DE202013100004U1

DE202013100004U1 - Verankerungssystem für einen Park von schwimmfähigen Windenergieeinheiten

Info

Publication number: DE202013100004U1
Application number: DE202013100004U
Authority: DE
Original assignee: HM Power AB
Current assignee: Flowocean Se AB
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2023-01-03
Also published as: DK201200188U3; CN203391970U

Abstract

Ein Verankerungssystem für einen Park einer Vielzahl an schwimmfähigen bzw. schwimmenden Windenergieeinheiten (2), wobei das Verankerungssystem aufweist: – eine Vielzahl an Verankerungselementen (1), die im Bodensediment der See befestigt sind, und – eine Vielzahl an Befestigungselementen, wobei jede Windenergieeinheit (2) mit zumindest drei Befestigungselementen zwischen jeweiligen Verankerungselementen (1) und der Windenergieeinheit (2) verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (1) einer der Pfähle Saugpfahl und getriebener Pfahl ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verankerungssystem für einen Park von einer Vielzahl an schwimmenden Windenergieeinheiten. Das Verankerungssystem weist eine Vielzahl von Verankerungselementen, die im Bodensediment der See befestigt sind, und eine Vielzahl von Befestigungselementen auf. Jede Windenergieeinheit ist mit zumindest 3 Befestigungselementen zwischen jeweiligen Befestigungselementen und der Windenergieeinheit verankert.
STAND DER TECHNIK
Das Verankern einer schwimmfähigen Windenergieeinheit in einer sogenannten Windfarm, bei der eine Vielzahl an Einheiten in gleichem Abstand zu verankern sind, bedeutet, dass eine Anzahl von Aufgaben erfüllt sein muss. Einerseits sind so wenig Verankerungspunkte wie möglich wünschenswert. Andererseits müssen die Positionen der Verankerungselemente mit Genauigkeit angeordnet werden. Ferner dürfen die Seile/Ketten mit einer beliebigen Schwimmeinheit nicht kollidieren. Ferner soll der sogenannte „Versatz” minimal sein, damit das Energieverbindungskabel keinen großen Beanspruchungen und Spannungen ausgesetzt ist. Schließlich soll die Verankerung einer Änderung bei der Richtung der Zugkraft in dem Falle, dass eines der drei Seile bricht, widerstehen.
Bekannte Einrichtung zur Verankerung:

A. Ein Verankern mit Seil/Kette, so dass die Zugkräfte mit der Oberfläche des Wassers beim Anker hauptsächlich parallel sind. Der Anker ist einer Schleifbewegung entlang des Bodens der See ausgesetzt, bis das eine starke Befestigung vorgenommen ist. Die Position des Ankers ist vom Zustand des Bodens der See abhängig und relativ unbestimmt. Der Anker kann als erstes nach einem großen Abstand (hunderten von Metern) von dem gewünschten Ort befestigt werden. Die Zugkraft soll hauptsächlich in einer Richtung entlang des Bodens der See auftreten. Die Länge der Seile/Ketten wird unter anderem durch die Tiefe der See bestimmt. Es ist notwendig, dass zumindest drei Anker für jede Einheit verwendet werden, und die Position ist relativ unbestimmt. Dieses Verfahren setzt daher nicht die vorstehend angeführten Aufgaben um.
B. Saugpfahl. Der Verankerungspunkt ist durch einen „auf dem Kopf stehenden Eimer” gebildet. Aus dem „Eimer” wird das Wasser gepumpt und der sich ergebende höhere Wasserdruck oberhalb des „Eimers” drückt dementsprechend den „Eimer” in den Boden der See. Die Zugkräfte können in beliebiger Richtung auftreten. Der Saugpfahl kann ferner bestimmten Vertikalkräften widerstehen. Die Position des Verankerungspunktes kann mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Durch dieses Verfahren besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit des Erfüllens der Aufgaben, die vorstehend genannt sind.
C. Getriebener Pfahl. Statt der Verwendung des Wasserdrucks kann mit wiederholten Schlägen ein zylindrisches Verankerungselement in den Boden der See eingebracht werden, wodurch sich entsprechende Vorteile wie beim Saugpfahl ergeben.

AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verankerungssystem vorzusehen, welches gestattet, dass eine Vielzahl an schwimmfähigen Windenergieeinheiten unter Verwendung einer verringerten Anzahl an Verankerungselementen im Vergleich zum Stand der Technik verankert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verankerungssystem vorzusehen, welches ermöglicht, dass die Kosten des Verankerns von einer Vielzahl an schwimmfähigen Windenergieeinheiten verringert werden. Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Verankerungssystem vorzusehen, dass unabhängig von der Tiefe der See einfach zu installieren ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verankerungssystem gelöst, das eine Vielzahl an Verankerungselementen, die im Bodensediment der See befestigt sind, und eine Vielzahl an Befestigungselementen aufweist, wie zum Beispiel Seilen, wobei jede Windenergieeinheit mit zumindest drei Befestigungselementen zwischen jeweiligen Verankerungselementen und der Windenergieeinheit verankert wird. Das Verankerungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement eines der Pfähle Saugpfahl und getriebener Pfahl ist.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Windenergiepark angeordnet, so dass die Windenergieeinheiten verteilt sind, dass ein oder mehr hexagonale Zellen gebildet werden, die eines der Verankerungselemente haben, das sich im Mittelpunkt der Hexagonalzelle befindet.
Die Kombination des Anordnens der Windenergieeinheiten in Hexagonalzellen und der Verwendung entweder des Saugpfahls oder eines getriebenen Pfahls als Verankerungselemente erfordert eine geringere Anzahl an Verankerungselementen und ermöglicht, dass Befestigungselemente zwischen dem Verankerungselement im Zentrum der hexagonalen Zelle und den umgebenden schwimmfähigen Windenergieeinheiten direkt verbunden sind. Die Kosten zum Anordnen des Verankerungssystems der Erfindung werden dadurch im Vergleich zu Verankerungssystemen nach dem Stand der Technik verringert.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstrecken sich zumindest sechs Befestigungselemente von jedem Verankerungselement zu umgebenden Windenergieeinheiten für zumindest eine Mehrheit der Verankerungselemente.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich das Verankerungselement in einem gleichmäßigen, äquidistanten Muster und sind die Windenergieeinheiten in einem ähnlichem äquidistanten Muster angeordnet, so dass keines der Verankerungselemente mehr als ein Befestigungselement mit einer Windenergieeinheit verbunden hat.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Verankerungselemente einen Körper, der als ein Rohr ausgebildet ist, das angepasst ist, einen geschlossenen Raum mit dem Bodensediment zu bilden, und ein Ventil auf, wobei die Verankerungselemente angepasst sind, im Bodensediment mittels des Auspumpens des Wassers aus dem Raum befestigt zu werden.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Befestigungselemente Seile, die hauptsächlich ein elastisches Polymermaterial aufweisen.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Seile hauptsächlich Polyester auf.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System zumindest eine Sinkeinrichtung je Befestigungselement auf, die sich zwischen dem Verankerungselement und der schwimmfähigen Windenergieeinheit befindet.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ein weiteres Verankerungselement auf, das sich zwischen jeder zweiten Windenergieeinheit befindet, so dass jede zweite Windenergieeinheit mittels drei Befestigungselementen verankert ist und jede zweite Windenergieeinheit mittels der sechs Befestigungselemente verankert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun näher durch die Beschreibung der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 offenbart eine Seitenansicht einer schwimmfähigen Windenergieeinheit.
2 offenbart ein Verankerungssystem für einen Park einer Vielzahl an schwimmfähigen Windenergieeinheiten entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 offenbart eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Verankerungssystems.
4 offenbart ein Verankerungssystem für einen Park einer Vielzahl an schwimmfähigen Windenergieeinheiten entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 offenbart eine Seitenansicht einer schwimmfähigen Windenergieeinheit. Diese weist eine schwimmfähige Boje an der Vorderseite auf, um die diese rotieren kann. Die Boje ist mit Seilen an Verankerungselementen im Boden der See verankert. Jede Windenergieeinheit ist mittels von zumindest drei Seilen verankert. Die Tiefe kann beispielsweise 20–30 Meter sein.
Es wird auf 2 verwiesen. Ein Verankerungselement 1, wie ein Saugpfahl oder ein getriebener Pfahl, ist in einem hexagonalen Muster angeordnet. Jedes Verankerungselement 1 hat sechs Befestigungselemente, wie zum Beispiel Seile, die mit einer Trennung von 60° befestigt sind. Jede schwimmfähige Windenergieeinheit 2 weist Windturbinen auf. Jede schwimmfähige Windenergieeinheit 2 ist mittels von zumindest drei Befestigungselementen befestigt, ein Befestigungselement an drei unterschiedlichen Verankerungselementen 1. Die Befestigungselemente sind vom Polyestertyp oder Ähnlichem, der statt einer geometrischen Erstreckung entlang der Kettenlinie sich aus elastischem Material zusammensetzt, das vorgespannt ist. Wenn die schwimmfähige Windenergieeinheit 2 Kräften von der See unterworfen wird, wird das Seil (werden die Seile), das vorgespannt ist (sind), gestreckt. Die Horizontalbewegung der schwimmfähigen Windenergieeinheit 2 kann im Vergleich zur Kettenlinien- bzw. Kettenstrangerstreckung verringert werden. Das Verankerungselement 1 kann ferner Vertikallasten absorbieren, die die Verankerungspunkte relativ unabhängig von der Tiefe der See gestalten. Es wurde ein System erreicht, das unabhängig von Randeffekten nur 0,5 Verankerungspunkte je Windenergieeinheit (6 Seile je Verankerungselement 1 und drei Stränge je schwimmfähiger Windenergieeinheit 2) hat.
Es wird auf 3 verwiesen. In einem bestimmten Abstand von der schwimmfähigen Windenergieeinheit 2 ist ein Gewicht/eine Sinkeinrichtung 5 an den Seilen befestigt, wodurch sich drei Funktionen ergeben:

1. Es kann die schwimmfähige Windenergieeinheit 2 in einer deutlich großen Tiefe der See verankert werden, ohne dass die Seile mit einer schwimmfähigen Windenergieeinheit kollidieren, die sich in einer Kreisbewegung dreht, nachdem eine Änderung der Windrichtung stattgefunden hat.
2. Es wird die geometrische Ausdehnung mit der Elastizität im Seil kombiniert und dadurch verringern sich die Spannungen in den Seilen.
3. Das Seil wird zu jedem Zeitpunkt vorgespannt gehalten, wodurch die Installation erleichtert wird. Die Spannung des Seiles wird hergestellt, wenn die Sinkeinrichtung angeordnet wird.

Es können natürlich andere Verankerungselemente als vorstehend genannt verwendet werden, vorausgesetzt, dass diese die Anforderungen des Widerstehens in Bezug auf eine bestimmte Kraft in Vertikalrichtung erfüllen und dass diese mit Genauigkeit angeordnet werden können. Dieses kann beispielsweise eine sogenannte Gravitationsverankerung sein, die aus einer ausreichend großen Masse besteht.
Eine Vielzahl an anderen Mustern ist möglich, jedoch sehen diese gleichzeitig entweder mehr Verankerungspunkte je Windenergieeinheit oder eine ungleiche Teilung der Anzahl der Seile je Windenergieeinheit 2 vor. Ein alternatives Muster ist in 4 gezeigt, die einen bestimmten Vorteil vorsieht. Bei jeder zweiten Windenergieeinheit 2 ist ein Verankerungselement 3 angeordnet, das nur drei Seile hat. Dieses ergibt eine gleiche Anzahl an Verankerungspunkten wie die Anzahl der schwimmfähigen Windenergieeinheiten 2. Jede zweite schwimmfähige Windenergieeinheit 2 nimmt dann sechs Seile für das Verankern auf. Die Anzahl der Verankerungspunkte ist jedoch verdoppelt, so dass die Anzahl der Verankerungspunkte gleich der Anzahl der schwimmfähigen Windenergieeinheiten ist. Der Vorteil ist jedoch, dass jede zweite schwimmfähige Windenergieeinheit 2 eine große Sicherheitsmarge gegenüber Kräften von Wasser und Wind hat, so dass das Risiko des Dominoeffektes verringert wird. Wenn ein Seil von einer Windenergieeinheit 2, die nur drei Seile hat, bricht oder reißt, wird ein Stoppen in Bezug auf eine weitere Driftbewegung im Vergleich zur nächsten schwimmfähigen Windenergieeinheit 2, die 6 Seile zum Verankern hat vorgenommen.
Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass ein Verankerungspunkt sechs Seile bedient und jede schwimmfähige Windenergieeinheit 2 nur 0,5 Verankerungspunkte (drei Seile für drei Befestigungen und jedes Verankerungselement 1 hat sechs Befestigungen), siehe 2, hat. Alle anderen Anforderungen und Aufgaben, die beschrieben wurden, sind ferner erfüllt.
Ferner sind die anderen Aufgaben ebenfalls in guter Weise erfüllt. Es liegt eine gut bestimmte Position für jeden Verankerungspunkt vor. Es wird die Kollision zwischen den Verankerungsseilen und des Teiles, das sich in größter Tiefe erstreckt, einer Windenergieeinheit verhindert. Es werden Spannungen verringert. Es können kürzere Seile verwendet werden, da das Verankerungselement 1 Vertikalkräften widersteht. Es besteht schließlich keine starke Abhängigkeit von der Tiefe der See in Bezug auf den gegenseitigen Abstand zwischen der schwimmfähigen Windenergieeinheit 2 und daher kann die schwimmfähige Windenergieeinheit 2 in einer optimalen Weise positioniert werden.
Ein Verankerungssystem für einen Park einer Vielzahl an schwimmfähigen Windenergieeinheiten (2). Das Verankerungssystem weist eine Vielzahl von Verankerungselementen (1), die im Bodensediment der See befestigt sind, und eine Vielzahl an Befestigungselementen auf. Jede Windenergieeinheit (2) ist mit zumindest drei Befestigungselementen zwischen jeweiligen Befestigungselementen und der Windenergieeinheit (2) verankert. Das Verankerungselement (1) ist entweder ein Saugpfahl oder ein getriebener Pfahl.

Claims

Ein Verankerungssystem für einen Park einer Vielzahl an schwimmfähigen bzw. schwimmenden Windenergieeinheiten (2), wobei das Verankerungssystem aufweist: – eine Vielzahl an Verankerungselementen (1), die im Bodensediment der See befestigt sind, und – eine Vielzahl an Befestigungselementen, wobei jede Windenergieeinheit (2) mit zumindest drei Befestigungselementen zwischen jeweiligen Verankerungselementen (1) und der Windenergieeinheit (2) verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (1) einer der Pfähle Saugpfahl und getriebener Pfahl ist.
Das Verankerungssystem nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Windenergiepark angeordnet ist, so dass die Windenergieeinheiten (2) verteilt sind, wobei eine oder mehrere Hexagonalzellen gebildet wird/werden, bei denen eines der Verankerungselemente im Zentrum der Hexagonalzelle angeordnet ist.
Das Verankerungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet ist, dass sich zumindest sechs Befestigungselemente von jedem Verankerungselement (1) erstrecken, um Windenergieeinheiten (2) für zumindest eine Mehrheit der Verankerungselemente zu umgeben.
Das Verankerungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verankerungselemente (1) in äquidistantem, gleichmäßigem Muster positioniert sind und sich die Windenergieeinheiten in einem ähnlichen äquidistanten Muster befinden, so dass keines der Verankerungselemente (1) mehr als ein Befestigungselement mit einer Windenergieeinheit (2) verbunden hat.
Das Verankerungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verankerungselemente (1) einen Körper, der als ein Rohr ausgebildet ist, das angepasst ist, einen geschlossenen Raum mit dem Bodensediment zu bilden, und ein Ventil aufweisen, wobei die Verankerungselemente angepasst sind, im Bodensediment mittels des Auspumpens des Wassers aus dem Raum befestigt zu sein.
Das Verankerungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Befestigungselemente Seile sind, die hauptsächlich ein elastisches Polymermaterial aufweisen.
Das Verankerungssystem nach Anspruch 6, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Seile hauptsächlich Polyester aufweisen.
Das Verankerungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das System zumindest eine Sinkeinrichtung (5) je Befestigungselement hat, die sich zwischen dem Verankerungselement (1) und der schwimmfähigen Windenergieeinheit (2) befindet.
Das Verankerungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das System ein weiteres Verankerungselement aufweist, das sich zwischen jeder zweiten Windenergieeinheit befindet, so dass jede zweite Windenergieeinheit (2) mittels drei Befestigungselementen verankert ist und jede zweite Windenergieeinheit (2) mittels sechs Befestigungselementen verankert ist.