EP4643014A1 - Integratives system für die zentrale offshore-wasserstoffproduktion in verbindung mit einer schwimmenden erzeugungs- und speichereinheit - Google Patents

Integratives system für die zentrale offshore-wasserstoffproduktion in verbindung mit einer schwimmenden erzeugungs- und speichereinheit

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EP4643014A1
EP4643014A1 EP24727751.0A EP24727751A EP4643014A1 EP 4643014 A1 EP4643014 A1 EP 4643014A1 EP 24727751 A EP24727751 A EP 24727751A EP 4643014 A1 EP4643014 A1 EP 4643014A1
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EP
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fpso
storage unit
generation
counter bearing
bearing
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EP24727751.0A
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Maximilian KEIM
Carolin Weber
Thorsten Steinhoff
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/19—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing chemical energy, e.g. using electrolysis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore

Definitions

  • the invention relates to a system for generating energy by means of a wind turbine in open water and a generation and storage unit floating in the water.
  • the invention further relates to a generation and storage unit floating in the water for the conversion, storage and transmission of energy, which is electrically connected to an offshore wind farm for the generation of energy.
  • the invention comprises a modular system of conventional power transmission (HVAC/HVDC) and hydrogen production, storage and transport in conjunction with an FPSO (Floating Production and Storage Unit).
  • HVAC/HVDC conventional power transmission
  • FPSO Floating Production and Storage Unit
  • the offshore substation is electrically connected to a wind turbine (WEA) cluster.
  • WEA wind turbine
  • the infrastructure of the power grid limits the energy generation and feed-in of renewable energies into the grid.
  • the power grid operators continue to switch off the dynamically controllable energy sources from wind and sun.
  • the storage of energy, for example using hydrogen as an energy source is becoming increasingly important, and the infrastructure problems are driving the ramp-up of hydrogen production.
  • the focus is on large-scale offshore projects of around 500 MW and above.
  • the volatile load collective of the wind turbines requires a dynamic ramp-up of the electrolysis units. This requirement, together with a high technical readiness level, can currently be met primarily by PEM stacks (proton exchange membrane). This has a larger footprint than, for example, alkaline electrolyzers. (transmission power) .
  • the invention is based on the problem of providing a system for generating energy in the power class > 500 MW by means of a wind turbine in open water with flexible adaptation to different transmission and consumption capacities.
  • the present invention features an integration by means of a detachable and rotatably mounted slip ring connection (swivel system) with advantages such as storage, maintainability, redundancy, dynamic switching between operating modes, etc.
  • the hybrid system provides for a transformation of the electrical energy to a higher voltage level for export to the land station and, on the other hand, to a lower voltage level in order to supply the electrolysis unit with energy as required.
  • Fig. 1 a basic connection of a wind turbine with a platform and a floating generation and storage unit
  • Fig. 2 a basic connection of a wind turbine with a floating generation and storage unit
  • Fig 3 a mooring system mounted on the floating generation and storage unit
  • Fig 7 the arrangement of H2 tanks T in the floating production and storage unit .
  • the system described below is a hybrid solution that combines the production of green hydrogen with the transmission of electricity.
  • the hybrid system has the following advantages, among others:
  • CAPEX Reduction of CAPEX : o Cables : Reduction of the cable cross section , which has a particular impact as the distance from the coast increases .
  • the hybrid system provides for a transformation of electrical energy to a higher voltage level for export to the land station and to a lower Voltage level to supply the electrolysis unit with energy as needed.
  • the FPSO can be decoupled from the offshore substation PF using a detachable connection VT, DL. This means that the entire FPSO can be brought into port for maintenance activities and these works can be carried out on land. This means that no offshore-certified workers are required for planned and unplanned maintenance and repair work on the electrolysis system. This means that the costs for transporting the crew to the FPSO are completely eliminated. During maintenance work on the electrolysis system, the power transmission HV on land is not affected.
  • the PF substation platform houses all high-voltage electrical equipment, which basically includes the following components:
  • VSC Voltage Source Converter
  • the electrical system includes units for cooling, monitoring and control, security and communication.
  • the electrical system is designed primarily using conventional equipment that does not require any fundamental new developments.
  • the subsystems of the FPSO include the following units, with extensions/adaptations possible:
  • Electrolysis stacks ES - Electrolysis stacks ES , - Water treatment plant (desalination, demineralization, deionization),
  • the hybrid model which can be used in a power class >500MW, for example, can be switched to different operating modes. Depending on the needs of the consumer, the operator can distinguish between two approaches:
  • the electrolyzer uses the base load of electricity generation.
  • Both the electrical system and the electrolysis unit are basically analogous to variant a) and differ, among other things, in the electrical design of the individual components, the layout, the safety concept and the automation concept.
  • the basic functionalities are the same.
  • the modular system allows a flexible solution adapted to the customer as well as a spatial change of the FPSO and thus an integration into another wind farm of a similar power class with relatively little adaptation effort.
  • the mechanical connection of the FPSO is via a turret mooring system.
  • This has a mooring tower VT, which is mounted on the FPSO and from which the mooring lines VL extend. While the mooring lines VL are connected geostationarily to the seabed GND, the swivel system SR of the turret mooring system allows rotation around the pivot point S. This ensures improved weather-related alignment of the ship's hull with the aim of reducing movement and acceleration on the ship to a minimum.
  • the main purpose of the swivel system is to compensate for ship movements caused by wind, waves and currents while maintaining continuous fluid transfer and electrical connection. It allows the ship to rotate freely in changing environmental conditions without placing excessive strain on the moorings.
  • the detachable anchoring system enables complete, physical decoupling of the FPSO.
  • the FPSO can be supplied with the energy generated by the wind turbines via flexible/dynamic cables and can also be connected to the hydrogen network via a flexible piping system PS.
  • the hydrogen network In addition to the connection to the hydrogen network, it is possible to store the hydrogen in the tanks integrated in the FPSO and to transport the hydrogen produced to land via transport ships.
  • the system according to the invention can be implemented as a keel-integrated solution, as shown in Fig. 4, an external turret mooring system, as shown in Fig. 5, as well as an underwater connection, as shown in Fig. 6.
  • the anchoring system and the counter bearing GL can be arranged separately and at a distance from the wind turbine WEA or on the platform PF.
  • tanks T for storing hydrogen H2 are arranged in the hull of the FPSO as storage capacities (see Fig. 7).
  • the electrolysis stacks ES with the auxiliary systems require more space than the high-voltage transmission HVDC. As the capacity of the electrolysis unit ES increases, the space requirement increases considerably. Depending on the required transmission power and the associated share of the available installation space, the electrolysis stacks ES can also be integrated into the currently planned volume of the tanks and thus a higher output of hydrogen and also power transmission can be achieved while the size of the FPSO remains the same. This allows the dynamic behavior of the FPSO and the resulting accelerations and movements to be optimized.
  • the system according to the invention comprises:
  • fluid includes hydrogen as well as its derivatives, such as ammonia, liquid organic hydrogen carriers (LOHC), etc.
  • LOHC liquid organic hydrogen carriers
  • PS - fluid line flexible hydrogen line, (engl: Piping System)

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Abstract

Es wird ein System zur Erzeugung von Energie im offenen Gewässer vorgeschlagen, bei dem eine Offshore-Windenergieanlage WEA mit einem Seefahrzeug FPSO, das eine Transformatoreinrichtung TR zur Umsetzung in niedrigere und/oder höhere elektrische Spannung, eine Elektrolyseeinrichtung ES zur Erzeugung von Wasserstoff H2 und einen Tank T zur Speicherung des Wasserstoffs aufweist, lösbar verbunden sind. In vorteilhafter Weise sind dynamische Wechsel zwischen den Betriebsmo- di von Speicherung und Übertragung, Redundanz, Wartbarkeit gegeben.

Description

Beschreibung
Integratives System für die zentrale Of fshore- Wasserstof fproduktion in Verbindung mit einer schwimmenden Erzeugungs- und Speichereinheit
Die Erfindung betri f ft ein System zur Erzeugung von Energie mittels einer Windenergieanlage im of fenen Gewässer und einer im Gewässer schwimmenden Erzeugungs- und Speichereinheit .
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine im Gewässer schwimmende Erzeugungs- und Speichereinheit zur Umwandlung, Speicherung sowie Übertragung von Energie , welche elektrisch mit einem Of fshore-Windpark zur Erzeugung der Energie verbunden ist .
Die Erfindung umfasst ein modular aufgebautes System aus konventioneller Stromübertragung (HVAC/HVDC ) und der Wasserstof fproduktion, Speicherung und Transport in Verbindung mit einem FPSO ( Floating Production and Storage Unit ) . Das Of fs- hore-Umspannwerk ist mit einem Windenergieanlagen (WEA) - Cluster elektrisch verbunden .
Die Infrastruktur des Stromnetzes limitiert die Energieerzeugung und Einspeisung von erneuerbaren Energien in das Netz . Zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität schalten die Strom- net zbetreiber nach wie vor die dynamisch regelbaren Energiequellen aus Wind und Sonne ab . Die Speicherung von Energie , beispielsweise mittels Wasserstof fs als Energieträger, erlangt zunehmend Bedeutung, die Infrastrukturprobleme treiben den Hochlauf von Wasserstof fproduktion an . Der Fokus liegt auf großskaligen Of f shore-Pro j ekten von circa 500 MW aufwärts . Das volatile Lastkollektiv der Windturbinen erfordert ein dynamisches Hochlaufen der Elektrolyseeinheiten . Diese Anforderung zusammen mit einem hohen Technical Readiness Level ist aktuell vornehmlich durch PEM-Stacks ( Proton Exchange Membran) zu realisieren . Dieser weist im Vergleich zum Beispiel zu Alkalischen Elektrolyseuren einen größeren Footprint (Übertragungsleistung) auf . Gepaart mit großer Übertragungskapazitäten haben erste Untersuchungen ergeben, dass die Elektrolyseeinheiten sich nicht in bereits erarbeitete Plattform-Designs integrieren lassen . Darüber hinaus sind Plattformen mit einer Wasserstof f-Übertragungskapazität > 900 MW aufgrund des Gewichts und > 600 MW der benötigten Fläche basierend auf dem j etzigen Entwicklungsstand der Elektrolyseure nicht realisierbar .
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde , ein System zur Erzeugung von Energie in der Leistungsklasse > 500 MW mittels einer Windenergieanlage im of fenen Gewässer mit flexibler Anpassung an unterschiedliche Übertragungs- und Abnehmerkapazitäten bereitzustellen .
Das Problem wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Die vorliegende Erfindung weist neben einer hybriden Übertragung eine Integration mittels einer lösbaren und drehbar gelagerten Schlei fringverbindung ( engl . : Swivel System) auf mit den Vorteilen wie zum Beispiel der Speicherung, der Wartbarkeit , der Redundanz , der dynamische Wechsel zwischen den Betriebsmodi , et cetera .
Das hybride System sieht zum einen eine Trans formation der elektrischen Energie auf ein höheres Spannungslevel für den Export zur Landstation vor und zum anderen auf ein geringeres Spannungslevel , um die Elektrolyseeinheit bedarfsgerecht mit Energie zu versorgen .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die Erfindung wird im Folgenden als Aus führungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert . Dabei zeigen : Fig 1 eine prinzipielle Verbindung einer Windenergieanlage mit einer Plattform sowie einer schwimmenden Erzeu- gungs- und Speichereinheit ,
Fig 2 eine prinzipielle Verbindung einer Windenergieanlage mit einer schwimmenden Erzeugungs- und Speichereinheit ,
Fig 3 eine Verankerungssystem, welches an der schwimmenden Erzeugungs- und Speichereinheit montiert ist ,
Fig 4 eine Kiel-integrierte Lösung,
Fig 5 ein externes Turret-Mooring-System,
Fig 6 eine Unterwasserverbindung und
Fig 7 die Anordnung von H2-Tanks T in der schwimmenden Erzeugungs- und Speichereinheit .
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente .
Das im Nachfolgenden beschriebene System stellt eine hybride Lösung dar, welche die Erzeugung grünen Wasserstof fes mit der Stromübertragung koppelt . Das hybride System weist unter anderem folgende Vorteile auf :
- Erhöhte Verfügbarkeit durch zwei weitgehend unabhängig voneinander arbeitende Betriebssysteme
/Energiebereit Stellungssysteme ,
- Überwindung kritischer Stromübertragungsnetzinfrastrukturprobleme durch Energietransport mit Hil fe von Wasserstof f ,
- Dynamische Lastregelung des Stroms angepasst an den Bedarf (Wasserstof f getrieben/ Stromgetrieben) ,
- Reduzierung der OPEX durch optimierte Wartungsaktivitäten gegenüber dezentralen Of fshore-
Was ser stof f produkt ions konzept en,
- Reduzierung der CAPEX : o Kabel : Verringerung des Kabelquerschnitts , was sich speziell mit Zunahme der Entfernung zur Küste auswirkt .
Das hybride System sieht zum einen eine Trans formation der elektrischen Energie auf ein höheres Spannungslevel für den Export zur Landstation vor und zum anderen auf ein geringeres Spannungslevel , um die Elektrolyseeinheit bedarfsgerecht mit Energie zu versorgen .
Zwei verschiedene Ansätze sind gegeben .
Bei der Variante a ) WEA - Plattform - FPSO nach Fig 1 ist der Windpark WEA durch eine Plattform PF elektrisch erschlossen .
Durch eine lösbare Verbindung VT , DL lässt sich das FPSO von der Of f shore-Umspannplatt f orm PF entkoppeln . Somit kann das gesamte FPSO zum Zweck von Wartungsaktivitäten in den Hafen gebracht und diese Arbeiten an Land durchgeführt werden . Dadurch sind keine Of f shore- zerti f i zierten Arbeitskräfte für die geplante und ungeplante Wartungs- und Reparaturarbeiten am Elektrolyse-System notwendig . Daher fallen die Kosten für den Transport der Crew zum FPSO gänzlich weg . Während der Wartungsarbeiten des Elektrolyse-Systems ist die Stromübertragung HV an Land nicht beeinflusst .
Auf der Umspannplattform PF befindet sich das gesamte elektrische Hochspannungs-Equipment , grundsätzlich umfasst dies die folgenden Komponenten :
- Schaltanlagen,
- Trans formator TR,
- HVDC/AC-Konverter (VSC, engl . „Voltage Source Converter" ) ,
- Drossel .
Zusätzlich beinhaltet das elektrische System Einheiten zur Kühlung, Kontrolle und Steuerung, Sicherheit sowie der Kommunikation . Für die Auslegung des elektrischen Systems wird vornehmlich auf herkömmliches Equipment zurückgegri f fen, das keine grundlegenden Neuentwicklungen benötigt .
Die Subsysteme des FPSO weisen unter anderem folgende Einheiten auf , wobei Erweiterungen/Adaptionen möglich sind :
- Elektrolyse-Stacks ES , - Wasseraufbereitungsanlage (Entsal zung, Demineralisierung, Deionisierung) ,
- Kühlungssystem,
- Verdichtungssystem,
- Zwischenspeicher T ,
- Niederspannungs- und Hil fssysteme ,
- Turmverankerung VT mit drehbar gelagerter Schlei fringverbindung SR .
Das hybride Modell , das beispielsweise in einer Leistungsklasse >500MW einsetzbar ist , lässt sich in unterschiedliche Betriebsmodi schalten . Angepasst an den Bedarf der Abnehmerseite kann der Betreiber zwischen zwei Ansätzen unterscheiden :
• Wasserstof f gesteuert : Der von den Windenergieanlagen WEA / Hub / Cluster erzeugte Strom deckt zunächst die Nennkapazität des Elektrolyseurs , während der restliche Strom über die HVDC/AC Übertragungseinheit über die HV See Kabel an Land übertragen wird .
In diesem Fall nutzt der Elektrolyseur die Grundlast der Stromerzeugung .
• Stromgesteuert : Der Elektrolyseur nutzt nur den erzeugten Überschussstrom . In diesem Fall hat die Deckung des Strombedarfs Vorrang, und der Elektrolyseur deckt die Spitzenlast ab .
Des Weiteren lässt sich durch die hybride Übertragung und den weitgehend voneinander unabhängigen Betrieb bei der Strom- und Wasserstof fproduktion Wartungsarbeiten ohne Abschaltung des Gesamtsystems realisieren . Bereits durch die zwei verschieden Energieübertagungsmöglichkeiten sind Redundanzen für ein störungs freien Betrieb gegeben . Weiterer Vorteil : individuelle Ansteuerung der Elektrolyseur-Module , wodurch die Degradation der Stacks reduziert wird und dabei keine Übertragungsverluste in Kauf genommen werden müssen . Bei der Variante b ) WEA - Plattform - FPSO nach Fig 2 wird auf eine Of fshore Plattform komplett verzichtet . Das WEA- Cluster ist direkt mit dem FPSO verbunden . Das FPSO ist mit dem Equipment einer Of f shore-Umspannplatt f orm ausgestattet und kann sowohl als reine Wasserstof fproduktionseinheit als auch hybrid mit einem Teil Wasserstof fproduktion und zum anderen Teil Stromübertragung (UHV) ausgelegt werden .
Sowohl das elektrische System als auch die Elektrolyseeinheit sind prinzipiell analog zur Variante a ) und unterscheiden sich unter anderem in der elektrischen Auslegung der Einzelkomponenten, im Layout , im Sicherheitskonzept und im Automatisierungskonzept . Die grundlegenden Funktionalitäten sind gleich .
Das modular aufgebaute System erlaubt eine flexible , auf den Kunden angepasste Lösung sowie eine räumliche Veränderung des FPSO' s und somit eine Integration in einen anderen Windpark einer ähnlichen Leistungsklasse mit verhältnismäßig geringem Anpa ssungs auf wand .
Integration FPSO
Wie in Fig 3 dargestellt, erfolgt die mechanische Anbindung des FPSO's über ein Verankerungssystem (engl. „Turret Mooring System") . Dieses weist einen Verankerungsturm VT auf, welcher am FPSO montiert ist und von dem die Verankerungsleinen VL ausgehen. Während die Verankerungsleinen VL geostationär mit dem Meeresboden GND verbunden sind, erlaubt die drehbar gelagerte Schleifringverbindung SR (engl. „Swivel System") der Turmverankerung (engl. : Turret Mooring System) eine Rotation um den Drehpunkt S. Somit ist eine verbesserte, witterungsbedingte Ausrichtung des Schiff rümpf es sichergestellt mit dem Ziel, die Bewegung und Beschleunigung auf dem Schiff auf ein Minimum zu reduzieren. Der Hauptzweck des Drehgelenksystems besteht darin, die durch Wind, Wellen und Strömung verursachten Schiffsbewegungen auszugleichen und gleichzeitig den kontinuierlichen Flüssigkeitstransfer und die elektrische Verbindung auf recht zuerhalten . Es ermöglicht dem Schiff, sich bei wechselnden Umweltbedingungen frei zu drehen, ohne die Verankerungen übermäßig zu belasten.
Das lösbare Verankerungssystem ermöglicht eine vollständige, physische Entkopplung des FPSO's. Mittels der Schleifringverbindung SR kann sowohl das FPSO mit der erzeugten Energie der WEA's über f lexible/dynamische Kabel versorgt als auch über ein flexibles Piping-System PS an das Wasserstoffnetz angebunden werden. Zusätzlich zum Anschluss an das Wasserstoffnetz besteht die Möglichkeit, den Wasserstoff im FPSO integrierten Tanks zu speichern und über Transportschiffe den produzierten Wasserstoff an das Land zu transportieren.
Je nach Platzbedarf auf dem FPSO und Anforderungen ist das erfindungsgemäße System als eine Kiel-integrierte Lösung, wie in Fig 4 dargestellt, ein externes Turret-Mooring-System, wie in Fig 5 dargestellt, als auch eine Unterwasserverbindung, wie in Fig 6 dargestellt, realisierbar. Das Verankerungssystem aber auch das Gegenlager GL können separat und beabstandet von der Windenergieanlage WEA aber auch an der Plattform PF angeordnet sein .
Integriertes Tanksystem des FPSO' s
Als Alternative zur Pipeline-Anbindung sind im Rumpf des FPSO' s als Speicherkapazitäten integrierte Tanks T zur Speicherung von Wasserstof f H2 angeordnet ( siehe Fig 7 ) .
Die Elektrolysestacks ES mit den Nebensystemen beanspruchen im Vergleich zu der Hochspannungsübertragung HVDC den größeren Platzbedarf . Mit zunehmender Kapazität der Elektrolyseeinheit ES steigt der Platzbedarf erheblich an . Je nach erforderlicher Übertragungsleistung und dem damit einhergehenden Anteil am verfügbaren Bauraum, können die Elektrolysestacks ES auch in das aktuell vorgesehene Volumen der Tanks integriert werden und somit bei gleichbleibender Größe des FPSO' s ein höherer Output an Wasserstof f aber auch Stromübertragung realisiert werden . Somit lässt sich das dynamische Verhalten des FPSO' s und die daraus resultierenden Beschleunigungen und Bewegungen optimieren .
Das erfindungsgemäße System umfasst :
- Modularer Aufbau zur Integration einer Wasserstof fproduktionseinheit an einen Windpark 33/ 66/ 132 kV,
- Integration von Hochspannungsübertragung und/ oder ausschließlich Elektrolyseeinheiten auf einem FPSO,
- Optionale Nutzung des Tanksystems T im Rumpf des FPSO' s zur Speicherung von Wasserstof f H2 ,
- Flexible Skalierbarkeit der Übertragungsleistung ohne tiefgrei fende Veränderung des Layouts des FPSO' s ,
- Anbindung des FPSO' s mittels drehbar gelagertem und schnell lösbarem Verankerungssystems in Verbindung mit einem Energieübertragungssystem für sowohl Strom als auch Fluide .
Der Begri f f Fluid umfasst Wasserstof f , wie auch seine Derivate , wie zum Beispiel Ammoniak, flüssige organische Wasserstof fträger LOHC ( engl . : liquid organic hydrogen carriers ) , etc . Die vorliegende Erfindung wurde zu I llustrations zwecken anhand von konkreten Aus führungsbeispielen im Detail erläutert . Dabei können Elemente der einzelnen Aus führungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden . Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Aus führungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren .
Bezugszeichenliste
AC- - Alternating Current, Wechselstrom
CAPEX - Kapitalkosten, (engl: capital expenditures)
DC - Direct Current, Gleichstrom
ES - Elektrolysestack, Elektrolyseeinheit
FPSO - Wasserfahrzeug, im Gewässer schwimmende Erzeugungsund Speichereinheit (engl: Floating Production and Storage Unit)
GIS - Gas isolierte Schaltanlage, gas insulated switchgear
GL - Gegenlager
GND - Boden des Gewässers, ground
H2 - Wasserstoff, hydrogen
HV - Hochspannung, high voltage
HVDC - Hochspannungs-Gleichstrom-Umsetzer, Hochspannungsübertragung
IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor
LOHC - flüssige organische Wasserstoff träger (engl. : liquid organic hydrogen carriers
MV - Mittelspannung, medium voltage
Offshore - zu Wasser
OPEX - Betriebsausgaben, (engl: operating expenditures) Onshore - zu Lande
PF - Plattform
PS - Fluidleitung, flexible Wasserstoff leitung, (engl: Piping System)
S - Senkrechte, Hochachse, Drehpunkt
SR - Schleifring, (engl: swivel system)
T - Tanksystems im Rumpf des FPSO' s zur Speicherung von Wasserstoff
TR - Hochleistungs-Transformator
UHV - Höchstspannung, ultra high voltage
VSC - Voltage Source Converter
VL - Verankerungsleine
VT - Verankerungsturm, (engl: Turret Mooring System)
W - Gewässer, offenes Gewässer (engl: offshore)
WEA - Windenergieanlage, Hub, Cluster

Claims

Patentansprüche
1. System zur Erzeugung von Energie mittels einer Windenergieanlage (WEA) im offenen Gewässer (W) , bei dem eine im Gewässer schwimmende Erzeugungs- und Speichereinheit (FPSO) mittels eines Drehlagers (DL) , das mit einem am Boden (GND) des Gewässers befestigten Gegenlager (GL) zusammenwirkt, am Ort des Gegenlagers um die Hochachse (S) drehbar gehalten wird, das Gegenlager (GL) mit der Windenergieanlage elektrisch verbunden ist, das Drehlager (DL) und das Gegenlager (GL) einen Koppelmechanismus zum gegenseitigen Lösen aber auch Verbinden aufweist, das Drehlager (DL) mit dem Gegenlager (GL) über einen drehbar gelagerten Schleifring (SR) zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder ein Fluides, insbesondere Wasserstoff (H2) , von und zur Erzeugungs- und Speichereinheit (FPSO) zusammenwirkt.
2. System nach Anspruch 1, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s das Drehlager (DL) mit dem Gegenlager (GL) derart zusammenwirkt, dass eine Übertragung eines Fluids von der Erzeugungsund Speichereinheit (FPSO) in eine Fluidleitung (PS) gegeben ist .
3. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s das Drehlager (DL) mit dem Gegenlager derart zusammenwirkt, dass eine Relativbewegung in Richtung der Senkrechten (S) gegeben ist.
4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s das Drehlager (DL) mit dem Gegenlager derart zusammenwirkt, dass eine Kippbewegung bezüglich der Senkrechten (S) gegeben ist .
5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s das Gegenlager (GL) mittels Verankerungsleinen (VL) am Boden (GND) des Gewässers (W) befestigt ist.
6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s auf dem FPSO eine Elektrolyseeinheit (ES) zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) angeordnet ist.
7. System nach Anspruch 6, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s auf der Erzeugungs- und Speichereinheit (FPSO) eine Transformation der Hochspannung (HV) der Windenergieanlage (WEA) , insbesondere 66/132 kV, in die Niederspannung, insbesondere 600-800V, der Elektrolyseeinheit (ES) gegeben ist.
8. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s auf der Erzeugungs- und Speichereinheit (FPSO) eine Transformation der Hochspannung (HV) der Windenergieanlage (WEA) , insbesondere 66/132 kV, in die Höchstspannung (UHV) , insbesondere 320kV/525kV, der verbundenen Fernübertragung gegeben ist .
9. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s das Gegenlager (GL) über eine Plattform (PF) mit der Windenergieanlage elektrisch verbunden ist.
10. System nach Anspruch 9, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s auf der Plattform (PF) eine Transformation der Hochspannung (HV) der Windenergieanlage (WEA) , insbesondere 66/132 kV, in die Höchstspannung (UHV) , insbesondere 320kV/525kV, der verbundenen Fernübertragung gegeben ist.
11. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s die Erzeugungs- und Speichereinheit (FPSO) im Rumpf einen Tank (T) zur Speicherung von erzeugtem Wasserstoff (H2) aufweist.
EP24727751.0A 2023-06-07 2024-05-22 Integratives system für die zentrale offshore-wasserstoffproduktion in verbindung mit einer schwimmenden erzeugungs- und speichereinheit Pending EP4643014A1 (de)

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