JP2023549700A - 風力発電所の基礎構造物 - Google Patents

Abstract

長手方向に延びる周壁を有し、その壁を貫通する第１のケーブル誘導口がその壁に配置されている中空構造要素と、移行部片と、を備える風力タービン基礎構造物であって、移行部片は、端面において、中空構造要素の中に突出している重複領域および中空構造要素から外に突出している移行領域と、長手方向に延びる周壁であり、前記壁を貫通する第２のケーブル誘導口がその壁において重複領域に配置されている周壁とを有する、風力タービン基礎構造物であって、中空構造要素および移行部片の組み立てられた状態において、第１のケーブル誘導口と第２のケーブル誘導口とは、少なくとも部分的に重複するように互いに当接していることを特徴とする、風力タービン基礎構造物。【選択図】図４Ａ

Description

本主題は、風力発電所の基礎構造物に関する。本主題の意味の範囲内では、風力発電所は、風力タービン、高圧変電所（独：Transformatorstationen，英：transformer station）、低圧変電所（独：Substations，英：substation）、開閉所（独：Umspannstationen，英：switch station）などでよい。

風力発電所は通常、中空構造要素上に据え付けられる。中空構造要素は、５ｍと５０ｍとの間の埋込み深さで地面に据え付けられる。中空構造要素は、好ましくは、長さが４５ｍ超、特に５０ｍと１００ｍとの間である。洋上発電所では、中空構造要素は、５ｍと５０ｍとの間の埋込み深さを有し、水面から１０ｍと３０ｍとの間の長さが突出するように据え付けられる。中空構造要素は、ほとんどが１０ｍと５０ｍとの間の水深で使用される。しかし、最大で水深１５０ｍも可能である。

中空構造要素は、直径が４ｍと１８ｍとの間であるが、好ましくは最大１２ｍである。従来から、中空構造要素は、パイルの打込みまたは振動によって海底に打ち込まれる鋼製の筒として形成されている。中空構造要素の材料として鋼を使用すると、生産によるコストが高くなりかつ自重が大きくなる。さらに、グラウトジョイントまたはボルト連結によって上部でいわゆる「移行部片」と連結することが必要になる。

グラウトジョイント連結またはスリップジョイント連結を用いることによって、移行部片は、基礎に使用される中空構造要素に挿入される。風力タービンによって生成された電力は電気ケーブルを介して変電所まで、そこから電力網に供給される。ケーブルは、タワーの外側でいわゆるＪチューブを通して、またはタワーの内側で、すなわち移行部片および／もしくは中空構造要素の内側で地面まで通される。

しかし、中空構造要素は、特にコンクリート製の場合に、その長さを小さく、したがって重量を小さくすることが望ましい場合があり、そうなると、同じ埋込み深さでは水面から突出しなくなる。しかし、そのときに、水面の下方で移行部片が中空構造要素に結合され、水面の下方に重複領域があるということが起きる。

設置の仕様によって、中空構造要素の内側を通されるケーブルが、中空構造要素と移行部片とが長手方向において交差する位置の外側に通されることが必要になる場合がある。その領域では、移行部片と中空構造要素（以下では両方とも同意語としてパイルと呼ぶことができる）とがいわゆるスリップジョイント工法またはグラウト工法を用いて互いに連結されている。２つのパイルは互いの中に突出し、重複領域がある。例えば、地面の近く、特に海底の近くで、ケーブルをパイルから誘導しなければならない場合に、このように重複する領域でケーブルをパイルから導き出す必要が生じることがある。移行部片のうちの中空構造要素から突出する部分が地面から遠過ぎ、ケーブルが移行部片から誘導された場合に、ケーブルが地面に達するまでの自由にぶら下がる距離が長過ぎるということが起こり得る。一方で、移行部片と中空構造要素との間の重複する長さは、中空構造要素のうちの重複領域の下方の領域が地面に近すぎるかまたは既に地中に組み込まれるようになっている場合があり、したがって、何れにしてもケーブルをそこから誘導できない。したがって、重複領域においてケーブルをパイルの外に導くことが必要になる場合がある。

本主題は、ケーブルを地面の近くで基礎構造物から誘導できる基礎構造物を提供するという目的に基づいていた。この課題は、請求項１に記載の基礎構造物によって解決される。

本発明の基礎構造物は、中空構造要素を有し、中空構造要素は、長手方向に延び、周壁によって長手方向に形成されている。その壁は２つの遠位端を有し、それぞれが端面によって境界が定められている。第１の端面が上端面でよく、第２の端面が底端面でよい。上面および底面は、最終の設置状態における中空構造要素の位置によって画定できる。ここでは、設置された状態において、下側端面は地中に据え付けられ、上側端面は地面から突出する。

壁は鉱物性建材製とすることができる。

関連付けられる移行部片は、中空構造要素に取り付けられており、具体的には、上に載せるように嵌める（独：aufgesteckt，英：plugged on）か、中に嵌める（独：eingesteckt，英：plugged in）か、または覆うように嵌める（独：uebergesteckt，英：plugged over）ことができる。移行部片は、梯子を有する船舶接岸デバイスを少なくとも１つ含むことができる。

移行部片は、中空構造要素の壁の内径に一致する外径を有することができる。このようなパイルまたは筒状要素は、中空構造要素に挿入することができる。中空構造要素のシェル内面と、移行部片のシェル外面との間の環状の隙間は、ウェブ、スペーサーなどによって確保できる。その環状の隙間にコンクリートまたはモルタルを充填でき、そうすることで、中空構造要素と移行部片との間に恒久的な連結が形成される。

移行部片は、グラウトジョイント工法またはスリップジョイント工法によって中空構造要素に連結されている。その場合、移行部片は重複領域によって中空構造要素に挿入され、中空構造要素の端面から移行領域が突出する。移行部片は、好ましくは、形状が一体構造の管であり、長手方向に延びる。設置された状態において、その長手方向は、好ましくは、中空構造要素の長手方向と同一線上にある。

移行部片は周壁を有し、その壁には、壁を貫通するケーブル誘導口が重複領域に配置されている。基礎構造物の内側に吊り下げられているケーブルは、そのケーブル誘導口を通して、移行部片の壁を通り抜けることができる。

同時に、重複領域においてケーブルを外に案内するために、中空構造要素の外にケーブルを案内することも必要である。そのために、中空構造要素の壁もケーブル誘導口を有する。

ケーブル誘導口（ケーブル入口孔）は、それぞれの壁を貫通する開口部である。ケーブル誘導口は、誘導されるケーブルの外径にほぼ適合される１つまたは複数の孔として理解することができる。中空構造要素および移行部片の両方をケーブルが通り抜けることを可能にするために、中空構造要素と移行部片とが組み立てられたときに、第１および第２のケーブル誘導口が少なくとも部分的に重複するように互いに当接することが提案される。そのことから、中空構造要素と移行部片との間の環状空間にケーブルを挿通させる必要なしに、ケーブルが２つの壁を直接的に通り抜けることが可能になる。

移行部片は、２つの要素の長手方向軸を中心とした、それぞれのケーブル誘導口の角度位置が実質的に同じになるように中空構造要素に挿入され、そうすることで、挿入された状態において、ケーブル誘導口が互いに重複し、すなわち、パイルの半径に平行な向きに少なくとも部分的に重ね合わされる。

一実施形態によれば、ケーブルは、移行部片の内側から第１および第２のケーブル誘導口を通り抜けることが提案される。風力タービンの組立て状態においては、基礎構造物だけでなく、タービンを含むタワーおよび風力タービンも組み立てられている。ケーブルは、ナセルに位置するジェネレーターから、タワー、移行部片および中空構造要素を通ってケーブル誘導口に至り、そこから誘導される。

ケーブルは、特に洋上設置においては、水流による増大されたストレスを受け、そのため、ケーブルが地面に達するまでの基礎構造物の外の自由なケーブル長さは制限されるべきである。一方で、ケーブルは、海底に近すぎる位置で構造物から出すべきではなく、そうしてしまうと、ケーブルを水平からほぼ垂直に変えるための最小の曲げ半径を維持できない。

特に、設置された状況における中空構造要素のケーブル誘導口は、海底の上方に１．０ｍと５ｍとの間、好ましくは１．５ｍと３．５ｍとの間にあることが提案される。これは、基礎構造物の周りに研削保護具が設置された後には特に当てはまる。ここでは、海底とは、基準面ＬＡＴ（天文最低潮位）未満の水深として、計画文書に示された垂直面と定義される。

一実施形態によれば、中空構造要素のシェル内面と、移行部片のシェル外面との間の環状空間において、シェル表面に当接するシールが周方向に配置されることが提案される。特にグラウト連結の場合に、シールは、グラウト材料がケーブル誘導口から外側ならびに内側に通り抜けないように保証することが意図されている。これはシールによって保証される。シールは、好ましくは、環状空間において周方向に、特に全周にわたって配置される。シールは、好ましくは、中空構造要素の長手方向の範囲に垂直な平面内を延びる。

グラウト連結の場合には、グラウト材料は、移行部片が中空構造要素に挿入された後で環状空間に導入される。上から入るグラウト材料がケーブル誘導口に達することを防止するために、シールは、中空構造要素の長手方向においてケーブル誘導口の上方に配置されることが提案される。必要な場合に、ケーブル誘導口を介して外から環状空間に液体が浸入することを防ぐために、中空構造要素の方向においてケーブル誘導口の下方にシールを配置することができる。

ケーブル誘導口のシーリングは、環状空間に沿ったシールだけでなく、一実施形態によれば、ケーブル誘導口の周りに配置されたシールによっても実現することができる。その場合、閉じられたリングの状態でケーブル誘導口の周りを延びるシールが、ケーブル誘導口からある径方向距離の位置において、中空構造要素のシェル内面と移行部片のシェル外面との間の環状空間に設けられている。シールは、両方のケーブル誘導口の両方の周方向外側縁部から何れの場合もある径方向距離の位置に位置するように、ケーブル誘導口の周りに配置されている。特に、シールは、ケーブル誘導口の周りで環状に、具体的には、円形または楕円形になるように中空構造要素の半径に平行な向きに配置されている。このようなシールは、環状空間に導入されるグラウト材料が、ケーブル誘導口に到達し、外向きまたは内向きに漏出することも防止する。

グラウト連結よりも、特にスリップジョイント連結が行われる場合に環状空間は比較的狭いことが多い。しかし、グラウトジョイントの場合であっても、環状の隙間は比較的小さく、中空構造要素に移行部片を挿入するときに、小さい公差しか許容されない。シールが中空構造要素への移行部片の挿入に干渉すること、または挿入中に損傷を受けることを防止するために、シールが膨張可能であることも提案される。特に、シールは、中空構造要素と移行部片とが組み立てられた後に、その体積が膨張可能であるような形状である。例えば、シールは、充填材を施すことによって、空圧的にまたは液圧的に増大され得る。シール内には空所としてある体積を維持できる。組立て後に、その体積は、ケーブル誘導口の領域において中空構造要素と移行部片との間でシールが環状の隙間を閉じるように圧力下において充填材で充填できる。あるいは、シールは、水と接触すると膨潤する、膨潤可能な（例えば、粘土含有）材料を有することができる。

一実施形態によれば、中空構造要素のケーブル入口の中心は、中空構造要素の長手方向において、移行部片のケーブル入口の中心からずれていることが提案される。そのため、ケーブル入口の中心間の距離は、好ましくは、ケーブル入口の少なくとも一方の開口半径よりも小さい。具体的には、移行部片が中空構造要素に挿入される場合は、移行部片のケーブル入口は、長手方向において中空構造要素のケーブル入口の上方にある。重複領域において移行部片が外側にある場合は、ケーブル入口開口部の中心は、中空構造要素のケーブル入口開口部の中心の下方にある。タワーの上部からケーブル入口まで通るケーブルは、半径方向にタワーの内側からタワーの外側に延びる。その結果、ケーブルは、中心軸に対して径方向にタワーの外に延びるだけではなく、長手方向にも延びる。これは、ケーブル誘導口がずらされていることよって説明される。

特に、移行部片のケーブル誘導口の上側縁部は、中空構造要素のケーブル誘導口の下側縁部の上方に配置されることが提案される。このようなずれは、具体的には、少なくとも０．２５ｍ、好ましくは０．５ｍでよい。しかし、ずれは、ケーブル誘導口が重複しなくなるほど大きくはない。両方のケーブル誘導口を通る明確な幅が常に存在する。

一実施形態によれば、中空構造要素と移行部片との間の環状空間は、少なくとも部分的にグラウト注入されることが提案される。グラウト材料がケーブル誘導口と干渉することを防ぐために、中空構造要素の長手方向において、グラウト連結部の上側縁部は、少なくともケーブル誘導口の一方の下側縁部の下方にあることが提案される。グラウト連結は、重複領域においてケーブル誘導口の完全に下方にくるように行われる。必要な場合に、さらなるグラウト連結が、２つのケーブル入口開口部のうちの高い方の、最も上の上側縁部の上方に設けられることになる。その場合、ケーブル入口の高さにおいて全周にわたってグラウトシールを設けなければならない。

ケーブル誘導口は、必要な場合は同心になるように重複するものとし、少なくともケーブル誘導口の垂直軸が１つの平面内に存在し得る。移行部片および中空構造要素の管が互いに挿入されるときは、設置された状態においてケーブル誘導口が互いに確実に重複しなければならない。しかし、互いに嵌め込まれるときには、ケーブル入口孔が互いに対して回転してしまうことがある。これは、設置船から容易には見ることができず、かつ／または波のせいで互いに対して管が回転した状態を制御することが難しいため、洋上の用途で特に問題になる。また、管を吊り下げているロープ、特に、移行部片が吊り下げられているロープはねじり剛性が低く、そのため、互いに対する管の回転が起こる場合がある。

それを防ぐために、例えば、挿入補助具を設けることができる。したがって、中空構造要素の前方の上側縁部に挿入補助具を設けることができる。その挿入補助具は、径方向内向きに突出でき、中空構造要素のシェル内面に配置できる。また、挿入補助具は、代替的にまたは追加的に、移行部片のための受け漏斗を形成するように、端部面を越えて突出できる。挿入補助具は、移行部片の挿入補助具をその中に挿通させることができるように、溝または漏斗の形態で、中空構造要素の端面縁部から離れる方に漏斗の形状で開いていてよい。同じことを移行部片の挿入補助具にも当てはめることができる。その挿入補助具は径方向外向きに突出できる。移行部片の挿入補助具は、移行部片の下側端面縁部および／またはシェル外面に配置できる。その挿入補助具は、漏斗形状になるように、移行部片の下側端面縁部から離れる方を向くこともできる。

挿入補助具は、外壁からある距離の位置で移行部片上を長手方向に延びることも可能である。挿入補助具の外壁までの距離は、挿入補助具が中空構造要素の上を滑動できるような距離にすることができる。そのときに、挿入補助具が挿通プロセスに干渉しないように、したがって、具体的には中空構造要素への移行部片の挿入と干渉しないように、中空構造要素には径方向外向きの挿入補助具を設けることができる。

挿入補助具は、移行部片および中空構造要素の両方のシェル外面上で、環状空間から離れる方に配置できる。挿入補助具によって、中空構造要素および移行要素のアジマス角度の相対的な位置合わせが定められる。アジマス角度は、中空構造要素および移行部片の長手方向軸を中心とした角度位置によって示すことができる。

一実施形態によれば、挿入補助具は、径方向内向きおよび／または径方向外向きに突出する、互いに係合する突起および／または凹所を備えることが提案される。

ケーブルは、中空構造要素から誘導された後に、空中または水中に、特に外洋に自由に吊り下げられている。自由に吊り下げられているケーブルの長さを可能な限り短くするために、底部において中空構造要素まである径方向距離の位置に、ウェッジ形の構築要素を配置できる。このウェッジ形の構築要素は、中空構造要素の全周にわたって埋め尽くしている研削保護具とは異なり、中空構造要素の周りで限られた角度セクションにだけ配置されている。

具体的には、この構築要素は、本明細書に記載するように鉱物性建材から形成されている。構築要素は、自由に吊り下げられているケーブルを傾斜部の形態で受け、地面に案内することができる。ウェッジ形とは、径方向に中空構築要素から離れる方に向かってテーパ状のケーブル用傾斜部を構築要素が形成することを意味する。この構築要素は、独立して進歩性を有し、本明細書に記載する他の特徴と組み合わせて提供できる。具体的には、構築要素は、移行部片のうちの重複領域以外の部分にだけケーブル誘導口を設けるために使用することもできる。その場合、自由なケーブル長さは、ケーブル誘導口が重複領域にある場合よりも大きくなるが、その自由な長さは構築要素によって小さくできる。

ケーブルを収容するために、特に、海流によってケーブルが構築要素から押し出されることを防ぐために、例えば、ケーブルを収容するように、構築要素の表面に径方向に延びる凹所を配置することができる。径方向は、中空構造要素を基準とし、そこから径方向に離れる方を指す。一方または両方の管から誘導されるケーブルは、凹所に挿入され、したがって、画定されたガイドで地面に案内されることが可能である。

一実施形態によれば、中空構造要素の端部領域において壁のシェル内面に、径方向内向きの止め具が形成されていることが提案される。止め具は、互いから角度方向に間隔をあけて形成された複数の「隆起部（独：Simse，英：ledge）」によって形成できる。具体的には、止め具は、径方向内向きの突起によって形成できる。止め具は、周方向に部分的にあっても全体的にあってもよい。止め具は、中空構造要素に挿入される移行部片のための止め具として働く。止め具の適切な軸方向の配置によって、中空構造要素のシェル内面と、移行部片のシェル外面との間に環状の隙間が確保され、その隙間にコンクリートまたはグラウトを打設してグラウトジョイントを形成できる。あるいは、移行部片を中空構造要素の上から被せる場合には、シェル外面上の隆起部は径方向外向きに突出するように配置すべきである。さらなる代替例として、プラグイン接続はスリップジョイントとして設計されている。

中空構造要素は、好ましくは、少なくとも７ｍの埋込み深さを有する。この長さは、地面で中空構造要素を適切に基礎とするのに十分になり得る。７ｍと２０ｍとの間の結合長さが好ましい。

一実施形態によれば、中空構造要素は、少なくとも長手方向延在範囲の５０％で一体構造になるように製造されることが提案される。中空構造要素は、その下端領域において、海底／地形底部の上方に少なくとも５ｍまで一体構造になるように作製されることも提案される。中空構造要素の一体構造の部分は、地面に少なくとも部分的に据え付けられる。

中空構造要素は、設置状態における中空構造要素の上側縁部が海底の上方に少なくとも５ｍの位置で終端し、特に、海底の上方に中空構造要素の外径または内径のわずか２倍、特に中空構造要素の外径または内径の３倍未満の位置で終端するような長さ範囲を有することができる。

中空構造要素の一体構造の端部は、好ましくは、機械的にプレストレスが与えられる。プレストレスによってコンクリートに生じる圧縮力は、同じ質量および寸法の一体構造パイルの打込みおよび／または振動中に生じる張力の少なくとも７０％、特に少なくとも８５％が打ち消されるようになっている。プレストレス力は、好ましくは、プレストレス鋼材のリラクセーション、ならびに／またはコンクリートのクリープおよび収縮によるロス、および摩擦の低下を差引きした後の、有効プレストレス力として決定されるプレストレス力である。

プレストレスによってコンクリートに生じる圧縮力は、動作中におよび／または最大負荷下で同じ質量および寸法の一体構造パイルに起きる張力の少なくとも４５％、特に少なくとも６５％が打ち消される（過度に圧縮される）ようになっている。

一実施形態の例によれば、中空構造要素は中空の筒であることが提案される。筒形状によって構造の完全性が高められ、そうすることで、中空構造要素はより高い曲げモーメントを吸収することができる。

一実施形態の例によれば、建材は少なくとも一部にセメントを含有することが提案される。特に、建材は、セメント、砂利、砂および水から混合されたコンクリートであり、キャスト成形後に硬化する。

良好な荷重負担能力のためには、建材の水セメント比（ｗ／ｃ）は０．４５未満、特に０．３５未満または０．３未満であることが見出された。

風力タービンに生じるモーメントおよびせん断力は、特にＥＮ２０６およびＥＮ１９９２による建材の強度区分が少なくともＣ４０／５０、好ましくはＣ７０／８５、特にＣ１００／１１５である場合に、中空構造要素によって十分に吸収される。

特に恒久的に水が浸入する場合の風力タービンの耐用年数にわたる基礎構造物の十分な長期安定性は、特に、建材の空隙率（気泡）が５％未満、好ましくは３％未満、特に２％未満であることによって実現される。水銀圧入式ポロシメーターによって測定される全空隙率は、２８日後にＰ_２８ｄ＜１２体積％、９０日後にＰ_９０ｄ＜１０体積％であるべきである。

中空構造要素の十分な荷重負担能力は、特に、建材のセメント含有率が少なくとも３５０ｋｇ／ｍ^３、好ましくは４５０ｋｇ／ｍ^３超、特に６５０ｋｇ／ｍ^３超であることによって実現される。

特に、恒久的に水が浸入する場合は、基礎構造物を洋上に設置するときに、十分な耐久性は、水銀圧入式ポロシメーターによって測定されたときの建材の空隙率がＰ_２８ｄ＜１２体積％であることによって実現される。Ｐ_２８ｄは２８日間の測定値である。好ましくは、空隙率も１０体積％未満である。９０日間の測定値であるＰ_９０ｄについて、空隙率は好ましくは１０体積％未満、特に８体積％未満である。

一実施形態の例によれば、壁は機械的にプレストレスが与えられることが提案される。プレストレスを与えると、ひび割れが圧縮され、したがって、引張応力がほぼない状態に表面が維持され、そのことは、トルク荷重が変動する場合に特に有利である。プレストレス力は、壁の圧縮強さよりも好ましくは５％、特に１５％超大きい。プレストレス力は、好ましくは、長手方向に加えられる。

動的な環境条件下で安定性を向上させるために、建材が金属で補強されることが提案される。金属製補強材は、具体的には、鋼製補強材である。補強材は繊維または鉄筋によって提供できる。繊維製補強材は、炭素繊維、ガラス繊維、または金属繊維によって設けることもできる。

補強材は、測定点の９０％で、好ましくは測定点の９８％で、少なくとも２６ｍｍ超、好ましくは少なくとも４０ｍｍ超のコンクリートカバーを有するようにすることができる。

建材は、フェライト系ステンレス補強鋼で補強できる。補強材は、１８Ｍ％を超えないクロム含有量を有することができる。補強材はモリブデンを含有できる。

建材は、オーステナイト系ステンレス補強鋼で補強できる。補強材は、ニッケルを少なくとも５Ｍ％、特に５Ｍ％～１４Ｍ％、および／またはクロムを１２Ｍ％～２２Ｍ％、特に１５Ｍ％～２０Ｍ％有することができる。

建材は、フェライトオーステナイト系ステンレス補強鋼で補強できる。補強材は、クロムを少なくとも１８Ｍ％、特に１５Ｍ％～２０Ｍ％、ニッケルを２Ｍ％～８Ｍ％、任意選択でモリブデンを有することができる。

一実施形態の例によれば、上面は金属で補強されており、特に、金属製補強材は、上面から突出することが提案される。中空構造要素は、上面を介して、地面に据え付けられ、具体的には、打ち込まれるかまたは振動打設される。これはつまり、据付けそのものの間の、上端面への機械的負荷が非常に高いことを意味する。これらの機械的な負荷に耐えるために、具体的には損傷を防ぐために、端面の金属製補強材が好ましい。端面から突出する周方向のウェブが設けられる場合に、据付けツール、振動ツールまたはパイル打込みツールが、中空構造要素の建材に直接的に着座せず、その補強材上に着座できる。金属製補強材は鉱物性建材よりも著しく展性があるため、そのことが据付け中の損傷を防ぐ。

一実施形態によれば、中空構造要素の端部領域におけるその上側端面および／または下側端面の補強材の密度は、中空構造要素の中央領域よりも大きいことが提案される。端面における機械的な負荷は、特に据付け中は、中央領域よりも高い。据付けツール、具体的には、パイル打込みツールまたは振動ツールは、上端面に係合する。底端面では、中空構造要素は、地中に打ち込まれ、底端面は土を押しのけなければならない。これら２つの端面において、補強材はより大きく、すなわち、補強材の密度は、中央領域と比べて高くなっている。

接岸プラットフォームまたは設置プラットフォームについては、中空構造要素の端部領域において、壁のシェル外面に径方向外向きのスカートを形成することができる。スカートは、周方向に部分的にまたは全体的にあってよい。具体的には、スカートは、軸方向において上側端面から離間している。

安定性を向上させるために、建材は、具体的にはシーリングフィルムで、シールされることが提案される。このようなシーリングフィルムは、例えば、アルミニウム－ブチルシーリングフィルムとすることができる。

本明細書に記載する特徴の何れかと組み合わせ可能な別の態様は、ケーブルがボート接岸プラットフォーム内を通ることにあってよい。ボート接岸プラットフォームは、具体的には、周方向に少なくとも部分的に延びる径方向外向きのプラットフォームとして、移行部片に設けることができる。このプラットフォームは、移行部片に取り付けられている。プラットフォームは、ドッキングする船舶による衝撃から、いわゆるフェンダーチューブによって保護されている。フェンダーチューブは、移行部片からある径方向距離の位置で、具体的には溶接によって移行部片に取り付けられている。フェンダーチューブは、移行部片と共に、接岸プラットフォームが少なくとも部分的に配置される表面をまたいでいる。

ここで、それらのチューブは、接岸する船舶による衝突に対する保護のためだけでなく、ケーブルガイドとして設けることも可能である。例えば、普通なら長さが限られているフェンダーチューブが、中空構造要素を越えて延びることが可能である。フェンダーチューブは、言及したように、移行部片のシェル外面に対して径方向の状態にある。その径方向の距離が、移行部片の外壁から中空構造要素の外壁までの径方向距離よりも大きいことが提案される。このように、フェンダーチューブが取り付けられているときまたは移行部片がフェンダーチューブと共に取り付けられているときは、フェンダーチューブが中空構造要素に当接しないことが保証される。

フェンダーチューブは、中空構造要素の外側に沿って延びる。具体的には、フェンダーチューブは、中空構造要素を越えて地面に向かって延びる重複領域に配置される。タワーから下に下げられたケーブルは、フェンダーチューブの上方でタワーの外に出すことができ、フェンダーチューブにおいて下側の出口まで通すことができる。次に、フェンダーチューブの下側の出口で、ケーブルを自由にぶら下げるかまたは地面まで案内することができる。

付加的にまたは代替的に、接岸プラットフォーム上の梯子からの梯子スパーをグラウトラインとして使用することが可能である。このような梯子スパーは、接岸プラットフォームに配置された中空の管である。梯子スパーと移行部片との間の距離は、フェンダーチューブ間の距離よりも小さい。特に、梯子スパーは、中空構造要素と移行部片との間のジョイントまで案内できる。グラウト材料は、中空構造要素と移行部片との間の環状の隙間に梯子スパーを介して供給できる。そのために、梯子スパーは、例えばグラウト材料を特に簡単に充填できるようにするために、上側に漏斗を備えることができる。

本主題は、実施形態を示す図面を参照しながら、以下でより詳細に説明される。

風力タービン基礎構造物を有する風力タービンである。 重複領域の概略図である。 重複しているケーブル入口の図である。 ケーブル入口を通る断面図である。 ケーブル誘導口を通る断面図である。 径方向のシールを有するケーブル誘導口である。 ケーブル誘導口を有する風力タービンである。 構造要素上のケーブルである。 ボート接岸プラットフォームである。 挿入補助具の実施形態である。 挿入補助具の実施形態である。

図１は、洋上に基礎を置く風力タービン２を示す。ここで行われる言明はすべて洋上基礎構造物および陸上基礎構造物の両方に適用する。

風力タービン２は、風力タービン基礎構造物を介して海底６に据え付けられている。中空構造要素４が海底に埋込み長さ４ａで据え付けられている。中空構造要素４は、例えば従来から知られているグラウト連結またはスリップジョイント連結を介して、移行部片１０に連結されている。移行部片１０は水面８の上方に延びる。

ここでは一例として、移行部片１０上に風力タービン１２が配置されているが、変電所（独：Substation，英：sub-station）、変電所（独：Umspannstation，英：substation）などを設けることもできる。中空構造要素４の基礎の場合、中空構造要素４は、海底６に打ち込まれるかまたは振動打設される。

図２で概略的に示され非常に単純化されているように、移行部片１０は、重複領域１０ｂによって中空構造要素４に挿入されている。移行部片１０は、移行領域１０ａによって中空構造要素４から突出している。

具体的には、中空構造要素４はモノパイルとして形成されている。中空構造要素４は壁４ｃを有する。壁４ｃは、具体的には、コンクリートから形成される。

移行部片１０も中空構造要素として形成されており、その壁１０ｃは好ましくは鋼から形成されている。

中空構造要素４と移行部片１０との間の連結は、いわゆるグラウトジョイントまたはスリップジョイントで行われる。

ここで、グラウトジョイント工法を一例として示す。しかし、ケーブル誘導口に関する説明は、スリップジョイント連結にも同じく当てはまる。

グラウトジョイントプロセスにおいて、図２に一段と拡大して示されている環状空間（環状の隙間）１４は、中空構造要素４と移行部片１０との間がグラウトで充填される。そのプロセス自体は広く知られている。

しかし、移行部片１０の内側で風力タービン１２から下に導かれるケーブル１６を、重複領域１０ｂの外側に、すなわち、移行部片１０の壁１０ｃおよび中空構造要素４の壁４ｃの両方を通して導かなければならない場合に、グラウトジョイントならびにスリップジョイントに関して問題が生じる。そのために、両方の壁４ｃ、１０ｃにケーブル誘導口を設けなければならない。それらは、互いに位置合わせしなければならず、中空構造要素４、１０は互いに対して回転してはならない。さらに、グラウト連結の場合は、グラウト材料が、ケーブル誘導口から漏れ出してはならない。

挿入補助具、位置合わせ補助具など、適切な対策を用いて中空構造要素４、１０を互いに対して位置合わせすることができる。

ケーブル１６の誘導のために、ケーブル誘導口は、図３に示すように、互いに対して重複するようにして位置合わせされている。図３では、移行部片１０が中空構造要素４に挿入されていることが分かる。移行部片１０は、その底側で、中空構造要素４内の内向きの止め具１８で支持されている。中空構造要素４は、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂが互いに重複するように、移行部片１０と位置合わせされている。

移行部片１０のケーブル誘導口２０ａは壁１０ｃを貫通している。中空構造要素４のケーブル誘導口２０ｂは壁４ｃを貫通している。

移行部片１０のケーブル誘導口２０ａは、中空構造要素４のケーブル誘導口２０ｂから長手方向にずれていてよい。ただし、そのずれは、好ましくは、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂの少なくとも一方の半径よりも小さく、何れの場合も、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂの最も小さい誘導口の直径よりも小さい。

ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂは、中空構造要素４および移行部片１０の長手方向軸に対するそれらの角度位置において、互いに対して位置合わせされている。ケーブル１６は、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂを通して誘導できる。

このようなケーブル誘導口の一つが図４Ａに示されている。ここでは、移行部片１０が中空構造要素４に挿入されており、径方向内向きの止め具１８上に着座している。ケーブル１６は、移行部片１０の内側で重複領域１０ｂに案内されている。重複領域１０ｂにおいて、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂは、ケーブル１６が２つの壁４ｃ、１０ｃを通り抜けることができるように互いに位置合わせされている。

上記で説明したように、環状空間１４は、グラウト連結の場合は充填材２２で充填される。充填材２２は、移行部片１０が中空構造要素４に挿入された後に環状空間１４に導入される。

ここで、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂにおいて充填材２２が漏出することを防ぐために、周方向のシール２４が提案される。シール２４は、環状空間１４において周方向に配置されており、環状空間１４を垂直方向にシールする。

別のケーブル誘導口が図４Ｂに示されている。ここでは、中空構造要素４が移行部片１０に挿入されており、径方向外向きの止め具１８上に着座している。

図３および図４Ａとは異なり、移行部片１０は、中空構造要素４の底側で径方向外向きの止め具１８で支持されている。中空構造要素４は、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂが互いに重複するように、移行部片１０と位置合わせされている。

移行部片１０のケーブル誘導口２０ａは壁１０ｃを貫通している。中空構造要素４のケーブル誘導口２０ｂは壁４ｃを貫通している。

移行部片１０のケーブル誘導口２０ａは、中空構造要素４のケーブル誘導口２０ｂから長手方向にずれていてよい。ただし、図４Ａとは異なり、このずれは、ケーブル誘導口２０ｂがケーブル誘導口２０ａの下方に位置するようになっている。

冒頭で説明したように、環状空間１４は、グラウト連結の場合は充填材２２で充填される。充填材２２は、中空構造要素４が移行部片１０に挿入された後に環状空間１４に導入される。

ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂのシーリングの別の可能性が図５に示されている。ここでもやはり、移行部片１０は中空構造要素４に挿入されており、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂは互いに重複している。図５では、完全な重複が示されている。ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂの径方向において周りを囲むように、環状空間１４にシール２４が設けられている。したがって、シール２４は、環状空間１４の周方向に水平に延びていないが、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂの径方向において周りを囲む。このようなシール２２も、ケーブル誘導口２０ａ、２０ｂへの充填材２２の誘導を防ぐ。

ケーブルを損傷から保護する別の手法が図６Ａに示されている。ここで、中空構造要素４が海底６に研削保護具２６を備えることが分かる。研削保護具２６は、海底６で中空構造要素４の周りの全周にある。ケーブル１６は、図示のように、風力タービン２からケーブル誘導口２０ａ、２０ｂを通して誘導される。風力タービン２の外側の自由なケーブル長さが大きくなり過ぎること、したがって水流によるケーブル１６への機械的ストレスが大きくなり過ぎることを防ぐために、ウェッジ形の構築要素２８が提案される。

全周にある研削保護具２６とは異なり、構築要素２８は、風力タービン２の周りで一部の角度セクションにだけ配置されている。構築要素２８は、風力タービン２に対して径方向に半径が大きくなるにつれて構築高さが小さくなるようにされている。このようなウェッジ形状によって、海底６から離れたより大きい高さの位置でケーブル１６が受けられ、機械的に安定した状態で海底６に案内されることが可能になる。

図６Ｂは、構築要素２８の概略上面図を示す。中空構造要素４の周りには周方向に研削保護具２６がある。中空構造要素４の周りの限られた角度セクションにだけ、構築要素２８が設けられている。構築要素２８のうちの海底６から離れる方を向く面に、溝２８ａを設けることができる。溝２８ａは、凹所などと呼ぶこともできる。ケーブル１６は、ケーブル１６が構築要素２８に固定され、具体的には、海流によって構築要素２８から押し下げることができないように、その溝２８ａに挿入できる。構築要素２８は、そのすべての特徴と共に、独立して進歩性を有し、本明細書に記載するすべての特徴と自由に組み合わせることができる。

本発明の別の独立した態様が図７に示されており、この態様は、本明細書に記載するすべての態様と組み合わせてよく、独立して進歩性を有することができる。移行部片１０にボート接岸プラットフォーム３０を配設できる。ボート接岸プラットフォーム３０は水面８の上方にある。ボート接岸プラットフォーム３０には、梯子３２およびフェンダーチューブ３４が配置されている。梯子３２は、プラットフォーム３０に直接的に取り付けることができる。梯子には管としてスパー３２ａを設けることができる。スパー３２ａの片側において、スパー３２ａは漏斗形の開口部３２ｂを有することができる。このような漏斗形の開口部は、充填材２２を受けるために形成できる。スパー３２ａを通して環状の隙間１４に充填材２２を送ることができる。スパー３２ａは、その下側の開口部３２ｃが環状の隙間１４の中に入るかまたはそれに対向するような形状にできる。その結果、スパー３２ａを介して環状の隙間１４に充填材２２を導入して、グラウト連結を形成することができる。

ケーブルがケーブル誘導口２０ａ、２０ｂを通る代わりにまたはそれに加えて、ケーブル１６はフェンダーチューブ３４内を通ってもよい。好ましくは、フェンダーチューブ３４は、移行部片１０に直接的に取り付けられている。フェンダーチューブは、ボート接岸プラットフォームから水面８の下方に通すことができる。フェンダーチューブ３４は、移行部片１０からある距離３４ａの位置に配置でき、その距離３４ａは、中空構造要素４と移行部片１０との半径の差よりも大きい。中空構造要素４を越えるようにフェンダーチューブ３４を案内するために、フェンダーチューブ３４は、移行部片１０の半径よりも大きい中空構造要素４の半径よりも、移行部片１０からさらに離間している。

図８Ａは考えられる挿入補助具を示す。移行部片１０の底側に、径方向外向きの突起４０が設けられている。中空構造要素４の先端部４ｄに、位置合わせ補助具４２が設けられている。位置合わせ補助具４２は、先端部４ｄから離れる方に向かってテーパ状になるように形成できる。また、中央の図を見ると分かるように、位置合わせ補助具は、突起４０が係合できる溝を有することができる。

止め具１８の領域では、中空構造要素４のシェル内面に、径方向内向きの受け部４４を配置できる。右側の図を見ると分かるように、その受け部において、接合された状態に突起４０を載置できる。これによって、中空構造要素４と移行部片１０との間で確実に角度方向の位置合わせが行われる。

図８Ａでは、左側に、一方では未接合の状態で、他方では接合された状態で、移行部片１０および中空構造要素４を通る断面が示されている。右側には、個々の接合ステップが左から右に向かって示されている。

図８Ｂでは、受け部４４および突起４２が図８Ａと同様に形成されている。これらは、移行部片１０と中空構造要素４との間の角度方向の位置合わせのために使用される。

図８Ａとは異なり、挿入補助具は、移行部片１０のシェル外面に形成されている。ロッド形の要素５０が、移行部片１０のシェル外面からある径方向距離の位置において、移行部片１０の長手方向に移行部片１０の底部に向かって延びることができる。

それに対応して、中空構造要素４には端面４ｄに、受け部５２を設けることができる。受け部５２は、端面４ｄから中空構造要素４の長手方向に延び、溝または開口部を有することができる。ロッド形の要素５０は、中空構造要素４に移行部片１０を挿入できるように、挿入中にその溝または開口部に係合することができる。受け部５２は、例えば、ロッド形の要素５０を受けるスリーブまたは管でよい。受け部５２は、ロッド形の要素５０の挿入を容易にするために、径方向に広がる開口部を有することができる。ロッド形の要素５０が受け部５２に挿入されるときに、受け部５２は、移行部片１０と中空構造要素４との間の径方向位置を定める。これによって、それら２つの要素は、互いに対して位置合わせでき、特に、それらの長手方向軸が互いに対して位置合わせ、具体的には、互いに対して実質的に同一線上にあるように位置合わせできる。

２ 風力タービン
４ 中空構造要素
４ａ 埋込み長さ
４ｂ 突出長さ
４ｃ 壁
４ｄ 端面
６ 海底
８ 水面
１０ 移行部片
１０ａ 移行領域
１０ｂ 重複領域
１０ｃ 壁
１４ 環状空間
１６ ケーブル
１８ 止め具
２０ａ、２０ｂ ケーブル誘導口
２２ 充填材
２４ シール
２６ 研削保護具
２８ 構築要素
２８ａ 溝
３０ 接岸プラットフォーム
３２ 梯子
３２ａ スパー
３２ｂ、３２ｃ 開口部
３４ フェンダーチューブ
４０ 突起
４２ 位置合わせ補助具
４４、５２ 受け部
５０ ロッド形の要素

Claims (20)

1. － 長手方向に延びる周壁を有し、第１のケーブル誘導口が前記壁に配設されており、前記壁を貫通している、中空構造要素と、
   － 移行部片と
   を備える、風力タービン基礎構造物であって、
   前記移行部片は、
   － 端面において、前記中空構造要素の中に突出している重複領域および前記中空構造要素から外に突出している移行領域と、
   － 前記長手方向に延びる周壁であり、前記壁を貫通する第２のケーブル誘導口が前記壁において前記重複領域に配置されている、周壁とを有する、
   風力タービン基礎構造物であって、
   － 前記中空構造要素および移行部片の組み立てられた状態において、前記第１のケーブル誘導口と前記第２のケーブル誘導口とは、少なくとも部分的に重複するように互いに当接していることを特徴とする、風力タービン基礎構造物。
2. 前記移行部片の内部から前記第１のケーブル誘導口および前記第２のケーブル誘導口を通してケーブルが案内されることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン基礎構造物。
3. 設置された状態における前記中空構造要素の前記ケーブル誘導口は、海底の上方に１．０ｍと５ｍとの間、好ましくは１．５ｍと３．５ｍとの間に位置することを特徴とする、請求項１または２に記載の風力タービン基礎構造物。
4. 前記中空構造要素のシェル内面と、前記移行部片のシェル外面との間の環状空間において、前記シェル表面に当接するシールが周方向に配置されること、特に、前記中空構造要素の前記長手方向において、シールは前記ケーブル誘導口の上方に配置されかつ／またはシールは前記ケーブル誘導口の下方に配置されることを特徴とする、請求項１～３の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
5. 前記中空構造要素の前記シェル内面と、前記移行部片の前記シェル外面との間の環状空間において、前記ケーブル誘導口の周りを延びるシールが、前記ケーブル誘導口からある径方向距離の位置に配置されており、特に、前記シールは、円形または楕円形になるように前記ケーブル誘導口を囲むことを特徴とする、請求項１～４の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
6. 前記シールは、前記中空構造要素および前記移行部片の組立て後に前記シールの体積を大きくすることができるように膨張可能であること、特に、前記シールは、充填材と空圧的または液圧的に当たることを特徴とする、請求項１～５の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
7. 前記中空構造要素の前記ケーブル入口の中心点は、前記中空構造要素の前記長手方向において、前記移行部片の前記ケーブル入口の中心点に対してずれており、前記中心点間の距離は、前記ケーブル入口の少なくとも一方の開口半径よりも小さいことを特徴とする、請求項１～６の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
8. 前記中空構造要素と前記移行部片との間の前記環状空間は、少なくとも部分的にグラウト注入され、前記中空構造要素の長手方向において、前記グラウト連結部の上側縁部は、少なくとも前記ケーブル誘導口の一方の下側縁部の下方にあることを特徴とする、請求項１～７の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
9. 前記中空構造要素と前記移行部片とのアジマス角度の相対的な位置合わせが定められるように、前記中空構造要素の上側先端部に配置された挿入補助具は、前記移行部片の下側先端部に配置された挿入補助具と協働することを特徴とする、請求項１～８の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
10. 前記挿入補助具は、径方向内向きおよび径方向外向きに突出する、互いに噛み合う突起および凹所であることを特徴とする、請求項１～９の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
11. 前記中空構造要素からある径方向距離の位置に、ウェッジ形の構築要素が配設されており、前記構築要素は、前記中空構造要素から離れる方向においてテーパ状になっていることを特徴とする、請求項１～１０の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
12. 前記ケーブルを受けるために、径方向に延びる凹所が前記構築要素の表面に配置されていることを特徴とする、請求項１～１１の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
13. 前記中空構造要素の端部領域において前記壁の前記シェル内面に、径方向内向きの当接部が形成されていることを特徴とする、請求項１～１２の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
14. 前記中空構造要素は中空の筒であることを特徴とする、請求項１～１３の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
15. － 前記中空構造要素は、少なくとも一部が鉱物性建材から形成されており、かつ／または
    － 前記建材は、少なくとも一部にセメントを含有し、かつ／または
    － 前記建材の水／セメント比（ｗ／ｃ）は、０．４５未満、特に０．３５未満、もしくは０．３未満であり、かつ／または
    － 前記建材は、ＥＮ２０６およびＥＮ１９９２による強度区分が少なくともＣ４０／５０、好ましくはＣ７０／８０、特にＣ１００／１１５であり、かつ／または
    － 前記建材は、空隙率（気泡）が５％未満、好ましくは３％未満、特に２％未満であり、かつ／または
    － 前記建材は、セメント含有率が少なくとも３５０ｋｇ／ｍ^３、好ましくは４５０ｋｇ／ｍ^３超、特に５５０ｋｇ／ｍ^３超、特に最大６００ｋｇ／ｍ^３であり、かつ／または
    － 水銀圧入式ポロシメーター測定では、前記建材は、空隙率Ｐ_２８ｄが１２体積％未満、特に１０体積％未満、Ｐ_９０ｄが１０体積％未満、特に８体積％未満である
    ことを特徴とする、請求項１～１４の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
16. 前記壁は、具体的には前記壁の圧縮強さの５％超、特に１５％超のプレストレス力でプレストレスが機械的に与えられ、前記プレストレス力は、好ましくは、前記長手方向に加えられることを特徴とする、請求項１～１５の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
17. － 前記建材は金属で補強されており、かつ／または
    － 前記補強材は（すべての測定点の９８％で）、２６ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ以上のコンクリートカバーを有し、かつ／または
    － 前記建材は、フェライト系ステンレス補強鋼で補強されており、その補強鋼は、クロム含有量が１８Ｍ％を超えず、モリブデンを含有でき、かつ／または
    － 前記建材は、オーステナイト系ステンレス補強鋼で補強されており、その補強鋼は、少なくとも、ニッケルを５％、特に８％、最大１４Ｍ％、クロムを１２Ｍ％～２２Ｍ％、特に１５％～２０％含有し、かつ／または
    － 前記建材は、フェライトオーステナイト系ステンレス補強鋼で補強されており、その補強鋼は、少なくとも、クロムを１８Ｍ％、ニッケルを２％～８％、任意選択でモリブデンを含有する
    ことを特徴とする、請求項１～１６の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
18. － 前記中空構造要素の上側端面は金属で補強されており、特に、金属製補強材は、前記上側端面から突出し、特に、前記上側端面から全周にわたって突出しており、かつ／または
    － 前記中空構造要素の端部領域におけるその上側の端面および／もしくは下側の端面の前記補強材の密度は、前記中空構造要素の中央領域よりも大きい
    ことを特徴とする、請求項１～１７の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
19. 前記中空構造要素の端部領域において前記壁の前記シェル外面上に、径方向外向きのカラーが形成されていることを特徴とする、請求項１～１８の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。
20. 前記建材は、具体的にはシーリングフィルムで、シールされていることを特徴とする、請求項１～１９の何れか一項に記載の風力タービン基礎構造物。

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