DK2129906T3 - Fremgangsmåde til udskiftning af en gondol, inkl. et offshore vindenergianlægs rotor, og vandfartøj til at udføre fremgangsmåden. - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til udskiftning af en af maskinhuset og rotoren dannet enhed i et offshore vindenergianlæg. Opfindelsen angår desuden et vandfartøj til at udføre fremgangsmåden.

Udnyttelse af vindkraft til at drive maskiner har allerede været kendt siden oldtiden og får nu til dags stigende betydning til især produktion af elektricitet. De vindenergianlæg, som er udviklet, på basis af den til vindmøller udviklede teknologi, kan stilles op næsten overalt for at kunne producere energi, hvorved der i stigende omfang installeres hele parker af vindenergianlæg på det åbne hav eller foran kyster, altså "offshore".

Befolkningen kan bedre acceptere offshore vindenergianlæg. De skaber mulighed for hurtigt voksende metropoler, der ligger ved havet, til på en miljø- og ressourceskånende måde at sikre befolkningens og industriens behov for at blive forsynet med energi. På grund af havvands korroderende adfærd stilles der særligt høje krav til de materialer, der anvendes til vindkraftanlæg. Det. må anvendes konstruktioner, som. både kan holde til kortvarige energirige vindstød og til høj bølgegang.

Desuden stiller rejsning·, vedligeholdelse og reparation af et offshore vindenergianlæg høje krav til den konstruktive udførelse af anlægget, såvel som til de skibe, der er nødvendige til transport- og installation. Efter omstændighederne lader dette arbejde i åben sø sig under ugunstige vejrforhold slet ikke udføre eller kun udføre i begrænset omfang. Derfor er det netop nødvendigt, at selv større reparationer, som måtte kræves, kan udføres meget hurtigt.

Tidligere er der blevet foreslået først at montere vindenergianlæg, som er indrettet til at. virke på offshore omradet, til runktionsdygtige eller i det væsentlige iunktionsdygtige vindenergianlæg i et kystnært område, og dereiter oringe dem til det sted, hvor vindenergianlægget vedvarende smal virke. Eksempelvis beskriver WO 01/34977 Al en sådan fremgangsmåde og et installations- eller transportsystem tii at- transportere et fuldstændigt færdigmonteret vindenergianlæg ind et offshoreområde eller med henblik på veαligeholderse atter nd af dette område tir et kystnært område. uen i WO vl/349/7 Al, beskrevne transportfremgangsmåde er dog behæftet med. den ulempe, at det deri viste vindenergianlæg har meget store dimensioner som følge af den allerede udførte montage, det har nemlig meget stor høide og desuden stor sideværts udstrækning på grund af rotorbladet.s diameter, nette fører især da til problemer, når der i. passagen p« ruren mel rem det sted, hvor vindenergianlægget monteres, og det offshoreområde, hvor vindenergianlægget skal rejse&, fxnaes forhindringer, såsom broer, sluser etc., der 9ør en transport umulig på grund af det i funktionsdygtigt stand monterede vindenergianlægs størrelse i højde og bredde. Desuden er det nødvendigt at bruge meget store og dermed kostbare transportskibe. WO-A-03/093584 angiver en fremgangsmåde til at reparere et vindkraftanlæg.

De fleste vindenergianlæg er i dag konstrueret således, at de . . ^v- ; ønlæcro'et kan skiftes ud. Der. er en god enkelte komponenter - QlUiy^ , . ^ <, lette dele. Men drejer det sig om store og xøsnmg for sma og j __ j , , . f eks. et drev eller en generator, vil en tunge komponenter/ , , , r. , v-eoaration på stedet være ekstremt vanskelig udskiftning eirer · r . ljr _ &amp; bringes en flydekran eller et jack-up skib at udføre. Der ma -1 . . Hpie oa et mandskab hen til anlægget, mea ae enkelte o undet' svære betinaelser afmonteres med

Komponenterne ma _ , .. .-ve et' optimale, oq lægaes på transport skibet. værktøjer, der ikK·« — ^ · . skal hejses op i aondolen og indbygges De nye komponent®·1- igen. Disse komponenter vejer 30 til 60 tons, og installationen kræver stor præcision. Sn reparationsproces af denne art medfører høje omkostninger til transportskinet og til mandskabet, hvorved der samtidigt opstår tab af energi, fordi anlægget står stille. For hver dag, reparationen varer, må der regnes med omkostninger i størrelsesordenen 40,000 til. 60.000 euro. Større reparationer kan desuden vare i flere dage eller endog i en uge. Det. er også risiko for, at vejret ændrer sig, og det. kan føre til, at. reparationsarbejdet må standses, og at omkostningerne fortsætter med at stige.

Denne proces kan kun udføres meget, hurtigt og dermed med små omkostninger, når rotoren allerede er monteret på gondolen og kan hejses op i anlæggets tårn i én hejseproces. En trebladsrotor, som i dag er almindelig, er af geometriske grunde ikke egnet til en sådan proces. Anlægget må derfor installeres i to hejseoperationer for henholdsvis gondolen og rotoren, Særligt vanskeligt viser installationen sig at være, fordi den trebladede rotor må opbevares i en horisontal position på transportskibet, og derefter må drejes ca. 90° under hejseoperationen. Det er en vanskelig operation, som ved højere vindhastigheder også kan være farlig for mandskabet, og som kan føre til, at bladene beskadiges. Ligeledes er rotorens forbindelse med gondolen en kritisk, proces, frem for alt for vindenergianlæg. Navboltene må derved føres ind i akselflangen og skrues fast, og det kan let føre til, at boltene eller anlægsfladerne beskadiges, fordi offshore montage af rotoren ikke lader sig udføre måleksakt ved højere vindhastigheder.

De vanskeligheder, omkostninger og risici, som er forbundet med offshore montage af en trebladsrotor, må anses for at være meget nøje.

Opfindelsens opgave er derfor, at anvise en fremgangsmåde til transport og rejsning af en energianlæg på et fundament i et offshore område, hvormed der ved reparationer opnås, at anlægget hurtigt kan sættes i drift igen for derved at undgå længere udfaldstider og tab af energi.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved. njæip af de x henho 1 ds vi s krav 1 henho 1 ds vi s 2 ang'i vne kendetegn.

Underkravene angiver fordelagtige udførelsesformer ifølge opfindelsen.

Opfindelsen foreslår såredes ved større skao.er og o.e dermed forbundne længere udfaldstider fordelagtigt as uo.ssij.L6 maskinhuset samt rotoren. En funktionsdygtig enhed transporteres derfor med vandfartøjet til offshore området, den defekte enhed afmonteres og sættes af pa vandfartøjet, og den funktionsdygtige enhed sættes på tårner og gøres issl tir dette.

Fremgangsmåden ifølge opfindelse har den fordel, cn- j;ar der anvendes etblsds- eller tobladsrocorer, Kan ae“ funktionsdygtige enhed på vandfartøjet, på grund af deres smalle konstruktion, uhindret nå .trem ni vindeneigianlasggets offshore område. Således kan f.eks. broer og Siuser problemløst passeres. Desuden reduceres udraldst j-dGi hg og o.e denne».* f o rbundne om k o s t n inger til defekte or f s h ore v indenei gian 198 g betragteligt, eftersom offshore vindernergianlægget er driftsklar umiddelbart efter, at den dereKte enhed er brevet udskiftet. Ligeledes reduceres den tid, uvor de», er nødvendigt at bruge vandfartøjet, i væsentlig grad. Den defekte gondol kan da repareres i havn i en montagehal under gode arbejdsbetingelser med alle velegnede Hjælpemidler og værktøjer. Gondolen og bladene bliver derved komplet gået efter og inspiceret, således at. et sa godt som nyt anxæg står kiar til næste ombytning. Udfald af store komponenter kan i nvert fald finde sted to gange i et offshore vindenergianlægs 20 års levetid.

Det betyder for en vindpark med ioo anlæg, at der ca. én gang om måneden må uskiftes et anlæg, £>e omkostninger, der spares ved at anvende den beskrevne fremgangsmåde, er således betragtelige og løber årligt op i flere millioner euro.

Skal et defekt offshore vindenergianlæg således repareres, udskiftes, ved større skader og den dermed forbundne lange udfaldstid, maskinhuset og rotoren. En funktionsdygtig enhed transporteres derfor med vandfartøjet frem til offshore området, hvor den defekte enhed afmonteres og sættes af på vandfartøjet, hvorefter den funktionsdygtige enhed sættes på tårnet og fastgøres til dette.

Til udøvelse af den fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilvejebringes et vandfartøj, i form af en særligt foretrukket udførelsesform, som vist i den vedføjede tegning. Den viser:

Fig. 1 viser skematisk en plantegning af en særligt foretrukket udførelsesform for et vandfartøj til udøvelse af fremgangsmåden ifø1ge opfindelsen,

Fig. 2 viser skematisk, set fra siden, det i fig. 1 viste vandfartøj, som nærmer sig en offshore vindenergianlæg med en udskiftningsenhed,

Fig. 3 viser skematisk, set fra siden, vandfartøjet, som i en anden fase er kommet nærmere med bæresøjler, der sænkes ned, fig. 4 viser skematisk, set fra siden, vandfartøjet under opløftning af den enhed, der s.Kai skiftes ud,

Fig. 5 viser skematisk, set fra siden, vandfartøjet under afsætning på vandfartøjet af den enhed, der skal skiftes ud,

Fig. 6 viser skematisk, set fra siden, vandfartøjet under opløftning af den funktionsdygtige enhed fra vandfartøjet,

Fig, 7 viser skematisk, set fra siden, vandfartøjet under ophejsning og overførsel af den funktionsdygtige enhed fra vandfartøjet til vindenergianlæggets tårn, og

Fig. 8 viser skematisk, set fra siden, vandfartøjet, efter at den funktionsdygtige enhed er sat på vindenergianlæggets tårn.

Fig. 1 viser skematisk en plantegnning af vandfartøjet. For at opnå en bedre overskuelighed er her blot vist de elementer, som umiddelbart befinder sig i højde med dækket. Især er krankonstruktionen således ikke vist i denne tegning.

Vandf artø j et 10 har et skibsskrog 20 med fortrinsvis seks bæresøjler 30, som kan sænkes ned, og som er arrangeret således, at der, når bæresøjlerne er sænket ned, opnås den bedst mulige ensartede fordeling af den last, som er anbragt på skibsskroget. Men naturligvis kan der også tænkes et højere eller et lavere antal bæresøjler 30, hvorved det mindste antal bæresøj ler er begrænset, til tre bæresøjler 30.

Ved sin ene ende har skibsskroget 2 0 én i dens længderetning centralt anbragt i hovedsagen U-formet dokningszone 70, der for eksempel kan være udformet omtrent V-formet, og som er tilpasset diameteren af et offshore vindenergianlægs 100 tårn i højde med vandspejlet. Derved er dokningszonen indrettet således, at offshore vindenergianlæggets 100 tværsnitsmidtpunkt i det væsentlige ligger på den tænkte forlængelse af vandfartøjets 10 længdeakse, når vandfartøjet befinder sig i dokningszonen. For at undgå skader på vandfartøjet 10 eller-tårnet 100 kan dokningszonen '0 desuden være udstyret med egnede midler i form af en slags stødpudezone.

Modsat dokningszonen 70 er der langs vandiartøners lu længdeakse anbragt en svingbar kran, som i fig. ± kun er indtegnet med de elementer 40, der befinder sig i skibsskrogets nærhed. Kremen 40 råder over to linesystemer, der er viklet op på hver sin separate tromle 60, der drives af et fælles drev 50. Begge 1 inesysterner er nødvenexige for at Kunne hæve og sænke laster, uden at de bliver drejet, idet linesystemerne sikrer, at de langs en akse, fortrinsvis længdeaksen af en enhed, kan fastgøres til lasten i to i afstand fra hinanden liggende punkter. T de tilfælde, hvor der opføres et nyt offshore vindenergianlæg 100, består lasten af en i det væsentlige funktionsdygtig enhed 110a, llUb med et maskinhus og en rotor, som består af et eller to rotorblade, hvis tyngdepunkt er anbragt i hvert fald omtrentligt, på. vandf artø jets 10 længde ak se. Derved kan flere funktionsdygtige enheder også anbringes på vandfartøjet 10 i flere etager oven over hinanden, således at flere offshore vindenergianlæg kan forsynes med en funktionsdygtig enhed.

Hvis vandfartøjet 10 derimod bruges til reparation af offshore vindenergianiæg 100, udnyttes kun en del af vandfartøjets lastekapacitet 10, da den defekte enhed 110b først må fjernes fra det defekte offshore vindenergianlæg 100 og sættes af på et frit sted på vandfartøjets 10 skibsskrog 20. Dette sted holdes frit, således at den defekte enhed 110b kommer til at ligge med dens tyngdepunkt. i det væsentlige på vandfartøjets 10 længdeakse. Det kan. i.eks. være den i fig, 6 viste enhed 110b. Dernæst monteres den funktionsdygtige enhed 110a, idet den hejses op af kranen 40, sættes på offshore vindenergianlæggets 100 tårn og fastgøres til dette.

Overensstemmelsen mellem enhedernes 110a, i10b tyngepunkter og den vertikale akse på offshore vindenergianlæggets tårn med vandfartøjets 10 længdeakse tjener ikke kun til at sikre vandfartøjets stabilitet, men er også nødvendig for at kunne holde kranens 40 svingakse inden for denne retning. Nødvendigheden af disse forudsætninger er, skematisk vist fra siden, tydeliggjort i fig. 2 til 8. Vandfartøjet 10 ifølge opfindelsen sejler til at begynde nærmere hen til et området for et offshore vindenergianlæg 1.00, hvis enhed 110b skal skiftes ug. {Fig. 2) , De nedsænkbare bæresøj ler sænkes ned og fikserer vandfartøjet 10 på havbunden, hvorved skibsskroget 20 kommer til ro over vandlinien. Fig. (3,4).

Vandfartøjet 10 råder fortrinsvis over dets eget drivmiddel til fremdrift eller til at korrigere kursen, når vandfartøjet nærmer sig offshore vindenergianlægget luO. EL sådant drivmiddel er imidlertid ikke tvingende nødvendigt. Vandfartøjet kan ligeså godt være en pram., der manøvreres ind i den angivne position af en eller flere .

Kranen 40 råder over flere indbyrdes ledforbundne elementer til på den ene side at sørge for, at kranen har den nødvendige løftekraft, og til på den anden side at sørge for, at kranen kan klaopes sammen til et vertikalt mindstemål. Således man kranen 40 under passagen fra havnen til offshore vindenergianlæggets plads fortrinsvis være klappet sammen i en horisontal position, hvor den hviler oven på enheden 100a, således at eksempelvis broer uhindret kan passeres. Derved befinder kranens 40 nederste led sig oven over en funktionsdygtig enhed 100a, som er anbragt på skibsskroget 20, således at kranelementer 40 anbragt oven over dette led kan indtage den horisontale position oven over enhederne 110a,110b-Fortrinsvis kan der være indrettet særlige støtteelementer, der tillader kranen at blive lagt ned i en horisontal position, uden at enheden 110a derved beskadiges.

For at kunne aftage en enhed 110b, der skal skiftes ud, 0<3 kunne sætte en funktionsdygtig enhed 110a på offshore vindenergianlægges 100, udfører kranen 40 nu udelukkende eTl svingningsbevægelse mellem en i eksemplet venstre position, oven over en på skibsskroget 20 anbragt enhed 110a, og en høj*e position oven over tårnets tværsnit (Fig. 5 - 8).

Efter at rotoren horisontalt er blevet bremset af og fikseret/ bliver den enhed 110b, som skal skiftes ud, løsnet fra offshot® vindenergianlæggets tårn 100, taget op og anbragt Pa vandfartøjet 10 (fig. 4 og 5) . Derpå bliver b·-1' funkt ionsdygt ige enhed 100a, hvis rotor ligeledes o horisontalt bremset af, løftet op fra vandfartøjet 20, sat Pa offshore vindenergianlæggets tårn 100 og fastgjort, således at anlægget umiddelbart efter, at enhederne 110a,110b er blevet udvekslet, igen kan sættes i drift, og den tidligere lange udfaidstid kan undgås.

Med fremgangsmåden ifølge opfindelsen og vandfartøjet 10 ifølge opfindelsen til udøvelse af fremgangsmåden er det således muligt på kort tid at opstille eller reparere flere vindenergianlæg 100 i et offshoreområde. Den af maskinhuset og rotoren bestående enhed 110a monteres fortrinsvis på land eller på en lignende plads, f.eks. en platform (også i et offshoreområde) , og bringes til det sted, hvor enheden 110a skal sættes på en offshore vindenergianlægs nyopførte tårn 100 eller en defekt enhed 110b skal skiftes ud.

Derfor vælges indretningen af bladet på en enbladsrotor eller bladene på en tobladsrotor således, at den forudbestemte rute mellem montagestedet og det sted, hvor anlægget skal opføres i offshoreområdet, uhindret kan passeres. Det betyder, at for at kunne passere vandveje (f.eks. kanaler)og sluser eller passere under broer, må stillingen af rotorbiadet eller rotorbladene og kranelementet derfor i hvert enkelt tilfælde indstilles således, at henholdsvis rotorbladets eller rotorbladenes udstrækning er mindre end den mindste til passage nødvendige frie bredde af vandvejen eller slusen eller den nødvendige frihøjde af broen. Fortrinsvis orienteres en etblads- eller tobladsrotors rotorblade derfor i vandfartøjets 10 længde re t n i n g.

For bedst muligt at kunne laste vandfartøjet med en eller flere funktionsdygtige enheder 110a, 110b er vandfartøjet fortrinsvis udstyret med skinner, der forløber i vandfartøjets længderetning, og som tjener til at frem- og tilbageføre enhederne 110a, 110b, mens de hviler på en lavet. På landsiden eller på en platform i offshoreområdet er der til vandfartøjet 20 indrettet en dokningszone, som. har én i forhold til vandfartøjets 20 U~formede dokningszone 70 komplementær udformning, og som ligeledes er udstyret med et skinnesystem, der står i forbindelse med vandfartøjets 20 skinner, når vandfartøjet 20 er dokket. Vandfartøjets 20 bæresøjler sænkes fortrinsvis ned under lastning og losning af vandfartøjet 20, således at vandfartøjets 20 højde fikseres i forhold til højden af dokningszonen på landsiden eller på platformen.

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til at reparere en defekt enhed, der hører til et offshore vindenergianlæg, og som består af en rotor med et nav og ét eller to rotorblade, og et maskinhus, der rummer et drev og en generator, kendetegnet ved trinnene at, på land eller på en platform at formontere en funktionsdygtig enhed (110a), som består af en rotor med et nav og ét eller to rotorblade, og et maskinhus, der rummer et drev og en generator, anbringe den funktionsdygtige enhed (110a) på et vandfartøj (10) på en sådan måde, at enhedens (110a) tyngdepunkt ligger i vandfartøjets (10) længdeakseområde, og rotorvingerne strækker sig i vandfartøjet (10) længderetning, transportere den funktionsdygtige enhed (100a) til det sted, hvor det defekte offshore vindenergianlæg (100) står, løsne den defekte enhed (110b) fra offshore vindenergianlæggets tårn (100), aftage den defekte enhed (100b) fra tårnet (100) under anvendelse af en kran (40), som vandfartøjet (10) har bragt med sig, lægge den defekte enhed (100b) på vandfartøjet (10), løfte den funktionsdygtige enhed (110a) op fra vandfartøjet (10) under anvendelse af den kran (40), som vandfartøjet (10) har bragt med sig, sætte den funktionsdygtige enhed (110a) på offshore vindenergianlæggets tårn (100), og fastgøre den funktionsdygtige enhed (110a) på offshore vindenergianlæggets tårn (100).

2. Vandfartøj (10) til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, med et skibsskrog (20), der er udstyret med bæresøjler (30), der kan sænkes ned, og som centralt i længderetningen ,ηο) r der passer til har en U-formet dokningszone ( jagets (100) tårn (100) diameteren af offshore vindenergien-^'1 i højde med vandspejlet, kendetegnet ved, svingbart er anbragt. en Kran (40), som moasat aoknxngszO“c'' og som tjener til at langs vandf artøiet s (10) længdeaksec Ogdol (110a,110b), som løfte et offshore vindenergianiægs e , dens tyngdepunkt på i det væsentlige er anbragt meci r:· q p ci o I e n (1x0a, i. 10 b) pa skibsskrogets længdeaske, og sætte e _4 +.41:«, der er anbragt i offshore vindenergianlæggets (1U0; doknings zonen (70), der er viklet op nå hvorved kranen har to iinesysternei > , . , , „. Hor an ve s af et fælles nver sin separate tromxe (6u), d01- drev, og som tjener til at løfte og t>«nke j-asiej., udea at de bliver drejet.

3. Vandfartøj (10) ifølge krav 2, kendetegnet ved, at vandfartøjet er udstyret med to pladser til at anbringe enhederne (110a, 110b).

4. Vandfartøj (10) ifølge krav 2 og 3, kendetegnet ved, at kranen (40) kan klappes sammen til en horisontal position, hvor den hviler oven over enheden (110a, 110b).

5. Vandfartøj (10) ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved skinner, der forløber i vandfartøjets længderetning, og som tjener til at frem- og tilbageføre enhederne (110a, 110b), mens de hviler på en lavet.