JP2015080402A - 海上風力タービンを電気海中ケーブルに接続するための単体の電気アセンブリ、風力タービン、風力タービン・クラスタおよびかかる電気アセンブリを風力タービン・タワーに取り付ける方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海上に位置する少なくとも１つの風力タービンを、陸上の送電網に接続されている電気海中ケーブルに電気的に接続するための電気アセンブリ設置労力を低減する。【解決手段】電気アセンブリ１００は、少なくとも１つの風力タービンによって供給されている第１の電圧レベルを、海中ケーブルの第２の電圧レベルに変換するための変圧器１１０と、変圧器１１０に電気的かつ機械的に接続され、少なくとも変圧器１１０の運転を制御するための外部装置１２０とを具え、変圧器１１０および電気機器１２０は、単体として機械的に取り扱うことができる予め設置されたパッケージによって形成し、さらに、電気アセンブリ１００を具える風力タービンと電気アセンブリ１００を風力タービンのタワー１６０に取り付ける。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、風力タービンの技術分野に関するものであり、特には、海上に設置された風力タービンに関するものである。本発明は、具体的には、少なくとも１つの海上風力タービンを海中ケーブルに電気的に接続することに関するものである。特に、本発明は、変圧器および外部装置を具える電気アセンブリであって、海上に位置する少なくとも１つの風力タービンを、陸上の送電網に接続されている電気海中ケーブルに電気的に接続する電気アセンブリに関するものである。さらに、本発明は、この種の電気アセンブリを具える風力タービン、この種の風力タービンを具える風力タービン・クラスタ、および、この種の電気アセンブリを風力タービンのタワーに取り付ける方法に関するものである。

海上風力発電所または風力タービンのクラスタによって発生した電力は、陸上の電力系統にＡＣまたはＤＣの送電線によって伝送される。典型的には、短い距離には、ＡＣ送電が用いられるが、ＡＣケーブルは、現実的に使用可能な長さを約１００ｋｍに制限する容量電荷に影響を受ける。

Peter Christiansen等による刊行物「Grid Connection and Remote Control for the Horns Rev 150 MW Offshore Wind Farm in Denmark」から、風力発電所の個々の風力タービンが複数の列に配置可能であり、各列は複数の直列接続された風力タービンから成るということが知られている。複数の列は、バスバー、変圧器およびブレーカを具える海上変圧器変電所で相互接続される。海上変圧器変電所は、別々の基礎の上に配置される。

個々の風力タービンからの電力は、いくつかの特定の発電機電圧で生成され、上述した刊行物によると、生成電力を海上変圧器変電所に送るために、各風力タービンにおいて中間ＡＣ電圧レベルに変換される。中間ＡＣ電圧レベルの送電線は、各列の対応する個々の風力タービンを相互接続し、列を海上変圧器変電所に接続することができる。海上変圧器変電所の基本的な役割は、連結された風力タービンからのＡＣ電力を、中間ＡＣ電圧レベルから高いＡＣ電圧レベルに変換することである。中間ＡＣ電圧レベルは、例えば、２４ｋＶであり、高いＡＣ電圧レベルは、例えば、１５０ｋＶＡＣとすることができる。

ＥＰ１０７１８８３Ｂ１には、発電機と、タワーと、タワーが設けられている基礎と、生成電力を電力系統に送るために発電機に接続されている変圧器と、を有する風力タービンが開示されている。タワー、発電機および変圧器の重量は、風力タービンの基礎のみによって支えられる。変圧器は、タワーの外側に取り付けられるプラットフォーム上に配置される。

ＥＰの１２４０４２６Ｂ１には、タワーと、ローターヘッドと、少なくとも１つのロータブレードと、風力タービンのタワーの外側に交換可能に配置される少なくとも１つのコンテナに収容されている電気サブシステム（例えば、スイッチ装置および／または変圧器）と、を有する海上風力タービンが開示されている。コンテナは、タワーに適合した支持フレームワーク構造から懸架されている。このフレームワーク構造は、コンテナを下降し交換するためのケーブルシステムを含む。

ＷＯ２００８／０３９１２１Ａ１には、ある領域にわたって分布する複数の海上風力タービンを有する風力発電所が開示されている。各海上風力タービンは、発電機と、発電機によって発生する電力信号の電圧を上げるための第１の昇圧変圧器と、を具える。各海上風力タービンは、ケーブルによって、さらに第２の昇圧変圧器に接続され、第２の昇圧変圧器は、すべての海上風力タービンに共通する主ケーブルに接続され、主ケーブルは、風力発電所によって発生する全電力を、上述したある領域からかなり離れた距離に位置している電力系統に送る。海上風力タービンは、グループ内で相互接続される。各グループは、グループの領域内に位置する別々の第２の昇圧変圧器に接続されている。さらに、各第２の昇圧変圧器は、すべての海上風力タービンに共通する主ケーブルに接続されている。第２の昇圧変圧器の各々は、それぞれのグループに属している風力タービンの１つに配置されうる。第２の昇圧変圧器は、それぞれの風力タービンの柱状構造の上に、または、この柱状構造を支持する基礎の上に配置されうる。

しかしながら、第２の昇圧変圧器をそれぞれの風力タービンに設置する際の設置労力は重大である。特に、海上の位置でのラフな環境条件を考慮すると、昇圧変圧器を、昇圧変圧器の外部の必要な電気機器とともに電気的および機械的に設置することによって、多くのトラブルが生じうる。

風力タービンの昇圧変圧器の設置を改善する要求が存在する。

この要求は、独立請求項に従う特徴事項によって満たされる。本発明の有利な実施形態は、従属請求項によって記載されている。

本発明の第１の態様によれば、海上に位置する少なくとも１つの風力タービンを、陸上の送電網に接続されている電気海中ケーブルに電気的に接続するための電気アセンブリが提供される。電気アセンブリは、（ａ）少なくとも１つの風力タービンによって供給されている第１の電圧レベルを、海中ケーブルの第２の電圧レベルに変換するための変圧器と、（ｂ）変圧器に電気的かつ機械的に接続され、少なくとも変圧器の運転を制御するための外部装置と、を具える。変圧器および電気機器は、単体として機械的に取り扱うことができる予め設置されたパッケージによって形成または実現される。

本発明の電気アセンブリは、電気アセンブリを取り扱うとき、例えば、電気アセンブリを海上に位置する風力タービンに設置するとき、電気アセンブリのすべてのコンポーネントは単体として取り扱うことができるというアイディアに基づく。これにより、電気アセンブリの設置が容易になるだけでなく、電気アセンブリを、海上風力タービンが設置されたサイトに輸送することもまた容易になる。

記述的に説明すると、本発明の変圧器および外部装置のアセンブリは、屋外運転にも適した単一のコンパクト・ユニットを形成することができる。

本願明細書において、「予め設置（プリインストール）」という用語は、それぞれのコンポーネント、すなわち、変圧器および外部装置が、互いにしっかりと機械的に接続されていることを意味する。それゆえ、これらのコンポーネントを機械的に接続する手順は、陸上で実行することが好ましい。「機械的に、しっかりと接続される」とは、変圧器および外部装置が、分離できない方法で互いに接続されていることを意味する。いかなる形であれ、電気アセンブリの不所望な分離の危険度がごくわずかであるように、機械的接続は、非常にしっかりとしていなければならない。

好ましくは、外部装置が変圧器に直接設置可能なように変圧器は設計される。外部装置を含む変圧器は、単一ユニットを形成し、電気アセンブリの設置場所における設置時間を短縮し、電気アセンブリのフットプリントを最小化する。

本発明の一実施形態によれば、外部装置は、ガス絶縁開閉装置を具える。これにより、変圧器が、信頼性が高い方法でオン／オフに切り換えられるという利点が提供される。変圧器を高圧（ＨＶ）海中ケーブルシステムに接続するとき、および／または、変圧器の通常の運転を可能にするときに切り換えなければならない高電圧の電力信号を電気的に取り扱うときでさえ、電気アークの発生による損害の危険を低減することができる。

電気アセンブリを海上の屋外で設置する場合、対応するガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）コンパートメントは、変圧器と同じ腐食保護、すなわち海洋の塩分のある環境に対する保護のレベルで設計される。

ＧＩＳは、特に海上風力タービンによる電気エネルギの生成と関係する電力信号を取り扱うことができる任意の適切なタイプとすることができる。ＧＩＳは、ガス硫黄六フッ化物（ＳＦ６）およびその絶縁耐力を使用し、ＧＩＳコンパートメント内で生じた電気アークを効果的に消滅させることができる。

本発明の他の実施形態によれば、外部装置は、アース・スイッチを具える。これによって、例えば、保守作業を実施しなければならない場合、変圧器および／または他の電気ケーブルがグラウンドに接続可能であるというという利点が提供される。このようにして、保守係のための安全な労働条件は、単純かつ有効な方法で実現可能である。

一実施形態では、アース・スイッチはＧＩＳに統合可能である。

本発明の他の実施形態によれば、外部装置は、電気断路器を具える。

変圧器に電気的に結合されている電気断路器を用いて、変圧器は、風力タービンからおよび／または海中ケーブルから分離することができる。分離は、非常の場合、および／または、必要な保守作業またはサービス作業の場合に実行される。

いくつかの構成において、本発明の電気断路器は、上述のアース・スイッチとともに、電気アセンブリの安全運転のため、および／または、変圧器の危険のないサービス作業を実行するために必要とされうる。必要と分かると、電気断路器は、保護ブレーカとして作用するためにアップグレード可能である。

本発明の他の実施形態によれば、外部装置は、サージ防止装置を具える。

変圧器に直接的または間接的に電気的に接続されている本発明のサージ防止装置によって、過電圧状況に対する保護が達成できる。一実施形態では、電圧サージ保護のための本発明のサージ防止装置は、ＧＩＳコンパートメント内に統合可能である。

本発明の他の実施形態によれば、外部装置は、電気的接続装置を具え、電気的接続装置は、電気アセンブリを、風力タービンに割り当てられている第１のケーブル終端装置および／または海中ケーブルに割り当てられている第２のケーブル終端装置に電気的に接続する。

予め設置された電気アセンブリが、電気アセンブリを収容するように構成されたプラットフォームに機械的に接続または配置されるとき、電気的接続装置によって、一方では（ａ）本発明の電気アセンブリと、他方では（ｂ１）風力タービンおよび／または（ｂ２）海中ケーブルと、の間の適切な電気接続を自動的な方法で確立することができる。

簡単かつ信頼性が高い方法でこの種の電気接続を容易にするために、電気的接続装置は、導電材料から作られる案内側壁を具えることができる。電気アセンブリが上述のプラットフォーム上に配置されるとき、これらの案内側壁は、挿入方向に対して傾斜して配向されうる。これによって、適切な電気接続の確立が容易になる。

本発明の電気的接続装置は、１つ以上の電気端子を具えることができる。好ましくは、電気的接続装置は、回転電流の各フェーズのための１つの電気端子を具える。これは、（ａ）電気アセンブリの変圧器と海中ケーブルと間の電気接続および（ｂ）電気アセンブリの変圧器と風力タービンとの間の電気接続の両方を保つことができる。

本発明の他の実施形態によれば、外部装置は、変圧器を冷却するための冷却装置を具える。これにより、外部装置に割り当てられ、直接的または間接的な方法で変圧器に電気的かつ機械的に接続されている電気機器の他に、まず第１に、電気系統および変圧器の電気的な運転に関連していない機器もまた、電気アセンブリがその最終的な目的地（例えば上述のプラットフォーム上）に配置される前に予め設置可能であるという利点が提供される。

冷却装置は、冷却用ラジエータおよび／または冷却ファンを具えることができ、冷却用ラジエータおよび／または冷却ファンは、適切な伝熱媒体（例えば、伝熱ガスまたは伝熱液体）の流れを介して直接的および／または間接的に変圧器に熱的に結合される。

この点で、本発明の電気アセンブリがその最終的な目的地に設置または配置される前に、外部装置の上述のコンポーネントの好ましくは全てが特に陸上で予め設置可能である。

本発明のさらに別の態様では、上記の通りの電気アセンブリを具える風力タービンが提供される。

本発明の風力タービンは、上述した電気アセンブリを、別々のプラットフォームまたは適切な海上変電所に海上で設置する代わりに、電気アセンブリが風力タービンに割り当て可能であるというアイディアに基づく。これは、電気アセンブリが、直接的または間接的に、例えば風力タービンのタワーを介して、（海上の）風力タービンの基礎に機械的に接続されていることを意味する。

電気アセンブリを具える風力タービンは、風力タービンのクラスタ内の１つの風力タービンとすることができる。このことにより、電気アセンブリは、本発明の風力タービンを海中ケーブルに接続するためだけに用いられるわけではない。むしろ、電気アセンブリは、この種の電気アセンブリを備えていないクラスタの他の風力タービンの少なくとも１つに接続可能である。この場合、本発明の風力タービンは、ＡＣブースタ風力タービンと称することができる。なぜなら、概して、電気アセンブリおよび特に変圧器を用いて、個々の風力タービン（の発電機、電気インバータおよび／または昇圧変圧器）により供給される電圧レベルを増加させるからである。

例えば、少なくとも１つの風力タービン（の発電機、電気インバータおよび／または昇圧変圧器）により供給される入力電力信号の電圧レベルは、３３ｋＶまたは６６ｋＶとすることができる。電気アセンブリの変圧器（の出力）により供給される出力電力信号の電圧レベルは、例えば、１３２ｋＶ、１５０ｋＶまたは２２０ｋＶとすることができる。ただし、これらの値は、単なる例示であり、具体的な用途に応じて異なり、他の電圧レベルもまた供給可能であるということを理解されたい。

本発明の風力タービンのタワー内のブレーカを、中電圧（ＭＶ）側（例えば３３ｋＶまたは６６ｋＶ）に設置することができる。理想的には、アセンブリユニットのプラットフォーム上の変圧器に隣接した保護ブレーカを、高電圧（ＨＶ）側（例えば１３２ｋＶ、１５０ｋＶまたは２２０ｋＶ）に設置するべきではない。変圧器に隣接した保護ブレーカに代わるものとして、高圧交流（ＨＶＡＣ）送出ケーブルと陸上変電所のＨＶバスバーとの間の保護ブレーカを陸上で設置することができる。

本発明の他の実施形態によれば、風力タービンは、（ａ）タワーと、（ｂ）タワーに取り付けられ、かつ、タワーの外側に配置されているプラットフォームと、をさらに具える。それゆえ、電気アセンブリは、プラットフォーム上に位置している。これにより、電気アセンブリを、風力タービン（のタワー）に設置することが比較的容易であるという利点が提供される。これは、特に、海上風力タービンに当てはまる。例えば、風力タービンの設置場所に輸送された適切なクレーンを用いて設置することができる。

１つのパッケージで提供される、変圧器および外部装置を有する電気アセンブリは、任意のハウジングまたは防火のない戸外に配置可能である。これは、全てがある種のハウジング内に位置している現在の海上風力タービン変圧器装置とは対照的である。上述したように、電気アセンブリのパッケージは、変圧器の安全運転および／または保守サービスのために必要とされるすべての基本的機器を含むことができる。

好ましくは、例えば、変圧器に近接する必要がないすべての機器は、他の位置、例えば、風力タービンのタワー内、または、陸上変電所上に配置される。この方法によって、屋外の機器の設置面積および、結果として、プラットフォームの規模を減少することができる。

さらに、変圧器の下に、ケーブル・デッキ（すなわち、ケーブルを設置するためのプラットフォーム）が必要なくなる。むしろ、ケーブルを、分割および終端される変圧器のレベルに、直接送ることができる。これにより、電気アセンブリ変圧器の自動プラグイン接続が可能になり、周知のＨＶＡＣおよび／またはＨＶＤＣプラットフォームに使用される従来のケーブル・デッキは省略される。

記述的に説明すると、プラットフォームに設置されている電気アセンブリの変圧器は、いわゆる海上コレクタ・プラットフォーム上に位置する従来の変電所変圧器に取って代わることができる。上述したように、変圧器の電圧比率は、海上風力発電所のイントラ・アレイ・システムの、例えば３３ｋＶまたは６６ｋＶから、電力輸出回路に適したより高い電圧レベル、例えば、１３２ｋＶ、１５０ｋＶまたは２２０ｋＶまで、電圧を上げることができる。

この点で、上述したような、風力タービンに割り当てられている第１のケーブル終端装置および／または海中ケーブルに割り当てられている第２のケーブル終端装置は、風力タービンのプラットフォームに取り付け可能である。

電気アセンブリをプラットフォームに設置するとき、変圧器を有する電気アセンブリが到着する前に、ＭＶケーブルおよびＨＶケーブルをプラットフォームで終端することができる。終端されたケーブルは、設置案内を有する適切な支持構造に嵌入され、対応するプラグを変圧器コネクタ・ボックスに直接接続することができる。変圧器を有する電気アセンブリが持ち上げられ、プラットフォーム上の正確な位置に下降されるとき、ケーブルは、プラグイン・コネクタ（メスの部分）に取り付けられ、ケーブル・コネクタの変圧器に対する自動プラグインを可能にする正確な位置で治具に固定することができる。ケーブル治具は、微小な水平運動を許容するように設計される。機械的案内により、変圧器がその位置まで下降するとき、電気コネクタに対する機械的な影響が確実に最小限に保たれる。案内システムにより、電気コネクタは、接続のための正しい位置に確実に案内される。それゆえ、設置中に一工程でともにスロットする、完全に予め作動され（pre-commissioned）予めで終端された複数のケーブルにより、変圧器の自動プラグイン接続が可能になる。

本発明の他の実施形態によれば、風力タービンは、（ａ）変圧器から失われている流体を回収するための回収タンクと、（ｂ）変圧器から失われている流体が回収タンクに移動するように、変圧器を回収タンクに接続するための流体連結装置と、をさらに具える。

これにより、変圧器流体の少なくとも一部が放出されるという変圧器の故障が生じた場合、この流体を捕獲し、環境の汚染を回避できるという利点が提供される。流体は、変圧器のための冷却液体および／または絶縁流体とすることができる。

流体連結装置は、変圧器の下に配置され、じょうごとして作用できる回収トレイを含むことができる。回収トレイは、適切な排出パイプによって回収タンクに接続することができる。

回収タンクおよび流体連結装置は、油を処理するように構成することができる。これにより、特に海上変圧器において用いられている最も一般的な液体のために、本発明の回収タンクを用いることができるという利点が提供される。

本発明の他の実施形態によれば、回収タンクは、風力タービンのタワー内に配置される。これにより、特に故障時または非常時には、いずれにせよ空いている自由空間を利用して、変圧器の内部から放出されうる流体を回収することができるという利点が提供される。

回収タンクは、底の境界と、回収タンクとの横方向の境界線として作用しているタワーの内壁と、によって形成可能である。底の境界は、例えば、複数のタワー部分を接続しているいわゆるジャケット脚によって、または、海底およびタワーの移行部分に入れられているパイル（しばしばモノパイルと呼ばれる）を接続しているフランジ接続によって形成可能である。

油絶縁された変圧器のために、適切なＧＩＳ移行は、変圧器ＨＶ巻線を、上述の外部装置、すなわちアース・スイッチ、電気断路器、サージ防止装置および電気接続の配置に接続することができる。

変圧器を絶縁するための油は、合成エステル油または環境にやさしい植物油とすることができる。

変圧器油が変圧器から漏れているという（思いもよらない）場合には、変圧器油を回収し、油が海に流出することによる汚染を回避する必要がある。従来のＨＶＡＣ／ＨＶＤＣ海上プラットフォームでは、変圧器の下の油回収トレイは、油を回収し、変圧器の下に位置するタンクに導く。

本明細書に記載の風力タービンでは、変圧器は、風力タービンのタワーの外側の、覆われていないプラットフォーム上に位置する。ただし、変圧器の下の油回収タンクは回避され、代わりに、油は、パイル／移行部分／ジャケット脚の内部コンパートメントに導かれる。

この油回収方法を用いると、比較的大量の油が変圧器から放出されるという思いもよらない場合に、油が、それぞれのタワーコンパートメントの内側コンパートメント内に位置している機器を破壊しうるということが認められるにちがいない。

本発明のさらに別の態様では、ともに電気的に接続されている複数の風力タービンを具える風力タービン・クラスタが提供され、複数の風力タービンの１つの風力タービンは、上述した風力タービンである。

本発明の風力タービン・クラスタは、１つの風力タービンが、すべての風力タービンのために電圧コンバータとして作用することができる上述した電気アセンブリを備えることができ、電圧コンバータが、風力タービンのそれぞれによって生成される電力信号の電圧を、（妥当な場合、風力タービンに割り当てられる昇圧変圧器を用いて）、海上に位置する複数の風力タービンを陸上に位置する送電網に接続する海中ケーブルに供給される電圧レベルに変換するというアイディアに基づく。

記述的に説明すると、風力タービンの１つに位置している電気アセンブリの変圧器（本明細書ではＡＣブースタ風力タービンと呼ばれている）は、複数の（少なくとも２つの）風力タービンを接続するが、よりしばしば風力タービンのクラスタを接続する。この種のクラスタの風力タービンの数は、単一のストリングから複数のストリング、例えば３つのストリングまで変化することができ、各ストリングは、複数の風力タービン、例えば３〜１５の風力タービンを有する。

本明細書に記載の風力タービン・クラスタを用いて、タービン基礎または移行部分に付加されたプラットフォーム上の選択された風力タービン上に変圧器が直接配置されている従来のコレクタ・プラットフォームを回避することができる。

本発明のさらに別の態様では、上述したように、電気アセンブリを風力タービンのタワーに取り付ける方法が提供される。本発明の方法は、（ａ）電気アセンブリを組み立てるステップと、（ｂ）単体としての電気アセンブリを、陸上の位置から海上の位置に輸送するステップと、（ｃ）電気アセンブリを、海上の位置でタワーに取り付けるステップと、を含む。

また、本発明の方法は、電気アセンブリを取り扱い、輸送するとき、電気アセンブリのすべてのコンポーネントが単体として統合されるというアイディアに基づく。これにより、電子部品アセンブリを風力タービン・タワーで設置するのが容易になるだけでなく、海上風力タービンが設置されるサイトに電子部品アセンブリを輸送することも容易になる。

好ましくは、電気アセンブリは、適切な電気的接続装置を備え、タワー（特に、電気アセンブリが取り付けられるタワー・プラットフォーム）は、適切なケーブル終端装置を備え、電気アセンブリを最終位置に機械的に配置するとき、変圧器およびその外部装置は、（ａ）発電機、電気的なインバータおよび／または風力タービンの昇圧変圧器、および、（ｂ）海中ケーブルに自動的に接続される。

本発明の一実施形態によれば、方法は、電気アセンブリの電気機能の少なくともいくつかを陸上の位置で予備試験するステップをさらに含む。これは、電気アセンブリの運転能力が陸上の位置ですでに評価されることを意味する。エラーが起こると、電気アセンブリのさらなる使用は中断され、特に、電気アセンブリの輸送は行われない。次に、電気アセンブリは修理されるか、または、新規な欠陥のない電気アセンブリが用いられる。これにより、電気アセンブリを風力タービンのタワーに海上の位置で設置するとき、電気アセンブリが確実に正しく動作するという利点が提供される。これにより、設置プロセス全体の信頼性がより向上する。

本発明の実施形態が異なる特徴事項に関して記載されていた点に注意されなければならない。特に、いくつかの実施形態では方法の請求項に関して記載され、他の実施形態では装置の請求項に関して記載されている。しかしながら、他に明記されていなければ、１種類の特徴事項に属している特徴の任意の組合せに加えて、異なる特徴事項に関する特徴間の任意の組合せ、特に方法の請求項の特徴と装置の請求項の特徴との間の組み合わせもまた、本願明細書に開示されているものみなされるということを、当業者は上記および以下の説明から推測するものである。

本発明の上述した態様およびさらなる態様は、後述する実施形態の例から明らかであり、実施形態の例を参照して説明される。以下、本発明は、実施形態を参照してさらに詳細に記載されているが、本発明は実施形態に限定されるものではない。

変圧器および外部装置を具え、風力タービンのタワーのプラットフォーム上に取り付けられている電気アセンブリの側面図を示す。 図１の電気アセンブリおよびプラットフォームの正面図を示す。 電気アセンブリをプラットフォーム上に設置した例を示す。 風力タービン・クラスタを示し、本発明の実施形態に従って、クラスタの１つの風力タービンは、プラットフォームおよびプラットフォーム上に設置された電気アセンブリを備えている。

図面は概略的に示される。複数の図面において、同一類似の要素または特徴には、第１の桁のみが異なる対応する同一の参照記号が付されている点に留意されたい。不必要な反復を回避するために、先に述べた実施形態に関してすでに説明された要素または特徴は、後の説明において再び説明されない。

図１および図２には、本発明の好適実施形態が記載されている。図１は、本実施形態の側面図を示し、図２は、同一の実施形態の正面図を示す。図１および図２は、海上風力タービンの垂直方向に関する中央部分を示し、水平プラットフォーム１６２は、風力タービンのタワー１６０に横方向に取り付けられる。機械的安定性を提供するために、プラットフォーム１６２は、支持構造１６３によって支持される（図１において最も分かりやすい）。

プラットフォーム１６２上に、電気アセンブリ１００が配置されている。電気アセンブリ１００は、変圧器１１０を具え、この変圧器１１０を用いて、風力タービンにより供給される電力信号の電圧を、（発電機、ＡＣ―ＤＣ―ＡＣインバータおよび風力タービンに割り当てられている昇圧変圧器によって）中電圧（ＭＶ）電力信号（例えば３３ｋＶまたは６６ｋＶ）から高電圧（ＨＶ）電力信号（例えば１３２ｋＶ、１５０ｋＶまたは２２０ｋＶ）まで上げる。次に、ＨＶ電力信号は、電気エネルギを陸上に位置する電力網に輸送するためのＨＶ海中ケーブル（図示せず）に供給される。

本実施形態によれば、変圧器１１０は、電気的なＭＶ電力信号を、この種の変圧器を備えていない複数の他の風力タービン（図１および図２に図示せず）から集める。したがって、電気アセンブリ１００は、自身の基礎を有しないが、その基礎としてプラットフォーム１６２を使用する海上変電所として作用する。

変圧器１１０の信頼性が高い運転および安全な保守作業を可能にするために、電気アセンブリ１００は、外部装置１２０を具え、この外部装置１２０は、本発明に従って、変圧器１１０に確実に取り付けられ、電気アセンブリ１００の全体を単一ユニットとして取り扱うことができる。これによって、風力タービンの組み立ての海上サイトへの輸送およびプラットフォーム１６２上の適切な設置は、外部装置１２０および変圧器のコンポーネントを個別に取り扱わなければならない周知の電気アセンブリの対応する取り扱いより非常に容易になる。

外部装置１２０は、アース・スイッチおよび／または電気断路器１２２を具える。本実施形態において、アース・スイッチおよび電気断路器は、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）１２２として実現される。アース・スイッチ１２２を利用することによって、変圧器１１０および／または他の電気ケーブルは、例えば、保守作業を実施しなければならない場合、グラウンドに接続可能である。このようにして、保守係のための安全な労働条件は、単純かつ有効な方法で実現可能である。電気断路器を用いて、変圧器１１０は、風力タービンからおよび／または海中ケーブルから分離することができる。これは、非常の場合、および／または、時々必要な保守作業またはサービス作業の場合に実行されうる。

さらに、任意の特徴として、外部装置１２０は、３つのサージ防止装置１２４（回転電流の各フェーズのため、図２参照）を具えることができる。変圧器１１０に直接的または間接的に電気的に接続されているサージ防止装置１２４によって、過電圧状況に対する有効な保護が達成できる。さらにまた、外部装置１２０は、電気的接続装置１２６を具え、電気的接続装置１２６を用いて、変圧器１１０を（ａ）第１のケーブル終端装置２４０（図２のみ参照）および（ｂ）第２のケーブル終端装置１３０の両方に接続し、第１のケーブル終端装置２４０は、風力タービンおよび他の風力タービン（図示せず）に割り当てられ、第２のケーブル終端装置１３０は、ＨＶ海中ケーブル（図示せず）に割り当てられる。図２から分かるように、第１のケーブル終端装置２４０は、ＭＶケーブル２４１を介して風力タービンおよび他の風力タービンに接続され、第２のケーブル終端装置１３０は、ＨＶケーブル２３１を介してＨＶ海中ケーブルに接続されている。

図１から分かるように、外部装置１２０は、変圧器１１０を冷却するための冷却装置１２８をさらに具える。冷却装置１２８は、変圧器１１０のハウジングに取り付けられる。冷却装置１２８は、任意の適切な物理的な構造（例えば、冷却用ラジエータおよび／または冷却ファン）によって実現可能である。したがって、冷却装置１２８は、概略的にのみ示されている。

本実施形態によれば、ブラケット１３２を用いて、３つのプラグコネクタからなる第２のケーブル終端装置１３０が適所に保持される。

図１において最も分かりやすいように、変圧器１１０の下かつプラットフォーム１６２の下に、回収トレイ１７２が設けられる。この回収トレイ１７２は、変圧器１１０の巻線のための絶縁材および／または冷媒として通常用いられている油のための受容器として用いられる。変圧器１１０の極端な運転条件下において、この油は、変圧器１１０のケースから漏れるおそれがある。海水の汚染を回避するために、この油は、回収トレイ１７２によって回収しなければならない。油が流出し、海に落下するのを防止する周知の解決法と異なり、油は、回収トレイ１７２に留まらない。本実施形態によれば、油は、排出管１７４を介してタワー１６０の内部に送られる。

図１から分かるように、タワー１６０内に回収タンク１６８が形成される。本実施形態によれば、回収タンク１６８は、底の境界が移行部分すなわちジャケット脚１６６によって形成され、横方向の境界がタワー１６０の内壁によって形成される。対応する油浴は、図１の参照数字１９８によって示され、タワーのフランジ接続１６４を超えて長手方向に延在する。油浴１９８内に落下する油滴は、図１の参照数字１９８ａによって示される。

図２から分かるように、プラットフォーム１６２の上側に、機械的案内構造２６５が設けられている。例えばクレーンによって電気アセンブリ１００を下降することによって、電気アセンブリ１００をプラットフォーム１６２上に配置するとき、機械的案内構造２６５によって、電気アセンブリ１００は、適切な位置に確実に配置される。電気アセンブリ１００を適切な位置に配置する場合にのみ、電気的接続装置１２６を、第１のケーブル終端装置２４０および第２のケーブル終端装置１３０の両方に確実に適合することができる。

図３は、電気アセンブリ１００をプラットフォーム１６２に設置する例を示す。電気アセンブリ１００は、マウンティング・アイ３９７に取り付けられたワイヤまたはチェーン３９６ａを介してクレーン・フック３９６で吊るされる。クレーン（図示せず）がクレーン・フック３９６を下降するとき、電気アセンブリ１００は、プラットフォーム１６２上に降ろされ、機械的案内構造（図３には図示せず）のため、その所定の位置に載置される。これにより、電気的接続装置１２６のプラグ・ソケット３２７は、第２のケーブル終端装置１３０の対応するプラグコネクタ３３５に空間的に適合する。傾斜した案内面３２７ａおよび３３５ａにより、プラグ・ソケット３２７とプラグコネクタ３３５との間の不所望な傾きが確実に生じなくなる。

図３に記載されている実施形態によれば、変圧器１１０を海中ケーブル（図示せず）に電気的に接続するためのＨＶケーブル２３１は、可撓性チューブ３３４内に案内される。もちろん、非可撓性案内構造を用いて、ＨＶケーブル２３１を収容することもできる。

この点で、変圧器１１０を風力タービンに接続しているＭＶケーブルもまた、対応する案内構造内で案内可能である。

図４は、複数の風力タービン４５０ｂおよび１つの風力タービン４５０ａを具える風力タービン・クラスタ４８０を示す。上述したように、風力タービン４５０ａのみが、変圧器４１０を具える電気アセンブリ４００を備えている。

図４から分かるように、風力タービン４５０ａは、タワー４６０、ナセル４５２およびローター４５４を具える。タワー４６０は、モノパイル（図示せず）によって、海底４９９に設置される。同じことは、もちろん、他の風力タービン４５０ｂにも当てはまる。共通のＭＶケーブル４４１を介して、他の風力タービン４５０ｂおよび風力タービン４５０ａは、変圧器４１０に接続されている。すでに上述したように、変圧器４１０は、風力タービン４５０ａ、４５０ｂにより供給されるＭＶ電力信号を、ＨＶ海中ケーブル４９０に供給されるＨＶ電力信号に変換する。ＨＶ海中ケーブル４９０は、ＨＶ電力信号を陸上変電所４９２に送る。陸上変電所４９２は、陸上に位置する送電網４９４に対する高電力インタフェースとして作用する。

「具えている」という用語が他の要素またはステップを除外しないこと、および、単数形の要素が複数の要素を除外しないことに留意されたい。また、異なる実施形態に関連して記載されている要素は、結合可能である。また、特許請求の範囲の参照記号が、特許請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならないことに留意されたい。

Claims (14)

1. 海上に位置する少なくとも１つの風力タービン（４５０ａ、４５０ｂ）を、陸上の送電網（４９４）に接続されている電気海中ケーブル（４９０）に電気的に接続するための電気アセンブリ（１００、４００）であって、
   前記電気アセンブリ（１００、４００）は、
   前記少なくとも１つの風力タービン（４５０ａ、４５０ｂ）によって供給されている第１の電圧レベルを、前記海中ケーブル（４９０）の第２の電圧レベルに変換するための変圧器（１１０、４１０）と、
   前記変圧器（１１０）に電気的かつ機械的に接続され、少なくとも前記変圧器（１１０）の運転を制御するための外部装置（１２０）と、
   を具え、
   前記変圧器（１１０）および前記電気機器（１２０）は、単体として機械的に取り扱うことができる予め設置されたパッケージによって形成される、
   電気アセンブリ（１００、４００）。
2. 前記外部装置（１２０）は、ガス絶縁開閉装置（１２２）を具える、
   請求項１に記載の電気アセンブリ（１００、４００）。
3. 前記外部装置（１２０）は、アース・スイッチ（１２２）を具える、
   請求項１または２に記載の電気アセンブリ（１００、４００）。
4. 前記外部装置（１２０）は、電気断路器（１２２）を具える、
   請求項１〜３のいずれかに記載の電気アセンブリ（１００、４００）。
5. 前記外部装置（１２０）は、サージ防止装置（１２４）を具える、
   請求項１〜４のいずれかに記載の電気アセンブリ（１００、４００）。
6. 前記外部装置（１２０）は、電気的接続装置（１２６）を具え、
   前記電気的接続装置（１２６）は、前記風力タービン（４５０ａ、４５０ｂ）に割り当てられている第１のケーブル終端装置（２４０）および／または前記海中ケーブル（４９０）に割り当てられている第２のケーブル終端装置（１３０）に、前記電気アセンブリ（１００）を電気的に接続する、
   請求項１〜５のいずれかに記載の電気アセンブリ（１００、４００）。
7. 前記外部装置（１２０）は、前記変圧器（１１０）を冷却するための冷却装置（１２８）を具える、
   請求項１〜６のいずれかに記載の電気アセンブリ（１００、４００）。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の電気アセンブリ（１００、４００）を具える風力タービン。
9. タワー（１６０、４６０）と、
   前記タワー（１６０、４６０）に取り付けられ、かつ、前記タワー（１６０、４６０）の外側に配置されているプラットフォーム（１６２）と、
   をさらに具え、
   前記電気アセンブリ（１００、４００）は、前記プラットフォーム（１６２）上に配置されている、
   請求項８に記載の風力タービン。
10. 前記変圧器（１１０）から失われている流体を回収するための回収タンク（１６８）と、
    前記変圧器（１１０）から失われている流体が前記回収タンク（１６８）に移動するように、前記変圧器（１１０）を前記回収タンク（１６８）に接続するための流体連結装置（１７２、１７４）と、
    をさらに具える、
    請求項９に記載の風力タービン。
11. 前記回収タンク（１６８）は、前記風力タービン（４５０ａ）の前記タワー（１６０、４６０）内に配置されている、
    請求項１０に記載の風力タービン。
12. ともに電気的に接続されている複数の風力タービン（４５０ａ、４５０ｂ）を具える風力タービン・クラスタであって、
    前記複数の風力タービン（４５０ａ、４５０ｂ）の１つの風力タービン（４５０ａ）が、請求項８〜１１のいずれかに記載の風力タービン（４５０ａ）である、
    風力タービン・クラスタ。
13. 請求１〜７のいずれかに記載の電気アセンブリ（１００、４００）を風力タービン（４５０ａ）のタワー（１６０、４６０）に取り付ける方法であって、前記方法は、
    前記電気アセンブリ（１００、４００）を組み立てるステップと、
    単体としての前記電気アセンブリ（１００、４００）を、陸上の位置から海上の位置に輸送するステップと、
    前記電気アセンブリ（１００、４００）を、前記タワー（１６０、４６０）に前記海上の位置で取り付けるステップと、
    を含む方法。
14. 前記電気アセンブリ（１００、４００）の電気機能の少なくともいくつかを前記陸上の位置で予備試験するステップをさらに含む、
    請求項１３に記載の方法。

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