WO2020001931A1 - Schwimmkörper zum tragen einer energetischen anlage - Google Patents

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WO2020001931A1
WO2020001931A1 PCT/EP2019/064429 EP2019064429W WO2020001931A1 WO 2020001931 A1 WO2020001931 A1 WO 2020001931A1 EP 2019064429 W EP2019064429 W EP 2019064429W WO 2020001931 A1 WO2020001931 A1 WO 2020001931A1
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WO
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wall
float
cooling circuit
floating body
ballast
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PCT/EP2019/064429
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Inventor
Jörg FINDEISEN
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12—Heating; Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/04—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
    • B63B1/048—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull with hull extending principally vertically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • F01P3/207—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine liquid-to-liquid heat-exchanging relative to marine vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/442—Spar-type semi-submersible structures, i.e. shaped as single slender, e.g. substantially cylindrical or trussed vertical bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants

Definitions

  • the invention relates to a floating body for carrying
  • At least one component of an energy system such as a device for connecting a floating wind farm, also as a floating offshore wind farm
  • An energy system is, for example, a power plant, a substation, a converter or converter station, or an associated electrical component, a wind turbine or the like.
  • An insulating fluid e.g. a mineral oil or an ester liquid.
  • Circulation of the insulating fluid can be effected, for example, by natural convection as a result of heat transferred from the component to the insulating fluid.
  • This heat can be removed from the cooling circuit to ambient air by passive or actively driven convection and
  • Such cooling circuits are also referred to as ONAN cooling devices, short for English: oil natural air natural, or, in the case of actively driven cooling, as ONAF cooling devices, short for English: oil natural air forced.
  • ONAN cooling devices have a considerable mass and require a large amount of space. With ONAF cooling devices, the actively driven cooling is susceptible to corrosion and / or defects.
  • Dual-circuit cooling systems with fresh water in a closed intermediate circuit and salt water from the sea in an open main circuit Dual-circuit cooling systems with fresh water in a closed intermediate circuit and salt water from the sea in an open main circuit.
  • Fouling (algae mussels and polyps) contaminates the heat transfer surfaces in the
  • the known protection methods do not prevent the main circuit from being corroded by the sea water and the resulting need for maintenance, in particular for the coolers, filters and pumps.
  • Floating bodies in the form of self-floating platforms can be used to support the energy system.
  • Floats are anchored to the installation site on the sea floor.
  • the floating body usually comprises a stabilization zone for stabilizing the position of the floating body and a buoyancy zone which brings about the buoyancy.
  • the floating body is mostly formed as a hollow structure made of steel pipes, which form a foundation volume, which is to a large extent below the water surface.
  • the present invention is dedicated to the task of simplifying the construction of components for connecting a deep-sea wind farm, the maintenance requirements of these components,
  • a floating body with a cooling device for cooling a component of a device is used
  • the floating body comprises a wall, part of the wall comprising a buoyancy zone of the floating body and another part of the wall comprising a stabilization zone of the floating body.
  • One part is intended for at least partial arrangement under a water surface.
  • the other part is intended for complete placement under the water surface.
  • the cooling device comprises at least one closed main cooling circuit, the closed main cooling circuit being designed to be cooled at least over one part of the wall.
  • Main cooling circuit can in particular be designed passively, so that there is no need for maintenance on pumps.
  • the wall is
  • the main cooling circuit is thus at least partially encompassed by the wall and the further wall.
  • the stabilization zone of the float can be from another cylindrical, coaxial to the wall
  • the main cooling circuit is at least partially surrounded by the wall and yet another wall. This further improves cooling.
  • the second wall of the cooling device is represented by a profile welded onto the wall of the hollow structure, for example a U-profile made of steel. This can be arranged both vertically and in a ring on the wall.
  • Stabilization zone or ballast zone of the float one or more components for network connection. Then there is no need for a ballast body or the necessary ballast can be significantly reduced.
  • components and / or ballast bodies are arranged deeper in the floating body, the greater their mass or their density. This will be described below.
  • ballast bodies required components of the grid connection of a wind farm are used as ballast bodies. Furthermore, the components housed in this way then do not need their own
  • the main cooling circuit can include a pump.
  • the main cooling circuit can be connected to an intermediate cooling circuit via a heat exchanger, the
  • Intermediate cooling circuit include a further pump and can be set up to cool the component.
  • the main cooling circuit can be passive and can be pre-set to one above the component in the water
  • the main cooling circuit is particularly low-maintenance.
  • the one serving as the external cooling device is preferred.
  • heat-generating component which corresponds to at least half the height of the interior of the heat-generating component.
  • the natural drive of the coolant is caused by the different density of the coolant in the heat-generating component and the cooling system.
  • Raising the cold oil column in the cooling device causes an increase in the coolant flow
  • a further embodiment of the invention provides that at least one hollow structure element, which in the
  • Ballast zone of the floating body is arranged, is at least partially filled with coolant of the main cooling circuit, which is integrated in the main cooling circuit.
  • This coolant storage is a simplified heat storage and also contributes as a ballast mass
  • Coolant store in front which comprises a heat store, in particular a heat store with a heat storage liquid for absorbing heat from the coolant.
  • the heat storage mentioned here is in the strict sense
  • a heat store in a coolant store enables cooling of the coolant in the coolant store.
  • Hollow structure elements of the floating body advantageously use the volumes present in the hollow structure elements for space-saving and almost free accommodation of the heat storage.
  • ballast bodies are preferably designed and arranged in such a way that the cooling liquid flows through them and can thus be used as a heat store.
  • Flow guide device for a heat storage fluid of the heat storage device are suitable for this Flow directing devices with nested thin-walled cylinders for flow conduction.
  • Heat storage can be avoided.
  • Another embodiment of the invention provides, alternatively or in addition to heat stores with heat storage liquid, at least one coolant store arranged in a hollow structure element and comprising a latent heat store.
  • heat storage liquid at least one coolant store arranged in a hollow structure element and comprising a latent heat store.
  • Phase change materials are preferably used for heat / cold storage.
  • the enthalpy-temperature profile of paraffins and paraffin mixtures can easily be matched to the temperature range of an offshore cooling system.
  • Stabilization of the float can be used.
  • the main cooling circuit is preferably opposite that
  • Floating body and arranged in contact with the wall of the floating body.
  • Ballast liquid of the ballast or stabilization zone of the float is included as a heat store in the main cooling circuit.
  • the ballast room is in the
  • Cooling device can have large volume, cooling power peaks of the components can in this way
  • the floating body is preferably designed such that the section of the floating body provided as a cooling device in the region of the buoyancy zone only has a small part of a horizontal cross-sectional area of the hollow structure of the
  • a further embodiment provides at least one compensation chamber containing a gas for accommodating the thermally induced fluctuations in volume of the coolant, so that the fluctuations in volume of the coolant are caused by
  • This compensation space is also advantageously arranged in a hollow structure of the float below the water surface.
  • a further preferred embodiment relates to the components for the network connection which represent a ballast body and which, owing to their function, are dependent on them
  • the volume difference between the ballast space and the electrical components is filled up by a ballast liquid. So that for
  • the coolant of the main cooling circuit can be used for filling and thus take on both a function as ballast for stabilizing the floating body and as an additional heat store.
  • the hollow structural elements of the floating body are particularly advantageous as cooling elements and / or
  • Coolant storage since they are arranged below the water level of the water surrounding the transformer platform and large outer surfaces for cooling the coolant in the
  • the coolant itself can also represent this ballast liquid.
  • the floating body can have flow guiding devices, which can be designed to direct water flows to one part of the wall, and / or stiffening elements, which can be designed, a cooling liquid of the Main cooling circuit include. This further improves cooling.
  • the main cooling circuit at least can be a vertical one
  • Cylinder cooler a horizontal cylinder cooler, a tube bundle cooler, a cylinder tube cooler, a one-sided slit cooler and / or a spiral tube cooler. This further improves cooling.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention.
  • Embodiments of the present invention are concerned with the floating body of "floating offshore" constructions which have a large closed buoyancy zone filled with a gas (mostly air), the volume of which is determined by the load to be carried
  • a gas mostly air
  • Component of a network connection of an offshore wind farm for example a substation or a transformer, as ballast in the stabilization zone of the floating body arranged and the wall of the float used as a cooling surface.
  • the direct exchange of sea water driven by pumps can be dispensed with.
  • the heat loss from the components of the offshore plant is transferred to a main cooling circuit via heat exchangers.
  • This is filled with a medium that is not or not very critical to corrosion.
  • fresh water is used as the cooling medium.
  • the cooling device is used as a two-circuit cooling system
  • Main cooling circuit and intermediate cooling circuit implemented.
  • the main cooler, the main cooling circuit, is through in the
  • Pipe segments existing or additionally arranged on the structure are formed offshore structure.
  • the floating bodies of floating offshore power generation plants also known as foundation structures, are mostly made of steel pipes.
  • the given pipe sections are arranged and connected to one another in such a way that a coolant can flow in this arrangement.
  • These connected pipe sections are now integrated in the main cooling circuit.
  • Constructions of the float have a large volume in which the cooling medium now circulates.
  • Total surface of the arrangement according to the invention which is now flowed around inside by the cooling medium and outside by the sea water, is significant and enables effective cooling of the
  • the closed circuit makes coolant cleaning unnecessary.
  • An exemplary coolant is fresh water.
  • additives ensure that contaminations in the main cooling circuit can be tolerated for several years
  • glysantine or corrosion inhibitors can be added to the water to reduce corrosion and to protect pipe parts above the water surface from frost.
  • Training examples of the invention include one inside the foundation elements of the offshore structure
  • tubular offshore structural elements are included
  • the stiffeners can additionally be designed in such a way that they can simultaneously take on a function as cooling fins.
  • Invention are attached to the wall of the pipe segments or profiles (for example U-profiles) in such a way that they form spaces which are used for the transport of coolant.
  • the structural elements are connected to coolant channels in an exemplary embodiment of the invention in such a way that the natural through the
  • these coolers are used in segments of the floating used as coolant storage
  • the structural parts used for cooling are arranged on the wall of the segments around which seawater flows.
  • the structural elements of the floating bodies which serve for cooling are designed in such a way that they have a large collecting area for the
  • the outer skin are also referred to as tube segments
  • Structural elements of the floating body provide additional warmth
  • emitting surfaces attached, which are placed in areas with favorable coolant flow conditions. Depending on the flow conditions, these surfaces are either horizontally, vertically or angled. The shape and arrangement of these surfaces is chosen so that on the one hand there is a maximum coating with the cooling medium water and at the same time a disturbance in the coating of other heat-emitting parts is avoided.
  • the stiffeners and / or additional cooling surfaces can be designed as a flow guiding device.
  • Buoyancy zone and a stabilization zone of the floating body which comprises a cooling device with at least one closed main cooling circuit, wherein the
  • Main cooling circuit is prepared to be cooled at least over one part of the wall can be as
  • Insulating liquid in the intercooling circuit can be kept low.
  • Figure 1 shows schematically a first embodiment of an example as a "floating substation" or
  • Transformer platform designed device for network connection 500 with a cooling device 400 for cooling a
  • Component 510 of the device for network connection 500 is, for example, a transformer.
  • the substation 500 is in the water 52 in the open sea off a coast.
  • the platform foundation of the transformer platform 500 comprises at least one floating body 200.
  • the floating body 200 comprises several vertically
  • Form substation platform 500 Hollow structure elements protrude from the water 52 and carry one in the example
  • Platform head of the substation platform 500 The components 510 of the substation, which can also be referred to as a converter station, are located on the platform head.
  • the In the example, hollow structure elements are connected by connecting elements running below the platform head in the water 52
  • the cooling device 400 comprises a two-circuit system with a closed intermediate cooling circuit 420 and one
  • Heat exchanger 430 are thermally coupled.
  • the intermediate cooling circuit 420 is thermally coupled directly to the component 510. It comprises first pipelines and a first pump 415.
  • the main cooling circuit 410 comprises second pipelines and a second pump 425.
  • the main cooling circuit is thermally coupled directly to the wall of the hollow structure elements, so that it can be cooled at least via a part of the wall arranged in the seawater.
  • the second pump 425 is used in the first
  • Main cooling circuit 410 pumped.
  • Fresh water is preferably used as the coolant in the main cooling circuit 410 of the first exemplary embodiment. To reduce corrosion, reduce pollution and
  • Portions of the main cooling circuit 410 may also add additives, such as glysantine and / or, to the fresh water
  • connecting hollow structure elements therefore carry coolant and are integrated in the main cooling circuit 410. Since they have large outer surfaces lying below the water level 50 of the water 52 surrounding the transformer platform 500, can thereby advantageously coolant in the pillars forming hollow structural elements and the connecting
  • Hollow structure elements can be cooled efficiently.
  • the walls surrounding the coolant are designed with only a small distance between them
  • additional cooling fins 440 are provided to increase the heat-emitting surface, which are formed here by a corresponding design of the stiffeners 440 required anyway for the mechanical strength. Furthermore, a ballast body 225 as well as a coolant store 450 and a heat store 460 are arranged in the ballast zone of the floating body. At the same time, these form a ballast mass to stabilize the float.
  • the coolant is pumped through the main cooling circuit 410 by means of the second pump 425, so that it flows through the
  • the coolant flows from the heat exchanger 430 via a second pipeline into the area surrounding the inner pipe in the first of the hollow structure elements forming the supporting legs. That flows from there
  • Coolant down along the inner tube and into the first connecting hollow structure element Via the first connecting hollow structure element, it flows into the second hollow structure element forming the supporting legs and from there into the second connecting hollow structure element. From the second connecting hollow structure element, the coolant then flows through the opening into the inner tube and from there finally via a second tube projecting into the inner tube back to the heat exchanger. Forming on the outside of the legs
  • Hollow structural elements are each arranged first stiffening elements that act as the outer surfaces of these
  • Cooling fins that enlarge hollow structure elements are designed for cooling coolant.
  • Float 200 arranged cooling elements both over the buoyancy zone of the float 200 and on the
  • ballast required to stabilize the floating structure is formed in the exemplary embodiment by component 510, for example a transformer, and ballast body 225. These are arranged in the stabilization or ballast zone of the float.
  • the components 510 and / or ballast body 225 are arranged deeper in the floating body, the greater their mass or their density.
  • the ballast is caused by the component 510 and the
  • Ballast body 225 and the ballast liquid 229 are formed in the stabilization zone 220 of the floating body 200.
  • this ballast liquid 229 is used as a heat store in the main cooling circuit 410
  • the ballast room is in the
  • cooling power peaks can be exemplified as
  • Compensate transformer-formed component 510 Compensate transformer-formed component 510.
  • another heat store 460 e.g. a latent heat storage device can be arranged in the ballast room. in the
  • An exemplary embodiment is a ballast body 225
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention.
  • Floating bodies 200 are attached to cooling elements, which are connected directly to the example via a riser
  • Transformer-trained component 510 are connected.
  • the cooling fluid in the main cooling circuit 410 which is the only cooling circuit of the cooling device 400, is driven directly, without pumps.
  • the section of the wall 201 which serves as the external cooling device 400 is raised compared to the heat-generating component 510
  • Raising the cold oil column in the cooling device causes an increase in the coolant flow
  • Self-propelled and pumps can be dispensed with in this cooling circuit.
  • a heat store 460 is also provided. In this exemplary embodiment, this is formed by a ballast body 225 which is provided with channels for the coolant. The integration into the cooling circuit takes place in the
  • the coolers attached to the inner wall of the buoyancy zone of the floating body 200 are connected to a via a line
  • expansion vessel 419 which the absorbs thermal fluctuations in the volume of the coolant.
  • the expansion tank is below the

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Abstract

Schwimmkörper zum Tragen einer energetischen Anlage Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwimmkörper mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Komponente (510) eines schwimmenden Hochseewindparks. Der Schwimmkörper umfasst eine Wandung (201). Von einem Teil der Wandung ist eine Auftriebszone (210) des Schwimmkörpers und von einem anderen Teil der Wandung (201) ist eine Stabilisierungszone (220) des Schwimmkörpers umfasst. Der eine Teil ist zur zumindest teilweisen Anordnung unter einer Wasseroberfläche (50) und der andere Teil zur vollständigen Anordnung unter der Wasseroberfläche (50) vorgesehen. Die Kühlvorrichtung umfasst zumindest einen geschlossenen Hauptkühlkreislauf (410). Der Hauptkühlkreislauf (410) ist vorgerichtet, zumindest über den einen Teil der Wandung (201) gekühlt zu werden.

Description

Beschreibung
- Schwimmkörper zum Tragen einer energetischen Anlage -
Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper zum Tragen
mindestens einer Komponente einer energetischen Anlage wie beispielsweise einer Vorrichtung zur Netzanbindung eines schwimmenden, auch als Floating-Offshore-Windparks
bezeichneten Hochseewindparks.
Eine energetische Anlage ist beispielsweise ein Kraftwerk, ein Umspannwerk, eine Konverter- oder Umrichertstation, oder ein zugehöriges elektrisches Bauteil, eine Windkraftanlage oder dergleichen.
Zur Kühlung solcher Komponenten, beispielsweise eines
Transformators, kann ein Kühlkreislauf verwendet werden. Im Kühlkreislauf kann beispielsweise ein Isolierfluid, wie z.B. ein mineralisches Öl oder eine Esterflüssigkeit, zirkulieren.
Zirkulation des Isolierfluids kann beispielsweise durch natürliche Konvektion infolge von auf das Isolierfluid von der Komponente übertragener Wärme bewirkt werden. Die
Abführung dieser Wärme aus dem Kühlkreislauf an Umgebungsluft kann durch passive oder aktiv getriebene Konvektion und
Wärmestrahlung erfolgen. Solche Kühlkreisläufe werden auch als ONAN-Kühlvorrichtungen, kurz für Englisch: oil natural air natural, beziehungsweise, im Falle aktiv getriebener Kühlung, als ONAF-Kühlvorrichtungen, kurz für Englisch: oil natural air forced, bezeichnet.
ONAN-Kühlvorrichtungen haben eine erhebliche Masse und erfordern einen hohen Raumbedarf. Bei ONAF-Kühlvorrichtungen ist die aktiv getriebene Kühlung anfällig für Korrosion und/oder Defekte.
Seeseitige Konverterstation einer Hochspannungs-Gleichstrom übertragungsstrecke, HGÜ, weisen auf Grund der notwendigen Ventilkühlung hohe abzuführende Wärmeverluste auf. Daher kommt in solchen Konverterstation beispielsweise ein
Zweikreis-Kühlsystemen mit Süßwasser in einem geschlossenen Zwischenkreislauf und Salzwasser aus dem Meer in einem offenen Hauptkreislauf zum Einsatz.
Durch Fouling (Algen Muscheln und Polypen) kommt zu einer Verunreinigung der wärmeübertragenden Flächen im
Hauptkreislauf des Wärmeüberträges zwischen Zwischen- und Hauptkreislauf und damit zu einer Verschlechterung der
Wärmeübergangskoeffizienten .
In Seewasser nutzenden Kühlvorrichtungen wird daher zumeist eine Vorfiltration des Kühlwassers genutzt, die dafür
erforderlichen Anlagen haben ebenfalls einen Wartungsbedarf.
Aus DE10324228A1 ist der Schutz einer Kühlvorrichtung auf Seewasserbasis mittels Hochspannung bekannt. Aus
DE19913459C1, FR2596144A1 und DE19810185C1 sind
Spiralwärmeaustauscher bekannt. Verbesserungen bei der
Gestaltung von Rohrkühlern werden in DE19959467B4
beschrieben .
Die vorbekannten Schutzverfahren verhindern jedoch auch nicht die Korrosion des Hauptkreislaufs durch das Seewasser und den daraus resultierenden Wartungsbedarf insbesondere für die Kühler, Filter und Pumpen.
Zur Nutzung der Windenergie auf See in größeren Wassertiefen, die keine Fundamentierung der für die Netzanbindung
notwendigen energetischen Anlage erlauben, können
Schwimmkörper in der Form selbstschwimmender Plattformen zum Tragen der energetischen Anlage verwendet werden. Die
Schwimmkörper sind dabei am Aufstellungsort am Meeresboden verankert . Der Schwimmkörper umfasst dabei üblicherweise eine Stabilisierungszone zur Lagestabilisierung des Schwimmkörpers und eine Auftriebszone, die die Schwimmfähigkeit bewirkt.
Der Schwimmkörper wird zumeist als eine Hohlstruktur aus Stahlrohren gebildet, die ein Fundamentvolumen bilden, welches sich zu einem großen Teil unter der Wasseroberfläche befindet .
Die vorliegende Erfindung widmet sich der Aufgabe, den Aufbau von Komponenten zur Netzanbindung eines Hochseewindparks zu vereinfachen, den Wartungsbedarf dieser Komponenten,
insbesondere ihrer Kühlanlage zu senken, Platzbedarf und Masse der Kühlanlage zu verringern sowie einen vereinfachten Schwimmkörper für oben genannte Anwendungen zur Verfügung zu stellen .
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Gegenstände gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Schwimmkörper mit Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Komponente einer Vorrichtung zur
Netzanbindung eines schwimmenden Hochseewindparks zur
Verfügung gestellt.
Der Schwimmkörper umfasst eine Wandung, wobei von einem Teil der Wandung eine Auftriebszone des Schwimmkörpers und von einem anderen Teil der Wandung eine Stabilisierungszone des Schwimmkörpers umfasst ist. Der eine Teil ist zur zumindest teilweisen Anordnung unter einer Wasseroberfläche vorgesehen. Der andere Teil ist zur vollständigen Anordnung unter der Wasseroberfläche vorgesehen. Die Kühlvorrichtung umfasst zumindest einen geschlossenen Hauptkühlkreislauf, wobei der geschlossene Hauptkühlkreislauf vorgerichtet ist, zumindest über den einen Teil der Wandung gekühlt zu werden.
Durch die Kühlung über den im Wasser befindlichen Teil der Wandung, die die Auftriebszone des Schwimmkörpers umfasst, ist eine substanzielle Wärmeabfuhr möglich. Der
Hauptkühlkreislauf kann insbesondere passiv ausgebildet werden, so dass Wartungsbedarf an Pumpen entfällt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandung
zylinderförmig und die Auftriebszone des Schwimmkörpers von einer weiteren zylindrischen, zur Wandung koaxial
angeordneten Wandung mit einem geringeren Durchmesser als die Wandung umschlossen. Der Hauptkühlkreislauf ist so zumindest teilweise von der Wandung und der weiteren Wandung umfasst.
So kann eine besonders effiziente Kühlung einfach integriert werden .
Die Stabilisierungszone des Schwimmkörpers kann von noch einer weiteren zylindrischen, zur Wandung koaxial
angeordneten Wandung mit einem geringeren Durchmesser als die Wandung umschlossen sein, sodass der Hauptkühlkreislauf zumindest teilweise von der Wandung und der noch eine weitere Wandung umfasst ist. Dies verbessert die Kühlung weiter.
In einer vorteilhaften Ausführung wird die zweite Wandung der Kühlvorrichtung durch ein auf die Wandung der Hohlstruktur aufgeschweißtes Profil, zum Beispiel ein U-Profil aus Stahl, dargestellt. Dieses kann sowohl vertikal, als auch ringförmig an der Wandung angeordnet werden.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die
Stabilisierungszone bzw. Ballastzone des Schwimmkörpers eine oder mehrere Komponenten zur Netzanbindung. Dann entfällt die Notwendigkeit für einen Ballastkörper bzw. der notwendige Ballast kann erheblich reduziert werden.
In einer bevorzugten Ausführung sind Komponenten und / oder Ballastkörper umso tiefer im Schwimmkörper angeordnet, je größer ihre Masse bzw. ihre Dichte ist. Dadurch wird
erreicht, dass der Massenschwerpunkt des Schwimmkörpers und damit auch der Massenschwerpunkt der gesamten schwimmenden Anordnung möglichst tief im Schwimmkörper liegt. Dadurch wird ein großes rückstellendes Moment entgegen einem, durch
Winddruck und Seegang auf die schwimmende Anordnung wirkenden krängenden Moment erreicht. Somit werden sowieso
erforderliche Komponenten der Netzanbindung eines Windparks als Ballastkörper genutzt. Weiterhin benötigen die derart untergebrachten Komponenten dann keine eigenen
Gründungsstrukturen .
Der Hauptkühlkreislauf kann eine Pumpe umfassen.
Der Hauptkühlkreislauf kann über einen Wärmetauscher mit einem Zwischenkühlkreislauf verbunden sein, wobei der
Zwischenkühlkreislauf eine weitere Pumpe umfassen und zur Kühlung der Komponente eingerichtet sein kann. Dies
verbessert die Kühlung weiter.
Der Hauptkühlkreislauf kann passiv sein und kann vorgerichtet sein, um über einen im Wasser über der Komponente
angeordneten Abschnitt der Wandung gekühlt zu werden. Dann ist der Hauptkühlkreislauf besonders wartungsarm.
Bevorzugt wird der als äußere Kühlvorrichtung dienende
Abschnitt der Wandung gegenüber der wärmeerzeugenden
Komponente erhöht angeordnet. Dabei wird ein Abstand von der Mitte der Kühlvorrichtung zur thermischen Mitte der
wärmeerzeugenden Komponente bevorzugt, welcher mindestens der halben Höhe des Innenraumes der wärmeerzeugenden Komponente entspricht. Der natürliche Antrieb der Kühlflüssigkeit wird durch die unterschiedliche Dichte der Kühlflüssigkeit in der wärmeerzeugenden Komponente und der Kühlanlage hervorgerufen.
Ein Höhersetzen der Kaltölsäule in der Kühlvorrichtung bewirkt einen Anstieg der die Strömung Kühlmittels
antreibenden Druckdifferenz. Damit wird ein hoher
Eigenantrieb erreicht und in diesem Kühlkreislauf kann auf Pumpen verzichtet werden. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Hohlstrukturelement, welches in der
Ballastzone des Schwimmkörpers angeordnet ist, wenigstens teilweise mit Kühlmittel des Hauptkühlkreislaufs befüllt ist, welches in den Hauptkühlkreislauf eingebunden ist. Dieser Kühlmittelspeicher stellt einen vereinfachten Wärmespeicher dar und trägt gleichzeitig als Ballastmasse zur
Stabilisierung des Schwimmkörpers bei.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens einen in einem Hohlstrukturelement angeordneten
Kühlmittelspeicher vor, der einen Wärmespeicher, insbesondere einen Wärmespeicher mit einer Wärmespeicherflüssigkeit zur Aufnahme von Wärme aus dem Kühlmittel, umfasst. Der hier genannte Wärmespeicher ist im eigentlichen Sinne ein
Kältespeicher für die Zeiten in denen die Kühlanlage volle Leistung erbringen muss, zum Beispiel bei maximaler Leistung eines Offshore-Windparks bei Vollwind.
Ein Wärmespeicher in einem Kühlmittelspeicher ermöglicht die Kühlung des Kühlmittels in dem Kühlmittelspeicher. Die
Anordnung von Kühlmittelspeichern mit Wärmespeichern in
Hohlstrukturelementen des Schwimmkörpers nutzt vorteilhaft die in den Hohlstrukturelementen vorhandenen Volumina zur platzsparenden und nahezu kostenfreien Unterbringung der Wärmespeicher .
Bevorzugt werden vorhandene Ballastkörper derart gestaltet und angeordnet, dass sie von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden und damit als Wärmespeicher genutzt werden können.
Dies ist zum Beispiel durch Kanäle für die Kühlflüssigkeit innerhalb der Ballastkörper möglich.
Eine Weiterentwicklung dieser Ausgestaltung sieht wenigstens eine innerhalb eines Wärmespeichers angeordnete
Strömungsleitvorrichtung für eine Wärmespeicherflüssigkeit des Wärmespeichers vor. Beispielsweise eignen sich dafür Strömungsleitvorrichtungen mit verschachtelt angeordneten dünnwandigen Zylindern zur Strömungsleitung.
Durch eine Strömungsleitvorrichtung kann vorteilhaft ein so genanntes Abstehen von Wärmespeicherflüssigkeit in dem
Wärmespeicher vermieden werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht alternativ oder ergänzend zu Wärmespeichern mit Wärmespeicherflüssigkeit wenigstens einen in einem Hohlstrukturelement angeordneten Kühlmittelspeicher, der einen Latentwärmespeicher umfasst, vor. Mit Latentwärmespeichern lassen sich die
Wärmekapazitäten und damit die Kühlleistungen von
Wärmespeichern vorteilhaft erhöhen.
Vorzugsweise werden Phasenwechselmaterialien zur Wärme-/ Kältespeicherung genutzt. Bevorzugt lassen sich Paraffine und Paraffingemische von ihrem Enthalpie-Temperatur-Verlauf leicht auf den Temperaturbereich einer Offshore Kühlanlage abstimmen .
Bevorzugt wird der als Kühlmittelspeicher und/oder
Wärmespeicher vorgesehene Bereich der Kühlanlage in der
Ballast- bzw. Stabilisierungszone des Schwimmkörpers
angeordnet. Dadurch ist die Masse des Wärmespeichers und die sich dort befindliche Kühlflüssigkeit als Ballast zur
Stabilisierung des Schwimmkörpers nutzbar.
Vorzugsweise ist der Hauptkühlkreislauf gegenüber der
Umgebung der Umspannplattform hermetisch abgeschlossen.
Dadurch wird das Eindringen von korrosivem Wasser und
aggressiver Meeresluft aus der Umgebung der Umspannplattform in den Hauptkreislauf verhindert. Dies reduziert vorteilhaft die Korrosionsbelastung der Komponenten des Kühlkreislaufs, insbesondere der Pumpen, verringert dadurch auch den
Wartungsaufwand für diese Komponenten und erhöht deren
Betriebssicherheit . Bevorzugt sind die Räume, zum Ausgleich der thermisch
bedingten Volumenschwankungen des Kühlmittels des
Hauptkühlkreises unterhalb der Wasseroberfläche des
Schwimmkörpers und in Kontakt zur Wandung des Schwimmkörpers angeordnet .
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die
Ballastflüssigkeit der Ballast- bzw. Stabilisierungszone des Schwimmkörpers als Wärmespeicher in den Hauptkühlkreislauf einbezogen. Dazu ist der Ballastraum in der
Stabilisierungszone des Schwimmkörpers mit dem
Hauptkühlkreislauf verbunden. Die Kühlflüssigkeit durchläuft diesen Ballastraum nach der Abkühlung in der durch die
Wandung des Schwimmkörpers gebildeten Kühlvorrichtung. Da der so entstehende Wärmespeicher über ein im Verhältnis zur
Kühlvorrichtung großes Volumen besitzen kann, lassen sich auf diese Weise Kühlleistungsspitzen der Komponenten zur
Netzanbindung eines Offshore Windparks ausgleichen.
Bevorzugt ist der Schwimmkörper derart gestaltet, dass der als Kühlvorrichtung vorgesehene Abschnitt des Schwimmkörpers im Bereich der Auftriebszone nur einen geringen Teil eines horizontalen Flächenquerschnittes der Hohlstruktur des
Schwimmkörpers beansprucht und damit der wesentliche Teil des horizontalen Flächenquerschnitts, bevorzugt mehr als 90%, als ein bevorzugt mit einem Gas gefüllter Auftriebskörper zur Verfügung steht.
Bei einem zylindrischen Schwimmkörper mit einer inneren zweiten Wandung bedeutet das, dass die Differenz zwischen den die Kühlflüssigkeit einschließenden Wandungen sehr klein im Verhältnis zu dem Durchmesser der Wandung ist.
Bevorzugt beträgt diese Durchmesserdifferenz weniger als 5% des Durchmessers der äußeren Wandung. Damit wird erreicht, dass der Massenschwerpunkt des Schwimmkörpers einen größeren Abstand zur Seeoberfläche hat und damit die Schwimmstabilität weiter erhöht wird. Eine weitere Ausgestaltung sieht wenigstens einen ein Gas enthaltenden Ausgleichsraum zur Aufnahme der thermisch bedingten Volumenschwankungen des Kühlmittels vor, somit werden die Volumenschwankungen des Kühlmittels durch
Kompression des Gases aufgenommen. Vorteilhafterweise wird dieser Ausgleichsraum ebenfalls in einer Hohlstruktur des Schwimmkörpers unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung betrifft die einen Ballastkörper darstellenden Komponenten zur Netzanbindung, welche auf Grund ihrer durch die Funktion bedingten
geometrischen Gestaltung das Volumen des ihr zugeordneten Ballastraumes nicht vollständig ausfüllen. Hier wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Volumendifferenz zwischen Ballastraum und den elektrischen Komponenten durch eine Ballastflüssigkeit aufgefüllt. Damit wird der für
Ballast vorgesehene Raum optimal genutzt.
In einer bevorzugten Ausführung kann das Kühlmittel des Hauptkühlkreislaufes zur Auffüllung genutzt werden und damit sowohl eine Funktion als Ballast zur Stabilisierung des Schwimmkörpers als auch als zusätzlicher Wärmespeicher übernehmen .
Die Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers eignen sich besonders vorteilhaft als Kühlelemente und/oder
Kühlmittelspeicher, da sie unterhalb des Wasserspiegels des die Umspannplattform umgebenden Wassers angeordnet sind und große Außenoberflächen zur Kühlung des Kühlmittels im
Kühlkreislauf der Kühlanlage aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann auch das Kühlmittel selbst diese Ballastflüssigkeit darstellen.
Der Schwimmkörper kann Strömungsleitvorrichtungen, die ausgebildet sein können, Wasserströmungen zu dem einen Teil der Wandung zu leiten, und/oder Versteifungselemente, die ausgebildet sein können, eine Kühlflüssigkeit des Hauptkühlkreislaufs zu führen, umfassen. Dies verbessert die Kühlung weiter.
Der Hauptkühlkreislauf zumindest kann einen vertikalen
Zylinderkühler, einen horizontalen Zylinderkühler, einen Rohrbündelkühler einen Zylinderrohrkühler einen einseitigen Spaltkühler und/oder einen Spiralrohrkühler umfassen. Dies verbessert die Kühlung weiter.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind mit dem Schwimmkörper von „Floating-Offshore"-Konstruktionen befasst, die über eine große abgeschlossene, mit einem Gas (zumeist Luft) gefüllten Auftriebszone verfügen, deren Volumen von der zu tragenden Last bestimmt wird. Zumeist werden die
Schwimmkörper im unteren Bereich - der Stabilisierungszone des Schwimmkörpers - mit Ballast gefüllt, um eine stabile Lage der „Floating-Offshore"-Konstruktionen zu erreichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine
Komponente einer Netzanbindung eines Hochseewindparks, beispielsweise eine Substation oder ein Transformator, als Ballast in der Stabilisierungszone des Schwimmkörpers angeordnet und die Wandung des Schwimmkörpers als Kühlfläche benutzt .
Im Ausführungsbeispiel kann auf den direkten von Pumpen angetriebenen Austausch von Seewasser verzichtet werden. Dazu wird die Verlustwärme der Komponenten der Offshore-Anlage über Wärmeaustauscher an einen Hauptkühlkreislauf übergeben. Dieser ist mit einem nicht oder wenig korrosionskritischen Medium gefüllt. Als Kühlmedium wird im Ausführungsbeispiel Süßwasser eingesetzt.
In einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die Kühlvorrichtung als Zweikreis-Kühlsystem mit
Hauptkühlkreislauf und Zwischenkühlkreislauf ausgeführt. Der Hauptkühler, der Hauptkühlkreislauf, wird durch in der
Offshore-Struktur vorhandene oder an der Struktur zusätzlich angeordnete Rohrsegmente gebildet.
Die auch als Gründungsstrukturen bezeichneten Schwimmkörper von schwimmenden Offshore-Energieerzeugungsanlagen werden zumeist aus Stahlrohren gebildet.
Dabei kommt je nach Einsatzbedingungen eine Vielzahl von Konstruktionen zum Einsatz. Alle Bauformen haben die
Gemeinsamkeit, dass sie eine ein großes aus Stahlrohren gebildetes Fundamentvolumen bilden, welches sich zu einem großen Teil unter der Wasseroberfläche befindet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die gegebenen Rohrabschnitte derart angeordnet und miteinander verbunden, dass in dieser Anordnung ein Kühlmittel strömen kann. Diese verbundenen Rohrabschnitte sind dabei nun in den Hauptkühlkreislauf integriert. Die recht umfangreichen
Konstruktionen des Schwimmkörpers verfügen über ein großes Volumen in welchem nun das Kühlmedium zirkuliert. Die
Gesamtoberfläche der erfindungsgemäßen Anordnung, welche nun innen vom Kühlmedium und außen vom Seewasser umströmt wird, ist erheblich und ermöglicht eine effektive Kühlung der
Offshore-Anlage .
Bei der beschriebenen Anordnung gibt es keine Pumpen, Filter und Kühler, welche von Seewasser durchflossen werden und es besteht nur sehr geringer Wartungsbedarf.
Auf Grund der nun erhöhten Sicherheit kann auch eine
Redundanz vermindert werden. Der geschlossene Kreislauf macht die Kühlmittelreinigung überflüssig. Ein beispielhaftes Kühlmittel ist Süßwasser.
In einer beispielhaften Weiterbildung ist durch Zusatzstoffe sichergestellt, dass Verschmutzungen im Hauptkühlkreislauf auch über mehrere Jahre in einem verträglichen Rahmen
gehalten werden.
Beispielsweise kann zur Korrosionsminderung und zum Schutz von Leitungsteilen über der Wasseroberfläche vor Frost dem Wasser ein Zusatz von Glysantin oder Korrosionshemmern beigemischt werden.
Weiterbildungsbeispiele der Erfindung umfassen eine in das Innere der Gründungselemente der Offshore-Struktur
eingebrachten zylindrische Wandung, die zur zylindrischen Wandung des Schwimmkörpers koaxial angeordnet ist. Dadurch lässt sich das Kühlmittelvolumen deutlich senken. In einer weiteren Weiterbildung sind zudem Kühlmittelströmungskanäle gebildet .
Die Wahl des Querschnitts und Art der Verkopplung erfolgt derart, dass sich eine für den Wärmeaustausch optimale
Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels ergibt.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die rohrförmigen Offshore-Strukturelemente mit
Versteifungen versehen. Dies erhöht die mechanische
Festigkeit Und erlaubt daher die Wandungsstärke des Schwimmkörpers zu reduzieren. Die Versteifungen können zusätzlich derart ausgeführt sein, dass sie gleichzeitig eine Funktion als Kühlrippen übernehmen können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung sind auf der Wand der Rohrsegmente oder Profile (zum Beispiel U-Profile) derart angebracht, dass sie Räume bilden, welche zum Kühlmitteltransport genutzt werden.
Um die erforderliche Pumpleistung im Hauptkühlkreislauf gering zu halten, erfolgt die Verbindung der Strukturelemente zu Kühlmittelkanälen in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung derart, dass der natürliche durch die
Schwerkraft (Dichteunterschied) getriebene Eigenantrieb des Kühlmittels unterstützt wird.
In einer besonderen Ausführungsform werden diese Kühler in als Kühlmittelspeicher genutzte Segmente der Floating
Struktur integriert. Dabei werden die der Kühlung dienenden Strukturteile an der vom Seewasser umströmten Wandung der Segmente angeordnet.
In diesem und anderen Ausführungsbeispielen sind die der Kühlung dienenden Strukturelemente der Schwimmkörper derart gestaltet, dass sie eine große Auffangfläche für die
natürliche Wasserströmung bilden. Zusätzlich oder alternativ wird durch geeignete Strömungsleiteinrichtungen zusätzliche Wasserströmung zu den Kühlelementen und/oder als Kühler dienenden Strukturteilen des Fundaments geführt.
In einer besonderen beispielhaften Ausführung werden an der Außenhaut der auch als Rohrsegmente bezeichneten
Strukturelemente der Schwimmkörper zusätzliche Wärme
abgebende Flächen angebracht, welche in Bereichen mit günstigen Kühlmittelströmungsverhältnissen platziert sind. Diese Flächen sind je nach Strömungsverhältnissen sowohl horizontal als auch vertikal oder winklig angebracht. Die Form und Anordnung dieser Flächen ist so gewählt, sodass einerseits eine maximale Bestreichung mit dem Kühlmedium Wasser erfolgt und gleichzeitig eine Störung der Bestreichung anderer Wärme abgebender Teile vermieden wird.
Die Versteifungen und/oder zusätzlichen Kühlflächen können als Strömungsleiteinrichtung ausgebildet sein.
Das Prinzip eines Schwimmkörpers, dessen Wandung eine
Auftriebszone und eine Stabilisierungszone des Schwimmkörpers umfasst, und der eine Kühlvorrichtung mit zumindest einem geschlossenen Hauptkühlkreislauf umfasst, wobei der
Hauptkühlkreislauf vorgerichtet ist, zumindest über den einen Teil der Wandung gekühlt zu werden, lässt sich als
Einzelkreislaufsystem oder als Zweikreislaufsystem mit Haupt- und Zwischenkühlkreislauf realisieren. Das
Zweikreislaufsystem hat dabei den Vorteil, dass beim Einsatz zur Kühlung von Transformatoren der Bedarf an
Isolierflüssigkeit im Zwischenkühlkreislauf gering gehalten werden kann.
Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer beispielhaft als „Floating Substation" oder
Umspannplattform ausgeführten Vorrichtung zur Netzanbindung 500 mit einer Kühlvorrichtung 400 zur Kühlung einer
Komponente 510 der Vorrichtung zur Netzanbindung 500. Die Komponente 510 ist beispielsweise ein Transformator.
Die Umspannplattform 500 befindet sich im Wasser 52 im offenen Meer vor einer Küste. Das Plattformfundament der Umspannplattform 500 umfasst zumindest einen Schwimmkörper 200. Der Schwimmkörper 200 umfasst mehrere vertikal
verlaufende, Standbeine bildende Hohlstrukturelemente, die als Stahlrohre ausgebildet sind und Fundamentbeine der
Umspannplattform 500 bilden. Hohlstrukturelemente ragen aus dem Wasser 52 heraus und tragen im Beispiel einen
Plattformkopf der Umspannplattform 500. Auf dem Plattformkopf befinden sich die Komponenten 510 des Umspannwerks, das auch als Konverterstation bezeichnet werden kann. Die Hohlstrukturelemente sind im Beispiel durch unterhalb des Plattformkopfes, im Wasser 52 verlaufende, verbindende
Hohlstrukturelemente miteinander verbunden. Das verbindende Hohlstrukturelement verläuft schräg zu den
Hohlstrukturelementen. Die Kühlvorrichtung 400 umfasst im ersten Ausführungsbeispiel ein Zweikreislaufsystem mit einem geschlossenen Zwischenkühlkreislauf 420 und einen
geschlossenen Hauptkühlkreislauf 410, die über einen
Wärmetauscher 430 thermisch gekoppelt sind.
Der Zwischenkühlkreislauf 420 ist thermisch direkt an die Komponente 510 gekoppelt. Er umfasst erste Rohrleitungen und eine erste Pumpe 415.
Der Hauptkühlkreislauf 410 umfasst zweite Rohrleitungen und eine zweite Pumpe 425. Der Hauptkühlkreislauf ist thermisch direkt an die Wandung der Hohlstrukturelemente gekoppelt, sodass er zumindest über einen im Seewasser angeordneten Teil der Wandung gekühlt werden kann.
Mittels der zweiten Pumpe 425 wird im ersten
Ausführungsbeispiel ein Kühlmittel durch den
Hauptkühlkreislauf 410 gepumpt.
Als Kühlmittel wird im Hauptkühlkreislauf 410 des ersten Ausführungsbeispiels vorzugsweise Süßwasser verwendet. Zur Korrosionsminderung, Verschmutzungsreduzierung und zum
Frostschutz von oberhalb des Wasserspiegels 50 des die
Umspannplattform 500 umgebenden Wassers 52 verlaufenden
Abschnitten des Hauptkühlkreislaufs 410 können dem Süßwasser ferner Zusatzstoffe, beispielsweise Glysantin und/oder
Korrosionshemmer, beigemischt werden.
Die Standbeine bildenden Hohlstrukturelemente und die
verbindenden Hohlstrukturelemente führen also Kühlmittel und sind in den Hauptkühlkreislauf 410 integriert. Da sie große unterhalb des Wasserspiegels 50 des die Umspannplattform 500 umgebenden Wassers 52 liegende Außenoberflächen aufweisen, kann dadurch vorteilhaft Kühlmittel in den Standbeinen bildenden Hohlstrukturelementen und dem verbindenden
Hohlstrukturelementen effizient gekühlt werden.
Dabei sind die das Kühlmittel umschließenden Wandungen mit nur einem geringen Abstand zueinander ausgeführt, um
einerseits ein optimales Verhältnis zwischen wärmeabgebender Oberfläche und dem Volumen des Kühlmittels zu erreichen und zweitens den beanspruchten Raum für die Kühlanlage innerhalb der Auftriebszone 210 des Schwimmkörpers gering zu halten. Dadurch wird erreicht, dass in der Auftriebszone ein
möglichst großes Volumen für den Auftriebskörper 250
bereitgestellt ist.
Weiterhin sind zusätzliche Kühlrippen 440 zur Erhöhung der wärmeabgebenden Fläche vorgesehen, welche hier durch eine entsprechende Gestaltung der für die mechanische Festigkeit Sowieso erforderlichen Versteifungen 440 gebildet werden. Weiterhin sind in der Ballastzone des Schwimmkörpers ein Ballastkörper 225 sowie ein Kühlmittelspeicher 450 und ein Wärmespeicher 460 angeordnet. Diese bilden gleichzeitig eine Ballastmasse zur Stabilisierung des Schwimmkörpers.
Das Kühlmittel wird mittels der zweiten Pumpe 425 durch den Hauptkühlkreislauf 410 gepumpt, sodass es wie durch die
Pfeile in Figur 1 angedeutet fließt: von dem Wärmetauscher 430 fließt das Kühlmittel über eine zweite Rohrleitung in den das Innenrohr umgebenden Bereich im ersten der Standbeine bildenden Hohlstrukturelemente. Von dort fließt das
Kühlmittel entlang des Innenrohrs nach unten und in das erste verbindende Hohlstrukturelement. Über das erste verbindende Hohlstrukturelement fließt es in das zweite der Standbeine bildenden Hohlstrukturelemente und von dort in das zweite verbindende Hohlstrukturelement. Von dem zweiten verbindenden Hohlstrukturelement fließt das Kühlmittel dann durch die Öffnung in das Innenrohr und von dort schließlich über eine in das Innenrohr ragende zweite Rohrleitung zurück zu dem Wärmetauscher . An den Außenseiten der Standbeine bildenden
Hohlstrukturelement sind jeweils erste Versteifungselemente angeordnet, die als die Außenoberflächen dieser
Hohlstrukturelemente vergrößernde Kühlrippen zur Kühlung von Kühlmittel ausgebildet sind.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, das in Figur 2 gezeigt ist, erstrecken sich die an der zylindrischen Wandung eines
Schwimmkörpers 200 angeordneten Kühlelemente sowohl über die Auftriebszone des Schwimmkörpers 200 als auch auf die
Stabilisierungszone des Schwimmkörpers 200.
Der zur Stabilisierung der Floating-Struktur erforderliche Ballast wird im Ausführungsbeispiel durch die Komponente 510, beispielsweise einem Transformator, und den Ballastkörper 225 gebildet. Diese sind in der Stabilisierungs- bzw. Ballastzone des Schwimmkörpers angeordnet. Dabei sind die Komponenten 510 und / oder Ballastkörper 225 umso tiefer im Schwimmkörper angeordnet, je größer ihre Masse bzw. ihre Dichte ist.
Dadurch wird erreicht, dass der Massenschwerpunkt des
Schwimmkörpers und damit auch der Massenschwerpunkt der gesamten schwimmenden Anordnung möglichst tief im
Schwimmkörper liegt. Dadurch wird ein großes rückstellendes Moment entgegen einem, durch Winddruck und Seegang auf die schwimmende Anordnung wirkenden krängenden Moment erreicht.
Im dritten Ausführungsbeispiel, das in Figur 3 gezeigt ist, wird der Ballast durch die Komponente 510 und den
Ballastkörper 225 sowie die Ballastflüssigkeit 229 in der Stabilisierungszone 220 des Schwimmkörpers 200 gebildet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird diese Ballastflüssigkeit 229 als Wärmespeicher in den Hauptkühlkreislauf 410
einbezogen. Dazu ist der Ballastraum in der
Stabilisierungszone 220 des Schwimmkörpers 200 mit dem
Hauptkühlkreislauf 410 verbunden. Die Kühlflüssigkeit
durchläuft diesen Ballastraum nach der Kühlung. Da der so entstehende Wärmespeicher über ein im Verhältnis zur Kühlvorrichtung großes Volumen besitzen kann, lassen sich auf diese Weise Kühlleistungsspitzen der beispielhaft als
Transformator ausgebildeten Komponente 510 ausgleichen.
Zusätzlich kann ein weiterer Wärmespeicher 460, z.B. ein Latentwärmespeicher im Ballastraum angeordnet sein. Im
Ausführungsbeispiel wird ein Ballastkörper 225 derart
gestaltet, dass er die Funktion eines Wärmespeichers erfüllen kann .
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. An der inneren Wandung einer Auftriebszone 210 des
Schwimmkörpers 200 sind Kühlelemente angebracht, welche direkt über eine Steigleitung mit der beispielhaft als
Transformator ausgebildeten Komponente 510 verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb des Kühlfluides im Hauptkühlkreislauf 410, der der einzige Kühlkreislauf der Kühlvorrichtung 400 ist, direkt, ohne Pumpen. Der als äußere Kühlvorrichtung 400 dienende Abschnitt der Wandung 201 ist gegenüber der wärmeerzeugenden Komponente 510 erhöht
angeordnet .
Ein Höhersetzen der Kaltölsäule in der Kühlvorrichtung bewirkt einen Anstieg der die Strömung Kühlmittels
antreibenden Druckdifferenz. Damit wird ein hoher
Eigenantrieb erreicht und in diesem Kühlkreislauf kann auf Pumpen verzichtet werden.
Weiterhin ist ein Wärmespeicher 460 vorgesehen. Dieser wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Ballastkörper 225 gebildet, welcher mit Kanälen für das Kühlmittel versehen ist. Die Einbindung in den Kühlkreislauf erfolgt im
Ausführungsbeispiel mittels nicht dargestellter
Rohrleitungen .
Die an der Innenwand der Auftriebszone des Schwimmkörpers 200 angebrachten Kühler sind über eine Leitung mit einem
ebenfalls an der Wandung der Auftriebszone des Schwimmkörpers 200 angeordneten Ausdehnungsgefäß 419 verbunden, welches die thermisch bedingten Volumenschwankungen der Kühlflüssigkeit aufnimmt. Das Ausdehnungsgefäß ist unterhalb der
Wasseroberfläche angeordnet.
Bezugszeichenliste
50 Wasseroberfläche
51 Meeresboden
52 Meerwasser
200 Schwimmkörper
201 Wandung
210 Auftriebszone
211 Teil der Wandung
220 Stabilisierungs- bzw. Ballastzone
221 Teil der Wandung
225 Ballastkörper
229 Ballastflüssigkeit
250 Auftriebskörper
300 Hochseewindpark
400 Kühlvorrichtung
410 Hauptkühlkreislauf
411 weitere Wandung
415 Pumpe des Hauptkühlkreislaufs
419 Ausdehnungsgefäß
420 Zwischenkühlkreislauf
421 noch weitere Wandung
425 Pumpe des Zwischenkühlkreislaufs
430 Wärmetauscher
440 Versteifung / Kühlrippe
450 Kühlmittelspeicher
460 Wärmespeicher
500 Umspannplattform, Vorrichtung zur Netzanbindung
510, 520 Komponente

Claims

Patentansprüche
1. Schwimmkörper (200) zum Tragen mindestens einer Komponente einer energetischen Anlage, die mit einer Kühlvorrichtung (400) ausgerüstet ist, wobei
der Schwimmkörper (200) eine Wandung (201) umfasst, wobei
von einem Teil der Wandung eine Auftriebszone (210) des Schwimmkörpers (200) und von einem anderen Teil der Wandung (201) eine Stabilisierungszone (220) des Schwimmkörpers (200) umfasst ist, wobei
der eine Teil zur zumindest teilweisen Anordnung unter einer Wasseroberfläche (50) und der andere Teil zur
vollständigen Anordnung unter der Wasseroberfläche (50) vorgesehen ist, wobei
die Kühlvorrichtung (400) zumindest einen geschlossenen Hauptkühlkreislauf (410) umfasst, wobei
der Hauptkühlkreislauf (410) vorgerichtet ist, zumindest über den einen Teil der Wandung (201) gekühlt zu werden.
2. Schwimmkörper (200) nach Anspruch 1, wobei
die Wandung (201) zylinderförmig ist und
die Auftriebszone (210) des Schwimmkörpers (200) von einer weiteren zylindrischen, zur Wandung (201) koaxial angeordneten Wandung (211) mit einem geringeren Durchmesser als die Wandung (201) umschlossen ist, sodass
der Hauptkühlkreislauf (410) zumindest teilweise von der Wandung (201) und der weiteren Wandung (211) umfasst ist.
3. Schwimmkörper (200) nach Anspruch 2, wobei
die Stabilisierungszone (220) des Schwimmkörpers (200) von noch einer weiteren zylindrischen, zur Wandung (201) koaxial angeordneten Wandung (221) mit einem geringeren
Durchmesser als die Wandung (201) umschlossen ist, sodass
der Hauptkühlkreislauf (410) zumindest teilweise von der Wandung (201) und der noch eine weitere Wandung (221) umfasst ist .
4. Schwimmkörper (200) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei
die Stabilisierungszone (220) des Schwimmkörpers (200) mindestens eine Komponente (510) umfasst.
5. Schwimmkörper (200) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei Komponenten (510) und / oder Ballastkörper (225) umso tiefer im Schwimmkörper (200) angeordnet werden, je größer ihre Masse bzw. ihre Dichte ist.
6. Schwimmkörper (200) nach Anspruch 4, wobei der
Hauptkühlkreislauf (410) passiv ausgebildet und vorgerichtet ist, um über einen im Wasser über der Komponente (510) angeordneten Abschnitt der Wandung (201) gekühlt zu werden, wobei der als äußere Kühlvorrichtung (400) dienende Abschnitt der Wandung gegenüber der wärmeerzeugenden Komponente (510) höher angeordnet ist und von seiner Mitte zur thermischen Mitte der wärmeerzeugenden Komponente einen Abstand (Al) aufweist, welcher mindestens der halben Höhe des Innenraumes der wärmeerzeugenden Komponente (510) entspricht.
7. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Hauptkühlkreislauf (410) eine Pumpe (415) umfasst.
8. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Hauptkühlkreislauf (410) über einen Wärmetauscher (430) mit einem weiteren geschlossenen
Zwischenkühlkreislauf (420) zu dessen Kühlung verbunden ist und wobei der Zwischenkühlkreislauf (420) eine weitere Pumpe (425) umfasst und zur Kühlung der Komponente (510)
vorgerichtet ist.
9. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der als Kühlvorrichtung (400) vorgesehene Abschnitt des Schwimmkörpers (200) im Bereich der
Auftriebszone (210) nur einen geringen Teil eines
horizontalen Flächenquerschnittes der Hohlstruktur des Schwimmkörpers, beansprucht und damit der wesentliche Teil des horizontalen Flächenquerschnitts, bevorzugt mehr als 90%, als ein bevorzugt mit einem Gas gefüllter Auftriebskörper zur Verfügung steht.
10. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei in den Hauptkühlkreislauf ein
Kühlmittelspeicher und / oder Wärmespeicher eingebunden ist und dass dieser Kühlmittelspeicher (450) und / oder
Wärmespeicher (460) unterhalb der Wasseroberfläche (50), sowie im als Ballast- bzw. Stabilisierungszone (220)
vorgesehenen Bereich des Schwimmkörpers angeordnet ist.
11. Kühlkreislauf nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass Mittel vorgesehen sind, mittels derer wenigstens ein in einem Hohlstrukturelement des Schwimmkörpers angeordneter Wärmespeicher (460) in den Hauptkühlkreislauf (410)
eingebunden oder von diesem getrennt werden kann.
12. Schwimmkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Ballastkörper
darstellende Komponente (510) zur Netzanbindung, oder
Bestandteile des Kühlkreislaufes auf Grund ihrer durch die Funktion bedingten geometrisch Gestaltung das Volumen des ihr zugeordneten Ballastraumes nicht vollständig ausfüllen, und die Volumendifferenz zwischen Ballastraum und der
elektrischen Komponente durch eine Ballastflüssigkeit
aufgefüllt wird.
13. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räume (419), zum Ausgleich der thermisch bedingten Volumenschwankungen des Kühlmittels des Hauptkühlkreises unterhalb der
Wasseroberfläche des Schwimmkörpers (200) und in Kontakt zur Wandung (201) des Schwimmkörpers angeordnet sind.
14. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (200) Strömungsleitvorrichtungen, die ausgebildet sind,
Wasserströmungen zu dem einen Teil der Wandung zu leiten, und/oder Versteifungselemente, die ausgebildet sind, eine Kühlflüssigkeit des Hauptkühlkreislaufs (410) zu führen, umfasst.
15. Schwimmkörper (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptkühlkreislauf (410) zumindest einen vertikalen Zylinderkühler,
- einen horizontalen Zylinderkühler,
einen Rohrbündelkühler,
einen Zylinderrohrkühler,
einen einseitigen Spaltkühler, und/oder
einen Spiralrohrkühler umfasst.
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