boden von jedem Schwimmer (11, 101, 103) der eine Turbine (17, 18) trägt bei Anwendung im tiefen Wasser mit einem Kabel (106) an eine Kuppel (104) gekoppelt ist, die direkt in der Projektion des C.G. der Plattform angeordnet ist und sicher an einer Schwerpunktbasis (5) am Meeresboden (2) befestigt ist.
Windenergieerzeugungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der Schwimmer (11, 101, 103) als nicht-linearer Schwimmkörper ausgestaltet ist, der einen zylindrischen Bodenabschnitt (11) und einen abgerundeten trapezförmigen oberen Abschnitt (bei 101) aufweist.
Die Windenergieerzeugungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Schwimmer (11, 101, 103) sich aus einem oberen weinglasförmigen Schwimmkörper (103) und einer Bodendämpfungsplatte (102) zusammensetzen, wobei der weinglasförmige Schwimmkörper (103) einen Bodendurchmesser aufweist, der kleiner als der obere Bereich ist wobei der Durchmesser nicht-linearen Schwimmkörper bildet.
Eine Offshore-Windfarm, dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mehrere Windenergieerzeugungseinheiten nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Eine Windfarm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn diese im flachen Wasser angewendet wird, ein Trog (3) entlang eines Bewegungspfades der Schwimmer (11, 101, 103) ausgehoben wird, um eine Bewegung der Schwimmer (11, 101, 103) zu ermöglichen.
Ein Verfahren zum Konstruieren einer Windenergieerzeugungsfarm gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26, umfassend: Konstruieren einer Plattform, Installieren ein Windturbine (17, 18) auf dem Schwimmer (11, 101, 103) der Plattform; Vorfabrizieren eines Stahlgehäuses (150) in der Fabrik; Vorbereiten der Sockel an der Baustelle; Installieren eines unteren Stahlachsenrohres (503); Aufschwimmen der kompletten Plattform zur Baustelle; Ausrichten des zentralen Knotens (14) mit dem Mittelpunkt des unteren Rohres (503), das an der Meeresbodenbasis (5) befestigt ist; Hochheben und Fixieren des Stahlgehäuses (150) an dem unteren Rohr (503), das an dem Meeresboden (2) befestigt ist; Verbinden des Unterwasserkabels (44).
Verfahren zur Konstruktion nach Anspruch 29, wobei der Prozess des Konstruierens der Plattform aufweist: Vorfertigen der Schwimmer (11, 101, 103) in der Fabrik und eines Stahltragwerkes zum Ausbilden der Verbindungsträger (13); Transportieren der vorgefertigten Schwimmer (11, 101, 103) und des Stahltragwerkes zum Hafen; Fixieren des ersten Schwimmers (11, 101, 103) im Wasser nahe dem Hafenbeck unter Verwendung von vorläufigen Maßnahmen, und Anwendung des Auftriebs der Schwimmer (11, 101, 103) oder der zusätzlichen Pontons oder von Pfahlkonstruktionen, um den Abschnitt der Schwimmer (11, 101, 103) anzuheben bzw. abzustützen, um mit dem Stahltragwerk oberhalb der Wasseroberfläche für eine bequeme Installation befestigt zu werden, Anheben der Verbindungsträger (13), um die Schwimmer (11, 101, 103) und den zentralen Knoten (14) zu verbinden, um die Plattformkonstruktionen zu vervollständigen.