NO20200856A1 - - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en vindmøllekonstruksjon omfattende et flytende fundament som er delvis nedsenket i en vannmasse, der det delvis nedsenkete fundamentet understøtter minst et tårn utstyrt med en vindmølle.

Beskrivelsen vedrører en oppfinnelse innenfor det tekniske feltet offshore vindenergi. Det beskrives en teknisk løsning for stabilisering og forankring for flytende fundament som fritt kan rotere om forankringspunktet.

Oppfinnelsens bakgrunn

For å redusere forurensning og å begrense global oppvarming, er det ønskelig å utvikle teknologi som kan gjøre fornybar energi mer konkurransedyktig.

Offshore vind er en spesielt interessant ressurs relatert til fornybar energiutvinning. Det ligger et stort potensial i å utnytte havområder og vinden over slike områder til å utvinne elektrisk energi. En utfordring relatert til utvinning av energi fra offshore vind, er kostnaden. For at offshore vind skal kunne være en konkurransedyktig energikilde, er det avgjørende at kostnader relatert til produksjon, installasjon og drift og vedlikehold av offshore vindturbiner reduseres. For å nå dette målet er det viktig med utvikling av ny, kostnadseffektiv teknologi.

Det er utviklet et stort antall tekniske løsninger for produksjon av vindenergi offshore. Hovedandelen av disse er relatert til bunnfaste fundamenter, hvor nedre struktur er stivt og rotasjonsfast festet til havbunnen. Typisk men ikke begrensede betegnelser på slike innretninger er Monopile, Tri-pod, Jacket, suction caisson, gravity base. Mens øvre del består normalt sett av en transition piece påmontert vindmølletårn med tilhørende vindmølle.

En annen hovedtype er flytende fundamenter, som forankres til havbunnen ved hjelp av ankerliner med tilhørende forankring mot havbunn. Her finnes det også en rekke varianter som, typisk, men ikke begrensede betegnelser er Barge, Semi-Submersible, multi-spar, spar, tension-leg platform. Hovedandelen av nevnte innretninger er forankret på en måte som gjør at de ikke kan rotere, men benytter seg av en vindmølle som kan rotere i forhold til tårnet.

En annen type flytende plattformer er designet på en måte som gjør at den kan rotere om forankringspunktet, videre omtalt som (roterende plattformer). Denne type innretning vil kunne tillate mer en vindturbin da den retter seg selv etter vinden, noe som gjør at turbinene ikke kommer i skyggen av hverandre.

Omtale av kjent teknikk

Forankring av flytende innretninger består i dag av et antall ankerline som knytter den flytende innretningen til respektive ankre som ligger i et mønster der de typisk har tilnærmet lik vinkel i forhold til hverandre og spred utover et forholdsvis stort område. En annen tye er tension leg, hvor ankerlinene går forholdsvis rett nedover og holder plattformen på en bestemt dybde. Beskrevne løsninger gjelder både roterende og ikke roterende plattformer, og er løsninger en normalt finner for offshore rigger brukt i olje og gass næringen.

Foreliggende oppfinnelse er knyttet til forankring av roterende plattformer, en kjent forankringstype for denne type innretning er beskrevet i SE-1850590-9, hvor den roterende plattformen benytter en typisk tension leg konfigurasjon.

Formål med foreliggende oppfinnelse

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe en roterende flytende vindmøllekonstruksjon, som i stedet for å benytte anker og ankerliner er festet fritt roterbar til en stiv innretting som er festet og rager oppover fra havbunnen. Den stive innretting kan typisk men ikke begrensede være av type Monopile, Tri-pod, Jacket, suction caisson, gravity base. Eller en kombinasjon av disse typene, hvor et alternativ vil være å feste en typisk monopile design, i form av et rør til toppen av en Jacket.

I dette dokumentet beskrives en teknisk løsning som har fordeler over kjent teknikk, ved at en kan forankre flytende roterende plattformer billigere og mer effektivt på grunnere vann. Da ved bruk av stive konstruksjoner som rager opp fra en sjøbunn. Samt en kan benytte eksisterende bunnfaste fundamenter på eksisterende havvindparker som innfesting for flytende plattformer. Og på den måten kunne oppgradere de enkelte vindmølle instillasjonene fra fast til flytende og typisk øke effekten fra 2-3 MW til 20-30 MW.

Oppsummering av oppfinnelsen

Overnevnte formål oppnås med en vindmøllekonstruksjon omfattende et flytende fundament som er delvis nedsenket i en vannmasse, der det delvis nedsenkete fundamentet understøtter minst et tårn utstyrt med en vindmølle, hvori det flytende fundament er forankret roterbart om et bunnfast fundament som rager opp fra en havbunn.

Det bunnfaste fundamentet er fortrinnsvis et eksisterende fundament for en bunnfast offshore installasjon. Alternativt kan det være en ny installasjon.

Det flytende fundamentet kan omfatte et langstrakt flyteelement som er svingbart opplagret til nevnte bunnfaste fundament i en dreieskiveforankring.

Dreieskriveforankringen frembringer fortrinnsvis en fritt roterbar forankring om det bunnfaste fundamentet.

I en utførelse kan dreieskiveforankringen omfatte et dreieskivearrangement som forbinder det det bunnfaste fundamentet med en festearm som rager ut fra det flytende fundamentet.

Dreieskivearrangementet kan omfatte en dreietapp utstyrt med et hode og som er innrettet til innføring i et åpent hulrom i en motstående festedel.

Dreietappen kan være montert i en elektrisk svivel, hvilken svivel er innrettet for overføring av elektrisk kraft mellom en første del av en kraftledning og en andre del av kraftledningen. I den anledning kan dreietappen omfatter en gjennomløpende boring for den første delen av kraftledningen.

Det flytende fundament kan videre omfatte en eller flere utadragende stabilisatorarmer, der nevnte stabilisatorarm(er) rager ut fra fundamentet i et område over en vannflate til vannmassen.

Det flytende fundamentet kan understøtte et første og et andre tårn som i forhold til hverandre er sidestilte og skråstilte, der en første stabilisatorarm til det første tårnet rager ut i motstående retning i forhold til en andre stabilisatorarm til det andre tårnet.

Hver stabilisatorarm kan omfatte en overarm og en underarm. I den anledning kan underarmen være forbundet til overarmen i en ledd- eller hengselforbindelse, eller at underarmen kan være fritt opphengt til overarmen.

I en utførelse kan den første og den andre stabilisatorarmen være festet til en skulderaksel som løper mellom det første og det andre tårnet.

Videre kan hver stabilisatorarm omfatte en nedre bremsekrage, så som en utadragende sirkulær skive frembrakt på stabilisatorarmens ytre og nedre ende.

I en utførelse kan det bunnfaste fundamentet omfatte en roterbar festering og det flytende fundamentet kan omfatte en underliggende blokkskive, der en kabel løper fra festeringen, over blokkskiven og til en lodd som henger i vannmassen.

Videre kan tårnets nedre del omfatte en bølgebrytende og baugformet konstruksjon.

Et integrert kontrollsystem kan benyttes for å regulere og begrense thrust kreftene generert av turbinene, slik at kreftene ikke overstiger vindmøllekonstruksjonens design kriterier.

Overnevnte formål oppnås også med en fremgangsmåte for installasjon av en flytende del av en vindmøllekonstruksjon til et bunnfast fundament som rager opp gjennom en vannoverflate, der fremgangsmåten omfatter:

- anbringelse av et fartøy tilstøtende det bunnfaste fundamentet,

- anbringelse av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen tilstøtende det bunnfaste fundamentet, og

- montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet ved hjelp av en dreieskiveforankring, der den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen monteres fritt roterbart i en vannmasse som omgir det bunnfaste fundamentet.

Før montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet kan følgende trinn utføres:

- fjerning av eksisterende tårn utstyrt med en vindmølle fra det bunnfaste fundamentet, og

- overføring av det fjernete tårnet og vindmøllen til nevnte fartøy,

Før montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet og for å frembringe dreieskiveforankringen kan et dreieskivearrangement monteres mellom en øvre del av det bunnfaste fundamentet og en utadragende festearm til et flytende fundament, hvorpå det flytende fundament til den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen hektes på nevnte dreieskivearrangement.

Det bunnfaste fundamentet kan omfatte et overgangstykke som modifiseres til å gi en dreieskiveforankring.

Før montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet kan det bunnfaste fundamentet forsterkes.

Beskrivelse av figurer

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurene, hvori:

Figur 1-3 viser en første utførelse av en vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen, sett henholdsvis i perspektiv, frontriss og toppriss.

Figur 4 viser i perspektiv en andre utførelse av en vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen.

Figur 5a og 5b viser eksempel på hvordan vindmøllekonstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelsen kan erstatte en konvensjonell konstruksjon.

Figur 6 viser eksempler på bunnfaste fundamenter som foreliggende oppfinnelse kan kombineres med.

Figur 7 viser en ytterligere utførelse av en vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen.

Figur 8 viser et eksempel på en dreieskiveforankring ifølge oppfinnelsen montert på øvre del av et bunnfast fundament.

Figur 9 viser i snitt dreiskriveforankringen vist i figur 8.

Figur 10 viser et utsnitt av dreieskiveforankringen vist i figur 9.

Figur 11 viser kraftproduksjon som funksjon av vindhastighet for to forskjellige vindturbiner. Horisontal kraft for den minste turbinen 25 m fra havbunn, som tilsvarer samme bøyemoment generert at turbinen ved maks effekt plassert på toppen av tårnet. Horisontal kraft mot den flytende og faste plattformen fra den største turbinen ved maks effekt.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen omfattende et flytende fundament 12 som flyter delvis nedsenket i en vannmasse 20, der det flytende fundamentet 12 understøtter minst et tårn 14 utstyrt med en vindturbin eller en vindmølle 16. Tårnets 14 nedre del vil naturlig utgjøre en del av det flytende fundamentet 12, og følgelig oppfattes det flytende fundamentet 12 til å omfatte nedre del av tårnet 14. Nevnte flytende fundament 12, eller tårn 14, kan videre omfatte en eller flere utadragende stabilisatorarmer 30, der nevnte stabilisatorarm(er) 30 rager ut fra fundamentet 12 i et område over en vannflate 60 til vannmassen 20.

Den delen av fundamentet 12 som flyter nede i vannmassen 20 kan være delvis fylt med vann for ytterligere å stabilisere vindmøllekonstruksjonen.

Det flytende fundamentet 12 omfatter et hovedsakelig langstrakt og horisontalt anordnet flyteelement 40 som i en fremre del har eller er forbundet med en dreieskiveforankring 42 for svingbar forankring. Dreieskriveforankringen 42 er montert til et bunnfast fundament 50 som rager opp fra en havflate 62 og kan rotere fritt om det bunnfaste fundamentet 50. Det bunnfaste fundamentet 50 utgjør således en stiv oppadragende innretning som holder det flytende fundamentet 12 og således vindmøllekonstruksjonen på plass i vannmassen 20. Dreieskriveforankringen 42 tillater det flytende fundamentet å bevege seg «noe» i form av aksiell rotasjon, opp/ned og sideveis i forhold til det bunnfaste fundament. Denne begrensede bevegelsenes frihet mellom bunnfast fundament og flytende fundamentet er for å unngå at krefter ut over i hovedtrekk de horisontal trekk satt opp fra vindturbinene og de vertikale kreftene skal fanges opp i det bunnfaste fundament.

Dreieskriveforankringen 42 kan være fritt roterbart montert eller opplagret til det bunnfaste fundamentet 50 på flere måter. Med " fritt roterbart" menes at vindmøllekonstruksjonen kan svinge under påvirkning av vind- og vannbevegelse. I det viste eksemplet i figurene 1-5b er dreieskriveforankringen 42 en turret i form av en hylse som omslutter den øvre delen 52 av det bunnfaste fundamentet 50. Hylsen kan være et eksisterende overgangsstykke på det bunnfaste fundamentet 50. En annen variant av dreieskiveforankringen er vist i figurene 7-10 og skal forklares senere.

Hylsen kan gjerne også være innrettet for vertikal bevegelse for å tilpasses hvor dypt flyteelementet 40 er nedsenket og flyter i vannmassen 20. Alternativt kan dreieskriveforankringen 42 omfatte en leddforbindelse til flyteelementet 40 og som tillater tilsvarende bevegelse.

Videre kan dreieskriveforankringen 42 være dreibart festet til flyteelementet 40 slik at det flytende fundamentet 12 og dermed vindmøllekonstruksjonen kan dreie eller vippe om flytelementets 40 senterakse i flyteelements lengderetning. Flytelementets 40 senterakse rager hovedsakelig vinkelrett ut fra det bunnfaste fundamentet 50 sin vertikale lengdeakse.

Det bunnfaste fundamentet 50 kan være et eksisterende fundament for en bunnfast offshore vindmølle, slik som forklart i forbindelse med fig.6.

Fig. 5a og 5b viser hvordan foreliggende vindmøllekonstruksjon kan erstatte en konvensjonell fast vindmøllekonstruksjon. Fig.5b viser med heltrukne linjer et bunnfast fundament 50 i form av en monopile som rager opp fra havbunnen 62 og som er utstyrt med et tårn 14 med en vindmølle 16 og som er festet i en "forankring" 42' i form av eksempelvis et overgangsstykke. Foreliggende vindmøllekonstruksjon er vist med stiplete linjer. I fig.5a er det eksisterende tårnet 14 og vindmøllen 16 vist med stiplete linjer i fig.5b fjernet og foreliggende vindmøllekonstruksjon vist med heltrukne linjer er montert til det bunnfaste fundamentet.

Alternativt kan den eksisterende forankringen 42' modifiseres ved at overgangsstykket utstyres med lagre eller lignende som gir en dreieskiveforankring som tidligere beskrevet. Sistnevnte tilfelle kan utføres uten at det eksisterende tårnet fjernes.

En videre variant av en forankring i form av en dreieskiveforankring 42 er vist i figurene 7-10. Utforming og virkemøte kan minne om et tilhengerfeste mellom et kjøretøy og en tilhenger. Et festestag eller festearm 48 er festet utadragende til det flytende fundamentet 12, fortrinnsvis i fremre del av det hovedsakelig langstrakte og horisontalt anordnete flyteelementet 40. Festearmen 48 har en tilnærmet L-form, dog gjerne med en vinkel på mer enn 90-grader, og rager opp og over den øvre delen av det bunnfaste fundamentet 50 som stikker opp over vannflaten 60. Festearmen 48 er på undersiden utstyrt med en festedel 76 i form av eksempelvis en hette med et innvendig og åpent hulrom 80.

Til øvre del 52 av det bunnfaste fundamentet 50 er et dreieskivearrangement 70 montert. Dreieskivearrangement 70 kan monteres på samme flens som det gamle tårnet var montert. Dreieskivearrangementet 70 omfatter en feste- eller dreietapp 74 utstyrt med et hode 72 i form av en kule, der hodet 72 passer inn i det innvendig og åpne hulrommet 80 i festedelen 76 på undersiden av festearmen 48. Hodet 72 kan låses fast i det åpne hulrommet 80 i festedelen 76. Dreietappen 74 kan være montert i en svivelforankring 78 på undersiden av dreieskivearrangementet 70, og dreietappen 74 kan være fast eller roterbart montert. I tilfelle roterbar montering er dreieskivearrangementet 70 utstyrt med rulle- eller glidelagre som tillater nevnte rotasjon av dreietappen 74.

I en alternativ utførelse er dreieskivearrangementet montert omvendt enn det som er forklart ovenfor, i den forstand at dreietappen 74 er montert nedadragende fra festearmen 48 og festedelen 76 er montert på den øvre del av det bunnfaste fundamentet 50.

En første del av en kraftledning 82 for overføring av strøm kan løpe gjennom festearmen 48, ned gjennom det innvendig og åpne hulrommet 80 i festedelen 76 og gjennom en boring i dreietappen 74. Boringen i dreietappen 74 kan gå gjennom dreietappens hode 72 eller gjennom selve dreietappen 74. Eller en plasserer det åpne hulrommet for dreietappens hode i dreieskivearrangementet, og lar den første delen av kraftledningen gå gjennom omtalte roterbare holder for hulrom.

Svivelforankringen 78 kan være en elektrisk svivel og være koblet til en andre del av kraftledningen 82 for overføring av strøm fra den første delen til den andre delen av kraftledningen 82. Den første delen av kraftledningen 82 er forbundet med turbinene til vindmøllene og/eller til annet utstyr på vindmøllekonstruksjonen og den andre delen av kraftledningen 82 er forbundet med andre vindmøllekonstruksjoner eller i et eksternt felles knutepunkt, hvilket er mest hensiktsmessig.

Oppdrift i det flytende fundamentet 12 reguleres slik at påkjenning på dreieskrivearrangementet 70 blir minimal. Under installering av vindmøllekonstruksjonen kan det benyttes et påfyllingsrør 100 for påfylling slik at den flytende delen kan senkes kontrollert ned på den bunnfaste delen. Dette påfyllingsrøret 100 fjernes gjerne etter installasjonen er ferdig.

For å justere kraften som virker på dreieskrivearrangement 70 og festearmen 48, og dermed på dreietappen 74, hodet 72 og festedelen 76, kan det benyttes en innretning som frembringer en nedadrettet kraft. En festering 90 kan roterbart monteres om det bunnfaste fundamentet 50, i et område under dreieskivearrangementet 70, og en blokkskive 94 monteres på undersiden av det flytende fundamentet 12, så som til flyteelementet 40. En kabel 92, wire eller lignende løper fra festeringen 90, over blokkskiven 94 og til et tungt lodd 96 som henger nede i vannet. En kraft tilsvarende vekten på loddet 96 vil dermed påføres dreieskivearrangmentets 70 deler. Da i motsatt retning av kraften som settes opp av vind og sjø rettet mot den flytende delen. Ved å plassere festeringen 90 nærmere en havbunn en dreieskivearrangementet 70, vil en påføre et mindre bøyemoment mot det bunnfaste fundamentet 50 ved påvirkning av vind og sjø.

Det eksisterende tårnet 14 og vindmøllen 16 i den konvensjonelle vindmøllekonstruksjonen kan fjernes på kjent måte ved hjelp av et fartøy med en kran. Etter at vindmøllen 16 er demontert kan tårnet 14 heises av det bunnfaste fundamentet 50. Deretter kan foreliggende vindmøllekonstruksjon som er slept ut til den aktuelle lokasjonen hektes fast til det bunnfaste fundamentet 50 slik at dreieskiveforankringen 42 er roterbart opplagret til en øvre del 52 av det bunnfaste fundamentet 50.

I utførelsen vist i figur 7-10 monteres dreieskivearrangement 70 til øvre del 52 av det eksisterende bunnfaste fundament 50 ved bolting eller sveising, hvorpå den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen hektes på. Under slep av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen kan fartøyet være utstyrt med et lignende dreieskivearrangement som beskrevet og som den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen tilsvarende kan være hektet fast på.

Det eksisterende bunnfaste fundamentet 50 kan bli forsterket og tilrettelagt for flytende plattform for vindturbiner om nødvendig. Det kan være i form av barduner eller stive konstruksjoner som forsterker det eksisterende fundamentet, eller i form av et rør som peles ned på utsiden, her finnes det mange alternativer. Strøm og signalkabel kan enten gå innvendig i det bunnfaste fundamentet eller i separate gater på utsiden av det bunnfaste fundamentet.

Som vist i figur 7 kan nedre del av tårnet 14, i overgangen til det flytende fundamentet 12, omfatte en baugformet konstruksjon 150 som bryter bølgene før de treffer tårnet 14, dette for å begrense belastningene mot tårnet ved høy sjø. Den baugformete konstruksjonen kan være utformet som et baugformet deksel med V eller U form.

Fig. 6 viser eksempler på bunnfaste fundamenter 50 til bruk sammen med oppfinnelsen. (a) viser et gravitasjonsbasert fundament, (b) viser et monopile fundament, (c) viser et senkekasse fundament, (d) viser et mulitpile fundament, (e) viser et fundament med flere senkekasser og (f) viser et oppjekkbart fundament.

Monopile konstruksjonen vist i (b) utgjør den mest brukte varianten med en andel på ca. 74% (pr. desember 2012), og er den varianten som i figurene er illustrert sammen med foreliggende vindmøllekonstruksjon. Oppfinnelsen kan naturligvis kombineres med også de andre variantene eller som en kombinasjon av variantene. Monopile konstruksjonen omfatter et rør som pæles (drives) ned i havbunnen til det står fast. I øvre del omfatter røret normalt sett et overgangsstykke for mottak av et tårn til en vindmølle. Vindmøllekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen kan som nevnt festes til nevnte overgangsstykke eller direkte i røret som pæles ned.

Stabilisatorarmen(e) 30 kan rage ut eller henge stivt, regulerbart eller fritt fra det flytende fundamentet 12 på en slik måte at en endring oppnås i en andel av stabilisatorarmen som er nedsenket i vannmassen 20 ved tilt av vindmøllekonstruksjonen.

I fig.1-3 er stabilisatorarmene 30 stivt festet til det flytende fundamentet 12, dvs. til den nedre delen av tårnet 14, og der hver stabilisatorarm 30 omfatter en overarm 32 festet til eller utstyrt med en underarm 34. Som vist i eksempelvis fig.1 og 2 rager overarmen 32 hovedsakelig rett ut, mens underarmen 34 rager nedover mot vannmassen 20. Underarmen 34 er i den viste utførelsen stivt festet til overarmen 32 via en stiv leddforbindelse 36 slik at underarmen er anordnet med en fast vinkel i forhold til overarmen 34. I den viste utførelsen er vinkelen mellom overarm 32 og underarm 34 rettvinklet, men underarmen 34 kan også være skråstilt anordnet i forhold til overarmen 32 i hvilken som helst annen vinkel.

Alternativt kan leddforbindelsen 36 være en ledd- eller hengselforbindelse som tillater fri eller styrt bevegelse av underarmen 34 i forhold til overarmen 32.

I fig.4 er stabilisatorarmen(e) 30 fritt oppheng, i den forstand at underarmen 34 er fritt bevegelig i forhold til overarmen 32. Underarmen 34 kan være opphengt til overarmen 32 via en leddforbindelse 36 i form av et stag, kjetting, wire eller lignende.

Ved å endre andelen av stabilisatorarmen 30 som er nedsenket i vann vil kraften stabilisatorarmen drar på vindmøllekonstruksjonen med endres. Dersom andelen øker, vil kraften reduseres. Dersom andelen minker, vil kraften økes.

Stabilisatorarmen 30 kan typisk omfatte eller bestå av et materiale av høy egenvekt. Det kan videre være fordelaktig om stabilisatorarmen 30 omfatter eller består av et materiale som er relativt billig, som er relativt miljøvennlig og/eller som godt tåler harde værforhold offshore.

Stabilisatorarmens 30 nedre del som står i bølgesonen vil i likhet med tårnet 14 kunne utstyres eller utformes med en baugformet avlang fasong i form av et deksel 150 eller lignende innrettet for å bryte innkommende bølger, og således begrense bølgenes lastpåvirkning mot konstruksjon.

Stabilisatorarmen 30, dvs. nærmere bestemt underarmen 34, kan videre omfatte en nedre krage 38 som under bevegelse i vannet gir en bremsende effekt. Kragen 38 kan være i form av en utadragende sirkulær skive.

Det flytende fundamentet 12 kan understøtte et første og et andre tårn 14 som i forhold til hverandre er sidestilte og skråstilte. Fig.1-4 viser to tvillingtårn 14 som er festet til det flytende fundamentet 12, og der fundamentet omfatter et hovedsakelig langstrakt og horisontalt anordnet flyteelement 40 som i en fremre del har forankring 42 for svingbar forankring og som i en bakre del omfatter nevnte tårn 14. En skulderaksel 44 løper mellom de to tårnene 14 og som kan være forbundet med overarmer 32 til stabilisatorarmene 30, der en første stabilisatorarm 30 til det første tårnet 14 rager ut i motstående retning i forhold til en andre stabilisatorarm 30 til det andre tårnet 14.

Flere andre bjelker eller stag 46 kan løpe mellom flyteelementet 40 og tårnene 14, og som kan fungere som avstivere for fundamentet og også som gangveier for service personell.

I en alternativ utførelsesform som vist i fig.4 kan fundamentet 12 omfatte to stabilisatorarmer 30, hver avhengt via leddforbindelsen 36 fra en skulderaksel 44 i form av en bjelke eksempelvis stivt tilkoplet en stiv fundamentstruktur. Den stive skulderakselen 44 kan sies å være en del av fundamentets stive struktur. Ved tilt av fundamentet 12 med to stabilisatorarmer 30 i en første retning, vil en første av de to stabilisatorarmene heves, mens den andre senkes. Ved tilt i en andre, motsatt retning, vil den første av de to stabilisatorarmene senkes, mens den andre heves.

Overarmen 32 kan være festet til fundamentet/tårnet 12,14 på en måte som gjør at den rager nedover mot en havoverflate når fundamentet står i normalstilling. Dette kan være fordelaktig fordi vinkelen kan påvirke hvorvidt en stabilisatorarm 30 beveger seg nærmere eller lengre fra et fundamenttyngdepunkt ved tilt. Det kan være fordelaktig om en stabilisatorarm beveger seg bort fra et tyngdepunkt på en side hvor det er ønskelig med økt dreiemoment fra stabilisatorarmen for å stabilisere fundamentet mot tilt, og/eller det kan være fordelaktig om en stabilisatorarm beveger seg mot tyngdepunktet på en side hvor det er ønskelig med mindre dreiemoment fra stabilisatorarmen for å stabilisere fundamentet mot tilt. Ettersom dreiemomentet er gitt ved kraft ganger arm, er det fordelaktig, dersom det er ønskelig å øke dreiemomentet å øke både kraften og armen, mens det er fordelaktig å redusere kraft og arm om det er ønskelig med et lavere dreiemoment.

Ved en tilt av fundamentet i én første retning senke stabilisatorarmen 30 slik at andelen som befinner seg under overflaten økes, mens tilt i en andre, motsatt retning, vil heve stabilisatorarmen slik at andelen som befinner seg under overflaten minskes. Når andelen av stabilisatorarmen som befinner seg under overflaten økes vil kraften som påføres fundamentet fra stabilisatorarmen reduseres. Når andelen av stabilisatorarmen som befinner seg under overflaten minskes, vil kraften som påføres fundamentet fra stabilisatorarmen økes. I utførelsesformen kan stabilisatorarmen være avhengt på en side av fundamentet, foran på fundamentet, eller bak på fundamentet.

Stabilisatorarmen kan være utformet som en sylinder, som en kjegle, som en kube, eller ha en hvilken om helst annen form som er passende for formålet ved stabilisatorarmen.

Centre of Buoyancy - COB beskriver oppdrifts tyngdepunkt (senter for innretningens oppad virkende kraft). Centre of Gravity - COG beskriver innretningens tyngdepunkt (senter for innretningens nedad virkende kraft). Righting arm Distance - GZ, jo lengre rettende arm, jo mindre oppdrift trenger man på enden av armen for å få samme stabilitet.

Lav COG og høy COB resulterer i god stabilitet da GZ «rettende arm» blir lang ved påført krengning.

Fig. 1-5 og 7 viser et legeme (flyteelementet 40) som ligger horisontalt i en vanmasse. I de viste tilfellene ligger senter oppdriften nær opptil vannmassen noe som resulterer i en høytliggende COB som igjen er bra for stabilitet. Ved installasjon på grunt vann vil en kunne trimme flyteelement 40 på en måte som gjør at bakre del vil ligge noe høyere enn fremre del som er forankret.

Figur 11 viser kraftproduksjon som funksjon av vindhastighet for to forskjellige vindturbiner. Horisontal kraft for den minste turbinen 25 m fra havbunn, som tilsvarer samme bøyemoment generert at turbinen ved maks effekt plassert på toppen av tårnet. Horisontal kraft mot den flytende og faste plattformen fra den største turbinen ved maks effekt.

Fig. 11 Viser en typisk kurve for turbiner der 200 beskriver energiproduksjon for en 2* 10 MW turbin installasjon ved forskjellige vindhastigheter. 202 beskriver thrust kraft for 2*10 MW turbin ved forskjellige vindhastigheter og 203 viser maks thrust kraft en bunnfast forankring for en 3 MW vindturbin tåler 25 m over en havbunn.204 viser en tenkt kurve styrt av et kontrollsystem, der en reduserer maks effekt fra 2000 KW til ca.15000 KW ved vindhastighet 10 til 12,5 m/s for å oppnå redusert maks thrust kraft fra 3100 til 2500 KN fra turbinene.

For å unngå overbelastning på den faste og flytende delen av vindmøllekonstruksjonen kan det benyttes et innebygget kontrollsystem som påser at thrust kreftene fra turbinene ikke overstiger en innstilt kraft. Justering av disse kreftene kan blant annet gjøres gjennom tilting av turbinens blader som er en allmenn kjent teknologi. En vil her kunne styre turbinene på en måte som gjør at de ikke tar ut full effekt ved vindhastigheter som lager størst thrust, og på den måten redusere thrusten. En vil her da kunne velge turbintype uavhengig av hvilke thrust vindmøllekonstruksjonen er designet for.

En vil således kunne benytte turbiner som har høyere kraftproduksjon ved lavere vindhastigheter enn om en skulle velge turbinstørrelsen etter maks tillat thrust for vindmøllekonstruksjonen.

Claims (22)

Patentkrav

1. Vindmøllekonstruksjon, omfattende et flytende fundament (12) som er delvis nedsenket i en vannmasse (20), der det delvis nedsenkete fundamentet (12) understøtter minst et tårn (14) utstyrt med en vindmølle (16), karakterisert ved at det flytende fundament (12) er forankret roterbart om et bunnfast fundament (50) som rager opp fra en havbunn (62).

2. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det bunnfaste fundamentet (50) er et eksisterende fundament for en bunnfast offshore installasjon.

3. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det flytende fundamentet (12) omfatter et langstrakt flyteelement (40) som er svingbart opplagret til nevnte bunnfaste fundament (50) i en dreieskiveforankring (42).

4. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 3, karakterisert ved at dreieskriveforankringen (42) er en fritt roterbar forankring om det bunnfaste fundamentet (50).

5. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 3, karakterisert ved at dreieskiveforankringen (42) omfatter et dreieskivearrangement (70) som forbinder det det bunnfaste fundamentet (50) med en festearm (48) som rager ut fra det flytende fundamentet (12).

6. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 5, karakterisert ved at dreieskivearrangementet (70) omfatter en dreietapp (74) utstyrt med et hode (72) og som er innrettet til innføring i et åpent hulrom (80) i en motstående festedel (76).

7. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 6, karakterisert ved at dreietappen (74) er montert i en elektrisk svivel (78), hvilken svivel (78) er innrettet for overføring av elektrisk kraft mellom en første del av en kraftledning (82) og en andre del av kraftledningen (82).

8. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 7, karakterisert ved at dreietappen omfatter en gjennomløpende boring for den første delen av kraftledningen (82).

9. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det flytende fundament (12) omfatter en eller flere utadragende stabilisatorarmer (30), der nevnte stabilisatorarm(er) (30) rager ut fra fundamentet (12) i et område over en vannflate til vannmassen (20).

10. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det flytende fundamentet (12) understøtter et første og et andre tårn (14) som i forhold til hverandre er sidestilte og skråstilte, der en første stabilisatorarm (30) til det første tårnet (14) rager ut i motstående retning i forhold til en andre stabilisatorarm (30) til det andre tårnet (14).

11. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 9 eller 10, karakterisert ved at hver stabilisatorarm (30) omfatter en overarm (32) og en underarm (34).

12. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 11, karakterisert ved at underarmen (34) er forbundet til overarmen (32) i en ledd- eller hengselforbindelse (36), eller at underarmen (34) er fritt opphengt til overarmen (32).

13. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 10, karakterisert ved at den første og den andre stabilisatorarmen (30) er festet til en skulderaksel (44) som løper mellom det første og det andre tårnet (14).

14. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 9 eller 10, karakterisert ved at hver stabilisatorarm (30) omfatter en nedre bremsekrage (38), så som en utadragende sirkulær skive frembrakt på stabilisatorarmens (30) ytre og nedre ende.

15. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 3, karakterisert ved at det bunnfaste fundamentet (50) omfatter en roterbar festering (90) og at det flytende fundamentet (12) omfatter en underliggende blokkskive (94), idet en kabel (92) løper fra festeringen (90), over blokkskiven og til en lodd (96) som henger i vannmassen (20).

16. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tårnets (14) nedre del omfatter en bølgebrytende og baugformet konstruksjon (150).

17. Vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at et integrert kontroll system regulerer og begrenser thrust kreftene generert av turbinene, slik at kreftene ikke overstiger vindmøllekonstruksjonens design kriterier.

18. Fremgangsmåte for installasjon av en flytende del av en vindmøllekonstruksjon til et bunnfast fundament (50) som rager opp gjennom en vannoverflate (60), karakterisert ved

- anbringelse av et fartøy tilstøtende det bunnfaste fundamentet (50),

- anbringelse av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen tilstøtende det bunnfaste fundamentet (50), og

- montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet (50) ved hjelp av en dreieskiveforankring (42), der den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen monteres fritt roterbart i en vannmasse (20) som omgir det bunnfaste fundamentet (50).

19. Fremgangsmåte i samsvar med krav 18, karakterisert ved at før montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet (50) utføres følgende trinn:

- fjerning av eksisterende tårn (14) utstyrt med en vindmølle (16) fra det bunnfaste fundamentet (50), og

- overføring av det fjernete tårnet (14) og vindmøllen (16) til nevnte fartøy,

20. Fremgangsmåte i samsvar med krav 18, karakterisert ved at før montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet (50) og for å frembringe dreieskiveforankringen (42) monteres et dreieskivearrangement (70) mellom en øvre del (52) av det bunnfaste fundamentet (50) og en utadragende festearm til et flytende fundament (12), hvorpå det flytende fundament (12) til den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen hektes på nevnte dreieskivearrangement (70).

21. Fremgangsmåte i samsvar med krav 18, karakterisert ved at en det bunnfaste fundamentet (50) omfatter et overgangstykke (42'), og at overgangsstykket modifiseres til å gi en dreieskiveforankring.

22. Fremgangsmåte i samsvar med krav 18, karakterisert ved at før montering av den flytende delen av vindmøllekonstruksjonen til det bunnfaste fundamentet (50) forsterkes det bunnfaste fundamentet (50).