KR20230074493A - 해상 풍력 에너지 시스템 - Google Patents

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알더블유이 리뉴어블스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 해상 풍력 에너지 시스템(100, 200, 300, 400, 500)으로, 종방향으로 연장되는 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)을 갖는 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)를 구비하는 기초(102, 202, 302, 402, 502)를 포함하고, 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)에 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)이 배치되고, 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)은 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)을 관통하고, 반경 방향으로 연장되고, 제1 중공 구조 요소의 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)의 외부 쉘 표면에 배열되는 적어도 하나의 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)를 포함하고, 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)는 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)을 빠져나가는 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)을 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)에서 해저 바닥 표면(122, 222, 322, 422, 522)까지 가이드하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템에 관한 것이다.

Description

해상 풍력 에너지 시스템
본 출원은 종방향으로 연장되고, 원주 방향의 제1 벽을 갖는 제1 중공 구조 요소를 구비하는 기초를 포함하는 해상 풍력 에너지 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 해상 구조물, 케이블 가이드 배열체 및 케이블 가이드 배열체의 용도에 관한 것이다.
해상 구조물이 특히 바다에 점점 더 많이 건설되고 있다. 예를 들어, 소위 재생 에너지원으로부터 각각 전기 에너지를 생성하고 전기 에너지를 제공하기 위해 다수의 해상 풍력 에너지 구조물을 갖는 해상 풍력 발전 단지가 설치되고 있다. 해상 위치는 일반적으로 상대적으로 바람이 지속적으로 불고, 평균 풍속이 높은 것을 특징으로 하므로, 소위 해상 풍력 발전 단지가 점점 더 많이 설치되고 있다.
일반적으로, 해상 풍력 발전 단지는 복수의 해상 풍력 터빈, 메트 마스트 및/또는 적어도 하나의 해상 변전소와 같은 복수의 해상 풍력 에너지 구조물을 포함한다. 해상 변전소에 의해, 해상 풍력 발전 단지는 예를 들어 육상 변전소 또는 다른 해상 변전소 및 해상 변환 스테이션에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 육상 변전소는 궁극적으로 공공 전력망에 연결될 수 있다.
해상 풍력 터빈은 운동 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 해저 케이블 형태의 전력 케이블은 2개의 해상 풍력 구조물 또는 해상 풍력 구조물과 육상 구조물 사이에서 발전된 전기 에너지를 전달하기 위해 가설된다. 특히, 해저 케이블은 해상 풍력 터빈의 발전기에 전기적으로 연결될 수 있다.
해상 풍력 발전소뿐만 아니라 다른 해상 구조물(예컨대, 가스 및/또는 석유 탐사를 위한 플랫폼)의 경우, 해상 구조물을 각각 수중 바닥, 특히 기초(예: 모노파일, 트리포드, 삼중파일 또는 재킷 기초)에 의해 해저에 직접 고정(파운딩이라고도 함)되는 것이 일반적이다.
기초는 적어도 하나의 타워-형, 특히 원통형의 중공 구조 요소(타워-형 기초 구조물이라고도 함)를 포함한다. 중공 구조 요소는 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 원주 벽을 포함하며, 여기서 (기초) 벽의 하측은 하부 단부면에 의해 그리고 상측은 상부 단부면에 의해 둘러싸일 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 예를 들어 해상 풍력 터빈은 생성된 전력(또는 전기 에너지)이 해저 케이블에 의해 예를 들어 풍력 발전 단지의 추가 (해상) 구조물로 전송될 필요가 있기도 하다.
종래에는, 해상 구조물에서, 해상 구조물의 해양 장치에 소위 J-튜브를 통해 연결된 해저 케이블을 수중 바닥면(특히 해저면)으로 안내하는 것이 공지되어 있다. 그러나 J-튜브의 문제점은 이들이 파도 하중을 추가로 유발할 수 있다는 것이다. 또한 선박 충돌로 인해 손상될 수 있고, 정기적으로 오염물을 제거해야 한다.
이 문제를 해결하기 위해, 먼저 적어도 하나의 중공 구조 요소(특히 자유롭게 매달린)의 내부 공간 및 중공 공간을 통해 해양 장치로부터 아래쪽으로 해저 케이블을 안내하는 것이 선행 기술로부터 알려져 있다. 수중 바닥 표면 부근(거리 < 1m)에서, 중공 구조 요소의 벽에 각각 케이블 부싱과 케이블 리세스가 제공되며, 이를 통해 해저 케이블이 내부 공간에서 외부로 수중 바닥 표면까지 안내된다.
특히 서로 연결된 제1 중공 구조 요소와 제2 중공 구조 요소를 포함하는 기초뿐만 아니라 다른 기초의 경우, 해저 케이블을 바깥으로 안내하는 것이 주요 과제이다. 예를 들어, 두 개의 중공 구조 요소가 수중 바닥 표면 근처에서 함께 연결되고, 제2 중공 구조 요소의 내부 쉘 표면과 제1 중공 구조 요소의 외부 쉘 표면 사이의 환형 공간이 그라우팅되는 경우 및/또는 중공 구조 요소들 사이에 슬립-조인트라고 하는 것이 설치되는 경우, 해저 케이블을 내부 공간 밖으로 안내하는 작업이 복잡하고, 비용이 많이 든다.
이는 동심으로 중첩된 두 개의 중공 구조 요소들에 대해 동시 침투가 필요함을 의미한다. 여기서 특별한 문제는, 이러한 중공 구조 요소들이 해양 구조물의 설치 현장에만 설치되며, 설치 중에 중공 구조 요소들이 서로 약간 비틀어 설치되는 것이 정기적으로 발생한다는 것이다. 결과적으로 각각의 중공 구조 요소의 케이블 부시는 중첩될 수 없으므로, 해저 케이블을 밖으로 안내할 수 없다. 이를 방지하기 위해, 특히 중공 구조 요소들을 매우 정밀하게 설치하여야 한다. 그러나 이것은 설치 노력을 증가시킨다.
또한 중공 구조 요소들 사이의 환형 공간은 정기적으로 그라우팅된다. 그라우트 재료가 환형 공간 영역에 배열된 케이블 부싱을 통해 내부로 침투하는 것을 방지하기 위해, 그라우트 재료에 대한 케이블 부싱의 특수 밀봉이 필요하다. 중공 구조 요소를 설치하는 동안 이 밀봉이 손상되지 않아야 한다. 이는 설치 노력을 추가로 증가시킨다.
원칙적으로 위에서 설명한 문제에 대한 한 가지 해결책은 중첩 영역과 환형 공간 영역 위의 내부에서 각각 해저 케이블을 밖으로 유도하는 것이다. 그러나, 이는 종래 기술에서는 지금까지 실현 가능한 것으로 간주되지 않는다. 특히, 해저 바닥 표면까지의 거리가 5m 이상으로 먼 경우, 해저 케이블은 이 루트를 따라 보호되지 않으면서 강한 해류에 노출된다. 이로 인해 해저 케이블에는 시중에서 구할 수 있는 케이블 보호 시스템으로는 흡수할 수 없는 과도한 응력이 가해진다.
따라서, 본 출원의 목적은 전술한 단점을 최소한으로 줄이고, 특히 해저 케이블을 기초에서 수중 바닥면까지 보다 간단하고 노력을 줄이는 방식으로 안내할 수 있는 해상 풍력 에너지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 해상 풍력 에너지 시스템에 의한 본 출원의 제1 측면에 따라 해결된다. 해상 풍력 에너지 시스템은 종방향으로 연장되고 원주를 이루는 제1 벽을 갖는 제1 중공 구조 요소를 갖는 기초를 포함한다. 제1 벽에는 제1 벽을 관통하는 케이블 부싱이 배치된다. 해상 풍력 에너지 시스템은 반경 방향으로 연장되고, 제1 중공 구조 요소의 제1 벽의 외부 쉘 표면에 배열된 적어도 하나의 케이블 가이드 배열체(cable guide arrangement)를 포함하고, 케이블 가이드 배열체는 케이블 부싱을 빠져나온 해저 케이블을 케이블 부싱에서 수중 바닥 표면까지 가이드하도록 구성된다.
종래 기술과 달리, 본 출원에 따르면, 케이블 부싱을 통해 해저 바닥 표면으로 나가는 해저 케이블을 가이드하는 케이블 가이드 배열체를 갖는 해상 풍력 에너지 시스템을 제공함으로써, 종래 기술의 단점이 적어도 감소된다. 특히, 해저 케이블을 기초에서 수중 바닥면으로 보다 간단하고 비용이 적게 드는 방식으로 유도할 수 있다.
특히, 케이블 가이드 배열체는 해저 케이블에 작용할 수 있는 조류 힘으로 인해 해저 케이블에 가해지는 스트레스를 줄여준다. 이를 통해 수중 바닥면 위 5m 이상의 높이에서도(기초의 초기 설치 상태에서) 해저 케이블을 기초 밖으로 안내할 수 있다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템은 적어도 하나의 기초 및 적어도 하나의 케이블 가이드 배열체를 포함한다.
기초는 특히 해상 구조물의 일부이고, 바람직하게는 해상 구조물의 적어도 하나의 해상 장치를 지지하는 역할을 한다. 해상 구조물은 바람직하게는 해상 풍력 터빈, 해상 메트 마스트 또는 해상 변전소와 같은 해상 풍력 에너지 구조물이다. 특히, 본 출원에 따른 해상 구조물은 적어도 하나의 해저 케이블이 연결되는 해양 구조물이다. 특히, 해저 케이블은 해상 구조물의 해상 장치에 연결될 수 있다. 예를 들어, 해상 구조물은 (해저 케이블이 해상 구조물에 연결되는 것을 전제로) 수소 생산을 위한 해상 설비와 같이 에너지를 생산, 변환 및/또는 저장하도록 구성된 시추 또는 생산 플랫폼 또는 다른 해양 플랫폼일 수 있다.
이미 기술된 바와 같이, 해상 구조물은 수중 바닥, 특히 해저에서 기초에 의해 고정될 수 있는 해양 장치를 포함할 수 있다. 특히, 해상 구조물은 해상 장치(예를 들어, 플랫폼, 나셀, 타워, 발전기, 회전자, 변전소 및/또는 등) 및 적어도 하나의 기초에 의해 형성될 수 있다.
본 출원에 따른 기초는 각각 제1 중공 구조 요소, 제1 타워-형 기초 구조물을 포함한다. 본 출원에 따른 중공 구조 요소는 바람직하게는 원통형이다. 원통형 중공 구조 요소는 특히 중공 파일일 수 있다.
제1 중공 구조 요소는 종방향으로(즉, 중공 구조 요소의 종축을 따라) 연장되는 원주형 제1 벽을 포함한다. 특히, 본 출원에 따른 중공 구조 요소는 원형 단면적을 포함할 수 있다. 본 출원의 다른 변형에서, 타원형 단면 표면과 같은 다른 단면 영역이 또한 제공될 수 있다.
중공 구조 요소의 벽은, 각각이 대향 단부면에 의해 경계가 정해지는 2개의 원위 단부를 포함할 수 있다. 제1 단면은 상단면이고, 제2 단면은 하단면일 수 있다. 상단면 및 하단면은 최종 설치 상태에서 중공 구조 요소의 위치에 의해 정의될 수 있다. 이에 의해, 설치 상태에서, 하단면은 수중 바닥 방향으로 배치된다. 특히, 상단면은 적어도 수중 바닥으로부터 수면 방향으로 돌출될 수 있다.
해저 케이블의 통과를 위해 제1 벽을 관통하는 케이블 부싱 리세스가 제1 벽에 배치된다. 케이블 부싱은 특히 해저 케이블이 제1 중공 구조 요소의 내부로부터 외부로 안내될 수 있는 방식으로 형성된다. 특히, 해저 케이블은 제1 벽에 의해 형성된 캐비티 및 내부에서 각각 (자유롭게) 매달려 배치될 수 있고, 케이블 부싱을 통해 캐비티 밖으로 안내될 수 있다.
예를 들어, 해상 풍력 터빈에서, 기초뿐만 아니라 해상 장치도 설치된 상태로 장착될 수 있으며, 여기서 해상 장치는 터빈과 윈드 휠을 포함하는 나셀이 있는 타워를 포함한다. 나셀 내에 위치한 발전기에서 해저 케이블은 타워와 제1 중공 구조 요소를 통해 케이블 부싱으로 연장할 수 있으며, 케이블 부싱에서 케이블이 기초 밖으로 안내된다.
본 출원에 따르면, 케이블 가이드 배열체가 제1 중공 구조 요소의 제1 벽의 외측 각각의 외부 셸 표면에 배열되는 경우, 외부로 안내되는 해저 케이블에 작용하는 힘이 감소될 수 있다는 것이 인식되었다. 외부 셸 표면에 배열된다는 것은 특히 케이블 가이드 배열체가 기초 외부에 배열됨을 의미한다. 바람직하게는, 외부 쉘 표면에서의 배열은, 기초의 외부 쉘 표면으로부터 각각 케이블 가이드 배열체의 방사상 간격을 포함한다.
케이블 가이드 배열체는 제1 중공 구조 요소에서 시작하여 반경 방향으로 연장된다. 바람직하게는, 케이블 가이드 배열체는 케이블 부싱과 정렬될 수 있다. 케이블 가이드 배열체는 별도의 장치일 수 있고, 특히 수중 바닥 표면에 배치될 수 있으며 예를 들어 수중 바닥에 부착될 수 있다.
정의에 따르면, 케이블 가이드 배열체는 중공 구조 요소의 외부 쉘 표면과 직접 접촉할 필요는 없다(하지만 가능하다). 케이블 가이드 배열체 및 케이블 가이드 배열체의 적어도 하나의 요소는 외부 쉘 표면으로부터 최대 5m, 바람직하게는 0.25m 내지 3m의 (반경) 거리에 배열될 수 있다. 따라서 외부 쉘 표면에서의 배열은 전기 해저 케이블을 통한 간접적인 연결로 표현될 수 있다.
케이블 가이드 배열체는, 빠져나가는 해저 케이블이 케이블 부싱으로부터 수중 바닥의 수중 바닥 표면까지 반경 방향으로 안내되는 방식으로 구성된다. 본 경우에, 해저 케이블을 안내한다는 것은 특히 수평 및/또는 수직 방향으로의 해저 케이블의 움직임의 자유가 적어도 케이블 안내 장치에 의해 제한된다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로 조류에 의해 해저 케이블에 가해지는 힘과 이에 따라 해저 케이블에 대한 부하가 감소될 수 있다.
예를 들어 둘 이상의 해저 케이블에 대해 그에 대응하는 수량의 케이블 부싱이 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 대응하는 수의 케이블 가이드 배열체가 제공될 수 있음을 추가로 이해해야 한다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 기초의 설치 상태에서, 제1 중공 구조 요소의 케이블 부싱은 수중 바닥면에서 적어도 5m 이상, 특히 6m 이상, 더 바람직하게는 8m에서 12m 사이에 배치될 수 있다. 다시 말해, 수중 바닥 표면과 특히 케이블 부싱의 하단 에지 사이의 거리는 5m보다 클 수 있고, 바람직하게는 6m보다 클 수 있으며, 더 바람직하게는 8m와 12m 사이일 수 있다.
수중 바닥 표면은 특히 수직 평면으로 정의되며, 이는 해상 구조물(특히 해상 풍력 단지)의 계획 문서에서 기준 평면 LAT(최저 천문 조수) 아래의 수심으로 표시된다. 예를 들어 퇴적물의 제거 또는 축적 및/또는 세굴 방지 장치의 되메우기로 인해 해양 구조물 설치 후 수심과 그에 따른 케이블 부싱까지의 거리가 변경될 수 있음을 이해해야 한다.
특히, 케이블 가이드 배열체의 배열은 전술한 높이에서도 해저 케이블이 제1 중공 구조 요소 밖으로 안전하게 안내되도록 한다. 이는 복잡하고 비용이 많이 드는 방식으로 해저 케이블을 안내할 필요 없이, 0m에서 5m 사이, 바람직하게는 8m 범위에서 밀봉 조치 및/또는 그라우팅을 수행할 수 있게 한다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 기초는 제2 중공 구조 요소를 포함할 수 있다. 제2 중공 구조 요소는 제1 중공 구조 요소의 단부 부분(중첩 부분이라고도 함) 너머로 (외부로 또는 내부로) 돌출하는 중첩 부분, 및 수중 바닥에 적어도 부분적으로 매립될 수 있는 매립 부분을 포함할 수 있다. 제1 중공 구조 요소의 케이블 부싱은 (기초의 설치 상태에서) 적어도 중첩 부분 위(즉, 제2 중공 구조 요소의 상단부 위)에 배열될 수 있다.
특히, 제1 중공 구조 요소 및 제2 중공 구조 요소는 중첩 섹션에서 서로 삽입될 수 있다. 바람직하게는 서로 삽입되는 2개의 동심원 튜브가 기초로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 중공 구조 요소는 제2 중공 구조 요소의 내경과 일치하는 외경을 포함할 수 있다. 또는, 제1 중공 구조 요소는 제2 중공 구조 요소의 외경과 일치하는 내경을 가질 수 있다.
제1 중공 구조 요소는 또한 전이 피스로, 제2 중공 구조 요소는 매립 요소로 언급될 수 있다. 특히, 기초가 세워진 상태에서, 매립 요소는 특정 매립 깊이 및 매립 길이(예를 들어, 7 내지 20m 사이)로 수중 바닥에 각각 세워진다.
제2 중공 구조 요소는 특히 종방향으로 연장되는 원주형 제2 벽을 포함한다. 바람직하게는, 제2 벽에는 케이블 부싱이 배치되지 않는다.
특히, 제1 중공 구조 요소는 단부 면에서 제2 중공 구조 요소로부터 돌출하는 전이 부분을 포함한다. 특히, (제1 및/또는 제2) 중공 구조 요소는 바람직하게는 모놀리식 및 관형으로 형성될 수 있고 종방향으로 연장될 수 있다. 제1 중공 구조 요소의 길이 방향은 바람직하게는 설치 상태에서 제2 중공 구조 요소의 길이 방향과 동일선 상에 있다.
전이 피스는 사다리가 있는 적어도 하나의 선박 착륙 장치를 포함할 수 있다.
2개의 중공 구조 요소로 형성되고 설치 장소에 장착할 수 있는 기초의 장점은 특히 운반할 중공 구조 요소, 특히 파일의 무게를 크게 줄일 수 있다는 것이다.
제1 중공 구조 요소는 그라우트 조인트 또는 슬립 조인트 방법에 의해 제2 중공 구조 요소에 연결될 수 있다.
제2 중공 구조 요소의 중첩 부분의 영역에서 각각 중첩된 상태로 삽입된 제1 중공 구조 요소와 제2 중공 구조 요소 사이에 (원주형) 환형 공간이 제공될 수 있다. 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 일 실시형태에 따르면, 제2 중공 구조 요소의 내부 쉘 표면과 제1 중공 구조 요소의 외부 쉘 표면 사이의 환형 공간에서, 쉘 표면에 접하는 밀봉이 원주방향으로 배열될 수 있다. 또는, 제2 중공 구조 요소의 외부 쉘 표면과 제1 중공 구조 요소의 내부 쉘 표면 사이의 환형 공간에서, 쉘 표면에 접하는 밀봉이 원주방향으로 배열될 수 있다. 특히 제1 중공 구조 요소의 종방향에서, 밀봉이 케이블 부싱 아래에 배치될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 제2 중공 구조 요소의 내부 쉘 표면과 제1 중공 구조 요소의 외부 쉘 표면 사이의 환형 공간은 적어도 부분적으로 그라우팅될 수 있다. 대안적으로, 제2 중공 구조 요소의 외부 쉘 표면과 제1 중공 구조 요소의 내부 쉘 표면 사이의 환형 공간은 적어도 부분적으로 그라우팅될 수 있다. 그라우트 연결의 상부 가장자리는 적어도 케이블 부싱의 하부 가장자리 아래에 기초의 길이 방향으로 배치될 수 있다. 그라우트 연결은 중첩 영역에서 케이블 부싱 아래에 완전히 놓이도록 설정할 수 있다. 이 경우 밀봉은 생략하는 것이 바람직하다.
밀봉이 제공되는 경우, 밀봉은 바람직하게는 중공 구조 요소의 장착 후에 밀봉의 부피가 증가될 수 있는 방식으로, 특히 밀봉이 충전 재료로 공압식 또는 유압식으로 가압되는 방식으로 확장될 수 있다. 환형 공간이 특히 그라우트 연결이 아닌 슬립 조인트 연결이 이루어지는 경우 상대적으로 좁을 수 있다. 제1 중공 구조 요소를 제2 중공 구조 요소 내부로 또는 위로 삽입될 때 작은 공차만 허용될 수 있다. 밀봉이 중공 구조 요소로의 전이 피스의 삽입을 방해하거나 삽입하는 동안 손상되는 것을 방지하기 위해 밀봉이 확장될 수 있다. 특히, 밀봉은 중공 구조 요소를 장착한 후에 부피가 팽창할 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 밀봉은 공압식 또는 유압식으로 충전재로 충격을 받아 팽창될 수 있다. 밀봉 내부에 캐비티로 볼륨을 유지할 수 있다. 조립 후, 이 볼륨은 압력 하에서 충전재로 채워질 수 있으므로 밀봉이 케이블 부싱 영역의 중공 구조 요소와 전이 피스 사이의 환형 갭을 폐쇄할 수 있다. 대안적으로, 밀봉은 물과 접촉시 팽창하는 팽창성(예를 들어, 점토 함유) 재료를 가질 수 있다.
또한, 제2 중공 구조 요소의 상부 전방 에지에 배열된 삽입 보조기는 중공 구조 요소의 방위각의 상대적인 정렬이 이루어지는 방식으로 제1 중공 구조 요소의 하부 전방 에지에 배열된 삽입 보조기와 협력할 수 있다. 삽입 보조기는 방사상 안쪽으로 그리고 방사상 바깥쪽으로 돌출하는 맞물리는 돌출부와 오목부일 수 있다. 이는 제1 및 제2 중공 구조 요소의 조립을 단순화할 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 반경방향 내향 정지부가 제2 중공 구조 요소의 매립 부분에서 벽의 내부 쉘 표면에 형성될 수 있다. 특히 이에 대한 대안으로, 제2 중공 구조 요소의 매립 부분에서 벽의 외부 쉘 표면 상에 적어도 하나의 반경방향 외향 정지부가 형성될 수 있다. 삽입된 상태에서, 제1 중공 구조 요소의 하단면은 적어도 하나의 정지부에 안착될 수 있다.
중공 구조 요소의 벽은 금속, 특히 강으로 형성될 수 있다. 바람직한 실시형태에 따르면, (제1 및/또는 제2) 중공 구조 요소의 (제1 및/또는 제2) 벽은 광물성 건축 재료로 형성될 수 있다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 일 실시형태에 따르면, 광물성 건축 자재는 적어도 부분적으로 시멘트를 포함할 수 있다. 광물성 건축 자재는 시멘트, 자갈, 모래 및 물과 혼합되고 특히 캐스팅 후에 경화되는 콘크리트인 것이 바람직하다.
우수한 내하중 능력을 위해, 광물성 건축 자재의 물-시멘트 비(w/c)는 0.45 미만, 특히 0.35 미만, 보다 바람직하게는 0.3 미만일 수 있음이 밝혀졌다.
특히 풍력 터빈에서 발생하는 모멘트 및 전단력은, 건축 자재의 EN 206 및 EN1992에 따른 강도 등급이 적어도 C40/50, 바람직하게는 C70/85, 특히 C100/115인 경우 중공 구조 요소에 의해 적절하게 흡수될 수 있다.
해상 구조물, 특히 해상 풍력 터빈의 서비스 수명 동안 기초의 충분한 장기 안정성은, 특히 물이 영구적으로 침투하는 경우에, 특히 광물성 건축 자재에 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 특히 2% 미만의 기공 함량(공극)이 있음을 보장함으로써 달성될 수 있다. 수은 압력 공극률로 측정한 총 공극률은 28일 후에 P28d < 12 체적%이고 90일 후에 P90d < 10 체적%이어야 한다.
특히, 기초 설치 중 물이 영구적으로 침투하는 경우, 앞에서 설명한 바와 같이 수은 압력 공극측정기로 측정하였을 때, 광물성 건축 자재의 공극률이 P28d < 12 체적%가 되도록 함으로써 적절한 사용 수명을 달성할 수 있다. P28d는 28일 경과 후의 측정값이다. 바람직하게는, 공극률(porosity)은 10 체적% 미만이다. P90d, 즉 90일 경과 후에 측정한 경우, 공극률은 바람직하게는 < 10 체적%, 특히 < 8 체적%이다.
특히 적어도 350 ㎏/㎥, 바람직하게는 적어도 450 ㎏/㎥, 더 바람직하게는 적어도 650 ㎏/㎥의 시멘트 함량을 갖는 광물성 건축 자재에 의해 기초의 충분한 내하중 용량이 달성될 수 있다.
또한 벽은 기계적으로 프리스트레스 될 수 있다. 프리스트레싱은 크랙이 압착될 수 있도록 하여, 표면 대부분에 인장 응력이 없게 유지될 수 있도록 하며, 이는 토크 하중이 변동하는 경우에 특히 유리하다. 프리스트레스 힘은 기초 벽의 압축 강도보다 바람직하게는 5%, 특히 15%보다 더 크다. 프리스트레싱 힘은 길이 방향으로 가해지는 것이 바람직하다.
추가 실시형태에 따르면, 광물성 건축 재료는 특히 동적 주변 조건 하에서 훨씬 더 큰 안정성을 위해 (금속적으로) 보강될 수 있다. 금속 보강재는 특히 강재 보강재이다. 보강재는 섬유 또는 철근으로 제공될 수 있다. 섬유 강화는 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 금속 섬유로도 달성할 수 있다.
보강재는 측정 지점의 90%, 바람직하게는 측정 지점의 98%, 적어도 26㎜, 바람직하게는 적어도 40㎜에서 콘크리트 피복을 갖도록 형성될 수 있다.
광물성 건축 자재는 페라이트계 스테인리스 강화 강으로 보강할 수 있다. 보강재의 크롬 함량은 중량 기준으로 18%를 초과할 수 없다. 보강재는 몰리브덴을 포함할 수 있다.
광물성 건축 자재는 오스테나이트 스테인리스 강화 강으로 보강할 수 있다. 보강재는 적어도 5 M%, 특히 5 M% 내지 14 M% 니켈 및/또는 12 M% 내지 22 M%, 특히 15 M% 내지 20 M% 크롬을 가질 수 있다.
광물성 건축 자재는 페라이트-오스테나이트 스테인레스 강화 강으로 보강할 수 있다. 보강재는 적어도 18M%, 특히 15M% - 20M% 크롬과 2M% - 8M% 니켈 및 선택적으로 몰리브덴을 가질 수 있다.
안정성을 높이기 위해, 특히 밀봉 필름으로 광물성 건축 자재를 밀봉할 수 있다. 이러한 밀봉 포일은 예를 들어 알루미늄-부틸 밀봉 포일일 수 있다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 추가 실시형태에 따르면, 케이블 가이드 배열체는 해저 케이블을 적어도 수직으로 지지하도록 구성된 적어도 하나의 (케이블) 지지 요소를 포함할 수 있다. 해저 케이블을 적어도 수직 방향으로 지지하는 수직 지지 기능을 가진 적어도 하나의 지지 요소를 제공함으로써, 해저 케이블에 대한 상당한 부하 감소가 이미 달성될 수 있다. 수직 지지(vertical support)는 특히 해저 케이블의 아래쪽 및/또는 위쪽으로의 자유로운 움직임이 제한됨을 의미한다.
또한, 본 출원에 따른 해상 풍력 발전 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 적어도 하나의 지지 요소의 높이(수중 바닥면 기준)는 (외부 쉘 표면에서 시작하여) 반경 방향으로 계단식으로 또는 연속적으로 감소할 수 있다. 바람직하게는, 반경 방향으로 연장되는 적어도 하나의 쐐기형 및 램프형 지지 요소가 제공될 수 있다. 쐐기형 및 램프형 지지 요소의 높이는 바람직하게는 연속적으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 쐐기형 및 램프형 지지 요소의 하부 표면(특히 발 부분)은 실질적으로 각각 수평이고, 상부 표면(특히 헤드 부분)은 경사면일 수 있다. 설치 상태에서, 하부면은 수중 바닥면과 접촉하거나 심지어 수중 바닥에 매립될 수 있다. 상부면은 해저 케이블을 지지하고, 해저 케이블을 적어도 수직 방향으로 지지할 수 있다.
또한, 복수의 개별 지지 요소(예를 들어 복수의 드롭 랜스 형태)가 제공될 수 있으며, 여기서 케이블 가이드 배열체의 복수의 지지 요소는 반경 방향으로 연장된다. 복수의 개별 지지 요소의 경우, 반경 방향으로 배열된 지지 요소의 높이는 지지 요소에서 지지 요소로 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다.
본 경우에, 높이는 특히 적어도 하나의 지지 요소의 해저 케이블과 접촉하는 부분(예를 들어 상부 표면)과 수중 바닥 표면(케이블 가이드 배열체의 반경 방향 전체 연장부에 걸쳐 수중 바닥 표면이 평평한 것으로 가정) 사이의 거리를 의미한다.
원칙적으로 적어도 하나의 지지 요소는, 적어도 하나의 지지 요소가 해저 케이블을 케이블 부싱으로부터 수중 바닥면까지 적어도 수직 방향으로 지지하는 방식으로 안내하는 한, 임의의 재료로 형성될 수 있고 임의의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 지지 요소는 벌크 재료로 형성될 수 있다. 벌크 재료는 외벽에 경사로와 같은 방식으로 쌓일 수 있다. 그 다음 해저 케이블이 벌크 재료 상에 놓일 수 있고, 벌크 재료 지지 요소의 형성된 상부 표면에 의해 안내될 수 있다. 벌크 재료는 특히 충분히 큰 (평균) 입자 크기를 가질 수 있으며, 이는 특히 우세한 해류의 결과로 해저 케이블의 마모 및/또는 벌크 재료 지지 요소의 침식을 방지한다.
평균 입자 크기는 1㎜에서 5000㎜ 사이일 수 있다. 바람직하게는, 평균 입자 크기는 적어도 200㎜ 내지 5000㎜, 더욱 바람직하게는 적어도 1000㎜ 내지 5000㎜일 수 있다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 지지 요소는 프리캐스트 콘크리트 컴포넌트일 수 있다. 특히, 프리캐스트 콘크리트 컴포넌트는 특히 전술한 광물성 건축 재료로 사전 제작될 수 있다. 그러면 적어도 하나의 프리캐스트 콘크리트 요소가 기초에 인접하게(케이블 부싱과 정렬되어) 배치, 특히 낮아질 수 있다. 해상 풍력 에너지 시스템의 간단한 설치가 가능하다.
바람직하게는, 전술한 쐐기형 및 램프형 지지 요소는 단일(원-피스) 프리캐스트 콘크리트 컴포넌트일 수 있다. 또한, 그러한 지지 요소는 복수의 프리캐스트 콘크리트 요소로 형성될 수 있다.
본 출원의 다른 변형에서, 적어도 하나의 지지 요소는 또한 사전 제작된 강재 컴포넌트와 같은 사전 제작된 컴포넌트일 수 있다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 추가 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 지지 요소는 수중 바닥에 고정 가능한 로프 텐셔닝 장치일 수 있다. 특히, 복수의 고정 가능한 로프 텐셔닝 장치는 케이블 가이드 배열체로서 반경 방향으로 직렬로 배열될 수 있다.
로프 텐셔닝 장치의 로프 및 체인 각각은 안내되는 해저 케이블 위에 위치될 수 있다. 로프와 체인의 끝단은 각각 특히 로프와 체인이 해저 케이블 위에 지탱되는 방식으로 (예를 들어 적절한 앵커에 의해) 수중 바닥에 고정될 수 있다. 지탱(bracing)으로 인해, 적어도 수직 방향(특히 수중 바닥면 방향)으로 작용하는 힘이 해저 케이블에 가해질 수 있다. 이를 통해 해저 케이블을 최소한 수직 방향으로 지지할 수 있다. 로프와 체인을 각각 해저 케이블에 고정하기 위해 해저 케이블 상에 케이블 고정 모듈(예: 슬리브)이 배열될 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 복수의 로프 텐셔닝 장치가 배열될 수 있으며, 여기서 제1 벽의 외부 쉘 표면으로부터 시작하는 각각의 로프 및 체인의 길이는 (고정 및 특히 긴장된 상태에서) 반경 방향으로 감소될 수 있다. 특히 길이는 두 앵커들 사이의 길이이다(모든 앵커가 동일한 깊이로 매설되었다고 가정).
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 지지 요소는 해저 케이블을 안내하기 위한 케이블 리셉터클을 포함할 수 있다. 케이블 리셉터클의 형상은 특히 해저 케이블의 (외부) 형상에 대응할 수 있다. 그러한 케이블 리셉터클을 제공함으로써, 해저 케이블은 특히 수직 방향으로, 바람직하게는 수평 방향으로 안전하게 안내되고 지지될 수 있다.
특히 바람직하게는, 케이블 리셉터클은 채널형이고, 적어도 하나의 지지 요소의 상부 표면에서 반경 방향으로 연장되는 리세스일 수 있다. 케이블 가이드 배열체가 복수의 지지 요소에 의해 형성되는 경우, 바람직하게는 각각의 지지 요소는 그러한 리세스를 가질 수 있다. 지지 요소는 각각의 리세스가 서로 정렬되도록 위치될 수 있다.
특히, 리세스의 (내부) 지름은 적어도 해저 케이블의 외경보다 클 수 있다.
바람직하게는, 채널형 리세스는 위쪽으로 개방된 연속 슬롯으로서 또는 중공 구조 요소로부터 멀리 떨어진 단부에 배치되고, 폭이 케이블 직경보다 큰, 바람직하게는 케이블 직경 + 5mm, 보다 바람직하게는 케이블 직경 + 20mm인 개구를 구비하는 3/4 원(단면)을 형성할 수 있다.
본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 바람직한 실시형태에 따라 조류가 강한 경우에도 해저 케이블에 대한 부하를 훨씬 더 줄이기 위해, 케이블 가이드 배열체는 적어도 하나의 케이블 고정 모듈을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 케이블 고정 모듈은 해저 케이블을 케이블 가이드 배열체에 고정하도록 구성될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 케이블 고정 모듈은 해저 케이블이 지지 요소에 고정되도록, 특히 이동의 자유가 더 제한되도록, 적어도 하나의 지지 요소와 협력할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 케이블 고정 모듈은 클립 메커니즘(특히 적어도 하나의 클립)일 수 있다. 특히, 클립 메커니즘은 해저 케이블이 적어도 하나의 지지 요소에 클램핑될 수 있게 한다. 특히 클립 메커니즘은 간단한 방식으로 설치하기 쉽다.
대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 케이블 고정 모듈은 백필 재료, 특히 케이블 시멘트(예: CableCem®)일 수 있다. 미네랄 백필 재료를 사용하여 해저 케이블을 단단히 고정할 수 있다. 백필 재료, 특히 케이블 시멘트의 또 다른 이점은 우수한 열 전도성이다. 특히 케이블 시멘트의 낮은 열 저항은 우수한 방열을 보장하여 케이블 하니스의 에너지 손실을 낮춘다.
바람직하게는, 백필 재료(예를 들어, 회주철로 제조됨)가 해저 케이블을 견고하게 고정하기 위해 벌크 지지 요소에 사용될 수 있다.
본 출원의 추가 측면은 해상 구조물, 특히 해상 풍력 에너지 구조물이다. 연상 구조물은 전술한 적어도 하나의 해상 풍력 에너지 시스템을 포함한다. 해상 구조물은 해상 풍력 에너지 시스템의 기초에 의해 지지되는 적어도 하나의 해상 장치를 포함한다.
본 출원의 또 다른 측면은 해상 구조물, 특히 전술한 해상 구조물을 위한 케이블 가이드 배열체이다. 케이블 가이드 배열체는 제1 중공 구조 요소의 제1 벽의 외측 쉘 표면에 배열된 적어도 하나의 지지 요소(상기 설명됨)를 포함하고, 지지 요소는 제1 중공 구조 요소의 제1 벽의 케이블 부싱을 빠져나가는 해저 케이블을 케이블 부싱에서 수중 바닥 표면까지 안내하도록 구성된다.
본 출원의 또 다른 측면은 해상 구조물 기초의 제1 중공 구조 요소의 제1 벽의 케이블 부싱을 빠져나가는 해저 케이블을 케이블 부싱으로부터 수중 바닥 표면으로 안내하기 위한 전술한 케이블 가이드 배열체의 사용이다.
해상 풍력 에너지 시스템, 해상 구조물, 용도 및 케이블 가이드 배열체의 특징들은 서로 자유롭게 조합될 수 있다. 특히, 상세한 설명 및/또는 종속항의 특징은 독립항의 특징을 완전히 또는 부분적으로 우회하거나 단독으로 또는 서로 자유롭게 조합함으로써 독립적으로 독창적일 수 있다.
이제 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템, 본 출원에 따른 해양 구조물, 본 출원에 따른 용도 및 본 출원에 따른 케이블 가이드 배열체를 설계하고 추가로 개발할 수 있는 다양한 가능성이 존재하게 된다. 이를 위해, 한편으로는 독립항에 종속된 청구항들을 참조하고, 다른 한편으로는 도면과 관련된 실시형태의 설명을 참조한다.
도 1은 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 실시형태와 함께 본 출원에 따른 해상 구조물의 실시형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 추가 실시형태의 개략도이다.
도 2a는 본 출원에 따른 도 2에 따른 실시형태에 사용되는 케이블 가이드 배열체의 실시형태의 개략도이다.
도 2b는 본 출원에 따른 도 2에 따른 실시형태에 사용되는 케이블 가이드 배열체의 추가 실시형태의 개략도이다.
도 3은 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 추가 실시형태의 개략도이다.
도 4는 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 추가 실시형태의 개략도이다.
도 5는 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템의 추가 실시형태의 개략도이다.
이하에서, 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용한다. 또한, 이하에서, z는 각각 수직 축 방향을 나타내고, r은 반경 방향을 나타낸다. 또한, 본 출원에서, "하부", "아래" 등 및 "상부", "위" 등의 표현은 특히 수직 축(z), 특히 기초 또는 해상 구조물의 설치 상태를 지칭한다.
도 1은 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템(100)의 실시형태와 함께 본 출원에 따른 해상 구조물(114)의 실시형태를 개략적으로 도시한다.
해상 구조물(114)로서, 본 명세서에서는 해상 풍력 터빈(114) 형태의 해상 풍력 에너지 구조물(114)이 예시적으로 도시되어 있다. 현재, 해상 구조물(114) 및 해양 구조물(114)의 기초(102)가 설치 상태로 도시되어 있다. 다음의 실시형태들은 다른 해상 구조물에도 쉽게 적용될 수 있다.
해상 구조물(114)은 적어도 하나의 해상 풍력 에너지 시스템(100) 및 적어도 하나의 해상 장치(116)(현재, 예를 들어, 타워, 로터, 발전기 등)를 포함한다. 특히, 해저 케이블(118)은 해상 장치(116)에 연결되어 특히 생성된 전기 에너지 및 전류를 각각 다른 엔티티로 수송한다.
본 맥락에서, 해저 케이블(118)은 특히 전력 케이블로, 특히 전력 용량이 3㎿ 내지 70㎿ 사이, 바람직하게는 9㎿ 내지 60㎿ 사이인 중간 전압 케이블(118), 또는 전력 용량이 70㎿ 내지 2.5GW 사이, 바람직하게는 360㎿ 내지 1500㎿ 사이인 고전압 케이블(118)이다.
해상 풍력 에너지 시스템(100)은 기초(102) 및 기초(102)에 인접하게 배열된 케이블 가이드 배열체(104)를 포함한다.
본 실시형태에서, 기초(102)는 제1 중공 구조 요소(106), 각각 제1 타워-형 기초 구조물(106)을 포함한다. 제1 중공 구조 요소(106)는 종방향(즉, 중공 구조 요소(106)의 종축을 따라)으로 연장되는 원주 방향으로의 제1 벽(105)을 포함한다. .
제1 중공 구조 요소(106)의 하단부에서, 제1 벽(105)은 하단면에 의해 둘러싸여 있다. 제1 중공 구조 요소(106)의 상단부에서, 제1 벽은 상단면에 의해 둘러싸여 있다.
바람직하게는, 제1 중공 구조 요소(106)의 단면은 원형이다. 본 출원의 다른 변형에서, 타원형 또는 난형과 같은 다른 형상의 단면이 제공될 수 있다. 특히, 제1 중공 구조 요소(106)는 내부(112)를 갖는 중공 파일(106)로 형성될 수 있다. 해저 케이블(118)은 내부(112)를 통해 아래쪽으로 안내될 수 있고, 특히 내부(112) 내에서 자유롭게 현수되어(suspended) 있을 수 있다.
제1 벽(105)은 각각 내부 쉘 표면(110) 및 내부 벽(110), 및 각각 외부 쉘 표면(108) 및 외부 벽(108)을 포함한다. 내부 쉘 표면(110)은 내부(112)를 향하고, 외부 쉘 표면(108)은 외부를 향한다.
다시 말해, 벽은 특히 각각 내경과 외경에 의해, 내벽과 외벽에 의해 둘러싸여 있다. 벽은 특히 중공 구조 요소의 외부 경계이다.
전술한 바와 같이, 도 1은 적어도 하나의 중공 구조 요소(106)의 연결 단부가 해저 바닥(120)에 세워져 있는(도면부호 122는 해저 바닥 표면을 나타냄) 즉 특정 깊이 또는 연결 길이(예를 들어, 7m 내지 20m 사이)로 해저 바닥(120)에 연결되어 있는, 설치 상태에 있는 기초(102)를 도시한다. 본 경우에, 제1 중공 구조 요소(106)는 수면(124) 위로 돌출된다.
제1 벽(105)은 콘크리트(이전에 기술된 바와 같이)로 제작되는 것이, 특히 콘크리트로부터 타설되는 것이 바람직하다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 길이 방향(z)으로의 벽 강도와 벽 두께는 각각 제1 중공 구조 요소(106)의 전체 길이를 따라 각각 변하지 않고 일정하게 유지된다. 본 출원의 다른 변형에서, 중공 구조 요소의 벽 두께가 변할 수 있다. 예를 들어, 벽 두께는 예를 들어 내경이 증가하고 외경이 일정하게 유지되거나 외경이 감소하고 내경이 일정하게 유지되는 것과 같이 상단면에서 하단면으로 테이퍼질 수 있다.
해저 케이블을 내부(112)에서 외부(각각 반대 방향으로)로 안내하기 위하여, 제1 벽(105)에는 제1 벽(105)을 관통하는 케이블 부싱(126)이 배치된다. 해저 케이블(118)은 케이블 부싱(126)을 지나 외부로 빠져나올 수 있다.
본 출원에 따르면, 해상 풍력 에너지 시스템(100)은 반경 방향(r)(설치 상태에서 수평 방향)으로 연장되고, 제1 중공 구조 요소(106)의 제1 벽(105)의 외부 쉘 표면(108)에 배열된 적어도 하나의 케이블 가이드 배열체(104)를 포함한다. 여기서 케이블 가이드 배열체(104)는 케이블 부싱(126)을 빠져나온 해저 케이블(118)을 케이블 부싱(126)으로부터 수중 바닥(120)의 수중 바닥 표면(122)으로 안내하도록 구성된다.
케이블 가이드 배열체(104)는 지지 요소(138)를 포함한다. 램프(ramp)의 형태로 형성되는 지지 요소(138)는 특히 해저 케이블(118)을 수직으로 지지하도록, 즉 적어도 수직 방향(z)에서 해저 케이블(118)의 움직임의 자유를 제한하도록 구성된다.
특히, 빠져나와 안내되는 해저 케이블(118)은 지지 요소(138)의 상부(경사진) 표면을 통해 케이블 부싱(126)으로부터 수중 바닥(120)의 수중 바닥 표면(122)으로 안내되어 하향 지지된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 지지 요소(138)는 외부 쉘 표면(108)으로부터 반경 방향으로 이격될 수 있다. 다시 말해서, 지지 요소는 (원칙적으로) 제1 또는 제2 중공 구조 요소와 접촉하지 않는 것이 바람직하다.
외부 쉘 표면(108)과 외부 쉘 표면을 향하는 지지 요소(138)의 측면 사이의 반경 방향 거리(132)는 예를 들어 0.2m 내지 4m, 바람직하게는 0.5m 내지 2m일 수 있다.
추가로 알 수 있는 바와 같이, 지지 요소(138)의 상부 단부는 케이블 부싱(126)의 하부 에지로부터 수직 방향으로 이격되는 것이 바람직하다. 케이블 부싱(126)의 하부 에지와 지지 요소(138)의 상단부(수직 방향으로 가장 높은 지점) 사이의 수직 거리(130)는 0.5m 내지 2m 사이일 수 있다.
거리(130, 132)의 치수는 특히 해저 케이블(118)의 허용 가능한 굽힘 반경에 따라 달라진다. 또한, 지지 요소(138)의 최대 높이(134) 및/또는 지지 요소(138)의 램프의 기울기도 또한 해저 케이블(118)의 굽힘 반경에 종속할 수 있다. 현재, 외벽(108)으로부터 반대 방향을 향하는 지지 요소(138)의 단부는 0m 내지 7.5m 범위일 수 있는 수직 높이(136)를 갖는다.
바람직하게는, 제1 중공 구조 요소(106)의 케이블 부싱(126)은 기초(102)의 도시된 설치 상태에서 수중 바닥 표면(122) 위로 적어도 5m 이상, 특히 6m 이상, 특히 바람직하게는 8m와 12m 사이에 있다. 즉, 수중 바닥 표면(122)과 케이블 부싱(126), 특히 케이블 부싱(126)의 하단 에지 사이의 수직 거리는 5m 이상, 바람직하게는 6m 이상, 보다 바람직하게는 8m 내지 12m일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 적어도 하나의 지지 요소(238)의 높이는 외부 쉘 표면(108)을 향하는 지지 요소(238)의 단부로부터 외부 쉘 표면(108)으로부터 멀리 향하는 지지 요소(238)의 단부까지 반경 방향으로 꾸준히 감소한다.
도 2 내지 도 2b는 해상 구조물에 대한 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템(200)의 추가 실시형태의 개략도이다. 반복을 피하기 위해 본질적으로 이전 실시형태와의 차이점만 아래에 설명하고, 그렇지 않은 경우에는 도 1의 설명을 참조한다.
기초(202)는 제1 중공 구조 요소(206) 및 제2 중공 구조 요소(240)를 포함한다. 제1(특히 원통형) 중공 구조 요소(206)는 전이 피스(transition piece)(206)로도 지칭될 수 있고, 제2(특히 원통형) 중공 구조 요소 요소(240)는 매립 요소(embeded element)(240)로 지칭될 수 있다.
제2 중공 구조 요소(240)는 중첩 부분(242) 및 매립 부분(244)을 포함한다. 매립 부분(244)의 적어도 일부분이 수중 바닥(220)에 매립되어 있다.
제2 중공 구조 요소(240)는 중첩 부분(242)은 제1 중공 구조 요소(206)의 단부 부분(246) 그리고 추가의 중첩 부분(246)과 중첩된다(기초의 중첩 영역에서). 특히, 알 수 있는 바와 같이, 제1 중공 구조 요소(206)는 제2 중공 구조 요소(240)에 삽입된다. 특히, 제1 중공 구조 요소(206)의 하단면은 적어도 하나의 (원주형) 방사상 내측으로 돌출하는 정지부(256) 위에 안착된다. 적어도 하나의 정지부(256)는 제2(원주 방향과 길이 방향 z로 연장되는) 벽(251)의 내부 표면(250)에 예를 들어 용접되어 부착될 수 있다.
본 경우에서, 제2 중공 구조 요소(240)의 내부 쉘 표면(250)과 제1 중공 구조 요소(206)의 외부 쉘 표면(208) 사이의 중첩 영역에 환형 공간(252)이 형성된다. 서두에서 이미 설명한 바와 같이, 환형 공간(252)은 도시된 그라우트 연결의 경우 충전 재료(254), 특히 그라우트로 충전, 특히 그라우팅된다. 제1 중공 구조 요소(206)가 제2 중공 구조 요소(240)에 삽입된 후에, 환형 공간(252) 내로 충전 재료(254)가 도입된다.
전이 부분(248)은 단부 부분(246) 및 중첩 부분(246)에 각각 인접한다. 특히, 전이 피스(206)는 전이 부분(248)으로 제2 중공 구조 요소(240)로부터 돌출된다.
본 출원의 변형에서, (확장 가능한) 밀봉이, 대안적으로 또는 추가로, 환형 공간에 배치될 수 있다. 또한, 본 출원의 변형에서, 중공 구조 요소를 서로에 대해 정렬하기 위해 적어도 하나의 삽입 보조기, 정렬 보조기 등이 제공될 수 있다.
또한, 해상 풍력 에너지 시스템(200)은 현재 (단일) 램프-형 지지 요소(238)를 포함하는 케이블 가이드 배열체(204)를 포함한다. 지지 요소(238)는 바람직하게는 프리캐스트 콘크리트 요소(238)일 수 있다. 케이블 가이드 배열체(204)의 제1 실시형태의 단면이 도 2a에 도시되어 있고, 케이블 가이드 배열체(204)의 다른 실시형태가 도 2b에 도시되어 있다.
특히 일체로 형성되는 지지 요소(238)는 풋 부분(233), 상부 표면(237)을 갖는 헤드 부분(235), 및 풋 부분(233)과 헤드 부분(235)을 연결하는 연결 부분(231)을 포함할 수 있다. 특히 지지 요소(238)는 풋 부분(233)에 의해 수중 바닥 표면(222) 상에 지지될 수 있다.
바람직하게는, 해저 케이블(218)을 안내하기 위한 케이블 리셉터클(260)이 지지 요소(238), 특히 헤드 부분(235)에 제공될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 케이블 리셉터클(260)의 형상은 특히 해저 케이블(218)의 형상에 대응한다.
예시된 지지 요소(238)는 적어도 수직 방향으로 해저 케이블(218)을 지지한다. 특히, 적어도 하나의 지지 요소(238)에 의해 적어도 아래쪽으로(수중 바닥 표면(222)을 향하여) 이동의 자유가 제한된다.
본 실시형태에서, 케이블 리셉터클(260)은 반경 방향(r)(바람직하게는 지지 요소(238)의 전체 길이(229)를 따라)으로 연장되고, 지지 요소(238)의 상부 표면(237)에 형성된 채널-형 리세스(260)이다. 리세스(260)의 직경(262)은 적어도 해저 케이블(218)의 외경(264)보다 클 수 있다.
도 2a와 대조적으로, 리세스(260)의 직경(262)은 더 작고 해저 케이블(218)의 외경(264)과 거의 동일하다. 또한, 단면도에서, 리세스(260)의 형상이 도 2a에서는 반원형인 반면, 도 2b에 도시된 실시형태에서는 3/4 원형이다.
해저 케이블(218)를 견고하게 고정하기 위해, 선택적으로 해저 케이블(218)을 케이블 가이드 배열체(204), 특히 적어도 하나의 지지 요소(238)에 고정하도록 구성된 적어도 하나의 케이블 고정 모듈(266)이 제공될 수 있다. 특히, 도 2b에서 클립 메커니즘(266)이 제공되며, 본 경우에는 2개의 클립(266) 형태이다.
예를 들어, 도 2a에 따른 실시형태에서, 리셉터클(260)에 해저 케이블(218)을 배열한 후(또는 배열하기 전에), 특히 백필 재료(미도시) 특히 케이블 시멘트로 해저 케이블과 리셉터클을 그라우팅하는 것을 생각할 수 있다.
도 3은 해상 구조물에 대한 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템(300)의 추가 실시형태의 개략도이다. 반복을 피하기 위해, 본질적으로 앞선 실시형태와의 차이점만 아래에 설명하고, 그렇지 않으면 도 1 내지 도 2b의 설명을 참조한다.
먼저, 본 실시형태에서, 환형 공간(352)은 제2 중공 구조 요소(340)의 외부 쉘 표면(358)과 제1 중공 구조 요소(306)의 내부 쉘 표면(310) 사이에 형성된다. 환형 공간(352)은 일 예로 그라우트(354)(모르타르)로 채워진다. 알 수 있는 바와 같이, 제2 중공 구조 요소(340)의 매립 부분(344)에서 제2 벽(351)의 외부 쉘 표면(358) 위에 적어도 하나의 반경방향 외향 정지부(356)가 형성된다.
케이블 가이드 배열체(304)는 복수의 지지 요소(338.1, 338.2)를 포함한다(명료함을 위해, 여기서는 2개의 지지 요소(338.1, 338.2)만이 예시적으로 도시됨). 알 수 있는 바와 같이, 지지 요소(338.1, 338.2)는 수중 바닥 표면(322)에 대해 각각 다른 높이 및 거리를 갖는다. 즉, 본 실시형태에서, 지지 요소(338.1, 338.2)의 높이는 제1 지지 요소(338.1)로부터 마지막 지지 요소(338.2)까지 반경 방향으로 계단-식으로 감소한다. 특히, 로프 길이가 다르다.
본 실시형태에서, 적어도 하나의 지지 요소(338.1, 338.2)는 수중 바닥(320)에 고정될 수 있는 로프 텐셔닝 장치(338.1, 338)이다. 로프 텐셔닝 장치(338.1, 338)는 로프(370)(및 각각이 체인)를 포함하고, 로프의 양 단부는 수중 바닥(320)에 적어도 부분적으로 묻혀 있는 앵커(372)에 연결된다.
로프 텐셔닝 장치(338.1, 338.2)의 로프(370)는 해저 케이블(318)이 적어도 하나의 수직 방향으로 지지되도록 해저 케이블(318) 위에 인장된다(tensioned). 특히, 텐셔닝 로프(370)에 의해 해저 케이블(318)에 힘(화살표로 표시)이 가해진다. 이에 의해 해저 케이블(318)이 케이블 부싱(326)으로부터 수중 바닥면(322)까지 안전하게 안내될 수 있다.
해저 케이블(318)을 지지 요소(338.1, 338.2)에 고정하기 위해, 클립 또는 스테이플 메커니즘과 같은 적어도 하나의 케이블 고정 모듈(미도시)이 필요에 따라 제공될 수 있다. 추가로, 해저 케이블(318)은 로프가 고정될 수 있는, (균등하게) 이격되어 고정적으로 장착된 케이블 고정 모듈(미도시)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 해저 케이블에 슬리브가 제공될 수 있다.
도 4는 해상 구조물에 대한 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템(400)의 추가 실시형태의 개략도이다. 반복을 피하기 위해 본질적으로 이전 실시형태와의 차이점만 아래에 설명하고 그렇지 않은 경우에는 도 1 내지 도 3의 설명을 참조한다.
도 3과 대조적으로, 케이블 리셉터클(460)로서 채널형 리세스(460)를 구비하는 복수의 지지 요소(438.1, 438.2)(명확성을 위해, 2개의 지지 요소(438.1, 438.2)만이 예로서 도시됨)가 배열된다. 지지 요소(438.1, 438.2)는 수중 바닥(420)에 단단히 고정될 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 지지 요소(438.1, 438.2)는 수중 바닥 표면(422)까지 다른 거리, 다른 높이를 갖는다. 즉, 본 실시형태에서, 지지 요소(438.1, 438.2)의 높이는 제1 지지 요소(438.1)에서 마지막 지지 요소(438.2)까지 반경 방향으로 계단-식으로 감소한다.
도 5는 해상 구조물에 대한 본 출원에 따른 해상 풍력 에너지 시스템(400)의 추가 실시형태의 개략도이다. 반복을 피하기 위해 본질적으로 이전 실시형태와의 차이점만 아래에 설명하고 그렇지 않은 경우에는 도 1 내지 도 4의 설명을 참조한다.
현재, 적어도 하나의 지지 요소(538)는 벌크 재료(580)에 의해 형성된다. 벌크 재료(580)(예를 들어, 바위(580) 덩어리 형태)는 바람직하게는 일정 거리에서 외벽(508)에 대해 램프업될 수 있다.
그런 다음 해저 케이블(518)이 벌크 재료(580) 상에 놓여, 벌크 재료 지지 요소(538)의 형성된 상부 표면(특히, 충분히 넓고 경사진 고원)을 통해 안내될 수 있다. 특히, 벌크 재료(580)는 특히 존재하는 해류에 의한 해저 케이블의 마모 및/또는 벌크 재료 지지 요소(538)의 침식을 방지하기에 충분히 큰(평균) 입자 크기를 가질 수 있다.
평균 입자 크기는 1㎜에서 5000㎜ 사이일 수 있다. 바람직하게는, 평균 입자 크기는 적어도 200㎜ 내지 5000㎜, 더욱 바람직하게는 적어도 1000㎜ 내지 5000㎜일 수 있다.
바람직하게는, 백필 재료(582)(예를 들어, 그라우트, 회주철, 케이블 시멘트 등)가 벌크 지지 요소(538)의 상부 표면, 특히 적어도 부분적으로 해저 케이블(518) 위에 캐스팅될 수 있다. 이러한 방식으로, 해저 케이블(518)이 더욱 견고하게 고정될 수 있다.
실시형태들은 서로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 상이한 지지 요소가 서로 결합될 수 있고 및/또는 상이한 케이블 가이드 배열체가 상이한 기초와 조합될 수 있으며, 예를 들어 케이블 가이드 배열체(300)가 도 1 또는 도 2에 따른 기초와 함께 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 해상 풍력 에너지 시스템(100, 200, 300, 400, 500)으로,
    - 종방향으로 연장되는 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)을 갖는 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)를 구비하는 기초(102, 202, 302, 402, 502)를 포함하고,
    - 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)에 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)이 배치되고, 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)은 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)을 관통하고,
    - 반경 방향으로 연장되고, 제1 중공 구조 요소의 제1 원주 벽(105, 205, 305, 405, 505)의 외부 쉘 표면에 배열되는 적어도 하나의 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)를 포함하고, 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)는 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)을 빠져나가는 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)을 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)에서 해저 바닥 표면(122, 222, 322, 422, 522)까지 가이드하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    - 기초(102, 202, 302, 402, 502)가 설치된 상태에서 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)의 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)은 수중 바닥 표면(122, 222, 322, 422, 522) 위로 적어도 5m 이상, 특히 6m 이상, 특히 바람직하게는 8m 내지 12m 사이에 있는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기초(102, 202, 302, 402, 502)는,
    - 제1 중공 구조 요소(106)의 단부 부분(246, 346, 446, 546)을 지나 돌출하는 중첩 부분(242, 342, 442, 542)을 구비하고, 적어도 일부분이 수중 바닥(120, 220, 320, 420, 520)에 매립될 수 있는 매립 부분(244, 344, 444, 544)을 구비하는 제2 중공 구조 요소(240, 340, 440, 540)를 포함하고,
    - 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)의 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)은 적어도 상기 중첩 부분(242, 342, 442, 542) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    - 제2 중공 구조 요소(240, 340, 440, 540)의 내부 쉘 표면(250, 350, 450, 550)과 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)의 외부 쉘 표면(108, 208, 308, 408, 508) 사이의 환형 공간(252, 352, 452, 552)이 적어도 부분적으로 그라우팅되고,
    및/또는
    - 제2 중공 구조 요소(240, 340, 440, 540)의 외부 쉘 표면(258, 358, 458, 558)과 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)의 내부 쉘 표면(110, 210, 310, 410, 510) 사이의 환형 공간(252, 352, 452, 552)이 적어도 부분적으로 그라우팅되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)는 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)을 적어도 수직으로 지지하도록 구성된 적어도 하나의 지지 요소(138, 238, 338, 438, 538)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    - 적어도 하나의 지지 요소(138, 238, 338, 438, 538)의 높이가 반경 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    - 적어도 하나의 지지 요소(138, 238, 338, 438, 538)가 프리캐스트 콘크리트 요소(138, 238, 338, 438)인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    - 적어도 하나의 지지 요소(138, 238, 338, 438, 538)가 수중 바닥(120, 220, 320, 420, 520)에 고정될 수 있는 케이블 텐셔닝 장치(338)인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 지지 요소(138, 238, 338, 438, 538)는 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)을 안내하기 위한 케이블 리셉터클(260, 360, 460)을 포함하고,
    - 상기 케이블 리셉터클(260, 360, 460)의 형상은 특히 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)의 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    - 케이블 리셉터클(260, 360, 460)은 적어도 하나의 지지 요소(118, 218, 318, 418, 518)의 상부 표면에서 반경 방향으로 연장되는 채널형 리세스(260, 460)이고,
    - 특히, 상기 리세스(260, 460)의 직경은 적어도 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)는 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)을 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)에 고정하도록 구성된 적어도 하나의 케이블 고정 모듈(266, 582)을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 케이블 고정 모듈(266, 582)은 클립 메커니즘(266)인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 케이블 고정 모듈(266, 582)은 백필 재료 특히 케이블 시멘트인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 에너지 시스템.
  14. 해상 구조물(114) 특히 해상 풍력 에너지 구조물(114)로,
    - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 해상 풍력 에너지 시스템(100, 200, 300, 400, 500); 및
    - 상기 해상 풍력 에너지 시스템(100, 200, 300, 400, 500)의 기초(102, 202, 302, 402, 502)에 의해 지지되는 적어도 하나의 해상 장치(116)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
  15. 해상 구조물(114), 특히 제14항에 따른 해상 구조물(114)용 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)로서,
    - 해상 구조물(114)의 기초(102, 202, 302, 402, 502)의 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)의 제1 벽(105, 205, 305, 405, 505)의 외부 쉘 표면(108, 208, 308, 408, 508)에 배열되고, 제1 벽(105, 205, 305, 405, 505)의 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)을 빠져나온 해저 케이블(118, 218, 318, 418, 518)을 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)에서 수중 바닥면(122, 222, 322, 422, 522)으로 안내하도록 구성된 적어도 하나의 지지 요소(138, 238, 338, 438, 538)를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 가이드 배열체.
  16. 해상 구조물(114)의 기초(102, 202, 302, 402, 502)의 제1 중공 구조 요소(106, 206, 306, 406, 506)의 제1 벽(105, 205, 305, 405, 505)의 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)을 빠져나온 케이블을 케이블 부싱(126, 226, 326, 426, 526)에서 수중 바닥면(122, 222, 322, 422, 522)으로 안내하기 위하느 제15항에 따른 케이블 가이드 배열체(104, 204, 304, 404, 504)의 용도.
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