DK201200188U3 - Forankringssystem til en park af flydende vindkraftenheder - Google Patents

Abstract

Forankringssystem til en park med et stort antal flydende vindkraftenheder (2). Forankringssystemet omfatter et stort antal forankringselementer (1) fastgjorte i havets sedimentbund, og et stort antal fastgorelseselementer. Hver vindkraftenhed (2) er forankret med mindst tre fastgorelseselementer mellem respektive fastgorelseselementer og vindkraftenheden (2). Forankringselementet (1) er enten en forankringspæl til opsugn ing eller en nedrammet forankringspæl.

Description

DK 2012 00188 U3

Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår et forankringssystem til en park med et stort antal flydende vindkraftenheder. Forankringssystemet omfatter et stort antal forankringselementer fastgjorte i havets sedimentbund og et stort antal fastgørelseselementer. Hver vindkraftenhed er forankret med mindst tre fastgørelseselementer mellem respektive fastgørelseselementer og vindkraftenheden.

Kendt teknik

For at forankre en flydende vindkraftenhed i en såkaldt vindfarm, hvor mange enheder skal forankres med lige stor indbyrdes afstand, betyder at et antal formål skal være opfyldte. På den ene side ønskes så få forankringspunkter som muligt. På den anden side behøver forankringselementernes positioner at være arrangeret med præcision. Yderligere må rebene/kæderne ikke kollidere med nogen som helst flydende enhed. Yderligere skal det såkaldte "offset” være minimalt, for at strømforbindelseskablerne ikke bliver udsat for høje belastninger og spændinger. Endeligt skal forankringen modstå en retningsændring i trækkraften i tilfælde af, at en af de tre reb skulle knække.

Kendte forankringsmidler: A. Forankring med reb/kæde således at trækkræfterne hovedsagelige er parallelle med vandoverfladen ved ankeret. Ankeret udsættes for en trækkende bevægelse langs havbunden, indtil det er sikkert fastgjort. Ankerets position er afhængig af havbundsbetingelserne, og er relativ ubestemt. Ankeret kan først fastgøres efter en lang distance (hundrede af meter) fra den ønskede placering. Trækkraften skal hovedsagelig være i én retning langs havbunden. Rebenes/kædernes længde bestemmes blandt andet af havdybden. Det er nødvendigt at anvende mindst tre ankre for hver enhed, og positionen er relativ ubestemt. Denne fremgangsmåde opfylder derfor ikke formålene ifølge ovennævnte.

B. Forankringspæl til opsugning. Forankringspunktet er forsynet med en "bunden i vejret spand”. Vand evakueres fra "spanden”, og det resulterende højere vandtryk ovenover "spanden” presser derfor "spanden” ned i havbunden. Trækkræfterne 2 DK 2012 00188 U3 kan være i enhver retning. Forankringspælen til opsugning kan yderligere modstå visse vertikale kræfter. Forankringspunktets position kan bestemmes med stor nøjagtighed. Denne fremgangsmåde har bedre mulighed for at opfylde formålene ifølge ovennævnte.

C. Nedrammet forankringspæl. I stedet for at anvende vandtryk, kan man med gentagne slag tvinge et cylindrisk forankringselement ned i havbunden med tilsvarende fordele som forankringspælen til opsugning.

Formål oa sammendrag af opfindelsen

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe et forbedret forankringssystem, som tillader forankring af et stort antal flydende vindkraftenheder ved anvendelse af reduceret antal forankringselementer i forhold til den kendte teknik. Et yderligere formål med opfindelsen er at tilvejebringe et forankringssystem, som gør det muligt at reducere omkostningerne ved forankring af et stort antal flydende vindkraftenheder. Endnu et yderligere formål med opfindelsen er at tilvejebringe et forankringssystem, som er simpelt at installere uden hensyn til havdybden.

Dette formål opnås med et forankringssystem, som omfatter et stort antal forankringselementer fastgjorte i havets sedimentbund, og et stort antal fastgørelseselementer, såsom reb, hvori hver vindkraftenhed er forankret med mindst tre fastgørelseselementer mellem respektive forankringselementer og vindkraftenheden. Forankringssystemet er kendetegnet ved at forankringselementet enten er en forankringspæl til opsugning eller en nedrammet forankringspæl.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer er vindkraftparken arrangeret således, at vindkraftenhederne er fordelte, sådan at de danner en eller flere sekskantede celler med ét af forankringselementerne placeret i midten af nævnte sekskantede celle.

Kombinationen af at arrangere vindkraftenhederne i sekskantede celler og at anvende enten en forankringspæl til opsugning eller en nedrammet forankringspæl som forankringselementer kræver færre forankringselementer, og gør det muligt for fastgørelseselementerne at være direkte forbundne mellem forankringselementet i midten af 3 DK 2012 00188 U3 den sekskantede celle og de omgivende flydende vindkraftenheder. Omkostningen ved at arrangere opfindelsens forankringssystem reduceres derved i sammenligning med kendte forankringssystemer.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer strækker mindst seks fastgørelseselementer sig fra hvert forankringselement til omgivende vindkraftenheder for i det mindst en majoritet af forankringselementerne.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer er forankringselementerne placerede i et ensartet mønster med lige stor indbyrdes afstand, og vindkraftenhederne er placerede i et tilsvarende mønster med lige stor indbyrdes afstand, således at ingen af forankringselementerne har mere end ét fastgørelseselement forbundet til en vindkraftenhed.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer omfatter forankringselementerne en krop udformet som et rør, der egner sig til at definere et lukket rum med sedimentbunden, og en ventil, hvori forankringselementerne er indrettede til at fastgøres i sedimentbunden ved at evakuere rummet for vand.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer er fastgørelseselementerne reb, der primært omfatter et elastisk polymermateriale.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer omfatter rebene primært polyester.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer omfatter systemet mindst et mellem forankringselementet og den flydende vindkraftenhed placeret lod per fastgørelseselement.

Ifølge en af opfindelsens udførelsesformer omfatter systemet et yderligere forankringselement placeret mellem hver anden vindkraftenhed, således at hver anden vindkraftenhed er forankret ved hjælp af tre fastgørelseselementer, og hver anden vindkraftenhed er forankret ved hjælp af seks fastgørelseselementer.

Kort beskrivelse af tegningerne 4 DK 2012 00188 U3

Opfindelsen vil nu blive forklaret mere detaljeret ved hjælp af beskrivelsen af forskellige udførelsesformer for opfindelsen og med henvisning til de vedlagte figurer.

Fig. 1 viser en flydende vindkraftenhed set fra siden.

Fig. 2 viser et forankringssystem til en park med et stort antal flydende vindkraftenheder ifølge en af opfindelsens udførelsesformer.

Fig. 3 viser en udførelsesform af forankringssystemet set fra siden.

Fig. 4 viser et forankringssystem til en park med et stort antal flydende vindkraftenheder ifølge en af opfindelsens udførelsesformer.

Detaljeret beskrivelse af tegningerne

Figur 1 viser en flydende vindkraftenhed set fra siden. Ved forenden omfatter den en flydende bøje, hvorom den kan rotere. Bøjen er forankret med reb til forankringselementer i havbunden. Hver vindkraftenhed er forankret ved hjælp af mindst tre reb. Dybden kan f.eks. være 20 - 30 meter.

Se figur 2. Et forankringselement 1, såsom en forankringspæl til opsugning eller nedrammet forankringspæl, er arrangeret i et sekskantet mønster. Hvert forankringselement 1 har seks fastgørelseselementer, såsom reb, fastgjorte med 60 graders adskillelse. Hver flydende vindkraftenhed 2 omfatter vindturbiner. Hver flydende vindkraftenhed 2 er fastgjort ved hjælp af mindst tre fastgørelseselementer, ét fastgørelseselement til tre forskellige forankringselementer 1. Fastgørelseselementerne er af polyestertype eller lignende, som i stedet for en geometrisk forlængelse langs kædelinen udgøres af elastisk materiale, som er forspændt. Når den flydende vindkraftenhed 2 udsættes for havets kræfter, strækkes det/de forspændte reb. Den flydende vindkraftenhed 2’s horisontale bevægelse kan reduceres sammenlignet med forlængelsen af kædelinen. Forankringselementet 1 kan yderligere absorbere vertikale belastninger, som gør forankringspunkterne relative uafhængige af havdybden. Man har opnået et system, som bortset fra randeffekter kun har 0,5 forankringspunkter per vindkraftenhed (seks reb per forankringselement 1 og tre liner per flydende vindkraftenhed 2).

Se figur 3. Ved en bestemt afstand fra den flydende vindkraftenhed 2 er en vægt/et lod 5 fastgjort på rebet, hvilket resulterer i tre funktioner.

5 DK 2012 00188 U3 1. Man kan forankre den flydende vindkraftenhed 2 ved en betydelig stor havdybde uden at rebene kolliderer med en flydende vindkraftenhed, som roterer i en cirkulær bevægelse efter ændring i vindretningen.

2. Man kombinerer den geometriske forlængelse med rebets elasticitet, og reducerer derved belastningerne i rebene.

3. Man holder rebet forspændt hele tiden, og gør derved installationen lettere. Rebets spænding opnås, når loddet arrangeres.

Det er sikkert, at andre forankringselementer end de ovenfor nævnte kan anvendes under forudsætning af, at de opfylder betingelserne for at modstå en bestemt kraft i sen vertikale retning, og at de kan arrangeres med præcision. Det kan f.eks. være en såkaldt gravitationsforankring, som består af tilstrækkelig stor masse.

Et stort antal af andre mønstre er muligt, men de tilvejebringer samtidig enten flere forankringspunkter per vindkraftenhed eller en ujævn fordeling af antallet af reb per vindkraftenhed 2. I figur 4 er imidlertid vist et alternativt mønster, der tilvejebringer visse fordele. Under hver anden vindkraftenhed 2 er arrangeret en forankring 3, som kun har tre reb. Dette resulterer i det samme antal forankringspunkter som antallet af flydende vindkraftenheder 2. Hver anden flydende vindkraftenhed 2 modtager derved seks reb til forankringen. Antallet af forankringspunkter er imidlertid fordoblet, idet antallet af forankringspunkter er lig med antallet af flydende vindkraftenheder 2. Fordelen er imidlertid, at hver anden flydende vindkraftenhed 2 har en stor sikkerhedsmargin mod kræfter fra vand og vind, således at risikoen for domino-effekt reduceres. Hvis et reb knækker af en vindkraftenhed 2, som kun har tre reb, stoppes den fra at drive yderligere end hen til den næste flydende vindkraftenhed 2, som har seks forankringsreb.

Fordelen ved denne opfindelse er, at et forankringspunkt betjener seks reb, og hver flydende vindkraftenhed 2 kun har 0,5 forankringspunkter (tre reb til tre fastgørelser, og hvert forankringselement 1 har seks fastgørelser), se figur 2. Alle andre beskrevne krav og formål er desuden opfyldte.

6 DK 2012 00188 U3

Yderligere er de andre formål også opfyldt på en god måde. Man har en veldefineret position for hvert forankringspunkt. Man undgår kollision mellem forankringsreb og den mest dybderagende del af en vindkraftenhed. Man reducerer belastninger. Man kan anvende kortere reb, idet forankringselementet 1 modstår vertikale kræfter. Endeligt har man ikke en 5 stærk afhængighed af havdybden i forhold til den indbyrdes afstand mellem flydende vindkraftenheder 2, og derfor kan den flydende vindkraftenhed 2 placeres på en optimal måde.

Claims (4)

7 DK 2012 00188 U3

1. Forankringssystem til en park med et stort antal flydende vindkraftenheder (2), forankringssystemet omfatter: - et stort antal forankringselementer (1) fastgjorte i havets sedimentbund, og - et stort antal fastgørelseselementer, hvori hver vindkraftenhed (2) er forankret med mindst tre fastgørelseselementer mellem respektive forankringselementer (1) og vindkraftenheden (2), kendetegnet ved at forankringselementet (1) er enten en forankringspæl til opsugning eller en nedrammet forankringspæl.

[ 2/4 DK 2012 00188 U3

DK 2012 00188 U3 3/4

2. Forankringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved at vindkraftparken er arrangeret således, at vindkraftenhederne (2) er fordelte, sådan at de danner en eller flere sekskantede celler med et af forankringselementerne placeret i midten af nævnte sekskantede celle.

3. Forankringssystem ifølge ethvert af kravene 1 og 2, kendetegnet ved at mindst seks fastgørelseselementer strækker sig fra hvert forankringselement (1) til omgivende vindkraftenheder (2) for i det mindste en majoritet af forankringselementerne.

4. Forankringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved at forankringselementerne (1) er placerede i et ensartet mønster med lige stor indbyrdes afstand, og vindkraftenhederne er placerede i et tilsvarende mønster med lige stor indbyrdes afstand, således at ingen af forankringselementerne (1) har mere end ét fastgørelseselement forbundet til en vindkraftenhed (2).

5. Forankringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved at forankringselementerne (1) omfatter en krop udformet som et rør der er egnet til at definere et lukket rum med sedimentbunden, og en ventil, hvori forankringselementerne er indrettede til at fastgøres i sedimentbunden ved evakuere rummet for vand. DK 2012 00188 U3 8 Forankringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved at fastgørelseselementerne er reb, der primært omfatter et elastisk polymermateriale. Forankringssystem ifølge krav 6, kendetegnet ved rebene primært omfatter polyester. Forankringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved at systemet omfatter mindst et mellem forankringselementet (1) og den flydende vindkraftenhed (2) placeret lod (5) per fastgørelseselement. Forankringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved at systemet omfatter et yderligere forankringselement placeret mellem hver anden vindkraftenhed, således at hver anden vindkraftenhed (2) er forankret ved hjælp af tre fastgørelseselementer, og hver anden vindkraftenhed (2) er forankret ved hjælp af seks fastgørelseselementer. 1/4 DK 2012 00188 U3 l I

4/4 DK 2012 00188 U3