NO346706B1

NO346706B1 - Flytende vindmøllekonstruksjon

Info

Publication number: NO346706B1
Application number: NO20210157A
Authority: NO
Inventors: Bjarte Nordvik
Original assignee: Oceangrid As
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2022-11-28
Also published as: WO2022169371A1; EP4288660A1; NO20210157A1

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en flytende vindmøllekonstruksjon, omfattende et fundament som flyter i en vannmasse, der det flytende fundamentet understøtter minst et tårn utstyrt med en turbin. Det flytende fundament omfatter en neddykket, langstrakt og stabiliserende oppdriftsdel festet til tårnets nedre del, og det flytende fundamentet omfatter en eller flere utadragende stabilisatorarm(er) som rager ut i en retning tverrstilt i forhold til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens lengderetning, idet nevnte stabilisatorarm penetrerer en vannflate til vannmassen.

Beskrivelsen vedrører en oppfinnelse innenfor det tekniske feltet offshore vindenergi. Det beskrives en teknisk løsning for å oppnå tilstrekkelig stabilitet av et flytende fundament for én eller flere vindmøller, også omtalt som plattform eller flytende vindmøllekonstruksjon.

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. Noen av disse er relatert til bunnfaste fundamenter, mens andre er relatert til flytende fundamenter. De flytende fundamentene er i mange tilfeller fordelaktige, særlig til bruk på havdyp, typisk over 50 meter.

På havet blir en offshore vindturbin og dens fundament utsatt for sterke krefter fra vind, bølger og strøm.

Omtale av kjent teknikk

Det er utviklet et stort antall tekniske løsninger for produksjon av vindenergi offshore. Noen 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 av en transition piece påmontert vindmølletårn med tilhørende vindmølle.

En annen hovedtype er flytende fundamenter, som forankres til havbunnen. Her finnes det også en rekke varianter som, typisk, men ikke begrensede betegnelser er Barge, Semi-Submersible, multi-spar, spar, tension-leg plattform. Hovedandelen av nevnte innretninger er forankret på en måte som gjør at de ikke kan rotere, men benytter seg av en nacelle 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, omtalt som vake effekt.

Stabilitet for å kunne underbygge en turbin er en utfordring og kostnadsdriver ved flytende fundamenter, særlig for flytende fundamenter som skal brukes i områder med potensiale for voldsomme vind- og bølgeforhold. I tillegg til det flytende fundamentets utforming, er hvordan det forankres en viktig del av hvordan det vil oppføre seg under krevende forhold og dermed være en del av det totale kostnadsbilde for en vindpark. Som en hovedregel vil "stramme" fortøyninger gi mindre bevegelse på plattformen, mens slakke fortøyninger ofte omtalt som "catenary forankring" vil tillate plattformen betydelig større bevegelse. Bevegelsene til en plattform er i hovedsak styrt av påvirkning av vind, da vinden vil trykke plattformen i vindens retning. Bølger vil også kunne bidra til betydelig bevegelser på en flytende plattform, bølgene vil gi en typisk frem og tilbake bevegelse, i kombinasjon med opp og ned. Bølger og vind vil ikke alltid ha samme retning, noe som gjør bevegelses bilde for en plattform noe komplisert.

Plattformens bevegelse i det horisontale planet blir ofte omtalt som "watch circle", som beskriver hvor mye en kan anta at plattformen beveger seg i forhold til et tenkt senterpunkt.

Fordel med å holde watch circle så liten som mulig er å begrense dynamiske påkjenninger på eksempelvis elektriske kabler som er koblet mot en plattform.

Videre er det lettere å planlegge optimalisering av en vindpark om plattformen ligger mest mulig stasjonær under vekslende værforhold. Normalt vil en se at jo stivere forankringer, jo større belastninger kan en forvente i forbindelse med forankring systemene, noe som kan være kostdrivende og dermed negativt.

Eksisterende plattform løsninger er i stor grad basert på design kjent fra oljeindustrien. Av hovedkategorier har man Tension Leg Platform (TLP), som et eksempel kan det vises til TetraSpar floater. Hovedprinsippet for en TLP plattform er at den er spent stramt opp mot en havbunn. Gjerne med 3-6 kjettinger eller tilsvarende mooringliner eller stag. Den stive oppspenningen oppnås ved at en benytter plattformens oppdrift, der oppspenningene er et resultat av at plattformen trekker oppover i en vannmasse. Mens forankringen holder den på en forhåndsinnstilt dybde, satt av ankelinenes lengde. Denne stramme oppspenningen er med å begrense plattformens bevegelse horisontalt og vertikal under påvirkning av eksempelvis bølger og vind.

En annen hovedtype er Semi-Submersible som typisk flyter på en vannflate, der løsninger for stabilisering inkluderer normalt i det minste tre oppdriftstårn som penetrerer vannflaten, hvor oppdriftstårnene er montert på en stiv plattform hvor hoved stabiliteten er et resultat av oppdriftstårnenes areal i vannflaten og avstand mellom tårnene.

Som eksempel på en Semi-Submersible kan Wind Float trekkes frem. Den består av tre tårn om penetrerer en overflate hvor på tårnet er montert på toppen av det ene oppdriftstårnet. Videre er den forankret med et sett mooringliner som normalt er slakt festet mellom det flytende fundamentet og forankring på havbunnen. Star Wind Floater er en annen type Semi-Submersible type plattform, denne består av tre oppdrifts tårn i en stjerne formasjon. Hvorpå det er et tårn i senter av det flytende fundamentet hvor det er påmontert et vindmølletårn.

Spar-Bouy er en annen type flytende fundament, et eksempel på en slik løsning er kjent som «Hywind».

Havvindløsningen «Hywind» inkluderer et eksempel på et fundament for en offshore vindturbin, hvor fundamentet er en flytende vertikal sparbøye. For å motvirke tiltende krefter når sparbøyen dypt ned i havet i operasjonell stilling, og den er gjerne svært tung. Tyngden skyldes i stor grad sparbøyeløsningens behov for rettende ballast. Dens størrelse gjør den kostbar å fremstille og å frakte til destinasjon til havs, og den gjør at «Hywind» ikke kan brukes i havområder med begrenset dybde.

De forskjellige typene av plattform design og forankrings systemer, har sine klare fordeler og ulemper. Da i form av kostnader, men også hvordan plattformen beveger seg under varierende værforhold.

En Semi-Submersible plattform med catenary forankring vil typisk ha blant andre disse fordelerne i forhold til en TLP plattform:

• Plattformen opprettholder stabilitet ved brudd på en eller flere av ankerlinene, mens en TLP her vil kunne kvelve.

• Plattformen vil kunne slepes som den er til endelig installasjonssted, mens en TLP trolig vil kreve spesialfartøy.

enkelte tilfeller vil fortøyningssystemene være billigere.

• Tårnet og nacellen vil normalt kunne monteres mens plattformen ligger og flyter, for en TLP vil det normalt sett være behov for spesialfartøy, eller hele sammenstillingen må gjøres på land.

En TLP plattform vil typisk ha blant andre disse fordelerne i forhold til en Semi-Submersible plattform med catenary forankring:

• Mindre strukturell masse

• Lettere å industrialisere

• Trenger ikke dyre dynamiske kabler, grunnet den stive oppspenningen

• Ikke behov for aktiv ballasting for å ivareta stabilitet.

US2009/091136 A1 omhandler en flytende vindmøllekonstruksjon, omfattende et fundament som flyter i en vannmasse, der det flytende fundamentet understøtter et tårn utstyrt med en turbin, og at nevnte flytende fundament omfatter en neddykket, langstrakt og stabiliserende oppdriftsdel anordnet hovedsakelig vertikalt flytende i vannmassen og som er forankret til et bunnfaste fundament.

KR 101956032 B1 viser et flytende fundament som omfatter stabiliserende oppdriftsdeler anordnet vertikalt flytende i en vannmasse. Oppdriftsdelen er forankret til havbunnen ved hjelp av forankringsliner.

Formål med foreliggende oppfinnelse

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe en flytende vindmøllekonstruksjon som løser mange av utfordringene en ser ved dagens konstruksjoner i forhold til kostnader relatert til produksjon, installasjon og drift og vedlikehold gjennom hele konstruksjonens levetid.

I dette dokumentet beskrives en teknisk løsning som har fordeler over kjent teknikk ved at en kombinerer de kjente teknikkene Tension Leg Platform designet med Semi-Submersible plattform designet. Dette med den hensikt å kombinere alle fordelene til de to designene inn i et design. Videre har oppfinnelsen løst mange av de to tidligere beskrevne designenes ulemper, ved at det ene designet løser det andre designets ulemper og visa versa.

Oppsummering av oppfinnelsen

Overnevnte formål oppnås med en flytende vindmøllekonstruksjon, omfattende et fundament som flyter i en vannmasse, der det flytende fundamentet understøtter minst et tårn utstyrt med en turbin, der nevnte flytende fundament omfatter en neddykket, langstrakt og stabiliserende oppdriftsdel festet til tårnets nedre del, og at det flytende fundamentet omfatter en eller flere utadragende stabilisatorarm(er) som rager ut i en retning tverrstilt i forhold til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens lengderetning, idet nevnte stabilisatorarm penetrerer en vannflate til vannmassen, karakterisert ved at den neddykkete, langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen er anordnet hovedsakelig horisontalt flytende i vannmassen og er stivt forankret til ett eller flere bunnfaste fundamenter som rager opp fra en havbunn.

Alternative utførelser er angitt i respektive uselvstendige krav.

Et oppdriftslegeme kan være montert på den utadragende stabilisatorarmens frie ende og rage opp eller ned i vannmassen.

I en første utførelse kan den utadragende stabilisatorarmen rage ut fra tårnets nedre del i en horisontal retning, og i et område over vannmassen.

I en andre utførelse kan den utadragende stabilisatorarmen være er neddykket i vannmassen og rage ut fra den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen i en horisontal retning.

Stabilisatorarmens oppdriftslegeme kan være er utstyrt med et opphengt lodd.

Videre kan det flytende fundamentet være stivt forankret til det bunnfaste fundamentet ved en første stiv forankring som løper fra et første forankringspunkt på den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen og ned til det bunnfaste fundamentet, og ved en andre stiv forankring som løper fra et andre forankringspunkt på den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen og ned til det bunnfaste fundamentet.

Nevnte første og andre forankringspunkter er gjerne på respektive distale ender til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen.

Videre kan nevnte første og andre forankring være oppstrambare forankringsliner eller strekkstag i form av stive rør.

Den første og andre forankringen kan være oppstrambare for dannelse av en stiv forbindelse mellom den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens første forankringspunkt, det bunnfaste fundamentet og den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens andre forankringspunkt.

Stabilisatorarmen kan være forankret til havbunnen. Alternativt kan stabilisatorarmens oppdriftslegeme være forankret til havbunnen.

Oppdriftslegemets opphengte lodd kan også være forankret til havbunnen.

Oppdriftsdelen kan omfatte innvendige tanker som kan tømmes og fylles med ballast. Ballasten kan være transporterbar mellom tankene.

I en utførelse kan det bunnfaste fundamentet være utstyrt med en roterbar forankringsmekanisme. Den roterbare forankringsmekanismen kan være en dreieskiveforankring med tilkoblinger for den første og den andre forankringen. Alternativt kan den roterbare forankringsmekanismen være en elektrisk svivel med tilkoblinger for den første og den andre forankringen.

Ved bruk av en roterbar forankringsmekanisme kan tårnet plasseres på en ikkesentrert del av oppdriftsdelen. Likeledes kan tårnet plasseres på stabilisatorarmen.

Videre kan stabilisatorarmen være utstyrt med en hivkompenserende innretning som bremser bevegelse i vanmassen.

Beskrivelse av figurer

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

Figur 1 viser en flytende vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 viser en videre variant av vindmøllekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen.

Figur 3 viser en videre variant av vindmøllekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen.

Figur 4 viser en videre variant av vindmøllekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen.

Figur 5 og 6 har til hensikt å illustrere montering og forankring av en vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Vindmøllekonstruksjon ifølge oppfinnelsen omfatter 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.

Fundamentet 12 kan i alternative utførelser omfatte flere tårn 14, eksempelvis tvillingtårn som i forhold til hverandre er sidestilte og skråstilte.

Tårnet 14 rager opp gjennom vannflaten til vannmassen 20 og tårnets nedre del 4 er plassert nede i vannmassen 20 når den flytende vindmøllekonstruksjonen er installert. Tårnets nedre del 4 er videre festet til en langstrakt og stabiliserende oppdriftsdel 3 som er stramt spent opp og festet til et bunnfast fundament 25 på en havbunn 30. Oppspenningen gir en stiv forankring som delvis hindrer vertikal, horisontal og rotasjon bevegelse av fundament 12 i vannmassen 20. Tårnets nedre del 4 kan i enkelte konfigurasjoner være en del av tårnet 14, slik at tårnet 14 monteres direkte på oppdriftsdelen 3.

Oppdriftsdelen 3 kan med fordel ha en utførelse der den er langstrakt for å oppnå større stabilitet. Den kan gjerne ha en lengde på 50, 80, eller over 100 m. Med langstrakt menes at oppdriftsdelen 3 i hovedsak er lengre i en lengde enn i en annen retning. Ved bruk av flere stabilisatorarmer 6 kan oppdriftsdelen 3 ha en mindre langstrakt form der "diameteren" blir oppdriftsdelen 3 sin lengde. Stabiliteten blir da ivaretatt av flere stabilisatorarmer 6 som rager ut fra oppdriftsdelen 3 i forskjellige innbyrdes vinkler i forhold til hverandre i det horisontale planet, og det er mindre behov for en langstrakt oppdriftsdel.

Oppdriftsdelen sin lengde eller diameter vil kunne øke fundament 12 sin stabilitet. Da både i flytende posisjon, og i en neddykket oppspent posisjon. Oppdriftsdelen 3 kan ha varierende volum som fortrenger vanmassen 20 i dets lengderetning, slik at en kan optimalisere fundamentet 12 sin stabilitet fra en oppdykket posisjon, gjennom en nedsenknings sekvens, til det er stivt forankret neddykket i vanmassen 20.

Oppdriftsdelen 3 kan med fordel ha et mindre areal i sine ender 3a, dette for å redusere konstruksjonens hydrostatiske belastning i en neddykket posisjon.

Den stivt oppspente oppdriftsdelen 3 og tårnets nedre del 4 kan sies å utgjøre eller frembringe fundaments 12 bakre oppdrift. Tårnet 14 kan for så vidt plasseres vilkårlig i lengderetning av den langstrakte oppdriftsdelen 3, men er gjerne fordelaktig plassert i et område som gir likevekt, fritt flytende i vanmassen 20, eller fast oppspent mot forankringene.

Ved bruk av en roterbare forankringsmekanismen 26 kan tårnet 14 plasseres i eller nær en ende av den langstrakte oppdriftsdelen 3, dvs. at tårnet 14 plasseres på en ikke-sentrert del av oppdriftsdelen 3. Tårnet med turbin vil under påvirkning av vindkrefter dreie den langstrakte oppdriftsdelen 3 sin lengderetning, i en retning tilnærmet lik vindretning. I en slik konfigurasjon vil man da naturlig kunne montere flere vindturbiner på det flytende fundamentet 12.

Videre omfatter det flytende fundamentet 12 som nevnt i det minste en utadragende stabilisatorarm 6 som rager ut i en retning hovedsakelig tverrstilt i forhold til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens 3 lengderetning. Stabilisatorarmen 6 utgjør således en del av det flytende fundamentet 12. Stabilisatorarmen 6 sin lengde vil ha innvirkning på det flytende fundamentet 12. I hovedsak vil en lengre stabilisatorarm 6 tilføre mer stabilitet, og en vil videre kunne redusere oppdriftslegemet 8 sin oppdrift, der typisk lengde på stabilisatorarmen 6 kan være 50, 80, eller over 100 m. Stabilisatorarmen 6 omfatter et oppdriftslegeme 8 som penetrerer vannflaten til vannmassen 20. Oppdriftslegemet 8 er i en utførelse montert på den utadragende stabilisatorarmens 6 frie ende og rager opp eller ned i vannmassen 20.

Oppdriftslegemet 8 og/eller stabilisatorarmen 6 beskrives videre her som å utgjøre eller frembringe fundaments 12 fremre oppdrift. Avhengig av installasjonssted og konfigurasjon, kan stabilisatorarmen(e) 6 plasseres på hver sin side av oppdriftsdelens 3, eller foran og bak.

Tårnet 14 kan tenkes i enkelte prosjektspesifikke konfigurasjoner å bli plassert fullt og helt på stabilisatorarmen 6, i stedet for på tårnets nedre del 4. Tårnet 14 kan også tenkes være delvis plassert over stabilisatorarm 6 og tårnets nedre del 4. Alternativt kan tårnet 14 også være en integrert del av oppdriftslegemet 8. Tårnet 14 kan altså være plassert i begge ender av stabilisatorarmen 6.

Figurene viser en stabilisatorarm 6 som rager ut hovedsakelig vinkelrett og tverrstilt i forhold til oppdriftsdelen 3. Stabilisatorarmen 6 kan imidlertid også rage ut i en vinkel som ikke er vinkelrett. I en ikke vist variant kan to stabilisatorarmer 6 rage ut tverrstilt i forhold til oppdriftsdelen 3, der vinkelen på hver stabilisatorarm 6 eksempelvis kan være ca.45º i forhold til oppdriftsdelen 3. Oppfinnelsen vil også dekke to stabilisatorarmer 6 som rager ut i motstående retninger i forhold til oppdriftsdelen 3.

Oppdriftslegemet 8 kan være en rørdel som monteres tilnærmet vinkelrett på stabilisatorarmen 6, dvs. vinkelrett i forhold til stabilisatorarmens 6 lengdeakse. Med vinkelrett menes ikke en vinkel som nødvendigvis er 90 grader, men en vinkel som gjør at oppdriftslegemet 8 rager opp og ned i vannmassen i tilnærmet vertikal retning.

Den utadragende stabilisatorarmen 6 rager fortrinnsvis ut fra tårnets 14 nedre del 4 sin øvre del, i en hovedsakelig horisontal retning. Avhengig av de operasjonelle forholdene, kan det tenkes at stabilisatorarmen 6 vinkles på en måte som gjør at den penetrerer vanmassen i sin fremre del uten behov for oppdriftslegemet 8. Eller stabilisatorarmen 6 og oppdriftslegemet 8 anses som en integrert del.

Stabilisatorarmen 6 bakre del festes til tårnets nedre del 4 i et område over vannmassen 20, og da helst i en i en høyde som setter den over bølgesonen.

I en alternativ utførelse kan i det minste den utadragende stabilisatorarmen 6 være plassert neddykket i vannmassen 20 og rage ut fra den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen 3 i en hovedsakelig horisontal retning. Eller i tårnets nedre del 4 sin nedre del eller en kombinasjon av oppdriftsdelen 3 og tårnets nedre del 4. I utførelsen der stabilisatorarmen 6 er neddykket vil den kunne bidra med fundamentet 12 sin oppdrift. Varianten med neddykket stabilisatorarm 6 er vist i figur 2, mens de resterende figurene viser den første varianten.

Stabilisatorarmen 6 kan være utstyrt med en hivkompenserende innretning som bremser bevegelse i vanmassen. Som eksempel vises til figur 3 og 4 hvor det fremgår at oppdriftslegemet 8 eller fremre del av stabilisatorarmen 6 kan omfatte et eller flere opphengt lodd 10 som ytterligere bidrar til den stabiliserende effekten på det flytende fundamentet 12, da loddet 10 henger lengre nede i vannmassen 20. Loddet 10 kan ha en utførelse som eksempelvis en kjegle, tallerken, eller annen form som gjør at den bremser bevegelse i vannmassen 20. Loddet 10 kan i enkelte utførelser være fordelaktig festet til havbunnen 30. Da enten som en stiv forankring, eller som en løs forankring.

Sammenkobling av den flytende vindmøllekonstruksjonen, og da særlig tårnet 14 og tilhørende nedre del 4, samt stabilisatorarm(er) 6 kan gjøres ved hjelp av en flensforbindelse, der de skrudde flensforbindelsene har en indre og en ytre krans for bolter i forhold til den bærende konstruksjonen.

Som nevnt er det flytende fundamentet 12 stivt forankret til det bunnfaste fundamentet 25. Dette kan i en utførelse av oppfinnelsen utføres ved at en første stiv forankring 22 løper fra et første forankringspunkt 28a på den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen 3 og ned til det bunnfaste fundamentet 25, og ved at en andre stiv forankring 24 løper fra et andre forankringspunkt 28b på den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen 3 og ned til det bunnfaste fundamentet 25.

De første og andre forankringspunkter 28a,28b kan frembringes på respektive distale ender til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen 3, eller på andre egnete steder på oppdriftsdelen 3.

Forankringene 22,24 kan eksempelvis være kjettinger, strekkstag eller lignende som strekker seg stramt ned mot og til det bunnfaste fundamentet 25 på havbunnen 30 i den hensikt å holde oppdriftsdelen 3 under havflaten. Oppdriftsdelen 3 er innrettet til å ha tilstrekkelig oppdrift til å holde forankringene 22,24 mot det bunnfaste fundamentet 25 stive. For å øke stabiliteten til den flytende vindmøllekonstruksjonen i en retning, vil det være fordelaktig å ha en eller flere oppspenninger plassert fra hverandre i den retningen en ønsker økt stabilitet.

De første og andre forankringer 22,24 kan dermed være oppstrambare for dannelse av en stiv forbindelse mellom den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens 3 første forankringspunkt 28a, det bunnfaste fundamentet 25 og den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens 3 andre forankringspunkt 28b.

Videre kan det bunnfaste fundamentet 25 i en utførelse være utstyrt med en roterbar forankringsmekanisme 26, eksempelvis kan den roterbare forankringsmekanismen 26 være en dreieskiveforankring med tilkoblinger for den første og den andre forankringen 22,24. Et annet eksempel er en elektrisk svivel.

Det bunnfaste fundamentet 25 kan eksempelvis være ett eller flere sugeankre, anker, eller en kombinasjon av forskjellige forankringstyper, som er egnet for Tension Leg løsninger. Det bunnfaste fundamentet 25 rager opp fra havbunnen 30 og et stykke opp i vannmassen 20, dog slik at fundamentet ikke stikker opp av vannmassen 20. I en fordelaktig utførelse er nevnte forankringer 22,24 skrående innover fra hver side av oppdriftsdelen 3 inn mot den felles innfesting i det bunnfaste fundamentet 25. Denne type skrående innfesting vil redusere vindmøllekonstruksjonens bevegelse i enkelte retninger, samt trolig redusere kost, men det kan også benytte flere innfestninger som enten kan rage loddrett ned eller i en vinkelkonfigurasjon, slik som vist i figur 4.

Flere eksempler på bunnfaste fundamenter 25 til bruk sammen med oppfinnelsen kan være gravitasjonsbasert fundament, monopile fundament, senkekasse fundament, multipile fundament, og fundament med flere senkekasser. Felles er en første del som er innført i havbunnen og en andre del som rager opp fra havbunnen 30.

Monopile konstruksjonen utgjør den mest brukte varianten i dag, og omfatter et rør som pæles (drives) ned i havbunnen til det står fast. I øvre del omfatter røret et overgangsstykke for mottak av et tårn til en vindmølle. Vindmøllekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen kan festes til nevnte overgangsstykke.

Oppdriftslegemet 8 som er påmontert fremre del av stabilisatorarmen 6 er innrettet til å bære noe av vindmøllekonstruksjonens vekt. Oppdriftslegemet kan videre i en utførelse, som vist i figur 4, være innrettet til å bli stramt festet til et bunnfast fundament 25 på havbunnen 30 ved bruk av kjetting 32 eller tilsvarende, slik at oppdriftslegemet 8 ikke får bevege seg i vertikal retning. Oppdriftslegemet 8 kan være utformet som en sylinder, kjegle, kube, eller ha en hvilken om helst annen form som er passende for formålet ved oppdriftslegemet 8. Tilsvarende kan loddet 10 opphengt i oppdriftslegemet 8 i en utførelse, som vist i figur 4, være innrettet til å bli stramt festet til oppdriftsdelen 3, eller det bunnfast fundamentet 25 på havbunnen 30, ved bruk av kjetting 34 eller tilsvarende, slik at loddets 10 bevegelse begrenses.

Oppdriftslegemet 8 med den tilhørende stabilisatorarmen 6 har til oppgave å tilføre den flytende vindmøllekonstruksjonen stabilitet. Stabilisatorarmens 6 andre eller indre endedel er festet til den stivt oppspente oppdriftsdelen 3 slik at det oppnås tilstrekkelig stabilitet i alle retninger.

Oppdriftslegemet 8 kan videre dele forankring med den stivt oppspente oppdriftsdelen 3, i den forstand at en forankring 32 kan løpe ned i vannmassen til ett eller flere bunnfaste fundamenter 25. Alternativ kan oppdriftslegemet 8 være løst festet ved bruk av i det minste en tradisjonell forankring der en benytter lengre forankringsliner festet til en forankring på havbunnen 30.

Sammenkoblingen mellom stabilisatorarmens 6 bakre del og den bakre oppdriften av konstruksjonen i form av den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen 3 er innrettet til å bli boltet og eller sveist sammen, slik som vist i figur 6. Den beskrevne sammenkobling kan gjennomføres mens delene flyter i en vanmasse. Mellom tårnets nedre del 4 og den langstrakte oppdriftsdelen 3 kan det videre være montert skråstilte avstivere 11, utformet som stag, rør eller kjetting, wire konfigurasjoner.

Oppfinnelsen legger videre til rette for at man kobler vindmøllekonstruksjonen mot forankringsinnretningen ved hjelp av forankringer 22,24 (eller forankringsliner som vist i figur 4) før den kommer til endelig installasjonssted. Dette ved at stabilisatorarmen 6 er innrettet på en slik måte at en kan feste og/eller heise forankringsinnretningen, dvs. forankringsmekanismen 26 som festes til det bunnfaste fundamentet 25, opp under stabilisatorarmen 6, slik som vist i figur 5. Dette kan eksempelvis gjøres før transport til installasjonsstedet. Vindmøllekonstruksjonen er innrettet for feste av faste eller midlertidige heiseanordninger for heving og senkning av nevnte forankringsinnretninger.

Vindmøllekonstruksjonen med påmontert tårn 14 og turbin 16 vil i normal posisjon flyte på en måte der den langstrakte oppdriftsdel 3 vil delvis penetrere overflaten og således beholder stabilitet ved kai og under sleping. Ved installasjon vil man kunne senke forankringsinnretninger ned på havbunnen 30 i ønsket posisjon. Ved bruk av eksempelvis sugeanker som forankringsinnretning vil man kunne benytte forankringen til å trekke vindmøllekonstruksjonen ned i vannmassen 20 til en dybde der den langstrakte oppdriftsdelens 3 øvre del befinner seg under og i vanmassen 20, slik at dens oppdrift vil føre til en stiv forankring av vindmøllekonstruksjonen.

En annen måte for å oppnå en stiv forankring er ved å fylle tilstrekkelig ballastvann inn i vindmøllekonstruksjonen slik at den vil sette seg på en dybde og slik at vindmøllekonstruksjonen kan festes til forankringen i form av det bunnfaste fundamentet 25, hvor deretter ballastvann kan evakueres slik at forankringene 22,24 (eller linene vist i figur 4) blir strammet opp til de har oppnådd ønsket forspenning.

For å øke stabiliteten ved forankring av vindmøllekonstruksjonen under installasjon og eller operasjonell drift, kan det påmonteres permanente eller avtagbare stabilisatorben 7 på den langstrakte oppdriftsdelen 3.

For å øke stabiliteten og bedre kontrollere fundamentet 12 sin vinkling under drift og installasjon av eksempelvis tårn og nacelle, samt installasjon i vindpark kan det benyttes tanker innvendig i den langstrakte oppdriftsdelen 3 og stabilisatorarmen 6 med sitt påmonterte oppdriftslegeme 8. Tankene (ikke vist) er sammenkoblet med et rørsystem, slik at vannet kontrollert kan fraktes aktivt og styrt fra den ene tanken til en annen tank i rørsystemet. Med aktivt og styrt menes en lukket sløyfe som pumper vann automatisk, basert på parameter og eller sensorer.

Ved behov, eksempelvis om man har store bølger, kan stabilisatorarmen 6 eller dens oppdriftslegeme 8 forankres i form av stiv forankring eller tradisjonell forankring med slakke liner mot ankerfeste, som eksempelvis kan være samme bunnfaste fundament 25 som omtalt.

Claims

Patentkrav

1. En flytende vindmøllekonstruksjon, omfattende et fundament (12) som flyter i en vannmasse (20), der det flytende fundamentet (12) understøtter minst et tårn (14) utstyrt med en turbin (16), og nevnte flytende fundament (12) omfatter en neddykket, langstrakt og stabiliserende oppdriftsdel (3) festet til tårnets nedre del (4), og det flytende fundamentet (12) omfatter en eller flere utadragende stabilisatorarm(er) (6) som rager ut i en retning tverrstilt i forhold til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens (3) lengderetning, idet nevnte stabilisatorarm (6) penetrerer en vannflate til vannmassen (20), karakterisert ved at

den neddykkete, langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen (3) er anordnet horisontalt flytende i vannmassen (20) og er stivt forankret til ett eller flere bunnfaste fundamenter (25) som rager opp fra en havbunn (30),

2. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at et oppdriftslegeme (8) er montert på den utadragende stabilisatorarmens (6) frie ende og rager opp eller ned i vannmassen (20).

3. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den utadragende stabilisatorarmen (6) rager ut fra tårnets (14) nedre del (4) i en horisontal retning, og i et område over vannmassen (20).

4. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den utadragende stabilisatorarmen (6) er neddykket i vannmassen (20) og rager ut fra den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen (3) i en horisontal retning.

5. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 2, karakterisert ved at stabilisatorarmens (6) oppdriftslegeme (8) er utstyrt med et opphengt lodd (10).

6. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det flytende fundamentet (12) er stivt forankret til det bunnfaste fundamentet (25) ved en første stiv forankring (22) som løper fra et første forankringspunkt (28a) på den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen (3) og ned til det bunnfaste fundamentet (25), og ved en andre stiv forankring (24) som løper fra et andre forankringspunkt (28b) på den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen (3) og ned til det bunnfaste fundamentet (25).

7. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 6, karakterisert ved at nevnte første og andre forankringspunkter (28a,28b) er på respektive distale ender til den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelen (3).

8. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 6, karakterisert ved at nevnte første og andre forankring (22,24) er oppstrambare forankringsliner eller strekkstag i form av stive rør.

9. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 6, karakterisert ved at nevnte første og andre forankring (22,24) er oppstrambare for dannelse av en stiv forbindelse mellom den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens (3) første forankringspunkt (28a), det bunnfaste fundamentet (25) og den langstrakte og stabiliserende oppdriftsdelens (3) andre forankringspunkt (28b).

10. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 2, karakterisert ved at stabilisatorarmens (6) oppdriftslegeme (8) er forankret til havbunnen (30).

11. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 5, karakterisert ved at oppdriftslegemets (8) opphengte lodd (10) er forankret til havbunnen (30).

12. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at stabilisatorarmen (6) er forankret til havbunnen (30).

13. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at oppdriftsdelen (3) omfatter innvendige tanker innrettet til å tømmes og fylles med ballast.

14. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 13, karakterisert ved at ballasten er transporterbar mellom tankene.

15. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 6, karakterisert ved at det bunnfaste fundamentet (25) er utstyrt med en roterbar forankringsmekanisme (26).

16. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 15, karakterisert ved at den roterbare forankringsmekanismen (26) er en dreieskiveforankring med tilkoblinger for den første og den andre forankringen (22,24).

17. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 16, karakterisert ved at den roterbare forankringsmekanismen er en elektrisk svivel med tilkoblinger for den første og den andre forankringen (22,24).

18. Den flytende vindmøllekonstruksjon i samsvar med krav 15, karakterisert ved at tårnet (14) er plassert på en ikke-sentrert del av oppdriftsdelen (3).

19. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 15, karakterisert ved at tårnet 14 er plassert på stabilisatorarmen (6).

20. Den flytende vindmøllekonstruksjonen i samsvar med krav 1, karakterisert ved at stabilisatorarmen (6) er utstyrt med en hivkompenserende innretning som bremser bevegelse i vanmassen (20).