DE112021001211T5

DE112021001211T5 - Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE112021001211T5
Application number: DE112021001211.8T
Authority: DE
Inventors: Qing Zhang; Liying Zhang; Chen Guo; Qian Li; Zhenzhou SHAO
Original assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Current assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-03-09
Also published as: CN113202129A; WO2022252581A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung offenbart ein Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks und ein zugehöriges Verfahren. Das System umfasst ein Neigungsabschnittsystem, ein Oberseitenabschnittsystem und eine dreidimensionale Stützstruktur, wobei die dreidimensionale Stützstruktur trapezförmig ausgebildet ist und eine Basis, eine obere horizontale Fläche und eine schräge Neigungsfläche umfasst; wobei die schräge Neigungsfläche mit der Basis und der oberen horizontalen Fläche verbunden ist; wobei sowohl das Neigungsabschnittsystem als auch das Oberseitenabschnittsystem als Gitterstruktur ausgebildet sind, wobei das Gittersystem aus einem Gitter und einer Standsäule besteht, wobei jedes Gitter durch zwei Standsäulen vertikal fixiert ist; wobei auf der schrägen Neigungsfläche das vertikal angeordnete Neigungsabschnittsystem vorgesehen und auf der oberen horizontalen Fläche das vertikal angeordnete Oberseitenabschnittsystem vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Anmeldung wird durch mehrere Schichten von Gitterstrukturen die Wasserströmungsgeschwindigkeit verringert und Schlamm in der Nähe der untersten Schicht des Meeresbodens zurückgehalten; Durch Vorsehen der schrägen Neigungsfläche der dreidimensionalen Stützstruktur wird weiter der Strömungswiderstand erhöht und die Wasserströmungsgeschwindigkeit gesenkt; Durch die Kombination der dreidimensionalen Stützstruktur und der Gitterstruktur wird erheblich die Rauigkeit des Meeresgrunds erhöht, die Wasserströmungsgeschwindigkeit gesenkt und somit die Aufgabe zum Kolkschutz der Gründung erfüllt.

Description

Bezugnahme auf betroffene Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität für die am 4. Juni 2021 bei dem chinesischen Patent- und Markenamt eingereichte Patentschrift mit der Anmeldenummer von 202110626846.6, deren sämtliche Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung gehört zu dem technischen Gebiet der Windstromerzeugung und betrifft konkret ein Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks und ein zugehöriges Verfahren.
Stand der Technik
Mit der schnellen Zunahme der installierten Kapazität der Offshore-Windkraftanlagen mit Einzelpfahlgründung erregt das Problem der Auskolkung der Gründung zunehmende Aufmerksamkeit. Bei herkömmlicher Kolkschutztechnik für Pfahlgründungen wird im Bereich einer Gründung eine Schutzschicht u.a. aus Steinen, Betonbrocken und Sandsacken verlegt, um die Kolkbeständigkeit zu erhöhen. In der Regel wird dabei hoher Arbeitsaufwand benötigt und keine ausgezeichnete Schutzwirkung erzielt.
Inhalt der vorliegenden Erfindung
Um das oben genannte technische Problem zu lösen, liegt der vorliegenden Anmeldung die Aufgabe zugrunde, ein Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks und ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, womit die Wasserströmungsgeschwindigkeit innerhalb eines Schutzbereichs gesenkt und die Aufgabe zum Kolkschutz einer Gründung erfüllt wird.
Gemäß der vorliegenden Anmeldung wird die Aufgabe gelöst durch die folgende Ausgestaltung.
Ein Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks umfasst ein Neigungsabschnittsystem, ein Oberseitenabschnittsystem und eine dreidimensionale Stützstruktur. Die dreidimensionale Stützstruktur ist trapezförmig ausgebildet und umfasst eine Basis, eine obere horizontale Fläche und eine schräge Neigungsfläche; wobei die schräge Neigungsfläche mit der Basis und der oberen horizontalen Fläche verbunden ist. Sowohl das Neigungsabschnittsystem als auch das Oberseitenabschnittsystem sind als Gitterstruktur ausgebildet, wobei das Gittersystem aus einem Gitter und einer Standsäule besteht, wobei jedes Gitter durch zwei Standsäulen vertikal fixiert ist. Auf der schrägen Neigungsfläche ist das vertikal angeordnete Neigungsabschnittsystem vorgesehen und auf der oberen horizontalen Fläche ist das vertikal angeordnete Oberseitenabschnittsystem vorgesehen.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass die Gitterstruktur des Neigungsabschnittsystems und des Oberseitenabschnittsystems einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet ist.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass das Gitter eine Porosität von 10% bis 50% aufweist und seine Unterkante an der dreidimensionalen Stützstruktur fixiert ist.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass das Gitter aus einem korrosionsbeständigen Metallmaterial hergestellt ist.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass das die Standsäulen an der dreidimensionalen Stützstruktur fixiert und in gleichem Abstand angeordnet sind.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass die Basis im Meeresboden eingegraben und fixiert ist.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass die schräge Neigungsfläche und die horizontale Ebene einen Winkel von α einschließen; wobei der Winkel α im Bereich von 30° bis 60° liegt.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung ist optional vorgesehen, dass vor einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks entlang der Hauptströmungsrichtung des Wasserstroms am Meeresboden das Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks in einer Schicht oder in mehreren Schichten vorgesehen ist.
Ein Verfahren zum Kolkschutz einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks umfasst die folgenden Schritte. Meereswasser durchströmt das Neigungsabschnittsystem auf der schrägen Neigungsfläche und ein Teil des Schlamms im Wasser wird durch das Gitter zurückgehalten, wobei aufgrund des Aufstiegs der Steigung und der Behinderung durch das Steigungsabschnittsystem die Strömungsgeschwindigkeit von Meereswasser abnimmt. Meereswasser durchströmt das Oberseitenabschnittsystem auf der oberen horizontalen Fläche und Schlamm im Wasser wird zurückgehalten, wobei Meereswasser durch das Oberseitenabschnittsystem behindert wird und die Strömungsgeschwindigkeit wieder abnimmt, womit die Auskolkung einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks durch Meereswasser verringert wird.
Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die vorliegende Anmeldung vorteilhafterweise durch Folgendes aus:

1. Bei der vorliegenden Anmeldung wird durch mehrere Schichten von Gitterstrukturen die Wasserströmungsgeschwindigkeit verringert und Schlamm in der Nähe der untersten Schicht des Meeresbodens zurückgehalten.
2. Bei der vorliegenden Anmeldung wird durch Vorsehen der schrägen Neigungsfläche der dreidimensionalen Stützstruktur weiter der Strömungswiderstand erhöht und die Wasserströmungsgeschwindigkeit gesenkt.
3. Bei der vorliegenden Anmeldung wird durch die Kombination der dreidimensionalen Stützstruktur und der Gitterstruktur erheblich die Rauigkeit des Meeresgrunds erhöht, die Wasserströmungsgeschwindigkeit gesenkt und somit die Aufgabe zum Kolkschutz der Gründung erfüllt.

Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen, die eine Bestandteil der Anmeldung darstellen, dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Anmeldung. Die schematischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung und deren Beschreibung dienen zur Erläuterung der Anmeldung, ohne die Anmeldung auf unangemessene Weise einzuschränken. Darin zeigt

1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Kolkschutzsystems für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks der vorliegenden Erfindung.

Dabei stehen 1 für Neigungsabschnittsystem, 2 für Oberseitenabschnittsystem, 3 für Gitter, 4 für Standsäule, 5 für Basis, 6 für schräge Neigungsfläche und 7 für obere horizontale Fläche.
Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend wird die vorliegende Anmeldung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die Merkmale in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung miteinander kombinieren lassen, soweit kein Widerspruch vorliegt.
Die folgende detaillierte Beschreibung ist beispielhaft und dient zu näherer Erklärung der vorliegenden Anmeldung. Soweit nicht anders angegeben, sollen alle technischen Begriffe, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, die gleichen Bedeutungen wie nach dem allgemeinen Verständnis der Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet haben. Die in der Anmeldung verwendeten Begriffe dienen nur einer Beschreibung konkreter Ausführungsformen, ohne die beispielhaften Ausführungsformen nach der vorliegenden Anmeldung einzuschränken.
Zum besseren Verständnis der technischen Mittel, der erfinderischen Merkmale, der Aufgabe und der Auswirkungen der vorliegenden Anmeldung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung auf die vorliegenden Anmeldung näher eingegangen.
Erstes Ausführungsbeispiel
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach der vorliegenden Anmeldung ein Neigungsabschnittsystem 1, ein Oberseitenabschnittsystem 2 und eine dreidimensionale Stützstruktur.
Die dreidimensionale Stützstruktur ist trapezförmig ausgebildet und umfasst eine Basis 5, eine obere horizontale Fläche 7 und eine schräge Neigungsfläche 6. Die schräge Neigungsfläche 6 ist mit der Basis 5 und der oberen horizontalen Fläche 7 verbunden. Die Basis 5 ist im Meeresboden eingegraben und fixiert. Die schräge Neigungsfläche 6 und die horizontale Ebene schließen einen Winkel von α ein. Die Basis 5, die obere horizontale Fläche 7 und die schräge Neigungsfläche 6 bilden gemeinsam die dreidimensionale Stützstruktur. Der Winkel α liegt in der Regel im Bereich von 30° bis 60°.
Sowohl das Neigungsabschnittsystem 1 als auch das Oberseitenabschnittsystem 2 sind als Gitterstruktur ausgebildet. Das Oberseitenabschnittsystem 2 ist vertikal auf der oberen horizontalen Fläche 7 installiert, während das Neigungsabschnittsystem 1 vertikal auf der schrägen Neigungsfläche 6 installiert ist. Die Gitterstruktur besteht aus einem Gitter 3 und einer Standsäule 4 und jedes Gitter 3 ist durch zwei Standsäulen 4 vertikal fixiert.
Die Gitterstruktur des Neigungsabschnittsystems 1 und des Oberseitenabschnittsystems 2 kann ein einschichtiges Gitter oder ein mehrschichtiges Gitter sein.
Das Gitter 3 ist aus einem korrosionsbeständigen Metallmaterial hergestellt und weist eine Porosität von 10% bis 50% auf. Seine Unterkante ist an der dreidimensionalen Stützstruktur fixiert.
Die Standsäulen 4 sind an der dreidimensionalen Stützstruktur fixiert und in gleichem Abstand angeordnet, um die Gitter 3 miteinander zu verbinden und die Steifigkeit der Gitter 3 zu erhöhen.
Die Basis 5 der dreidimensionalen Stützstruktur ist im Meeresboden eingegraben und fixiert.
Die Größe der dreidimensionalen Stützstruktur, beispielsweise die Höhe der Basis, der Neigungswinkel der schrägen Neigungsfläche, die Höhe der oberen horizontalen Fläche und die Länge entlang der Wasserströmungsrichtung, wird in Abhängigkeit von der Wasserströmungsgeschwindigkeit am Meeresgrund und anderen Parametern festgelegt.
Das Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks kann vor einer unterseeischen Gründung einer Windkraftanlage entlang der Hauptströmungsrichtung des Wasserstroms am Meeresgrund in einer Schicht oder in mehreren Schichten vorgesehen sein.
Zweites Ausführungsbeispiel
Die vorliegende Anmeldung stellt ferner ein Verfahren zum Kolkschutz einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks bereit. Es ist auf dem Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach dem ersten Ausführungsbeispiel basiert und umfasst die folgenden Schritte:

Schritt I. Meereswasser durchströmt das Neigungsabschnittsystem 1 auf der schrägen Neigungsfläche 6 und ein Teil des Schlamms im Wasser wird durch das Gitter 3 zurückgehalten, wobei aufgrund des Aufstiegs der Steigung und der Behinderung durch das Steigungsabschnittsystem 1 die Strömungsgeschwindigkeit von Meereswasser abnimmt;
Schritt II. Meereswasser durchströmt das Oberseitenabschnittsystem 2 auf der oberen horizontalen Fläche 7 und Schlamm im Wasser wird zurückgehalten, wobei Meereswasser durch das Oberseitenabschnittsystem 2 behindert wird und die Strömungsgeschwindigkeit wieder abnimmt, womit die Aufgabe zum Kolkschutz einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks erfüllt wird.

Wie sich aus technischem Allgemeinwissen ergibt, lässt sich die vorliegende Anmeldung auch anhand anderer Ausgestaltungen ohne Abweichen von dem wesentlichen Geist oder den notwendigen Merkmalen verwirklichen. Daher sind die oben offenbarten Ausgestaltungen in Bezug auf einzelne Aspekte nur beispielhaft und nicht ausschließlich. Jegliche Abänderungen, die in dem Umfang der vorliegenden Anmeldung oder in gleichwertigem Umfang der vorliegenden Anmeldung liegen, sind von der Anmeldung umfasst.
Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass die obigen Ausführungsbeispiele nur zur Erläuterung der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung dienen, ohne diese einzuschränken. Obwohl die vorliegende Anmeldung unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, versteht es sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass verschiedene Modifikationen an den konkreten Ausführungsformen der Anmeldung oder gleichwertige Substitutionen vorgenommen werden können und jegliche Abänderungen oder gleichwertige Substitutionen ohne Abweichen von dem Geist und dem Umfang der Anmeldung von dem Schutzumfang der Ansprüche der Anmeldung umfasst sein sollen.

Claims

Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Neigungsabschnittsystem (1), ein Oberseitenabschnittsystem (2) und eine dreidimensionale Stützstruktur umfasst; wobei die dreidimensionale Stützstruktur trapezförmig ausgebildet ist und eine Basis (5), eine obere horizontale Fläche (7) und eine schräge Neigungsfläche (6) umfasst, wobei die schräge Neigungsfläche (6) mit der Basis (5) und der oberen horizontalen Fläche (7) verbunden ist; wobei sowohl das Neigungsabschnittsystem (1) als auch das Oberseitenabschnittsystem (2) als Gitterstruktur ausgebildet sind, wobei das Gittersystem aus einem Gitter (3) und einer Standsäule (4) besteht, wobei jedes Gitter (3) durch zwei Standsäulen (4) vertikal fixiert ist; wobei auf der schrägen Neigungsfläche (6) das vertikal angeordnete Neigungsabschnittsystem (1) vorgesehen und auf der oberen horizontalen Fläche (7) das vertikal angeordnete Oberseitenabschnittsystem (2) vorgesehen ist.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur des Neigungsabschnittsystems (1) und des Oberseitenabschnittsystems (2) einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet ist.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (3) eine Porosität von 10% bis 50% aufweist und seine Unterkante an der dreidimensionalen Stützstruktur fixiert ist.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (3) aus einem korrosionsbeständigen Metallmaterial hergestellt ist.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Standsäulen (4) an der dreidimensionalen Stützstruktur fixiert und in gleichem Abstand angeordnet sind.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (5) im Meeresboden eingegraben und fixiert ist.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schräge Neigungsfläche (6) und die horizontale Ebene einen Winkel von α einschließen, wobei der Winkel α im Bereich von 30° bis 60° liegt.
Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks entlang der Hauptströmungsrichtung des Wasserstroms am Meeresgrund das Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks in einer Schicht oder in mehreren Schichten vorgesehen ist.
Verfahren zum Kolkschutz einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks, dadurch gekennzeichnet, dass es auf dem Kolkschutzsystem für eine Pfahlgründung eines Offshore-Windparks nach einem der Ansprüche 1 bis 8 basiert ist und die folgenden Schritte umfasst: Meereswasser durchströmt das Neigungsabschnittsystem (1) auf der schrägen Neigungsfläche (6) und ein Teil des Schlamms im Wasser wird durch das Gitter (3) zurückgehalten, wobei aufgrund des Aufstiegs der Steigung und der Behinderung durch das Steigungsabschnittsystem die Strömungsgeschwindigkeit von Meereswasser abnimmt; Meereswasser durchströmt das Oberseitenabschnittsystem (2) auf der oberen horizontalen Fläche (7) und Schlamm im Wasser wird zurückgehalten, wobei Meereswasser durch das Oberseitenabschnittsystem (2) behindert wird und die Strömungsgeschwindigkeit wieder abnimmt, womit die Auskolkung einer Pfahlgründung eines Offshore-Windparks durch Meereswasser verringert wird.