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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergie-Generatoranlage oder eine mit Wind betriebene
Generatoranlage, die Windenergie verwendet, um Elektrizität zu erzeugen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergie-Generatoranlage,
die eine Vielzahl von Generatoren aufweist, die durch Windmühlen angetrieben
sind, welche auf einer auf Wasser schwimmenden Struktur installiert sind.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ein
Windenergie-Generatorsystem oder ein mit Windenergie betriebenes
Generatorsystem, das die kinetische Energie von durch Windenergie
angetriebenen Windmühlen
in Elektrizität überführt, ist
im Stand der Technik bekannt. Ein mit Windenergie betriebenes Generatorsystem
ist ein "sauberes" System zur Erzeugung
von Elektrizität,
da es keinen Brennstoff für
die Verbrennung erfordert. Da jedoch ein mit Windenergie betriebenes
Generatorsystem stabilen Wind benötigt, ist die Verfügbarkeit
von geeigneten Orten zur Konstruktion einer Windenergie-Generatoranlage
auf Land ziemlich beschränkt.
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Auf
der anderen Seite ist es, da es vergleichsweise einfach ist, auf
dem Wasser Orte zu finden, wo ein stabiler Wind erhalten werden
kann, möglich,
eine Windenergie-Generatoranlage
auf Wasser wie etwa einem See oder auf dem Meer zu konstruieren.
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Wenn
eine mit Windenergie betriebene Generatoranlage in flachem Wasser
gebaut wird, kann sie als fixierte Anlage gebaut werden, bei der
eine Tragstruktur auf dem Boden des Sees oder am Meerboden gebaut
werden und Windmühlen-Generatorsets können auf
einer auf der Unterstruktur platzierten Oberstruktur gebaut werden.
Wenn das Wasser jedoch tief ist, ist es nicht praktikabel, eine
fixierte mit Windenergie betriebene Generatoranlage zu konstruieren,
da die Kosten für
den Bau von deren Unterstruktur sehr hoch werden.
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Daher
werden dann, wenn das Wasser tief ist, schwimmende mit Windenergie
betriebene Generatoren verwendet, in denen Windmühlen-Generatorsets auf einem
Schwimmkörper
installiert sind.
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Ein
Beispiel einer derartigen schwimmenden mit Windenergie betriebenen
Generatoranlage ist beispielsweise in der ungeprüfte japanische Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungs-Nr.
3-57885 oder in der
DE 3224976 offenbart.
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Für die mit
Windenergie betriebene Generatoranlage der 885-Veröffentlichung
wird ein Schwimmkörper
als Tragfläche
gebaut, das auf einer einzelnen Ebene (d.h. einer Gerüststruktur)
unter Verwendung von Stahlrohren aufliegt, und eine Vielzahl von
Windmühlen-Generatorsets
ist auf dem Schwimmkörper
installiert. Die Erfindung gemäß der 885-Veröffentlichung
ist dazu gedacht, die Konstruktionskosten eines Schwimmkörpers für eine schwimmende,
mit Windenergie betriebene Generatoranlage durch Konstruieren des
Schwimmkörpers
als Gerüststruktur
unter Verwendung von Stahlrohren zu senken.
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Wenn
jedoch die Anzahl von auf dem Schwimmkörper installierten Windmühlen-Generatorsets
erhöht
wird, steigen die Kosten zur Konstruktion des Schwimmkörpers an
und die Energieeinheits-Erzeugungskosten
der Anlage werden auch dann exzessiv hoch, wenn die Gerüststruktur
der Rohre, wie sie in der '885-Veröffentlichung
offenbart ist, für
den Schwimmkörper
verwendet wird.
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Wenn
mehr als Windmühlen-Generatorsets verwendet
werden und wenn die Windmühlen
nahe zueinander in der Windrichtung angeordnet sind, sinkt die Energieerzeugungseffizienz
der in Windrichtung rückwärtig angeordneten
Windmühlen-Generatorsets aufgrund
des Einflusses des in Windrichtung vorne stehenden Windmühlen-Generatorsets
ab. Daher muss dann, wenn zwei oder mehrere Windmühlen-Generatorsets
in einer mit Windenergie betriebenen Generatoranlage verwendet werden,
der Abstand zwischen den Windmühlen-Generatorsets,
die zueinander benachbart sind, in der Richtung des Winds ausreichend
groß sein.
Insbesondere in dem Fall, in dem die Windrichtung nicht konstant
ist, d.h. dann, wenn tägliche
oder saisonale Veränderungen der
Windrichtung erwartet werden können,
muss der Abstand zwischen zueinander benachbarten Windmühlen in
sämtlichen
möglichen
Windrichtungen ausreichend groß sein.
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Generell
sinkt dann, wenn der Abstand zwischen benachbarten Windmühlen-Generatorsets
in Windrichtung verringert wird, die Energieerzeugungseffizienz
der in Windrichtung abgelegenen Windmühlen-Generatorsets ab. Die
Energieerzeugungseffizienz eines Windmühlen-Generatorsets ist das
Verhältnis
der Menge an von einem Windmühlen-Generatorset
erzeugter elektrischer Energie dann, wenn sie nahe zu einem anderen
Windmühlen-Generatorset angeordnet
ist, zu der Menge an von dem gleichen Windmühlen-Generatorset erzeugter
elektrischer Energie, wenn es in den gleichen Windbedingungen alleine
angeordnet ist, definiert. Daher wurde bisher geglaubt, dass die
Gesamt-Energieerzeugungseffizienz
einer mit Wind betriebenen Generatoranlage schnell absinkt und daher
die Energieeinheits-Erzeugungskosten
der mit Windenergie betriebenen Generatoranlage insgesamt dann stark ansteigen,
wenn der Abstand zwischen den Windmühlen-Generatorsets in der Anlage
absinkt. Die Gesamtenergie-Erzeugungseffizienz einer mit Windenergie
betriebenen Generatoranlage wird als Verhältnis zwischen einer tatsächlichen
Menge an Energieerzeugung der Anlage insgesamt und einer Summe der
Mengen der Energieerzeugung der jeweiligen Windmühlen-Generatorsets dann, wenn
die jeweiligen Windmühlengeneratoren
in gleichen Windbedingungen alleine angeordnet sind, definiert.
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Generell
ist zur Unterdrückung
des Anstiegs der Energieeinheits-Erzeugungskosten der mit Windenergie
betriebenen Generatoranlage innerhalb eines praktikablen Bereichs
die maximal erlaubte Reduktion der Gesamtenergie-Erzeugungseffizienz der Anlage dann,
wenn zwei oder mehrere Windmühlen-Generatorsets
in der Windrichtung angeordnet sind, etwa 20%. Gemäß einem üblicherweise
verwendeten Abschätzungsverfahren
für die
Gesamtenergie-Erzeugungseffizienz
wurde bisher geglaubt, dass ein Abstand von mehr als viermal dem
Durchmesser der Rotoren der Windmühlen erforderlich sein würde, das
heißt,
dass der Abstand zwischen den Säulen
der jeweiligen Rotoren der Windmühlen größer als
viermal dem Rotordurchmesser entsprechen muss, um die Reduktion
der Gesamtenergie-Erzeugungseffizienz der Anlage bei weniger als 20%
zu halten.
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In
dem Fall, in dem die mit Windenergie betriebene Generatoranlage
Windmühlen-Generatorsets
der 1 Mega-Watt-Klasse
verwenden, beträgt
der Durchmesser der Rotoren der Windmühlen etwa 60 Meter. Dies erfordert
ein Minimum von 240 Metern zwischen den jeweiligen Windmühlen-Generatorsets.
Ein Abstand von 240 Meter zwischen den Windmühlen-Generatorsets bewirkt
keine ernsten Probleme bei einer auf Land gestützten mit Windenergie betriebenen
Generatoranlage. Bei einer schwimmenden mit Windenergie betriebenen
Generatoranlage wird jedoch die Größe des Schwimmkörpers (auf dem
die Windmühlen-Generatorsets installiert
sind) dann extrem groß,
wenn der Säulenabstand
zwischen den jeweiligen Windmühlen-Generatorsets größer als
240 Meter betragen muss. Dies bewirkt einen ernsthaften Anstieg
der Konstruktionskosten des Schwimmkörpers und auch dann, wenn das
Absinken der Energieerzeugungseffizienz innerhalb des erlaubten
Werts gehalten wird, werden die Energieeinheits-Erzeugungskosten
der Anlage inklusive der Konstruktionskosten des Schwimmkörpers exzessiv hoch.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die Probleme im Stand der Technik, wie sie oben beschrieben
wurden, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Energieeinheits-Erzeugungskosten
einer schwimmenden, mit Windenergie betriebenen Generatoranlage durch Unterdrücken des
Anstiegs der Konstruktionskosten der Schwimmkörpers auf ein praktikables
Niveau zu reduzieren.
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Die
oben genannten Ziele werden durch eine mit Windenergie betriebene
Generatoranlage gemäß Anspruch
1 erreicht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Abstand zwischen den Zentren der Rotoren der Windmühlen der
Windmühlen-Generatorsets bei
einem Wert eingestellt, der kleiner als der konventionelle Minimalwert
von viermal dem Rotordurchmesser ist.
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Wenn
mehr als zwei Windmühlen-Generatorsets
auf einem Schwimmkörper
installiert sind, insbesondere in dem Fall, in dem die Richtung
des Winds sich mit der Tageszeit oder der Jahreszeit ändert, muss
der Säulenabstand
zwischen sämtlichen Richtungen
zueinander benachbarter Windmühlen-Generatorsets
größer als
ein bestimmter Minimalwert sein (ein Wert, der zum Beibehalten der
Reduktion der Energieerzeugungseffizienz der Windmühlen-Generatorsets
innerhalb eines zulässigen Bereichs
erforderlich ist). Daher erhöht
sich der obere Oberflächenbereich
des Schwimmkörpers
in quadratischer Proportion zum minimalen Säulenabstand. Die Konstruktionskosten
eines Schwimmkörpers steigen
beispielsweise in einer Proportion zur oberen Oberfläche an,
wenn ein gehäuseförmiger Schwimmkörper verwendet
wird. Daher erhöhen
sich die Konstruktionskosten der Schwimmkörpers in quadratischer Position
zum Säulenabstand,
wenn ein kastenförmiger
Schwimmkörper
verwendet wird. Wenn eine Tragwerkstruktur für den Schwimmkörper, wie
er in der 885-Veröffentlichung
offenbart ist, verwendet wird, obwohl die Konstruktionskosten niedriger
als in dem Fall sein können,
wo ein kastenförmiger Schwimmkörper verwendet
wird, erhöhen
sich die Konstruktionskosten des Schwimmkörpers immer noch in einer Rate,
die größer als
ein Wert ist, der proportional zum Säulenabstand ist und geringer
als ein Wert, der in quadratischer Proportion zum Säulenabstand
steht.
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Um
die Konstruktionskosten des Schwimmkörpers zu reduzieren, ist es
daher notwendig, den Säulenabstand
zu reduzieren. Es wurde jedoch bisher geglaubt, dass es nicht möglich ist,
den Säulenabstand
auf einen Wert zu reduzieren, der niedriger als der Minimalabstand
von viermal dem Rotordurchmesser beträgt. Wenn der Säulenabstand
auf einen Wert reduziert wurde, der niedriger als dieser minimale
Abstand war, wurde vermutet, dass der Anstieg der Energieeinheits-Erzeugungskosten
der Anlage aufgrund des Absinkens der Gesamt-Energieerzeugungseffizienz das Absinken
der Konstruktionskosten des Schwimmkörpers übersteigen würde.
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Als
Ergebnis wiederholter Experimente haben die Erfinder herausgefunden,
dass die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz der mit Windenergie betriebenen
Generatoranlage nicht wie bisher geglaubt absinkt, wenn der Säulenabstand
kleiner als viermal dem Rotordurchmesser wird. Es wurde von den
Erfindern herausgefunden, dass auch in dem Bereich, in dem der Säulenabstand
kleiner als viermal dem Durchmesser der Rotoren entspricht die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz
der mit Windenergie betriebenen Generatoranlage tatsächlich sehr langsam
mit sinkendem Säulenabstand
abnimmt, was im Gegensatz zum bisherigen Glauben stand.
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In
anderen Worten wurde durch die Erfinder herausgefunden, dass obwohl
die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz der Anlage mit sinkendem Säulenabstand
sinkt, der Anstieg der Energieeinheits-Erzeugungskosten aufgrund
des Absinkens der Energieerzeugungseffizienz kleiner als die Verringerung der
Energieeinheits-Erzeugungskosten aufgrund der Reduktion der Konstruktionskosten
durch Reduzierung des Säulenabstands
ist. Daher wurde im Gegensatz zu bisherigen Erkenntnissen herausgefunden,
dass die Energieeinheits-Erzeugungskosten der mit Windenergie betriebenen
Generatoranlage durch Reduzierung des Säulenabstands auf einen Wert
von weniger als viermal dem Rotor der Windmühle reduziert werden können.
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In
der vorliegenden Erfindung werden basierend auf den oben erläuterten
Erkenntnissen die Energieeinheits-Erzeugungskosten der mit Windenergie
betriebenen Generatoranlage durch Reduzierung des Säulenabstands
zwischen den Windmühlen-Generatorsets auf
einen Wert von kleiner als viermal dem Durchmesser des Rotors der
Windmühle
stark abgesenkt, wie dies in Anspruch 1 dargelegt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der im Nachfolgenden angegebenen
Beschreibung und unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen besser
verständlich.
In den Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer auf einem Schwimmkörper angeordneten,
mit Windenergie betriebenen Generatoranlage gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 die
Darstellung der Beziehung zwischen einem Windmühlen-Intervallverhältnis sowie der
Energieerzeugungseffizienz;
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3 die
Darstellung einer Beziehung zwischen dem Windmühlen-Intervallverhältnis sowie
der Energieeinheits-Erzeugungskosten
unter Berücksichtigung
des Absinkens der Energieerzeugungseffizienz;
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4 eine
schematische Perspektivansicht einer auf einem Schwimmkörper angeordneten,
mit Windenergie betriebenen Generatoranlage gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
schematische Perspektivansicht, die eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt, die sich von denjenigen der 1 und 4 unterscheidet;
und
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6 eine
schematische Perspektivansicht, die eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die sich von denjenigen in den 1, 4 und 5 unterscheidet.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Im
Anschluss werden Ausführungsformen der
mit Windenergie betriebenen Generatoranlage gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 erläutert.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der auf einem Schwimmkörper angebrachten,
mit Windenergie betriebenen Generatoranlage gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 1 kennzeichnet
das Bezugszeichen 1 einen Schwimmkörper, der als auf Wasser schwimmende
Struktur gebaut ist, das Bezugszeichen 30 kennzeichnet
ein Windmühlen-Generatorset für die Energieerzeugung.
In dieser Ausführungsform
wird die den Schwimmkörper
bildende Struktur durch die Kombination hohler Trägerelemente
hergestellt. Jedes dieser hohlen Trägerelemente weist einen rechteckigen
Querschnitt auf und in dieser Ausführungsform sind drei Trägerelemente
mit identischer Länge miteinander
auf eine solche Weise verbunden, dass die jeweiligen Elemente eine
jeweilige Seite eines Schwimmkörpers
mit einer gleichschenkligen Dreieckform ausbilden. Auf dem Schwimmkörper ist
an jeder der drei Ecken des Dreiecks ein Windmühlen-Generatorset angeordnet.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, beinhaltet jedes der Windmühlen-Generatorsets 30 einen
Rotor 31, der mittels Wind gedreht wird, sowie einen Turm 33 zum
Abstützen
des Rotors 31. Die Position des Rotors 31 wird
so gesteuert, dass er sich um die zentrale Achse des Turms 31 in
Reaktion auf die Veränderungen
der Windrichtung dreht, so dass der Rotor 31 immer der
Aufwind-Richtung gegenübersteht.
Die Drehung des Rotors 31 wird mittels eines (nicht gezeigten)
Generators in Elektrizität überführt und durch
ein Kabel für
die elektrische Energie an Land geschickt.
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Die
hohlen Trägerelemente 11 des Schwimmkörpers, die
die jeweiligen Seiten des Dreiecks bilden, werden durch Schweißen von
Stahlplatten hergestellt. Jedes Trägerelement weist einen rechteckigen
Querschnitt von beispielsweise etwa 5 Metern Breite (W in 1)
sowie 8 Metern Höhe
(H in 1) auf. Jedes Strukturelement 11 ist
miteinander erzeugt und verbunden, um einen rechteckigen Schwimmkörper 1 auszubilden,
beispielsweise unter Verwendung einer konventionellen Fabrik wie
einer solchen, wie sie in einer existierenden Schiffswerft zu finden
ist. Nach der Vervollständigung
von deren Konstruktion wird der Schwimmkörper 1 zu dem Anlagenort
geschleppt, wo der Schwimmkörper 1 mittels
eines Ankerkabels fixiert wird.
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In
der Ausführungsform
aus 1 beträgt der
Durchmesser des Rotors 31 (D in 1) etwa
45 Meter, während
die Länge
jeder Seite des Schwimmkörpers 1 (L
in 1) etwa 60 Meter beträgt. In anderen Worten wird
der Abstand zwischen den Zentren der Windmühlen 30 (der Abstand
zwischen den Rotorsäulen)
bei etwa 1,3 Mal dem Rotordurchmesser eingestellt.
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Wie
bereits vorab erläutert,
sinkt die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz
der mit Windenergie betriebenen Generatoranlage mit sinkender Säulendistanz
zweier benachbarter Windmühlen-
und Generatorsets ab. Bisher wurde geglaubt, dass die Energieerzeugungseffizienz
eines abwindigen Windmühlen-Generatorsets
in Proportion zum Säulenabstand
zum aufwindigen Windmühlen-Generatorset absinkt,
und dass die Energieerzeugungseffizienz des abwindigen Windmühlen-Generatorsets um
etwa 80% abnimmt, wenn der Säulenabstand
etwa viermal dem Rotordurchmesser entspricht. Darüber hinaus wurde
geglaubt, dass die Energieerzeugungseffizienz weiter proportional
zum Säulenabstand
auch in dem Bereich absinkt, wo der Säulenabstand kleiner als viermal
der Rotordurchmesser ist. Generell beträgt die maximal zulässige Reduktion
der Energieerzeugungseffizienz der abwindigen Windmühlen-Generatorsets etwa
20%, wenn zwei oder mehrere Windmühlen-Generatorsets in Windrichtung angeordnet
sind. Daher wurde geglaubt, dass der zulässige minimale Säulenabstand
zwischen den Windmühlen-Generatorsets
etwa viermal dem Rotordurchmesser entspricht, und dass dann, wenn
der Säulenabstand
kleiner als viermal der Rotordurchmesser ist, sich die Energieeinheits- Erzeugungskosten
der Anlage insgesamt stark erhöhen,
da der Anstieg der Energieeinheits-Erzeugungskosten aufgrund des
Absinkens der Energieerzeugungseffizienz der Windmühlen-Generatorsets das
Absinken der Energieeinheits-Erzeugungskosten
aufgrund des Absinkens der Konstruktionskosten des Schwimmkörpers übersteigt.
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Gemäß den Forschungen
der Erfinder ist jedoch die Verringerung der Energieerzeugungseffizienz
der abwindigen Windmühlen-Generatorsets aufgrund
der Verringerung des Säulenabstands
zu den aufwindigen Windmühlen-Generatorsets
deutlich kleiner als bisher vermutet.
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2 ist
ein Graph, der die Veränderung
der Energieerzeugungseffizienz aufgrund der Veränderungen des Säulenabstands
der Windmühlen-Generatorsets
gemäß den Forschungen
der Erfinder zeigt. In 2 kennzeichnet die horizontale
Achse ein Intervallverhältnis,
das durch das Verhältnis
zwischen dem Säulenabstand
zwischen den Windmühlen-Generatorsets und
dem Durchmesser des Rotors definiert wird, und die vertikale Achse
kennzeichnet die Anlagen-Energieerzeugungseffizienz
der Anlage, die durch das Verhältnis
einer tatsächlichen
Menge der Energieerzeugung der Anlage insgesamt sowie einer Summe
der Mengen der Energieerzeugung der jeweiligen Windmühlen-Generatorsets
definiert wird, wenn die jeweiligen Windmühlen-Generatoren alleine in
den gleichen Windbedingungen angeordnet sind. Die durchgezogene
Linie in 2 zeigt die Ergebnisse der Forschungen
der Erfinder und die unterbrochene Linie in 2 zeigt
einen basierend auf dem konventionellen Abschätzverfahren berechneten Wert.
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Gemäß dem konventionellen
Abschätzverfahren
sinkt, wie dies aus der unterbrochenen Linie in 2 ersichtlich
ist, die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz proportional zum Intervallverhältnis ab
und die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz
sinkt auf eine maximal zulässige
Grenze (80%) dann ab, wenn das Intervallverhältnis auf etwa 4 (d.h., wenn der
Säulenabstand
auf etwa viermal dem Rotordurchmesser absinkt) abnimmt. Darüber hinaus
sinkt in dem Bereich, in dem das Intervallverhältnis kleiner als 4 ist, die
Gesamt-Energieerzeugungseffizienz weiter proportional zum Intervallverhältnis ab.
Somit wird dann, wenn eine Vielzahl von Windmühlen-Generatorsets auf einem
Schwimmkörper
installiert werden soll, ein Minimum von viermal dem Rotordurchmesser
für den
Säulenabstand
erforderlich sein. Daher wurde geglaubt, dass die Energieeinheits-Erzeugungskosten
nicht durch Reduzierung des Säulenabstands
auf einen Wert von kleiner viermal dem Rotordurchmesser reduziert
werden kann.
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Im
Gegensatz zum konventionellen Abschätzverfahren ist gemäß den Forschungen
der Erfinder und basierend auf dem Experiment, das durch die durchgezogene
Linie in 2 angezeigt ist, obwohl die
Gesamt-Energieerzeugungseffizienz mit sinkendem Intervallverhältnis sinkt,
die Rate der Verringerung deutlich kleiner als die des konventionellen Abschätzverfahrens.
Zusätzlich
hierzu wurde herausgefunden, dass sich die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz
tatsächlich
nur leicht in dem Bereich verändert,
in dem das Intervallverhältnis
zwischen 4,0 und 1,5 liegt. Wie aus der durchgezogenen Linie in 2 ersichtlich
ist, sinkt die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz in Übereinstimmung
mit dem Absinken des Intervallverhältnisses ab, wenn das Intervallverhältnis kleiner
als 1,5 ist.
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Daher
wurde gemäß den Forschungen
der Erfinder herausgefunden, dass die Größe des Schwimmkörpers in
einem Ausmaß reduziert
werden kann, bei dem das Intervallverhältnis etwa 1,5 beträgt, ohne
dabei eine wesentliche Verringerung der Gesamt-Energieerzeugungseffizienz in Kauf zu
nehmen. Dies bedeutet, dass die Energieeinheits-Erzeugungskosten
einer auf einem Schwimmkörper
angeordneten, mit Windenergie betriebenen Generatoranlage sich mit
sinkendem Intervallverhältnis
verringern, solange das Intervallverhältnis größer als 1,5 beträgt. Da jedoch
die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz sich recht stark mit sinkendem
Intervallverhältnis
verringert, wenn das Intervallverhältnis kleiner als 1,5 ist,
existiert ein Punkt, bei dem der Anstieg der Energieeinheits- Erzeugungskosten
aufgrund der Reduktion der Gesamt-Energieerzeugungseffizienz die Verringerung
der Energieeinheits-Erzeugungskosten aufgrund der Verringerung der
Konstruktionskosten des Schwimmkörpers
in dem Bereich, in dem das Intervallverhältnis kleiner als 1,5 ist, übersteigt.
Daher wird daraus geschlossen, dass ein optimales Intervallverhältnis, bei
dem die Energieeinheits-Erzeugungskosten
minimal werden, weniger als 1,5 beträgt. Da das Intervallverhältnis nicht
auf weniger als 1,0 reduziert werden kann, um Wechselwirkungen zwischen
den Rotoren benachbarter Windmühlen
zu vermeiden, existiert ein optimales Intervallverhältnis im
Bereich zwischen 1,5 und 1,0.
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Das
optimale Intervallverhältnis
verändert sich
gemäß verschiedenen
Faktoren wie etwa dem Ort der Anlage, der Art und Form des Schwimmkörpers, der
Windgeschwindigkeit und den Eigenschaften der Veränderungen
der Windrichtung und so weiter.
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3 ist
ein Graph, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Energieeinheits-Erzeugungskosten
einer auf einem Schwimmkörper
angeordneten, mit Windenergie betriebenen Generatoranlage sowie
dem Intervallverhältnis
der darauf installierten Windmühlen-Generatorsets
zeigt. 3 zeigt einen Fall, bei dem ein aus hohlen Trägerelementen
mit rechteckigem Querschnitt, wie dies in 1 gezeigt ist,
erzeugter dreieckiger Schwimmkörper
verwendet wird. Die Energieeinheits-Erzeugungskosten werden unter
Berücksichtigung
der Verringerung der Gesamt-Energieerzeugungseffizienz der Anlage
aufgrund der Verringerung des Säulenabstands
berechnet.
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Die
vertikale Achse in 3 kennzeichnet ein Verhältnis der
Energieeinheits-Erzeugungskosten unter der Annahme, dass die Energieeinheits-Erzeugungskosten
1,0 sind, wenn das Intervallverhältnis
2,0 beträgt,
und die horizontale Achse kennzeichnet das Intervallverhältnis.
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Wie
oben bereits erläutert,
sinken die Energieeinheits-Erzeugungskosten
mit sinkendem Intervallverhältnis
in dem Bereich, wo das Intervallverhältnis größer als 1,5 beträgt, und
wird bei einem Intervallverhältnis
von kleiner 1,5 (beispielsweise etwa 1,3) minimal. Die Energieeinheits-Erzeugungskosten steigen
mit steigendem Intervallverhältnis,
wenn das Intervallverhältnis
kleiner als dieser Punkt (etwa 1,3) ist. Daher ist das optimale
Intervallverhältnis,
bei de die Energieeinheits-Erzeugungskosten minimal werden, in diesem
Fall etwa 1,3. In der in 1 gezeigten Ausführungsform
wird das Intervallverhältnis
bei diesem optimalen Wert eingestellt, d.h., dass der Säulenabstand
zwischen den Windmühlen-Generatorsets (L
= 60 Meter) bei einem Wert von etwa 1,3 mal dem Rotordurchmesser
(D = 45 Meter) eingestellt wird.
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Obwohl
sich die Gesamt-Energieerzeugungseffizienz nicht wesentlich in dem
Bereich verändert,
in dem das Intervallverhältnis
größer als
1,5 ist, wie in dem in 2 gezeigten Fall, variiert das tatsächliche
Intervallverhältnis
dort, wo die Verringerung der Energieerzeugungseffizienz beginnt,
in Übereinstimmung
mit den Windbedingungen wie etwa den Eigenschaften der Veränderungen
in der Geschwindigkeit und der Windrichtung.
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Daher
wird unter Berücksichtigung
dieser Variationen bevorzugt, den Säulenabstand zwischen den Windmühlen-Generatorsets bei
einem Wert zwischen 1,5 und 2 Mal dem Rotordurchmesser einzustellen,
um eine vergleichsweise große
Veränderung der
Gesamt-Energieerzeugungseffizienz der Anlage aufgrund Veränderungen
der Windbedingungen zu vermeiden.
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Obwohl
der Schwimmkörper
als Dreieckstruktur konstruiert ist, welche in der Ausführungsform
gemäß 1 durch
Kombination hohler Trägerelemente
mit rechteckigem Querschnitt erzeugt ist, kann ein Schwimmkörper mit
anderen Formen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Die 4 bis 6 zeigen
Beispiele von Schwimmkörpern
mit anderen Formen.
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4 zeigt
einen Schwimmkörper,
der als kastenähnliche,
hohle Struktur konstruiert ist, die eine rechteckige obere Oberfläche aufweist.
Windmühlen-Generatorsets 30 sind
an den jeweiligen Ecken der rechteckigen oberen Oberfläche des Schwimmkörpers angeordnet.
In diesem Fall ist der Säulenabstand
zwischen zwei diagonal benachbarten Windmühlen-Generatorsets größer als der Säulenabstand
zwischen zwei Windmühlen-Generatorsets,
die entlang der Seite des Rechtecks angeordnet sind. Somit kann
ein ausreichend großer
Säulenabstand
zwischen zwei diagonal benachbarten Windmühlen-Generatorsets auch dann erreicht werden, wenn
der Säulenabstand
zwischen zwei an der Seite des Rechtecks angeordneten Windmühlen-Generatorsets
auf eine minimale Distanz reduziert wird.
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5 zeigt
einen Schwimmkörper
mit einer Dreiecksform ähnlich
der in 1 gezeigten. In dieser Ausführungsform werden jedoch Stahlrohre
mit kreisrundem Querschnitt anstelle der hohlen Trägerelemente
mit rechteckigem Querschnitt gemäß 1 verwendet.
In dieser Ausführungsform
werden die Konstruktionskosten des Schwimmkörpers durch Verwendung einer
Tragwerkstruktur aus Stahlrohren weiter reduziert. Darüber hinaus
wird, da der Schwimmkörper
eine Dreieckskontur aufweist, der obere Bereich des Schwimmkörpers geteilt
durch die Anzahl von Windmühlen-Generatorsets
minimal, wodurch die Konstruktionskosten des Schwimmkörpers minimiert
werden. Es ist jedoch ebenso möglich,
anstelle der Tragwerkstruktur gemäß den 1 und 3 eine
Dreiecksform eines Schwimmkörpers
wie einer kastenähnlichen
Struktur ähnlich
der in 4 auszubilden. Darüber hinaus kann, wie dies in 6 gezeigt
ist, der rechteckige Schwimmkörper
als Tragwerkstruktur unter Verwendung von Stahlrohren oder hohlen
Trägerelementen
mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet werden.
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Wie
bereits oben erläutert,
können
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Energieeinheits-Erzeugungskosten einer auf einem Schwimmkörper angeordneten,
mit Windenergie betriebenen Generatoranlage deutlich durch Anordnung
von mehr als zwei Windmühlen-Generatorsets
bei einem Intervall kleiner als viermal dem Rotordurchmesser reduziert werden.