TWI687588B - 海上風力發電設備 - Google Patents

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丹尼爾 巴特明
爾約克喬安斯 韋伯
帕娜黛特 吉普費爾
奧立維 海因里希
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德商英諾吉公司
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Abstract

海上風力發電設備，具有支承結構（4），具有機艙（6），具有轉子（8），具有內室（10，32），具有至少一個進入開口（12）以及具有攀爬架（14），如梯子、階梯等，其中該支承結構（4）具有塔架和地基結構（18），其中該塔架支承該機艙（6）和該轉子（8），其中該進入開口（12）設計為通向該內室（10）的人員入口，其中該攀爬架（14）安排在該內室（10）中，其中該攀爬架（14）被指定給該進入開口（12）並且其中沿著該支承結構（4）的高度尺度（H）觀察，在該地基結構（18）與該進入開口（12）之間沒有安排位於外部的工作平臺。

Description

海上風力發電設備
本發明涉及一種海上風力發電設備。
海上風力發電設備通常具有位於外部的工作平臺，能夠藉由同樣位於外部的進入梯子和中間平臺而到達該工作平臺。因此工作平臺以及進入梯子和中間平臺都圍繞海上風力發電設備的塔架或過渡件來固定。位於外部的工作平臺大多數情況下安排在50年週期波高(50-Jahres-Wellenhöhe)以上，也就是說，在北海或東海中例如在最低潮水位「NGzW」(也作為「最低天文潮位(Lowest Astronomical Tide)」的縮寫「LAT」而已知)以上約15m至20m。在工作平臺範圍內的進入開口使得人員能夠進入塔架內部。
位於外部的在50年波高之上安排的工作平臺、進入梯子和中間平臺影響海上風力發電設備的建造高度以及塔架和地基結構的尺寸。於是，該海上風力發電設備的轉子的轉子葉片尖端的下方途徑必須安排在工作平臺以及位於其上的構造或附加物(如工作吊車、自由通道等)上方。位於外部的工作平臺的高度因此還間接確定了轉子轂的高度。另外，進入梯子和中間平臺造成了顯著的波浪阻力。
因此，本發明所基於的技術問題係，提出一種不具有或至少較少幅度地具有上述缺點並尤其能夠實現更小的建造高度的改進的海上風力發電設備。
上文描述的技術問題藉由根據申請專利範圍第1項所述的海上風力發電設備來實現。本發明的其他設計方案由從屬申請專利範圍和下面的說明得出。
本發明涉及一種海上風力發電設備，具有支承結構，具有機艙，具有轉子，具有內室，具有至少一個進入開口以及具有攀爬架，如梯子、階梯等，其中該支承結構具有塔架和地基結構，其中該塔架支承該機艙和該轉子，其中該進入開口設計為通向該內室的人員入口，其中該攀爬架安排在該內室中，其中該攀爬架被指定給該進入開口並且其中沿著該支承結構的高度尺度觀察，在該地基結構與該進入開口之間沒有安排位於外部的工作平臺。
藉由位於內部的攀爬架，與位於外部的安排相比，可以減少波浪阻力。位於內部的攀爬架不需要針對波浪負載進行設計。地基結構可以設計為用於更小的負載並且尺寸更緊湊。
藉由取消在進入開口下方的位於外部的工作平臺，可以總體上減小海上風力發電設備的總高度，因為在風力發電設備安裝完成的狀態下轉子和轂體可以被安排得更低，也就是相對於水面距離更小。
當本文中提及工作平臺時，尤其為維修平臺，設置該維修平臺用於承載所謂的「大袋子(BigBags)」，即來自風力發電設備的維修船的裝有工具或維修設備的容器。另外，藉由工作平臺還提供了風電設備的較大的替換零件或部件，例如在建造、運行或維護過程中。
在此「沒有位於外部的工作平臺」意味著沒有安排包圍支承結構的工作平臺。尤其沒有安排在支承結構的背向內室的外表面處(也就是在支承結構的背向內室的外罩面)的工作平臺。
尤其，沿著支承結構的高度尺度觀察，在地基結構與進入開口之間沒有安排如下的工作平臺：該工作平臺具有升降裝置，如吊車等，和/或自由過道(Freigang)。
尤其，沿著支承結構的高度尺度觀察，在地基結構與進入開口之間沒有安排如下的工作平臺：該工作平臺具有升降裝置，如吊車等，和/或自由出入口，其中該自由過道環繞式地圍繞、包圍或圈起塔架。
當本文中提及支承結構的高度尺度時，該高度尺度在風力發電設備安裝完成的狀態下基本上平行於豎直方向延伸。
地基結構可以為「單樁」、「三腳架」、「套樁(Jacket)」、「吸力樁(Saugpfahl)」或「重力打樁」的建造形式。
可以設置兩個或更多個進入開口。
沿著支承結構的高度尺度觀察，這兩個或更多個進入開口可以相對彼此某一距離安排。
這兩個或更多個進入開口可以相對彼此某一角度間距環繞地安排在支承結構處。
根據另一種設計，該海上風力發電設備具有升降裝置和載入開口，其中，沿著該高度尺度觀察，該升降裝置和該載入開口安排在該進入開口與該機艙之間，其中該升降裝置被指定給該載入開口，其中該升降裝置能夠從第一位置移動到第二位置，其中該升降裝置在該第一位置中至少部分地被接納在該內室中，並且其中該升降裝置在該第二位置中在該載入開口的範圍內至少部分地在該支承結構的外罩面上懸出式延伸。升降裝置於是可以受到保護免於氣候影響。
「能夠移動」在本文中表示，升降裝置能夠伸出、翻轉、移動或翻出。
升降裝置可以是吊車。升降裝置可以具有繩索絞盤或吊車絞盤。
升降裝置可以具有一個或多個可移動的載體，如鋼製載體、鋼型材等，該等載體藉由一個或多個鉸鏈和/或藉由一個或多個導軌固定在支承結構處。
根據海上風力發電設備的另一種設計，升降裝置在第一位置中完全被接納在內室中。升降裝置於是可以受到保護免於氣候影響。
攀爬架可以從進入開口起直至機艙為止完全安排在塔架內室中。
根據海上風力發電設備的另一種設計，提出該升降裝置具有移動滑輪和懸樑，其中該移動滑輪尤其被設置為用於緊固升降機和/或負載並且能夠沿該懸樑移動，並且其中該懸樑尤其能夠至少部分地移出該內室，使得該懸樑至少部分地在該支承結構的外罩面上懸出式延伸。於是，能夠以成本低廉且緊湊的構造方式來實現升降裝置。移動滑輪可以具有繩索絞盤或吊車絞盤以便提升負載。
根據海上風力發電設備的另一種設計，載入開口帶有可關閉的翻板。於是內室可以受到保護免於氣候影響。
該翻板可以尤其以能夠向外翻轉的方式固定在該塔架處，使得該翻板在打開位置中構成在該支承結構的外罩面上懸出的載入平臺。載入平臺可以用作維修平臺或工作平臺，被設置為用於承載「大袋子」，即來自海上風力發電設備的維修船的裝有工具或維修設備的容器。
可以提出，在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，該升降裝置安排在最低潮水位上方5m至10m的高度。藉由相對較低地安排升降裝置，可以方便地承載「大袋子」，即來自風力發電設備的維修船的裝有工具或維修設備的容器。
可以將相對於該進入開口向該內室中朝內回收的碰撞板指定給該進入開口。該碰撞板可以設置為用於 至少部分地吸收所出現的波浪的能量，以便保護支承結構的內壁或者位於內部的管道或線纜束。
可以將突出部或臺階指定給進入開口，該突出部或臺階可以藉由位於外部的梯子而到達並且使人員進入更容易。突出部或臺階可以安排在外部。
可以設置用於打開和關閉進入開口的門，以便保護內室免受氣候影響。
根據海上風力發電設備的另一種設計，提出在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，該進入開口安排在最低潮水位上方15m或更低。於是可以提供通向內室的舒適的進入通道。
根據海上風力發電設備的另一種設計，可以提出沿著該支承結構的高度尺度觀察，在最低潮水位上方15m或更高的高度並且在該轉子的下部轉子通道下方沒有位於外部的工作平臺。藉由在這個區域中省去位於外部的工作平臺，可以總體上減小海上風力發電設備的建造高度。於是，轉子的轉子尖端的下部通道可以安排得更低並且不受位於外部的工作平臺的安排的預先限制。
在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，攀爬架可以至少部分地安排在最低潮水位上方15m或更低。在內室中安排的攀爬架允許人員舒適地進入位於高處的塔架區域，而無需暴露於氣候影響。
可以提出的是，沿著該支承結構的高度尺度觀察，在該進入開口與該載入開口之間沒有安排位於外部的攀爬架，如梯子、階梯等，以便減少波浪阻力。換言之，只能在內室中在進入開口與載入開口之間安排攀爬架。
根據海上風力發電設備的另一種設計，提出在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，該進入開口與該轉子的轉子尖端的下部通道間隔5m或更多。
根據海上風力發電設備的另一種設計，提出在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，該進入開口安排在最低潮水位上方10m或更低，尤其安排在最低潮水位上方5m或更低。這個距離尤其是指進入開口的下沿與最低潮水位之間的距離。
根據海上風力發電設備的另一種設計，提出在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，該攀爬架至少部分地安排在最低潮水位上方10m或更低，尤其安排在最低潮水位上方5m或更低。
根據海上風力發電設備的另一種設計，提出在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構的高度尺度觀察，該進入開口與該轉子的轉子尖端的下部通道間隔10m或更多，尤其與該轉子的轉子尖端的下部通道間隔15m或更多。於是可以提供通向內室的舒適的進入通道。
根據另一種設計，海上風力發電設備的支承結構具有過渡件，其中沿著該支承結構的高度尺度觀察，該過渡件安排在該塔架與該地基結構之間，其中該過渡件將該地基結構與該塔架相連，並且其中該進入開口設置在該過渡件處。
2:海上風力發電設備
4:支承結構
6:機艙
8:轉子
10:內室
12:進入開口
14:攀爬架、梯子
16:塔架
18:地基結構
20:最低潮水位(LAT；NgzW)
22:進入開口12的下沿
23:轉子尖端；下方途徑
24:海上風力發電設備
26:支承結構
28:機艙
30:轉子
32:內室
34:進入開口
36:攀爬架、階梯
38:塔架
40:地基結構
42:海床
44:過渡件
46:過渡件44的上段
48:過渡件44的下段
50:升降裝置
52:載入開口
54:塔架38的外罩面
56:懸樑
58:型材
60:型材
62:移動滑輪
64:升降機
66:負載
68:周圍環境
70:翻板、載入平臺
72:撞擊板
74:突出部
76:梯子
78:轉子尖端；下方途徑
80:維修船
H:高度尺度
h1:距離
d1:距離
h2:距離
h3:距離
a1:距離
a2:懸出長度
下面將借助展示實施例的附圖來詳細說明本發明。圖中分別示意性地示出：圖1 根據本發明之海上風力發電設備；圖2 根據本發明之另一個海上風力發電設備；圖3 以透視圖示出圖2的風力發電設備之支承結構的一部分；圖4 以縱截面圖示出圖3的風力發電設備的支承結構之該部分；圖5 以俯視圖示出圖3的支承結構之該部分；圖6 以截面圖示出圖3的支承結構之該部分。
圖1示出一種海上風力發電設備2。海上風力發電設備2具有支承結構4、機艙6、轉子8、內室10和進入開口12。海上風力發電設備2還具有攀爬架14。攀爬架14係梯子14。
支承結構4具有塔架16和地基結構18。塔架16承載機艙6和轉子8。進入開口12設計為通向內室10的人員入口。攀爬架14安排在內室10中。將攀爬架14指定給進入開口12。一名或多名人員可以經由進入開口12達到攀爬架14。
沿著支承結構4的高度尺度H觀察，在地基結構18與進入開口12之間沒有安排位於外部的工作平臺。地基結構在此設計為單樁。
在此處所示的海上風力發電設備2安裝完成的狀態下，沿著支承結構4的高度尺度H觀察，進入開口12安排在最低潮水位20上方低於15m。因此，沿著支承結構4的高度尺度H測量的、在進入開口12的下沿22與最低潮水位20之間的距離h1在此小於15m。
如另外從圖1中可以看出的，攀爬架14不僅在進入開口12上方延伸，而且在海上風力發電設備2安裝完成的狀態下，沿著支承結構4的高度尺度H觀察，至少部分地安排在最低潮水位12上方15m或更低。換言之，攀爬架14也在進入開口12的下沿22與最低潮水位20之間延伸。在此，攀爬架14在內室10中延伸直至進入地基結構18。
在圖1中，藉由沿著高度尺度H的斷面簡化地示出了塔架16。應理解的是，轉子尖端23的下方途徑具有比進入開口12的下沿22相對於最低潮水位20更大的距離d1。因此距離d1大於距離h1。
圖2示出海上風力發電設備24，具有支承結構26、具有機艙28、具有轉子30並且具有內室32。海上風力發電設備24具有進入開口34、攀爬架36(在此形成為階梯)。
支承結構26具有塔架38和地基結構40。塔架38承載機艙28和轉子30。進入開口34設計為通向內室32的人員入口。攀爬架36安排在內室32中。將攀爬架36指定給進入開口34，使得攀爬架36從進入開口34起可由人員進入。
沿著支承結構26的高度尺度H觀察，在地基結構40與進入開口34之間沒有安排位於外部的工作平臺。在海上風力發電設備24安裝完成的狀態下，沿著支承結構26的高度尺度H觀察，進入開口34安排在最低潮水位20上方5m或更低。因此，沿著支承結構26的高度尺度H測量的距離h1在此小於5m。
地基結構40用於將海上風力發電設備24錨定在海床42中，其中海床42在此以交叉陰影示出。
海上風力發電設備24具有過渡件44。沿著支承結構26的高度尺度H觀察，過渡件44安排在塔架38與地基結構40之間，過渡件44將地基結構40與塔架38相連。進入開口34設置在過渡件44處。
下文將參考圖3、4、5和6來詳細說明根據圖2的過渡件44。圖3以從上方的透視圖示出過渡件44。過渡件44由上段46(圖5)和下段48(圖6)組合成。
過渡段44具有升降裝置50和載入開口52，它們設置在過渡件44的上段46處(圖4)。沿著高度尺度H觀察，升降裝置50和載入開口52安排在海上風力發電設備24的進入開口34與機艙28之間(圖2)。將升降裝置50指定給載入開口52，使得藉由該升降裝置50能夠將工具或其他運輸物品(例如像所謂的大袋子)送入載入開口52。
升降裝置50在第一位置中被完全接納在內室32中，如在圖3中所示。升降裝置50在第二位置中在載入開口2的範圍內至少部分地在支承結構26的外罩面54上懸出式延伸。
升降裝置50具有懸樑56，該懸樑由兩個相對彼此可移動的型材58、60構成。型材58可以被推入型材60中，使得型材58被接納在型材60中。
升降裝置50具有移動滑輪62。移動滑輪62設置為用於緊固升降機64。移動滑輪62包括被設置為用於提升負載66的吊車絞盤。
如上文已經展示的，懸樑56能夠從內室32中伸出，使得懸樑56在支承結構26的外罩面54上延伸。因此，在第二位置中(圖4)，懸樑56從內室32向周圍環境68中突出。
沿著該支承結構44的高度尺度H觀察，在進入開口34與載入開口52之間沒有安排位於外部的攀爬架， 如梯子、階梯等。因此，只有藉由攀爬架36人員才可到達載入開口52。
載入開口52可以用翻板70關閉。翻板70以向外朝周圍環境68可翻轉的方式固定在過渡件44處。翻板70在開放位置(圖2、圖4、圖5)中懸出式地安排在支承結構26的外罩面54上。
在此示例中，高度h1小於5m。在海上風力發電設備24安裝完成的狀態下，升降裝置50安排在最低潮水位20上方的高度h2處，其中高度h2小於10m。
將碰撞板72指定給進入開口34。碰撞板72安排為相對於進入開口34回收到內室32中。將突出部74指定給進入開口34。可以藉由位於外部的梯子76到達進入開口34。根據其他的設計可以提出，進入開口34用門來關閉。
在海上風力發電設備24安裝完成的狀態下，沿著支承結構26的高度尺度H觀察，進入開口34安排為與轉子30的轉子尖端78的下方途徑間隔約5m。因此距離h3為約5m。
沿著支承結構26的高度尺度H觀察，在最低潮水位20上方10m或更高的高度並且在該轉子30的下方轉子途徑78下方沒有位於外部的工作平臺。
外罩面54與轉子尖端78之間的距離a1大於翻板70的懸出的長度a2。
在圖6中還示出維修船80，該維修船可以定位在梯子76的區域中以便運送人員。
2:海上風力發電設備
4:支承結構
6:機艙
8:轉子
10:內室
12:進入開口
14:攀爬架、梯子
16:塔架
18:地基結構
20:最低潮水位(LAT；NgzW)
22:進入開口12的下沿
23:轉子尖端；下方途徑
42:海床
68:周圍環境
H:高度尺度
h1:距離
d1:距離

Claims (11)

  1. 一種海上風力發電設備，具有一支承結構(4、26)，具有一機艙(6、28)，具有一轉子(8、30)，具有一內室(10、32)，具有至少一個進入開口(12、34)以及具有一攀爬架(14、36)，如一梯子、一階梯或類似物，其中該支承結構(4、26)包含一塔架和一地基結構(18、40)，其中該塔架支承該機艙(6、28)和該轉子(830)，其中該進入開口(12、34)係通向該內室(10、32)的人員入口，其中該攀爬架(14、36)配置在該內室(10、32)中，其中該攀爬架(14、36)與該進入開口(12、34)相關聯，並且其中沿著該支承結構(4、26)的一高度延伸(H)觀察，在該地基結構(18、40)與該進入開口(12、34)之間沒有配置位於外部的工作平臺，具有升降裝置(50)以及 具有一載入開口(52)，其中該升降裝置與該載入開口相關聯，其中該升降裝置能夠從一第一位置移動到一第二位置，以及其中該升降裝置(50)在該第一位置中完全被收容在該內室(32)中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之海上風力發電設備，其中，沿著該高度延伸(H)觀察，該升降裝置(50)和該載入開口(52)配置在該進入開口(34)與該機艙(28)之間，並且其中該升降裝置(50)在該第二位置中在該載入開口(52)的範圍內至少部分地懸出該支承結構(26)的一外罩面(54)而延伸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之海上風力發電設備，其中沿著該支承結構(4、26)的該高度延伸(H)觀察，在該進入開口(34)與該載入開口(52)之間沒有配置位於外部的攀爬架，如一梯子、一階梯或類似物。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之一項所述之海 上風力發電設備，其中，該升降裝置(50)包含一移動滑輪(62)和一懸樑(56)，其中該移動滑輪(62)被設置為用於緊固一升降機(64)或負載(66)並且能夠沿該懸樑(56)移動，並且其中該懸樑(56)能夠至少部分地移出該內室(32)，使得該懸樑(56)至少部分地懸出該支承結構(26)的一外罩面(54)而延伸。
  5. 如以上申請專利範圍第2或3項之一項所述之海上風力發電設備，其中該載入開口(52)能夠用一翻板(70)來關閉，並且其中該翻板(70)以能夠向外翻轉的方式固定在該支承結構(26)處，使得該翻板(70)在一打開位置上構成該支承結構(26)的一外罩面(54)上的一載入平臺(70)。
  6. 如以上申請專利範圍第2或3項之一項所述之海上風力發電設備，其中在該海上風力發電設備安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(26)的該高度延伸(H)觀察，該升降裝置(50)配置在最低潮水位(20)上方5m至10 m的一高度。
  7. 如以上申請專利範圍第1至3項之一項所述之海上風力發電設備，其中相對於該進入開口(12、34)向該內室(10、32)中朝內回收的一碰撞板(72)與該進入開口(12、34)相關聯，和其中一突出部與該進入開口(12、34)相關聯，能夠藉由位於該地基結構(18、40)外部的一梯子而到達該突出部和其中設置有用於打開和關閉該進入開口(12、34)的一門。
  8. 如以上申請專利範圍第1至3項之一項所述之海上風力發電設備，其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該進入開口(12、34)配置在最低潮水位(20)上方15m或更低和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H) 觀察，該攀爬架(14、36)至少部分地配置在最低潮水位(20)上方15m或更低和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該進入開口(12、34)與該轉子(8、30)的轉子尖端的一下方途徑(23、78)間隔5m或更多和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，在最低潮水位(20)上方15m或更高、尤其10m或更高的高度之上並且在該轉子(8、30)的一下方轉子途徑下方沒有配置位於外部的工作平臺。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之海上風力發電設備，其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該進入開口(12、34)配置在最低潮水位(20)上方10m或更低和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H) 觀察，該攀爬架(14、36)至少部分地配置在最低潮水位(20)上方10m或更低和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該進入開口(12、34)與該轉子(8、30)的轉子尖端的一下方途徑間隔10m或更多。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之海上風力發電設備，其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該進入開口(12、34)配置在最低潮水位(20)上方5m或更低和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該攀爬架(14、36)至少部分地配置在最低潮水位(20)上方5m或更低和其中在該海上風力發電設備(2、24)安裝完成的狀態下，沿著該支承結構(4、26)的高度延伸(H)觀察，該進入開口(12、34)與該轉子(8、30)的轉 子尖端的一下方途徑間隔15m或更多。
  11. 如以上申請專利範圍第1至3項之一項所述之海上風力發電設備，其中該支承結構(4、26)包含一過渡件(44)，其中，沿著該支承結構(4、26)的該高度延伸(H)觀察，該過渡件(44)配置在該塔架與該地基結構(18、40)之間，其中該過渡件(44)將該地基結構(18、40)與該塔架相連，並且其中該進入開口(12、34)設置在該過渡件(44)上。
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