WO2014009065A1 - Offshore-energiepark und verfahren für dessen erstellung - Google Patents

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WO2014009065A1
WO2014009065A1 PCT/EP2013/061635 EP2013061635W WO2014009065A1 WO 2014009065 A1 WO2014009065 A1 WO 2014009065A1 EP 2013061635 W EP2013061635 W EP 2013061635W WO 2014009065 A1 WO2014009065 A1 WO 2014009065A1
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Wolfgang Maier
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Voith Patent Gmbh
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to an offshore energy park with several offshore power plants, each comprising a pile foundation with at least one foundation pile, as well as a construction method for an offshore energy park.
  • a spatial grouping of several offshore power generation plants into an offshore energy park enables the use of a common
  • Machine nacelle on a support structure in the form of a tower, which is supported by means of a foundation on the seabed, wherein for the present
  • Registration foundations in the form of a pile foundation which include at least one reaching into the seabed foundation pile, are taken into account. This includes Monopile indispensabledungen, as they are known from DE 103 40 088 AI. But there may also be more than one foundation pile.
  • DE 10 2004 042 066 A1 describes a foundation in the form of a tripod.
  • a construction step for the construction of an offshore energy park is the electrical connection of the individual offshore power generation plants. Typically, submarine cables between the individual facilities of the park and a collection point, for example in the form of a substation, are used for power transmission. To protect such electrical
  • Connecting cables are often using a high pressure water jet in embedded in the seabed. Furthermore, milling tools for cable laying are known for this purpose. Reference is made to JP 6141430 A.
  • WO 2012/008833 A2 a creation method is known, for which by means of a horizontal drilling machine in the open space between two adjacent plants, a drilling channel is created, which is an electric
  • the drilling channel extends in each case to the apron of an offshore power generation plant, so that the electrical connection cable runs in the immediate vicinity of the plant on the seabed up to a cable guide on the tower, which is in the form of a J-tube.
  • the invention has for its object to make an offshore energy park with several offshore power generation plants, each comprising a pile foundation, so that the electrical connections of the facilities are simplified and have an increased life. Their should
  • An offshore energy park according to the invention comprises a cable tunnel running completely under the seabed, which connects at least two offshore power generation plants underground in the area of the foundation piles.
  • the cable tunnel runs for a first embodiment through the foundation piles of offshore power plants, which preferably by means of a
  • Foundation piles can be realized.
  • the cable tunnel runs along several offshore power plants and the connection between the foundation piles and the cable tunnel takes place underground by means of a tapping tunnel from the offshore power plants or the cable tunnel.
  • the electrical connection of the offshore energy production facilities of the offshore energy park is realized completely underground running on the cable tunnel.
  • the cable tunnel additionally or alternatively supply lines for operating media, for example
  • electrical connection cables are routed to the individual offshore power generation plants.
  • a dry-falling cable tunnel is preferred, the lining of the cable tunnel and the security, bulkhead and ventilation systems being designed so that access for service personnel in the cable tunnel is possible for further development.
  • an embodiment is preferred, for which human service personnel can reach the interior of the foundation pile of the individual offshore power generation plant via the cable tunnel.
  • a redundant system of cable tunnels is preferred, for which each offshore power plant of the offshore energy park has separate
  • Tunnel sections is reachable.
  • cable tunnels are preferred which have at least one
  • Branch point have.
  • the branch point can be created in a foundation pile of an offshore power generation plant of the offshore energy park.
  • driven cable channels can be selected.
  • an opening tunnel for the offshore energy park is preferably first created whose diameter is chosen so large that directed from this
  • Horizontal bores can be performed by means of a horizontal boring machine. This makes it possible to retrofit additional cable tunnels from the development tunnel as required, or to extend existing cable tunnels if the offshore energy park is expanded by additional facilities. Alternatively, it is conceivable to drill holes from a central access shaft to be laid out in a star-shaped manner and to create additional access shafts for an extension of the park so that a networked system of cable tunnels from different propulsion directions can be created.
  • FIG. 1 shows a partial sectional illustration of two offshore
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the drilling through of the foundation piles of two offshore power generation plants to create a cable tunnel running under the seabed and connecting the installations.
  • FIG. 4 shows a design alternative for a device according to the invention
  • FIG. 5 shows an inventive system of cable tunnels for
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the embodiment of Figure 5, wherein each
  • FIG. 7 shows a cross-section of a foundation pile with several
  • FIG. 8 shows a further embodiment alternative for the connection of FIG
  • FIG. 9 shows an extension of the offshore energy park of FIG. 8.
  • FIG. 1 shows schematically simplified an offshore energy park 56 according to the invention with exemplary offshore power generation plants 1.1, 1.2, which are designed as modular tidal power plants. These each include a rotor-shaped power sensor 2.1, 2.2, an electrical
  • the power sensor 2.1, 2.2 is running on a nacelle 4.1, 4.2, which receives the electric generator 3.1, 3.2.
  • the nacelle 4.1, 4.2 comprises a tower adapter 22.1, 22.2, in a complementarily shaped coupling device 6.1, 6.2 on the tower 5.1, 5.2 of
  • Offshore power plant 1.1, 1.2 is set up.
  • the tower 5.1, 5.2 is assigned a pile foundation 8.1, 8.2 with at least one foundation pile 9.1, 9.2.
  • a monopile foundation is selected, wherein the individual foundation pile 9.1, 9.2 is integrally connected to the tower 5.1, 5.2.
  • the foundation piles 9.1, 9.2 of the offshore power plants 1.1, 1.2 have a penetration depth E in the seabed 49, which is defined as the distance between the seabed 20 and the bottom of the foundation pile 9.1, 9.2.
  • seabed 20 is an averaging of the seabed level around the plant understood, wherein the diameter of the rotor-shaped power sensor 2.1, 2.2 determines the accounted for the aeration around the plant seabed area.
  • the cable tunnel 14 starts from an access tunnel 34, wherein a first section is present, which extends to a cable passage 10.1 at the offshore power generation plant 1.1. This is located at an exit depth T, which is smaller than the penetration depth E of the foundation pile 9.1.
  • the cable tunnel 14 passes through the foundation pile 9.1 so that a second cable passage 10.2 is present at the foundation pile 9.1, which is adjoined by a further section of the cable tunnel 14 which runs completely under the seabed until the cable passage 10.3 at the foundation pile 9.2 of the offshore power generation plant 1.2. Also sketched is the continuation of the cable tunnel 14 from the opposite cable passage 10.4 am
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the foundation pile 9.1 of Figure 1.
  • the fixed in a bore 44 with a cementation 26 foundation pile 9.1 has an outer wall 11.1, which is formed from an outer steel tube 27 and a concrete inner shell 28.
  • FIG. 2 shows the already completed cable tunnel 14, which has a watertight tunnel lining 31 includes.
  • the cable tunnel 14 is preferably used for the realization of the electrical connection of an offshore power plant 1.1, 1.2, wherein for the embodiment shown in Figures 1 and 2 of the offshore power plants 1.1, 1.2 each emanate a separate electrical connection cable 7.1, 7.2, along the Cable tunnels 14 to the access tunnel 34 ranges. From there it can be led to a land connection point or an offshore substation.
  • a power cable 25.1, 25.2 to a power and power connector 24.1, 24.2 in the coupling device 6.1, 6.2 runs at the top of the tower 5.1, 5.2.
  • a coupling element 23.1, 23.2 of the tower adapter 22.1, 22.2 of the nacelle 4.1, 4.2 to provide a power connection to the gondola-side system components.
  • a cable entry system 33 housed.
  • a bilge pump 47 can be accommodated in this area, which draws from a collecting basin 46 which is attached to the base area 45 of the foundation pile 9.1 and which receives water penetrating at a correspondingly applied inclination of the adjoining sections of the cable tunnel 14.
  • the cable tunnel 14 comprises a transport device 17, which is associated with a rail system 60, which preferably serves for material transport. It is conceivable for transport, assembly and
  • the cable tunnel 14 can be made accessible to operating personnel. In this case, bulkhead and safety systems as well as ventilation equipment
  • FIG. 3 shows a possible method for the installation of a device according to the invention
  • the horizontal drilling machine 35 executes a horizontal boring to guide the cable tunnel 14 to the foundation piles 9.1, 9.2 and to drill them, the foundation piles 9.1, 9.2 being inserted into the seabed 49 in a preliminary step. Shown is the already executed through hole of the foundation pile 9.1, wherein the through holes 21.1 and 21.2 are open, so that the cable passages 10.1, 10.2 are present.
  • Bohrkopfa 39.1, 39.2, which may be formed for example in the form of steel tubes. It is shown that the drill head guide 39.2 in
  • FIG. 4 shows a design alternative for which the cable tunnel 14 does not puncture a foundation post 9.1, but is merely created in its surroundings. In this case, the cable tunnel 14 laterally or below on
  • an electrical busbar 57 is created within the cable tunnel, in which case the cable tunnel 14 is preferably designed to carry air.
  • the electrical connection of individual offshore power generation plants after the realization of the Anstichtunnels is simplified.
  • a cable connection device 43.1 arranged in the interior of a foundation pile 9.1 is used, with which the contacting of the electrical busbar 57 can be carried out automatically or remotely.
  • FIG. 5 shows an offshore energy park 56 having a plurality of offshore power generation plants 1. 1, 1.
  • a plurality of cable tunnels 14. 1, 14. 6 are used, which connect in each case three adjacent offshore power generation plants 1. 1, 1 with an access tunnel 34. It leads the
  • Access tunnel 34 to an access shaft 51, which is created on the mainland 50 The development tunnel 34 may be designed as a large cross-section hole or by a mining process. In particular, a tunnel cross section of more than 3 m is chosen so that a material and
  • Plant transport for the construction of horizontal drilling machines is possible in order to advance the individual cable tunnels 14.1, 14.6, which reach to the offshore power generation plants 1.1, l.n.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the embodiment of Figure 5, wherein between each adjacent cable tunnels 14.1, 14.6 connections are created.
  • two cable tunnels 14.1, 14.6 terminate in the development tunnel 34 for each of the offshore power generation plants 1.1, 1n.
  • This provides different access routes to the individual offshore power generation plants 1.1, ln. It is also conceivable that more than two cable tunnels 14.1, 14. n to the individual offshore
  • Power generation plants 1.1, l.n run an offshore energy park 56, in particular to provide redundant access routes for human operators.
  • Horizontal boring which is preferably used to form a cable tunnel 14, allows only limited radii of curvature that are typically insufficient to connect adjacent offshore power plant 56 assets unless they are in series.
  • Figure 7 shows schematically simplified in a section through the foundation pile 9 spaced, curved
  • Steel tubes serving as drill head guides 39.3, 39.5. These allow a lateral deflection of the drill head for a first drilling direction 53 and a separate second drilling direction 54.
  • Foundation pile 9 allows a deeper drill head guide 39.4.
  • Cable connection devices 43.1, 43.2, 44.3 are arranged, which allow access to the interior of the foundation pile 9 and preferably the automatic retraction of electrical connection cables and their contacting.
  • the offshore energy park 56 illustrated schematically schematically in FIG. 8 comprises a large number of offshore power generation plants, for which only the
  • Conceivable is the creation of redundant connections, with an example of a branching of a cable tunnel at the foundation pile 9.2 is shown, the outer offshore
  • Power generating plant 9.7 leads. Furthermore, additional branches of the cable tunnels 14.1, 14n can be created by the outer offshore power generation plants 9.4, 9.7, 9.8, 9.9,... Of the offshore energy park 56, in order to subsequently expand the park.
  • Unlocking can be another access bay 51.2 for drilling

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Offshore-Energiepark mit mehreren Offshore-Energieerzeugungsanlagen, die jeweils einen von einer Fluidbewegung angetriebenen Leistungsaufnehmer und eine Pfahlgründung mit jeweils mindestens einem Fundamentpfahl umfassen, wobei sich der Fundamentpfahl unter den Meeresgrund erstreckt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kabeltunnel unter dem Meeresgrund die Fundamentpfähle für wenigstens zwei Offshore- Energieerzeugungsanlagen verbindet.

Description

Offshore-Energiepark und Verfahren für dessen Erstellung
Die Erfindung betrifft einen Offshore-Energiepark mit mehreren Offshore- Energieerzeugungsanlagen, die jeweils eine Pfahlgründung mit mindestens einem Fundamentpfahl umfassen, sowie ein Erstellungsverfahren für einen Offshore- Energiepark.
Eine räumliche Gruppierung mehrerer Offshore-Energieerzeugungsanlagen zu einem Offshore-Energiepark ermöglicht die Nutzung einer gemeinsamen
Umspannstation an einem Meeresstandort sowie die Bündelung von
Leistungsübertragungsverbindungen für die Landanbindung. Als Offshore- Energieerzeugungsanlagen kommen Windkraftanlagen oder freistehende
Meeresströmungskraftwerke, insbesondere Gezeitenkraftwerke und
Wellen kraftwerke, in Betracht. Eine typische Bauform stellen
Horizontalläuferturbinen dar, die einen innerhalb einer Maschinengondel untergebrachten elektrischen Generator antreiben. Üblicherweise ruht die
Maschinengondel auf einer Stützstruktur in Form eines Turms, der sich mittels eines Fundaments am Meeresgrund abstützt, wobei für die vorliegende
Anmeldung Fundamente in Form einer Pfahlgründung, die wenigstens einen in den Meeresboden reichenden Fundamentpfahl umfassen, berücksichtigt werden. Dies schließt Monopilegründungen ein, wie sie aus der DE 103 40 088 AI bekannt sind. Es kann aber auch mehr als ein Fundamentpfahl vorliegen. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2004 042 066 AI ein Fundament in Form eines Tripods. Einen Erstellungsschritt zur Errichtung eines Offshore-Energieparks stellt der elektrische Anschluss der einzelnen Offshore-Energieerzeugungsanlagen dar. Typischerweise werden zur Leistungsübertragung Seekabel zwischen den einzelnen Anlagen des Parks und einem Sammelpunkt, beispielsweise in Form einer Umspannstation, verwendet. Zum Schutz solcher elektrischer
Verbindungskabel werden diese häufig mittels eines Hochdruckwasserstrahls in den Meeresboden eingebettet. Des Weiteren sind zu diesem Zweck Fräswerkzeuge für die Kabelverlegung bekannt. Hierzu wird auf die JP 6141430 A verwiesen.
Des Weiteren ist aus der WO 2012/008833 A2 ein Erstellungsverfahren bekannt, für das mittels einer Horizontalbohrmaschine im Freibereich zwischen zwei benachbarten Anlagen ein Bohrkanal geschaffen wird, der ein elektrisches
Verbindungskabel aufnimmt. Der Bohrkanal reicht jeweils bis in das Vorfeld einer Offshore-Energieerzeugungsanlage, sodass das elektrische Verbindungskabel in unmittelbarer Anlagennähe auf dem Meeresgrund bis zu einer Kabelführung am Turm verläuft, die in Form einer J-Tube ausgebildet ist. Derartige externe
Kabelführungssysteme an Türmen werden ferner durch die
DE 10 2008 020 964 AI offenbart.
Eine Schwierigkeit der voranstehend genannten Erstellungsverfahren für den elektrischen Anschluss der Offshore-Energieerzeugungsanlagen eines Offshore- Energieparks besteht darin, dass ein Teil der Verfahrensschritte unter Wasser ausgeführt werden muss. Dies setzt die Verwendung komplexer Tauchroboter oder den gefahrvollen Einsatz von Servicetauchern voraus. Zudem werden konstruktiv aufwendige Seewasserstecker benötigt. Außerdem bestehen an freiliegenden Abschnitten elektrischer Verbindungskabel, die der
Umgebungsströmung ausgesetzt sind, die Gefahr, dass insbesondere ständige Lastwechsel aufgrund einer variierenden Strömung die Lebensdauer des elektrischen Anschlusses begrenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Offshore-Energiepark mit mehreren Offshore-Energieerzeugungsanlagen, die jeweils eine Pfahlgründung umfassen, so zu gestalten, dass die elektrischen Anschlüsse der Anlagen vereinfacht sind und eine erhöhte Standzeit aufweisen. Dabei sollte deren
Erstellung ohne den Einsatz von Tauchern und aufwendigen Tauchrobotern ausführbar sein. Zugleich sollte eine Möglichkeit zur vereinfachten Erweiterbarkeit des Offshore-Energieparks mit zusätzlichen Offshore-Energieerzeugungsanlagen gegeben sein.
Die voranstehend genannte Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Offshore-Energiepark umfasst einen vollständig unter dem Meeresgrund verlaufenden Kabeltunnel, der wenigstens zwei Offshore- Energieerzeugungsanlagen im Bereich der Fundamentpfähle unterirdisch verbindet.
Der Kabeltunnel verläuft für eine erste Ausgestaltung durch die Fundamentpfähle der Offshore-Energieerzeugungsanlagen, was bevorzugt mittels einer
nachträglichen Durchbohrung von in den Meeresboden einzementierten
Fundamentpfählen realisiert werden kann. Alternativ verläuft der Kabeltunnel entlang mehrerer Offshore-Energieerzeugungsanlagen und die Verbindung zwischen den Fundamentpfählen und dem Kabeltunnel erfolgt unterirdisch mittels eines Anstichtunnels von den Offshore-Energieerzeugungsanlagen oder dem Kabeltunnel aus.
Bevorzugt wird über den Kabeltunnel der elektrische Anschluss der Offshore- Energieerzeugungsanlagen des Offshore-Energieparks vollständig unterirdisch verlaufend realisiert. Für eine Weitergestaltung können im Kabeltunnel zusätzlich oder alternativ Versorgungsleitungen für Betriebsmedien, beispielsweise
Spülflüssigkeiten oder hydraulische Medien, sowie Steuer- und Signalleitungen verlegt werden.
Für den elektrischen Anschluss werden elektrische Verbindungskabel zu den einzelnen Offshore-Energieerzeugungsanlagen geführt. Ferner ist eine Ausgestaltung mit einer im Kabeltunnel angeordneten elektrischen Sammelschiene denkbar. Dabei wird insbesondere ein trocken fallender Kabeltunnel bevorzugt, wobei für eine Weitergestaltung die Auskleidung des Kabeltunnels sowie die Sicherheits-, Schott- und Lüftungssysteme so ausgelegt werden, dass ein Zutritt für Servicepersonal in den Kabeltunnel möglich ist. Dabei wird insbesondere eine Ausführung bevorzugt, für die menschliches Servicepersonal über den Kabeltunnel in das Innere des Fundamentpfahls der einzelnen Offshore- Energieerzeugungsanlage gelangen kann. Für eine solche Ausgestaltung wird ein redundant ausgelegtes System von Kabeltunneln bevorzugt, für das jede Offshore- Energieerzeugungsanlage des Offshore-Energieparks über getrennte
Tunnelabschnitte erreichbar ist.
Des Weiteren werden Kabeltunnel bevorzugt, die wenigstens einen
Verzweigungspunkt aufweisen. Dabei kann der Verzweigungspunkt in einem Fundamentpfahl einer Offshore-Energieerzeugungsanlage des Offshore- Energieparks angelegt sein. Werden die Kabeltunnel mittels einer
Horizontalbohrung erstellt, können zu diesem Zweck mehrere Bohrkopfführungen in einem Fundamentpfahl vorliegen, die den Bohrkopf einer
Horizontalbohrmaschine innerhalb des Fundamentpfahls umlenken, sodass unterschiedliche Bohrrichtungen für die hinter dem Fundamentpfahl
vorgetriebenen Kabelkanäle gewählt werden können.
Zur Schaffung eines erweiterbaren Systems von Kabeltunneln wird bevorzugt zunächst ein Erschließungstunnel für den Offshore-Energiepark angelegt, dessen Durchmesser so groß gewählt ist, dass von diesem aus gerichtete
Horizontalbohrungen mittels einer Horizontalbohrmaschine ausgeführt werden können. Damit besteht die Möglichkeit, nach Bedarf nachträglich zusätzliche Kabeltunnel vom Erschließungstunnel aus zu bohren oder bestehende Kabeltunnel zu verlängern, falls der Offshore-Energiepark durch zusätzliche Anlagen vergrößert wird. Alternativ ist es denkbar, Bohrungen von einem zentralen Zugangsschacht aus sternförmig verlaufend anzulegen und für eine Erweiterung des Parks zusätzliche Zugangsschächte anzulegen, sodass ein vernetztes System von Kabeltunneln aus unterschiedlichen Vortriebsrichtungen angelegt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert, die im Einzelnen Folgendes darstellen:
Figur 1 zeigt als Teilschnittdarstellung zwei Offshore-
Energieerzeugungsanlagen eines erfindungsgemäßen Offshore- Energieparks, deren Fundamentpfähle mit einem unter dem
Meeresgrund verlaufenden Kabeltunnel verbunden sind.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Figur 1.
Figur 3 zeigt das Durchbohren der Fundamentpfähle zweier Offshore- Energieerzeugungsanlagen zur Schaffung eines unter dem Meeresgrund verlaufenden, die Anlagen verbindenden Kabeltunnels.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltungsalternative für einen erfindungsgemäßen
Offshore-Energiepark mit einem unter den Fundamentpfählen mehrerer Offshore-Energieerzeugungsanlagen verlaufenden
Kabeltunnel.
Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes System von Kabeltunneln zur
Erschließung eines Offshore-Energieparks.
Figur 6 zeigt eine Weitergestaltung der Ausführung von Figur 5, wobei jede
Offshore-Energieerzeugungsanlage des Offshore-Energieparks über zwei getrennte Kabeltunnel mit einem Erschließungstunnel verbunden ist. Figur 7 zeigt einen Querschnitt eines Fundamentpfahls mit mehreren
Bohrkopfführungen.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausgestaltungsalternative zur Verbindung von
Offshore-Energieerzeugungsanlagen eines Offshore-Energieparks mittels unter dem Meeresgrund verlaufenden Kabeltunneln.
Figur 9 zeigt eine Erweiterung des Offshore-Energieparks von Figur 8.
Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht einen erfindungsgemäßen Offshore- Energiepark 56 mit exemplarischen Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.1, 1.2, die als modulare Gezeitenkraftwerke ausgebildet sind. Diese umfassen jeweils einen rotorförmigen Leistungsaufnehmer 2.1, 2.2, der einen elektrischen
Generator 3.1, 3.2 antreibt, wobei der zwischenliegende Antriebsstrang im
Einzelnen nicht dargestellt ist. Der Leistungsaufnehmer 2.1, 2.2 läuft an einer Maschinengondel 4.1, 4.2 um, die den elektrischen Generator 3.1, 3.2 aufnimmt.
Die Maschinengondel 4.1, 4.2 umfasst einen Turmadapter 22.1, 22.2, der in eine komplementär geformte Kopplungsvorrichtung 6.1, 6.2 am Turm 5.1, 5.2 der
Offshore-Energieerzeugungsanlage 1.1, 1.2 aufgesetzt wird. Dem Turm 5.1, 5.2 ist eine Pfahlgründung 8.1, 8.2 mit mindestens einem Fundamentpfahl 9.1, 9.2 zugeordnet. Für die dargestellte Ausgestaltung ist ein Monopile-Fundament gewählt, wobei der einzelne Fundamentpfahl 9.1, 9.2 einstückig mit dem Turm 5.1, 5.2 verbunden ist.
Die Fundamentpfähle 9.1, 9.2 der Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.1, 1.2 weisen eine Eindringtiefe E in den Meeresboden 49 auf, die als Abstand zwischen dem Meeresgrund 20 und der Sohle des Fundamentpfahls 9.1, 9.2 festgelegt ist. Als Meeresgrund 20 wird eine Mittelung des Meeresbodenniveaus um die Anlage verstanden, wobei der Durchmesser des rotorförmigen Leistungsaufnehmers 2.1, 2.2 den für die Mittlung um die Anlage berücksichtigten Meeresbodenbereich bestimmt. Erfindungsgemäß liegt ein Kabeltunnel 14 vor, der unter dem Meeresgrund 20 die Fundamentpfähle 9.1, 9.2 der Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.1, 1.2 verbindet. Für die dargestellte Ausgestaltung geht der Kabeltunnel 14 von einem Erschließungstunnel 34 aus, wobei ein erster Abschnitt vorliegt, der bis zu einem Kabeldurchgang 10.1 an der Offshore-Energieerzeugungsanlage 1.1 verläuft. Dieser befindet sich auf einer Austrittstiefe T, die kleiner als die Eindringtiefe E des Fundamentpfahls 9.1 ist.
Der Kabeltunnel 14 durchquert den Fundamentpfahl 9.1, sodass ein zweiter Kabeldurchgang 10.2 am Fundamentpfahl 9.1 vorliegt, an den sich ein weiterer Abschnitt des Kabeltunnels 14 anschließt, der vollständig unter dem Meeresgrund verlaufend bis zum Kabeldurchgang 10.3 am Fundamentpfahl 9.2 der Offshore- Energieerzeugungsanlage 1.2 reicht. Skizziert ist ferner die Fortsetzung des Kabeltunnels 14 vom gegenüberliegenden Kabeldurchgang 10.4 am
Fundamentpfahl 9.2, der zu weiteren nicht dargestellten Offshore- Energieerzeugungsanlagen des Offshore-Energieparks 56 führt.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Fundamentpfahls 9.1 aus Figur 1. Der in einer Bohrung 44 mit einer Zementierung 26 fixierte Fundamentpfahl 9.1 weist eine Außenwandung 11.1 auf, die aus einem äußeren Stahlrohr 27 und einem Betoninnenmantel 28 gebildet wird. Im Bereich der Kabeldurchgänge 10.1, 10.2 befinden sich Durchbohrungsstellen 21.1, 21.2 der Außenwandung 11.1. In diesem Bereich liegt eine Öffnung am Stahlrohr 27 vor, sodass der mittels eines Standardbohrkopfs bohrbare Beton innenmantel 28 freiliegt. Figur 2 zeigt den bereits fertigstellten Kabeltunnel 14, der eine wasserdichte Tunnelauskleidung 31 umfasst. Zusätzlich sind an den Kabeldurchgängen 10.1, 10.2 zum Fundamentpfahl 9.1 dichtende Tunnelanschlusselemente 32.1 , 32.2 skizziert.
Der Kabeltunnel 14 dient bevorzugt zur Realisierung des elektrischen Anschlusses einer Offshore-Energieerzeugungsanlage 1.1, 1.2, wobei für die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ausführung von den Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.1, 1.2 jeweils ein separates elektrisches Verbindungskabel 7.1, 7.2 ausgeht, das entlang des Kabeltunnels 14 bis zum Erschließungstunnel 34 reicht. Von dort kann es zu einem Landanbindungspunkt oder einer Offshore-Umspannstation geführt werden.
Anlagenseitig ist das elektrische Verbindungskabel 7.1, 7.2 mit einem
Anschlusselement 13.1, 13.2 in einem trockenen Innenbereich 12.1, 12.2 im Fundamentpfahl 9.1, 9.2 verbunden. Hierdurch wird eine elektrische Anbindung an ein Leistungs- und Betriebsmodul 29 realisiert, von dem aus ein Betriebskabel 25.1, 25.2 zu einem Leistungs- und Versorgungsstecker 24.1, 24.2 im Bereich der Kopplungsvorrichtung 6.1, 6.2 am oberen Teil des Turms 5.1, 5.2 verläuft. In diesen greift ein Kopplungselement 23.1, 23.2 vom Turmadapter 22.1, 22.2 der Maschinengondel 4.1, 4.2 ein, um eine Leistungsverbindung zu den gondelseitigen Anlagenkomponenten zu schaffen.
Innerhalb des typischerweise mit einem Schott-System ausgestatteten, trockenen Innenbereichs 12.1, 12.2 im Fundamentpfahl 9.1, 9.2 sind weitere für die
Realisierung des elektrischen Anschlusses notwendige Komponenten,
beispielsweise ein Kabeleinzugssystem 33, untergebracht. Des Weiteren kann in diesem Bereich eine Lenzpumpe 47 aufgenommen werden, die aus einem am Bodenbereich 45 des Fundamentpfahls 9.1 angelegten Sammelbeckens 46 schöpft, das bei einer entsprechend angelegten Neigung der anschließenden Abschnitte des Kabeltunnels 14 eindringendes Wasser aufnimmt. Für eine bevorzugte Ausgestaltung umfasst der Kabeltunnel 14 eine Transportvorrichtung 17, der ein Schienensystem 60 zugeordnet ist, das bevorzugt für den Materialtransport dient. Denkbar ist für Transport-, Montage- und
Kontaktierungsaufgaben unbemannte Systeme zu den einzelnen Offshore- Energieerzeugungsanlagen 1.1, 1.2 zu führen. Für eine Weitergestaltung kann der Kabeltunnel 14 für Bedienungspersonal zugänglich ausgeführt werden. Für diesen Fall sind Schott- und Sicherheitssysteme sowie Belüftungseinrichtungen
vorzusehen. Denkbar ist jedoch, nur einen Teil des Kabeltunnels 14 bezüglich der Sicherheitsausstattung und den Querschnitt begehbar auszubilden, von denen aus die unbemannt ausgeführten Arbeiten gesteuert werden.
Figur 3 zeigt ein mögliches Verfahren zur Anlage eines erfindungsgemäßen
Kabeltunnels. Skizziert ist eine Horizontalbohrmaschine 35, die innerhalb des Erschließungstunnels 34 aufgebaut ist. Dabei können Kavernen am
Erschließungstunnel 34 angelegt sein, um den für die Handhabung der
Bohrgestänge benötigten Arbeitsraum zur Verfügung zu stellen. Dieses ist im Einzelnen nicht in den Figuren dargestellt.
Die Horizontalbohrmaschine 35 führt eine horizontal gerichtete Bohrung aus, um den Kabeltunnel 14 zu den Fundamentpfählen 9.1, 9.2 zu führen und diese anzubohren, wobei die Fundamentpfähle 9.1, 9.2 in einem vorausgehenden Schritt in den Meeresgrund 49 eingesetzt wurden. Dargestellt ist die bereits ausgeführte Durchbohrung des Fundamentpfahls 9.1, wobei die Durchbohrungsstellen 21.1 und 21.2 geöffnet sind, sodass die Kabeldurchgänge 10.1, 10.2 vorliegen.
Zur Stützung und Lenkung des Bohrkopfs 37 innerhalb der Fundamentpfähle 9.1, 9.2 dienen Bohrkopfführen 39.1, 39.2, die beispielsweise in Form von Stahlrohren ausgebildet sein können. Dargestellt ist, dass die Bohrkopfführung 39.2 im
Fundamentpfahl 9.2 bei einem weiteren Vorschub des Bohrgestänges 36 den Bohrkopf 37 zu der noch nicht geöffneten Durchbohrungsstelle 21.4 führt. Diese Maßnahme wird nachfolgend anhand von Figur 7 genauer erläutert.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltungsalternative für die der Kabeltunnel 14 einen Fundamentpfahl 9.1 nicht ansticht, sondern lediglich in dessen Umgebung angelegt ist. Dabei kann der Kabeltunnel 14 seitlich oder unterhalb am
Fundamentpfahl 9.1 verlaufen. Vorliegend wird ein Verlauf tiefer als die
Eindringtiefe E des Fundamentpfahls und ein Verlauf unterhalb dessen Sohle gewählt. Die Verbindung zwischen dem Fundamentpfahl 9.1 und dem Kabeltunnel 14, insbesondere zur Realisierung eines elektrischen Anschlusses, erfolgt mittels eines Anstichtunnels 59. Dieser ist für die dargestellte bevorzugte Ausgestaltung vom Fundamentsockel 41 aus angelegt, wobei eine im Innern des
Fundamentpfahls 9.1 aufgenommene Bohrvorrichtung 40 verwendet wird.
Der Vorteil der in Figur 4 skizzierten Ausgestaltung stellt die vereinfachte
Erweiterbarkeit eines Offshore-Energieparks 56 dar. Zunächst wird ein hinreichend langer Kabeltunnel 14 angelegt. Die einzelnen Offshore-Energieerzeugungsanlagen des Offshore-Energieparks 56 können dann schrittweise installiert werden, wobei die einzelnen Fundamentpfähle 9.1, 9.n unabhängig installierbar und über jeweils separat angelegte Anstichtunnel 59 mit dem Kabeltunnel 14 verbindbar sind.
Für die Ausgestaltung gemäß Figur 4 ist innerhalb des Kabeltunnels eine elektrische Sammelschiene 57 angelegt, wobei für diesen Fall der Kabeltunnel 14 bevorzugt luftführend ausgeführt ist. Durch diese Maßnahme ist der elektrische Anschluss einzelner Offshore-Energieerzeugungsanlagen nach der Realisierung des Anstichtunnels vereinfacht möglich. Zu diesem Zweck wird eine im Innern eines Fundamentpfahls 9.1 angeordnete Kabelanschlussvorrichtung 43.1 verwendet, mit der die Kontaktierung der elektrischen Sammelschiene 57 automatisiert oder ferngesteuert ausführbar ist. Figur 5 zeigt einen Offshore-Energiepark 56 mit mehreren Offshore- Energieerzeugungsanlagen 1.1, l.n. Verwendet werden mehrere Kabeltunnel 14.1, 14.6, die jeweils drei benachbarte Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.1, l.n mit einem Erschließungstunnel 34 verbinden. Dabei führt der
Erschließungstunnel 34 zu einem Zugangsschacht 51, der am Festland 50 angelegt ist. Der Erschließungstunnel 34 kann als Bohrung mit einem großen Querschnitt oder durch ein bergmännisches Verfahren angelegt sein. Dabei wird insbesondere ein Tunnelquerschnitt von mehr als 3 m gewählt, sodass ein Material- und
Anlagentransport zur Errichtung von Horizontalbohrmaschinen möglich ist, um die einzelnen Kabeltunnel 14.1, 14.6, die zu den Offshore- Energieerzeugungsanlagen 1.1, l.n reichen, vorzutreiben.
Für die Ausführungsform gemäß Figur 5 ist eine einfache Erweiterbarkeit des Offshore-Energieparks 56 gegeben. In einem ersten Erstellungsschritt wird der
Erschließungstunnel 34 angelegt. Für die nachfolgenden an die jeweilige Kapazität des Offshore-Energieparks 56 angepassten Errichtungs- und Erweiterungsschritte werden die für die installierte Anlagenanzahl notwendigen Kabeltunnel 14.1, 14.6 erstellt. Diese können unter Umständen für eine spätere Erweiterung des Offshore-Energieparks 56 verlängert werden oder es werden zusätzliche vom Erschließungstunnel 34 ausgehende Kabeltunnel 14.1, 14.6 gebohrt.
Figur 6 zeigt eine Weitergestaltung des Ausführungsbeispiels von Figur 5, wobei zwischen jeweils benachbarten Kabeltunneln 14.1, 14.6 Verbindungen geschaffen werden. Hierzu wird exemplarisch auf den Tunnelabschnitt 52.1 zwischen den Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.3 und 1.6 verwiesen. Durch diese Maßnahme bestehen für jede der Offshore-Energieerzeugungsanlagen 1.1, l.n zwei Kabeltunnel 14.1, 14.6, die in den Erschließungstunnel 34 münden. Damit sind unterschiedliche Zugangswege zu den einzelnen Offshore- Energieerzeugungsanlagen 1.1, l.n gegeben. Denkbar ist ferner, dass mehr als zwei Kabeltunnel 14.1, 14. n zu den einzelnen Offshore-
Energieerzeugungsanlagen 1.1, l.n eines Offshore-Energieparks 56 führen, um insbesondere Zugangswege für menschliches Bedienpersonal redundant auszulegen.
Horizontal gerichtetes Bohren, das bevorzugt zur Anlage eines Kabeltunnels 14 verwendet wird, erlaubt nur begrenzte Kurvenradien, die typischerweise nicht ausreichen, um benachbarte Anlagen eines Offshore-Energieparks 56 miteinander zu verbinden, soweit diese nicht in Reihe stehen. Bevorzugt umfasst ein
Fundamentpfahl 9 daher mehrere Bohrkopfführungen, die abzweigende
Bohrungen ermöglichen. Hierzu zeigt Figur 7 schematisch vereinfacht in einem Schnitt durch den Fundamentpfahl 9 beabstandet angeordnete, gebogene
Stahlrohre, die als Bohrkopfführungen 39.3, 39.5 dienen. Diese erlauben ein seitliches Ablenken des Bohrkopfs für eine erste Bohrrichtung 53 und eine hiervon getrennte zweite Bohrrichtung 54. Ein geradliniges Durchbohren des
Fundamentpfahls 9 ermöglicht eine tiefer angelegte Bohrkopfführung 39.4. Damit kann der Austrittswinkel des Bohrkopfs 39 nach dem Durchbohren eines
Fundamentpfahls 9 durch die gezielte Wahl der Anbohrstelle und damit die Auswahl einer bestimmten Bohrkopfführung 39.3, 39.4, 39.5 festgelegt werden. Des Weiteren sind an den Bohrkopfführung 39.3, 39.4, 39.5
Kabelanschlussvorrichtungen 43.1, 43.2, 44.3 angeordnet, die einen Zugang in das Innere des Fundamentpfahls 9 und bevorzugt das automatische Einziehen von elektrischen Verbindungskabel und deren Kontaktierung ermöglichen. Der in Figur 8 schematisch vereinfacht gezeigte Offshore-Energiepark 56 umfasst eine Vielzahl von Offshore-Energieerzeugungsanlagen, für die lediglich die
Standorte der Fundamentpfähle 9.1, 9.n skizziert sind. Zur Anlage von
Kabeltunneln 14.1, 14. n wird zunächst ein Zugangsschacht 51 angelegt. Dieser kann in einem ersten Erschließungsschritt von einer zentralen
Versorgungsplattform des Offshore-Energieparks 56 aus erstellt werden. Unter dem Meeresgrund 20 werden vom Zugangsschacht 51 aus Tunnelabschnitte 52.2, 52.4, 52.6 und 52.8 mit solchen Kavernenabmessungen angelegt, dass eine Horizontalbohrmaschine samt Bohrgestänge aufgebaut werden kann. Für die bevorzugte Ausgestaltung reichen die Tunnelabschnitte 52.2, 52.4, 52.6 und 52.8 bereits soweit, dass jeweils eine Verbindung zwischen dem Zugangsschacht 51 und einer benachbarten Offshore-Energieerzeugungsanlage hergestellt wird. Hierzu wird auf den Tunnelabschnitt 52.2 verwiesen, der bis zur Offshore- Energieerzeugungsanlage 9.5 reicht. An der Offshore-Energieerzeugungsanlage 9.5 liegt ein Verzweigungspunkt 58.1 vor, von dem aus Kabeltunnel 14.2, 14.3 und 14.4 zu den Offshore- Energieerzeugungsanlagen 9.6, 9.10 geschaffen werden. Weitere Kabeltunnel entstehen durch einen von den Tunnelabschnitten 52.2, 52.4, 52.6, 52.8 oder dem Zugangsschacht 51 aus vorgetriebenen Horizontalbohrungen. Hierzu wird auf die Kabeltunnel 14.1 und 14.5 verwiesen.
Die sternförmige Anordnung der Kabeltunnel 14.1, 14. n kann auf
unterschiedliche Weise erweitert werden. Denkbar ist die Schaffung redundanter Verbindungen, wobei exemplarisch eine Verzweigung eines Kabeltunnels am Fundamentpfahl 9.2 gezeigt ist, der zur äußeren Offshore-
Energieerzeugungsanlage 9.7 führt. Des Weiteren können von den äußeren Offshore-Energieerzeugungsanlagen 9.4, 9.7, 9.8, 9.9, ... des Offshore- Energieparks 56 aus zusätzliche Verzweigungen der Kabeltunnel 14.1, 14. n angelegt werden, um den Park nachträglich zu erweitern.
Eine weitere Maßnahme zur Parkerweiterung ist in Figur 9 skizziert. Für eine bereits existierende vom Zugangsschacht 51.1 ausgehende, sternförmige
Erschließung kann ein weiterer Zugangsschacht 51.2 zum Bohren von
Kabeltunneln zu zusätzlich errichteten Fundamentpfählen 9.n+l ... 9.n angelegt werden. Des Weiteren ist durch diese Maßnahme eine redundante Parkerschließung möglich. Hierzu wird auf die Kabeltunnel 14.5, 14.6 verwiesen, die den Fundamentpfahl 9.11 mit unterschiedlichen Zugangsschächten 51.1, 51.2 verbindet. Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche sind denkbar.
Bezugszeichenliste
I, 1.1, ..., l.n Offshore-Energieerzeugungsanlage 2.1, 2.2 Leistungsaufnehmer
3.1, 3.2 elektrischer Generator
4.1, 4.2 Maschinengondel
5.1, 5.n Turm
6.1, 6.2 Kopplungsvorrichtung
7.1, 7.2 elektrisches Verbindungskanal 8.1, 8.2 Pfahlgründung
9, 9.1, 9.m Fundamentpfahl
10, 10.1, 10.4 Kabeldurchgang
II.1, 11.2 Außenwandung
12.1, 12.2 trockener Innenbereich
13.1, 13.2 Anschlusselement
14, 14.1, 14.n Kabeltunnel
17 Transportvorrichtung
20 Meeresgrund
21.1, 21.4 Durchbohrungsstelle
22.1, 22.2 Turmadapter
23.1, 23.2 Kopplungselement
24.1, 24.2 Leistungs- und Versorgungsstecker
25.1, 25.2 Betriebskabel
26 Zementierung
27 Stahlrohr
28 Betoninnenmantel
29 Leistungs- und Betriebsmodul
30.1, 30.2 Kabel ha Iterung
31 Tunnelauskleidung
32.1, 32.2 Tunnelanschlusselemente 3 Kabeleinzugssystem 4 Erschließungstunnel 5 Horizontalbohrmaschine 6 Bohrgestänge
7 Bohrkopf
9.1, 39.2, ..., 39. Bohrkopfführung
0 Bohrvorrichtung
1 Fundamentsockel
3.1, 43.2, 43.3 Kabelanschlussvorrichtung 4 Bohrung
5 Bodenbereich
6 Sammelbecken
7 Lenzpumpe
8 Einlassraum
9 Meeresboden
50 Festland
51, 51.1, 51.2 Zugangsschacht
52.1, ..., 52.η Tunnelabschnitt
53 erste Bohrrichtung
54 zweite Bohrrichtung
55 dritte Bohrrichtung
56 Offshore-Energiepark
57 elektrische Sammelschiene
58.1, ..., 58.4 Verzweigungspunkt
59 Anstichtunnel
60 Schienensystem
Ε Eindringtiefe
Η Stufenhöhe
Austrittstiefe

Claims

Patentansprüche
1. Offshore-Energiepark mit mehreren Offshore-Energieerzeugungsanlagen (1.1, 1.2), die jeweils einen von einer Fluidbewegung angetriebenen Leistungsaufnehmer (2.1, 2.2) und eine Pfahlgründung (8.1, 8.2) mit jeweils mindestens einem Fundamentpfahl (9.1, 9.2) umfassen, wobei sich der Fundamentpfahl (9.1, 9.2) unter den Meeresgrund (20) erstreckt;
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Kabeltunnel (14) unter dem Meeresgrund (20) die
Fundamentpfähle (9.1, 9.2) für wenigstens zwei Offshore- Energieerzeugungsanlagen (1.1, 1.2) verbindet.
2. Offshore-Energiepark nach Anspruch 1, wobei ein elektrischer Anschluss für die Offshore-Energieerzeugungsanlagen (1.1, 1.2) durch den Kabeltunnel (14) erfolgt.
3. Offshore-Energiepark nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der
Kabeltunnel (14) eine Transportvorrichtung (17) umfasst.
4. Offshore-Energiepark nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Offshore-Energiepark mehrere Kabeltunnel (14.1, 14. n) umfasst, die in einen Erschließungstunnel (34) münden.
5. Offshore-Energiepark nach Anspruch 4, wobei jede Offshore- Energieerzeugungsanlage (1.1, 1.2) zwei getrennte Tunnelverbindungen zum Erschließungstunnel (34) aufweist.
6. Offshore-Energiepark nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei an wenigstens einem Kabeltunnel (14, 14.1, 14. n) wenigstens ein Verzweigungspunkt (58.1, 58.4) vorliegt.
7. Offshore-Energiepark nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei sich der Kabeltunnel (14, 14.1, 14. n) durch den Fundamentpfahl (9.1, 9.2) wenigstens einer Offshore-Energieerzeugungsanlage (1.1, 1.2) erstreckt.
8. Offshore-Energiepark nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Kabeltunnel (14, 14.1, 14. n) als Horizontalbohrung ausgeführt ist.
9. Offshore-Energiepark nach Anspruch 9, wobei im Fundamentpfahl (9.1, 9.2) eine Bohrkopfführung (39.1, 39.5) angeordnet ist.
10. Offshore-Energiepark nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Kabeltunnel (14, 14.1, 14. n) an den Fundamentpfählen (9.1, 9.2) der Offshore-Energieerzeugungsanlagen (1.1, 1.2) entlang läuft und eine Verbindung zwischen dem Kabeltunnel (14, 14.1, 14. n) und den
Fundamentpfählen (9.1, 9.2) als Anstichtunnel (59) vorliegt.
11. Offshore-Energiepark nach Anspruch 11, wobei der Kabeltunnel (14, 14.1,
14. n) tiefer unter dem Meeresgrund (20) verläuft als die Eindringtiefe (E) der Fundamentpfähle (9.1, 9.2) in den Meeresboden (49).
12. Offshore-Energiepark nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Kabeltunnel (14, 14.1, 14. n) trockenfallend angelegt ist.
13. Verfahren für die Erstellung eines Offshore-Energieparks (56) mit mehreren Offshore-Energieerzeugungsanlagen (1.1, 1.2), die jeweils einen von einer Fluidbewegung angetriebenen Leistungsaufnehmer (2.1, 2.2) und eine Pfahlgründung (8.1, 8.2) mit jeweils mindestens einem Fundamentpfahl (9.1, 9.2) umfassen, wobei sich der Fundamentpfahl (9.1, 9.2) unter dem Meeresgrund (20) erstreckt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fundamentpfähle (9.1, 9.2) für wenigstens zwei Offshore- Energieerzeugungsanlagen (1.1, 1.2) unter dem Meeresgrund (20) durch einen Kabeltunnel (14) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Kabeltunnel (14) mittels
Durchbohren der Fundamentpfähle (9.1, 9.2) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verbindung zwischen Kabeltunnel (14) und den Fundamentpfählen (9.1, 9.2) über Anstichtunnel (59) angelegt wird.
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