NO329946B2 - Fundament for en vindturbingenerator til havs samt fremgangsmåte for bygging og installasjon av fundamentet - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et fundament for en vindturbingenerator til havs og en fremgangsmåte for bygging og installasjon av fundamentet for en slik vindturbingenerator som plasseres fortrinnsvis på havdyp over 45 m.

Det er tidligere kjent å plassere vindturbingeneratorer eller vindmøller til havs på vanndyp opp til 45 m. Fagverkskonstruksjoner i stål slik som "jackets" har vært benyttet som fundamentkonstruksjon. Slike fundamentkonstruksjoner vil normalt bygges på land, slepes ut til plasseringsstedet, senkes ned og forankres til bunnen for eksempel ved pæling. Vindmølle med tårnkonstruksjon, generator og rotorblader vil så monteres på fundamentkonstruksjonen på installasjonsstedet til havs.

Slike jackets vil, som omtalt ovenfor, fraktes til installasjonsstedet og plasseres der hvoretter vindmølletårnet etc. monteres på jacketen til havs. Denne fremgangsmåten vil kreve omfattende arbeid til havs, hvilket er en fordyrende faktor da arbeid til havs er vesentlig mer kostbart enn arbeid på eller ved land. Et annet alternativ er at jacketen og vindmøllekonstruksjonen settes sammen på land, lekter etc. og fraktes til feltet ved hjelp av spesielle installasjonsfartøy. Dette vil imidlertid også bli en meget kostbar operasjon.

Ved fundamentering av vindmøller på større havdyp, fortrinnsvis over 45 m, må man ta hensyn til en kombinasjon av et stort antall belastninger som vil virke på konstruksjonen, som for eksempel vind, bølger, strøm og jordskjelv. Egenperioder for fundament og vindmøller og utmatting etc. skaper også store utfordringer ved beregning og utforming (design) av slike konstruksjoner.

Et mål med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe et fundament

for en vindturbingenerator som løser problemet med hensyn til miljølaster etc. som angitt ovenfor, og at man således oppnår et fundament med høy stivhet og gunstig dynamisk karakteristikk som gir høy levetid av fundamentet og reduserer utmatting i selve mølletårnet. Det skal i denne forbindelse nevnes at vindmøller er sensitiv

for dynamikk og krever lave strukturelle egenperioder som skiller seg fra frekven-sen til selve rotorbladene for å unngå utmatting i ståltårnet samt i selve generato-ren og rotorbladene. Fundamentet skal kunne "overleve" tre-fire møller i sin levetid og har derfor en ytterligere verdi utover selve møllen da vind er en ressurs som kommer til å holde seg "i all fremtid". Fundamentet skal såldes kunne gjenbrukes for flere møller.

Et annet mål er at fundamentet skal bygges og sammenstilles med vind-mølletårn, generator og rotor i beskyttet farvann nær land og skal kunne slepes stabilt til installasjonsstedet ferdig sammenstilt. Ballast av fast materiale skal også tilføres konstruksjonen fortrinnsvis før utslep til installasjonsstedet, hvor kun vann-ballast er nødvendig for nedsenking av konstruksjonen på installasjonsstedet. Arbeider til havs er vesentlig mer kostbart enn på land eller nær land, slik at kostbart arbeide til havs skal reduseres til et minimum.

Et tredje mål er at fundamentet skal tilpasses grunnforholdene på installasjonsstedet.

Et fjerde mål er at fundamentet skal ha relativt liten vekt, det skal være enkelt å konstruere, kunne tilpasses dypgangen på byggestedet og egne seg for serieproduksjon av mange vindmøller for vindmølleparker til havs og være kost-nadseffektiv i forhold til eksisterende løsninger.

Et femte mål er at fundament med eller uten mølletårn skal kunne fjernes og taues til land ved deballastering av fundamentet.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et fundament for en vindturbingenerator til havs, fortrinnsvis for havdyp over 45 meter, hvor fundamentet i bygge-, transport- og installasjonsfaser er en selvflytende og stabil konstruksjon i armert betong omfattende: - en fundamentkonstruksjon, - en hul, hovedsakelig kjegleformet tårnkonstruksjon anordnet på fundamentkonstruksjonen og med en nedre utvendig diameter mindre enn fundamentkonstruksjonens minste tverrgående dimensjon, idet tårnkonstruksjonens diameter avtar gradvis oppover mot tårnkonstruksjonens øvre del, fundamentkonstruksjonen omfatter en bunnplate med et sentrisk anordnet sylindrisk tårnkonstruksjonsfundament kjennetegnet ved at tårnkonstruksjonsfundamentet videre er anordnet med utvendige og innvendig radielle skråstivere som forløper fra tårnkonstruksjonsfundamentets øvre område og ned mot bunnplaten.

Foretrukne utførelser av fundamentet er videre utdypet i kravene 2 t.o.m. 6.

Videre oppnås formålet med oppfinnelsen ved en fremgangsmåte for bygging og installasjon av et fundament for en vindturbingenerator til havs som angitt i hvilket som helst av kravene 1-6, fortrinnsvis for havdyp over 45 m, kjennetegnet ved at:

- en fundamentkonstruksjon i armert betong samt nedre del av en hovedsakelig kjegleformet hul tårnkonstruksjon i armert betong, med en nedre utvendig diameter mindre enn fundamentkonstruksjonens minste tverrgående dimensjon støpes i en tørrdokk eller på en lekter, ev. på land og sliskes over på en lekter eller ut på en sliskebane som løper ut i sjøen, - fundamentkonstruksjonen innbefattende nedre del av tårnkonstruksjonen gjøres flytende ved fylling av vann i tørrdokken, ved nedsenkning av lekteren eller ved slisking ut i sjø, - den hovedsakelige kjegleformete tårnkonstruksjonen innbefattende en hovedsakelig sylindrisk øvre del, glidestøpes i flytende tilstand ved ballastering med flytende ballast og/eller ballast av fast materiale, - en sammenkoplingsanordning for vindturbingeneratoren anordnes på tårnkonstruksjonens øvre område,

- vindturbingeneratoren monteres på sammenkoplingsanordningen,

- konstruksjonen innbefattende fundamentet og tårnkonstruksjonen ballasteres, taues til installasjonsstedet, senkes ned til havbunnen ved tilførsel av ballast og forbindes med havbunnen.

Oppfinnelsen skal nå videre utdypes med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: fig. 1 viser en utførelse av et fundament ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser fundamentet i fig. 1, men nå i en halvveis avskåret utførelse.

Med henvisning til figurene, består et fundament 1 for en vindturbingenerator til havs av en fundamentkonstruksjon 5 og en hul, hovedsakelig kjegleformet tårnkonstruksjon 15. Tårnkonstruksjonens 15 diameter avtar gradvis oppover mot fundamentets 1 bølgesone og tårnkonstruksjonen 15 er over dette området for-lenget med en hovedsakelig sylindrisk øvre del 20. Tårnkonstruksjonen 15 er i sitt øvre område 22 anordnet med sammenkoplingsanordninger for et mølletårn 25 innbefattende generator og rotorblader.

Fundamentkonstruksjon 5 kan ha en sirkulær, kvadratisk eller enhver annen form. Fundamentkonstruksjon 5 omfatter videre en bunnplate 6 med et sentrisk anordnet sylindrisk tårnkonstruksjonsfundament 8. Det sylindriske tårnkonstruksjonsfundamentet 8 kan videre være anordnet med en innvendig nedoverrettet domkonstruksjon som forløper fra tårnkonstruksjonsfundamentets øvre område.

Bunnplaten 6 er langs sin ytterkant anordnet med vertikale oppadrettede veg-

ger 10, hvorved et antall av oppad åpne boks-konstruksjoner 11 er utformet. Boks-konstruksjonene 11 er utformet slik at det er plass til ballast i form av sand eller liknende. Bokskonstruksjonenes utforming er tilpasset slik at fast ballast kan fylles enkelt ovenfra i de åpne kammer. Fundamentkonstruksjonen 5 er videre utformet slik at den kan flyte på meget grunt vann hvilket medfører at det er mulig å bygge fundamentkonstruksjonen i en grunn tørrdokk eller på en nedsenkbar lekter. Ballast av fast materiale skal fortrinnsvis fylles før utslep til feltet for å unngå store ut-gifter forbundet med arbeid offshore.

Fundamentkonstruksjonen 5 er tilpasset grunnforholdene på stedet. Ved faste grunnforhold kan fundamentkonstruksjonen 5 bestå av en flat bunnplate, eventuelt med ribber for å styre kreftene til de sterkeste områder. Ved bløte grunnforhold vil man bruke såkalte skjørt 7 som penetrerer ned i jorda til jordmasser som er fast nok til å motstå påvirkning fra bølger, strøm og vind.

Fundamentet består, som nevnt ovenfor, videre av en kjegleformet tårnkonstruksjon 15 med en sylindrisk øvre del 20. Tårnkonstruksjonen er så slank som mulig for å minimere bølgelaster, men tårnkonstruksjonen skal allikevel gi tilstrek-kelig styrke og stivhet under operasjon samt oppdrift og stabilitet under utslep til feltet. Fundamentet 1 er støpt i armert betong for å oppnå de gode stivhetsegen-skaper, gode utmattingsegenskaper og lang levetid. I det øvre området 22 av tårnkonstruksjonen er det anordnet sammenkoplingsanordninger for et mølletårn 25 som vil være i stål. Sammenkoplingsanordningene kan inkludere muligheter for justering av vertikalitet for mølletårnet 25.

Figur 1 og 2 viser en utførelse av fundamentet 1 i følge oppfinnelsen. Det er en hel bunnplate 6 under hele konstruksjonen.

Tårnkonstruksjonsfundamentet 8 er forsterket med utvendige og innvendige radielle skråstivere 13 som forløper fra tårnkonstruksjonsfundamentet og ned mot bunnplaten 6. Ballast av fast materiale vil i denne utførelsen av fundamentet 1 være fylt innvendig i tårnkonstruksjonsfundamentet og eventuelt i den nedre del av den kjegleformede tårnkonstruksjon 15.

Bygging av fundamentet 1 vil foregå i to hovedfaser. Først vil fundamentkonstruksjonen 5 i armert betong samt nedre del av den hovedsakelig kjegleformede hule tårnkonstruksjon 15 i armert betong støpes i en tørrdokk eller på lekter, eventuelt på land og sliskes over på en lekter eller ut på en sliskebane som løper ut i sjøen hvoretter fundamentkonstruksjon 5 innebefattende nedre del av tårnkonstruksjonen 15 gjøres flytende ved fylling vann i tørrdokken, ved nedsenkning av lekteren eller ved slisking ut i sjø hvoretter konstruksjonen ankres opp på dypere vann. I den andre hovedfase glidestøpes den hovedsakelige kjegleformede tårnkonstruksjon 15 innbefattende en hovedsakelig sylindrisk øvre del 20 i flytende tilstand ved ballastering med flytende ballast og/eller ballast av fast materiale. Videre anordnes en sammenkoplingsanordning for mølletårnet 25 på tårnkonstruksjonens øvre område 22 hvoretter mølletårnet 25 monteres på sammenkoplingsanordningen og en eller flere vindmøller monteres på mølletårnet. Konstruksjonen innbefattende fundamentet 1 og tårnkonstruksjonen 15 samt vindturbingeneratoren ballasteres til ønskelig dypgang, taues til installasjonsstedet, senkes ned til havbunnen ved tilførsel av ballast (sjøvann) og forbindes med havbunnen.

Claims (7)

1. Fundament (1) for en vindturbingenerator til havs, fortrinnsvis for havdyp over 45 meter, hvor fundamentet (1) i bygge-, transport- og installasjonsfaser er en selvflytende og stabil konstruksjon i armert betong omfattende: - en fundamentkonstruksjon (5), - en hul, hovedsakelig kjegleformet tårnkonstruksjon (15) anordnet på fundamentkonstruksjonen (5) og med en nedre utvendig diameter mindre enn fundamentkonstruksjonens minste tverrgående dimensjon, idet tårnkonstruksjonens diameter avtar gradvis oppover mot tårnkonstruksjonens øvre del (20), fundamentkonstruksjonen (5) omfatter en bunnplate (6) med et sentrisk anordnet sylindrisk tårnkonstruksjonsfundament (8), karakterisert vedat tårnkonstruksjonsfundamentet (8) videre er anordnet med utvendige og innvendig radielle skråstivere (13) som forløper fra tårnkonstruksjonsfundamentets øvre område og ned mot bunnplaten (6).

2. Fundament (1) ifølge krav 1, karakterisert vedat det innvendig i fundamentkonstruksjonen (5) og eventuelt i tårnkonstruksjonens (15) nedre område er anordnet ballast av fast materiale.

3. Fundament (1) ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert vedat bunnplatekonstruksjonen (6) er anordnet med ribber eller skjørt (7) i sitt bunnområde.

4. Fundament (1) ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat tårnkonstruksjonen (15) er i sitt øvre område (22) anordnet med sammenkoplingsanordningerfor et mølletårn.

5. Fundament (1) ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat tårnkonstruksjonen (15) har sin minste utvendige diameter ved et nivå som tilsvarer bølgesonen på det aktuelle installasjonsstedet.

6. Fundament (1) ifølge krav 5, karakterisert vedat tårnkonstruksjonen (15) over bølgesonen er for-lenget med en hovedsakelig sylindrisk øvre del (20).

7. Fremgangsmåte for bygging og installasjon av et fundament for en vindturbingenerator til havs som angitt i hvilket som helst av kravene 1-6, fortrinnvis for havdyp over 45 meter, karakterisert vedat: - en fundamentkonstruksjon (5) i armert betong samt nedre del av en hovedsakelig kjegleformet hul tårnkonstruksjon (15) i armert betong, med en nedre utvendig diameter mindre enn fundamentkonstruksjonens minste tverrgående dimensjon støpes i en tørrdokk eller på en lekter, ev. på land og sliskes over på en lekter eller ut på en sliskebane som løper ut i sjøen, - fundamentkonstruksjonen (5) innbefattende nedre del av tårnkonstruksjonen (15) gjøres flytende ved fylling av vann i tørrdokken, ved nedsenkning av lekteren eller ved slisking ut i sjø, - den hovedsakelige kjegleformete tårnkonstruksjonen (15) innbefattende en hovedsakelig sylindrisk øvre del (20), glidestøpes i flytende tilstand ved ballastering med flytende ballast og/eller ballast av fast materiale, - en sammenkoplingsanordning for vindturbingeneratoren anordnes på tårnkonstruksjonens øvre område (22), - vindturbingeneratoren monteres på sammenkoplingsanordningen, - konstruksjonen innbefattende fundamentet (1) og tårnkonstruksjonen (15) ballasteres, taues til installasjonsstedet, senkes ned til havbunnen ved tilførsel av ballast og forbindes med havbunnen.