WO2020001932A1 - Schwimmkörper, windkraftanlage und hochseewindpark - Google Patents

Schwimmkörper, windkraftanlage und hochseewindpark Download PDF

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floating body
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wind
float
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Jörg FINDEISEN
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a floating body for carrying an energy system of a floating offshore wind farm, also known as a floating offshore wind farm, and a buoyant wind power plant and an offshore wind farm.
  • the invention relates in particular to the network connection of offshore wind parks.
  • a wind power plant usually comprises a tower and a gondola with rotor blades which can be rotated around the tower, and a transformer which is arranged, for example, in the gondola or in the tower of the wind power plant.
  • wind energy can be used at sea with the help of load-bearing foundations that have foundation pipes rammed into the seabed.
  • the foundation pipes are connected to one another and thus form a support structure on which a wind turbine is supported with its tower.
  • Such a foundation is described in DE102004042066.
  • floating bodies in the form of self-floating platforms are used to carry one wind turbine or one substation each.
  • the floating body usually includes one
  • Stabilizing body for position stabilization The
  • Floating bodies are suitable for carrying wind turbines. To ensure a stable position of a wind turbine even at high
  • the floating bodies are equipped with large ballast tanks to generate a restoring moment against a tipping moment due to wind pressure and swell on the wind turbine.
  • the floating body is usually formed as a hollow structure made of steel pipes, which form a foundation volume, which when in use is to a large extent below the water surface.
  • the present invention is dedicated to the task of simplifying the construction of offshore wind farms.
  • a floating body for carrying an energy system comprises a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for stabilizing a stabilizing body for
  • the floating body forms an underwater surface
  • the stabilizing body comprises at least one component of a device for connecting the offshore wind farm to the grid.
  • the component is encapsulated in a seawater-proof manner and arranged below the buoyancy center of gravity of the float.
  • Components of the substation are included as position-stabilizing ballast, so that no or only little dead ballast for position stabilization and no independent float for the device for connecting the ocean wind farm to the grid are necessary.
  • the float enables one
  • the invention enables a particularly compact design of a sea-side device for network connection of the offshore wind park.
  • Stabilizing body several components of the device for connecting the ocean wind farm in particular all
  • Cost-effective stabilization of a floating arrangement in particular a floating wind turbine and a substation for network connection of an offshore wind farm.
  • the floating body can seal the at least one component in at least one seawater-proof, from
  • Floating bodies include hollow structure.
  • the at least one sea structure which can be locked in a water-tight manner can be a hollow cylinder.
  • the at least one component can only partially fill the hollow structure, so that an unfilled part of the hollow cylinder can give the hollow cylinder buoyancy.
  • the hollow cylinder can, apart from at least one seawater-tightly closable opening, for the exchange and / or maintenance of the at least one
  • Component be sealed water-tight. This simplifies replacement and maintenance.
  • the at least one component can be at least one
  • the hollow structure can at least partially be designed as a vessel filled with insulating fluid or comprise the vessel. In this way, the high-voltage electrical assembly can be insulated particularly well.
  • the at least one hollow structure can be preferred
  • This room is permanent or only when needed fluid-free, wherein a walkway can be formed through the space surrounding the component.
  • the accessibility of the room simplifies the maintenance of the components arranged in it.
  • enclosing vessel can be used as an encapsulation for part of the at least one high-voltage electrical
  • ballast bodies and / or liquid dietary fibers are provided below the center of buoyancy, the higher the density of the fibers being located the further from the center of buoyancy.
  • these ballast bodies and / or dietary fibers are arranged the deeper in the floating body, the greater their mass or their density.
  • Metallic ballast bodies have a high density and are therefore arranged in the lowest area of the floating body.
  • a large number of dietary fibers are available, such as concrete, gravel or gravel.
  • the ballast zone of the floating body is preferably through
  • Partitions divided into several ballast chambers At least one chamber for liquid fiber is preferably provided.
  • At least one ballast chamber is provided.
  • Ballast liquid filled which is corrosion-inhibiting.
  • the ballast chamber is equipped with a
  • ballast spaces for liquid fiber are preferably embodied encapsulated and provided with a gas cushion for absorbing the thermally induced fluctuations in volume of the ballast liquid.
  • At least one chamber for liquid is preferred.
  • Dietary fiber is provided, the level of which can be regulated or
  • At least one chamber for liquid fiber is provided, which is equipped with devices for exchanging water with the
  • Fill level valves are preferably provided.
  • the fill level of a ballast chamber can be reduced by a pump or by introducing a compressed gas.
  • the setting of the fill level of the water ballast is used for
  • ballast chamber with an adjustable fill level above the ballast chamber is preferred. This way you get one
  • Level has a lower average density and consequently the ballast with the higher density is also arranged at a greater distance from the center of buoyancy.
  • the compensation or expansion tank is only filled at high temperatures and thus has a low density in normal operation and can change its position by making room for
  • the buoyancy zone of the float is preferably divided into several buoyancy chambers by partition walls.
  • the buoyancy chambers are preferably filled with an inert gas, preferably nitrogen.
  • ballast space assigned to it.
  • the volume difference between the ballast space and the electrical components is filled up with a ballast liquid.
  • the space intended for ballast is thus optimally used.
  • the one formed by the floating body is the one formed by the floating body
  • Buoyancy zone of the float has a larger diameter than the foundation structure in the area of the waterline.
  • the floating body preferably has a draft of
  • the draft of the floating body preferably corresponds
  • the floating body can further comprise a lifting device for exchanging the at least one component. This makes replacement and maintenance even easier.
  • a floating wind turbine is also proposed.
  • Wind power plant comprises the floating body according to the invention, the wind power plant being erected on the floating body.
  • the buoyant wind power plant comprises the floating body according to the invention and one that is not capable of floating on its own
  • Wind turbine which is arranged on the floating body together with the floating body
  • Wind turbine a cylindrical tower that extends in a longitudinal direction and has a cylinder axis that is offset in parallel by a distance to another
  • Floating bodies further comprise a lifting device for exchanging the at least one component and the lifting device can comprise a boom connected to the tower, which bridges the distance.
  • the buoyant wind power plant is then, among other things, particularly stable against tipping, the at least one component being very easy to maintain and / or to replace.
  • the float can in particular be at least three
  • each of the hollow cylinders having at least one
  • Component of the substation of the offshore wind farm can include and wherein the lifting device can be designed to be pivotable about the tower.
  • a deep sea wind park which has at least one according to the invention
  • buoyant wind turbine includes.
  • Device for connecting the offshore wind farm to at least one component of a substation of the offshore wind farm and / or at least one component of a converter.
  • the offshore wind farm can include a large number of floating wind turbines, which are connected by cable to at least one substation located at sea for network connection.
  • the substation can be placed in whole or in part at the location of one of the wind turbines belonging to the wind farm and can be mechanically connected to the floating body or to an anchorage of this wind turbine.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention
  • Figure 2 shows an offshore wind farm according to a
  • FIG. 3 shows an arrangement of several ocean wind farms according to
  • FIG. 4 shows another embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows yet another embodiment of the
  • Figure 7 shows another, further embodiment of the
  • Figure 8 is a buoyant wind turbine with three
  • FIG. 10 shows the exemplary embodiment from FIG. 9 in supervision
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of an aspect of the invention
  • Figure 12 shows another exemplary embodiment of a
  • Figure 13 shows yet another exemplary embodiment
  • Figure 14 shows another exemplary embodiment of the
  • Figure 16 shows yet another exemplary embodiment of the
  • FIG. 17 shows another embodiment of the invention.
  • the present invention describes the use of
  • Stabilizing body of a floating body also referred to as a "floating structure" or foundation structure
  • Wind turbine examples of such components are Transformers and chokes, which are ideally suited as stabilizers due to their high mass. For this purpose, they are equipped with appropriate fastening elements and the connection technology is adapted accordingly.
  • One, several or all components are one
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention. There is shown a floating body 200 for carrying a wind turbine 100 of a floating ocean wind park 300 which floats above the seabed 51 in the sea water 52. The wind turbine 100 is on the float 200 in FIG. 1
  • the float 200 includes one
  • Stabilizing body for arrangement under the
  • the stabilizing body comprises at least one component 410, 420, 430, 470 one
  • Component 410, 420, 430, 470 is at least through the
  • Floating body 200 encapsulated in seawater.
  • the wind power plant comprises a tower 110, a gondola 160 with the rotor blades 170 and a transformer 180, 190.
  • the transformer 180, 190 is arranged in the gondola 160 or in the tower 110 of the wind power plant.
  • the floating body 200 comprises hollow structure elements and forms a foundation structure and / or tower structure
  • the floating body 200 is of this type
  • components 410, 420, 430 include, for example, power transformers of a substation, which as single-phase units in a hollow structure of the
  • Component 470 of the substation is, for example, a functional assembly with an additional encapsulation 280, the shape and dimensions of which are connected to one of the hollow structure elements forming the floating body 200
  • the components for connecting the wind farm to the grid are arranged according to their mass or density within the hollow structure of the floating body. That's how they are
  • Transformers 430 as assemblies with the greatest density and the greatest mass in the lower part of the float, with the maximum distance from the center of buoyancy 600 des
  • An assembly 470 which has a lower density and mass (in the example a switchgear assembly), is arranged above the transformers and has a smaller distance from the center of buoyancy 600.
  • FIG. 2 shows an offshore wind park 300 according to one
  • a deep sea wind farm 300 is buoyant with a certain number
  • the substation 320 required for network connection is integrated in the floating body 200 of one of the existing floating wind turbines 100.
  • the offshore wind farm 300 therefore does not require a separate platform to accommodate this substation 320.
  • FIG. 3 shows an arrangement of a number of offshore wind parks 300 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Embodiment two substations 320 each.
  • a sea-side converter station 340 of a high-voltage direct current transmission link 350, HVDC is supplied via a high-voltage alternating current cable 330.
  • the Converter station 340 converts the alternating current into direct current and transmits it via the HVDC 350.
  • the components of the substation can be arranged in the floating body of a single wind power plant, also referred to as the foundation structure, or distributed over the floating bodies of several wind power plants. There is one
  • FIG. 17 shows an exemplary embodiment of a floating body 200 which has a plurality of ballast bodies which
  • ballast bodies are arranged below the center of buoyancy 600 in the ballast region 210 of the floating body 200.
  • the ballast bodies are arranged in such a way that the ballast body with the greatest weight or greatest density is arranged as close as possible to the lower edge of the floating body.
  • the ballast bodies are each arranged in such a way that the distance to the center of buoyancy 600 increases as the weight or density increases.
  • a fixed ballast body 560 with a high density is arranged in the lowest region.
  • Several components of an offshore substation for the network connection of an offshore wind farm are arranged above it. These are also arranged according to their weight or density such that the greater their density or their mass, the more distant they are from the center of buoyancy 600.
  • the transformer 410 is arranged as the heaviest assembly below the other assemblies 430/450.
  • the distance between the transformer 410 and the center of buoyancy 600 is referred to here as the distance A by way of example.
  • the ballast zone 210 is divided into a plurality of ballast chambers 510/520/530/540. In the exemplary embodiment there are several ballast tanks 530/540 for
  • Ballast fluids provided. These are due to their lower density above the ballast 560 and the components 410/430/450 of the offshore substation
  • a ballast chamber 530 is filled with a non-corrosive ballast liquid 570 which
  • Ballast chamber 530 is hermetically sealed, and within the hollow structure of the float there are volumes to compensate for the thermal ones
  • ballast chamber 530 Another is above this ballast chamber 530
  • Ballast chamber 540 for liquid fiber 580 is provided, this is equipped with devices for regulating the fill level by exchange with the sea water 52 surrounding the floating body 200. Valves 590/591 are provided to control the fill level.
  • the fill level of this ballast chamber can be reduced by means of a pump 595 or the introduction of a compressed gas.
  • the ballast can thus be adapted to the operating conditions of the offshore structure.
  • ballast chamber with adjustable fill level 540 is arranged above the ballast chamber 530, the fill level of which is not adjustable. This achieves further stabilization, since the ballast chamber with the controllable
  • the hollow structure of the buoyancy region of the floating body is divided into several buoyancy chambers 610 by partition walls 650
  • Buoyancy chamber arranged.
  • the heavier components 470 are arranged below the lighter components 480 below the center of gravity 600.
  • the foundation structure formed by the floating body 200 has a larger diameter in the ballast zone 210 and the buoyancy zone 220 of the floating body than that
  • the draft of the floating body preferably corresponds
  • assemblies are arranged above the water level that require easy access for maintenance or control purposes, for example monitoring units 490, switchgear or control cabinets. Furthermore, for example
  • Helicopter landing platform for supplying the wind farm can be installed on the float.
  • the floating body can be a, as in exemplary embodiment 1
  • FIGS. 5 to 7 show further exemplary embodiments, each of which has a plurality of floating bodies 200.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a buoyant wind power plant 100.
  • the floating body 200 comprises at least three hollow cylinders with parallel ones Hollow cylinder axes that are at the same distance from the cylinder axis of the tower 110.
  • Each of the hollow cylinders comprises at least one component 410, 420, 430 of the substation 320 of the offshore wind farm 300 as a stabilizing body.
  • the components 410, 420, 430 of the substation 320 also referred to as assemblies, are distributed among the floating bodies 200.
  • ballast chamber 540 for liquid fiber 580 is arranged above the components 410, 420, 430 serving as the basic ballast.
  • These ballast chambers are equipped with devices for regulating their fill level. It is thus possible to individually regulate the total ballast quantity in each floating body 200 and thus to vary the immersion depth of each swimmer and the position and stability of the entire floating arrangement to the changing requirements given by the swell and wind
  • ballast chambers 540 with ballast liquids 580.
  • FIG. 6 shows a floating substation 320 which is carried by 3 floating bodies 200.
  • Components 410, 420 are arranged in the floats 200 according to the invention.
  • components 490 whose function does not permit an arrangement in the floating bodies above the
  • Water level 50 arranged in a housing of the substation 320.
  • the heavy components housed in the floating bodies serve to stabilize the entire floating substation.
  • FIG. 8 shows a floating wind power plant 100, also referred to as an offshore wind turbine, with three floating bodies 200, one of the floating bodies 200 comprising the tower 110 of the
  • Wind turbine 100 carries.
  • the other two floats 200 are used to stabilize and compensate for the tipping moment that occurs in the wind.
  • the floating bodies 200 are provided with stabilizing bodies as position-stabilizing ballast.
  • the transformer also serves as an offshore substation or
  • ballast chambers with ballast liquids 570 are provided in the floating bodies.
  • the fill level of the ballast chambers is in this
  • FIG. 9 shows an embodiment with several
  • Floating bodies 200 which each comprise components 410, 490 of the substation 320 as stabilizing bodies.
  • the at least one component 410, 490 is in the
  • Embodiment of at least one seawater-proof lockable, enclosed by the floating body 200 comprises.
  • Float 200 forms.
  • the at least one component 410, 490 only partially fills the hollow structure, so that an unfilled part can give the hollow cylinder buoyancy.
  • the hollow cylinder is on a base
  • Base area at least one seawater-proof lockable opening 270 for exchanging and or maintaining the at least one component 410, 490.
  • a lifting device 130 enables the exchange of the at least one component 410, 490.
  • the lifting device 130 is a lifting device arranged on the cylindrical tower 110 of the wind turbine 100, which comprises a boom 131 connected to the tower 110, which bridges a distance that exists between the cylinder axis of the tower 110 and the parallel cylinder axes of the hollow cylinders.
  • the hollow cylinders are connected to the tower 110 via horizontal brackets 240.
  • serving hollow structure elements of the float 200 are each in the exemplary embodiment by a sea water-tight
  • openings 270 protected from environmental influences. These openings 270 are designed in their size and design such that the exchange of components of the
  • Substation 320 is made possible.
  • FIG. 9 shows a cylindrical component that is designed as a transformer
  • Embodiment of Figure 9 is a hollow structural element of the float 200 of the foundation of a wind turbine 100 equipped with a component 410 designed as a transformer, which in the embodiment as
  • High-performance transformer of the three-phase jacket type is executed. This is arranged in a cylindrical component such that the winding axes of the component 410 designed as a transformer are aligned in the same direction as the axis of the cylindrical component. This way the placement of
  • High-performance transformers are possible in the hollow structural elements of the floating body 200.
  • ballast chambers with ballast liquids 570 are provided in the floating bodies. These ballast chambers are equipped with devices for regulating their fill level. So it is possible
  • the fill level of the ballast chambers is in this case
  • FIG. 10 shows a top view of the exemplary embodiment from FIG. 9.
  • the hollow structural elements of the floating body 200 are equipped with means for receiving the components of the substation 320. The result is a radial of a central hollow structural element of the foundation
  • Wind power plant 100 is a lifting device 130, in the example a crane, whose pivoting range and radius are selected in such a way that all hollow structural elements of the floating body 200 serving to accommodate components 410, 490 of the substation 320 can be reached.
  • FIG. 10 shows an example of three hollow structural elements of the floating body 200, each with a single-phase transformer unit U, V, W. Each single-phase transformer unit U, V, W is simply present.
  • Figures 11, 12 and 13 show a selection of others
  • FIG. 11 shows an example of the formation of a substation from single-phase substations U, V, W, which are each arranged in one of the three hollow structure elements of the floating body 200 of the foundation structure.
  • Figure 12 exemplifies the use of a fourth
  • FIG. 13 shows an example of six hollow structural elements of the floating body 200, each with a single-phase transformer unit U,
  • FIGS. 14 and 15 show two exemplary floating bodies 200 in which the stabilizing body each comprises several components 410, 420, 430, 450, 490 of the substation 320.
  • the stabilizing body each comprises several components 410, 420, 430, 450, 490 of the substation 320.
  • Components 410, 420, 430, 450, 490 have
  • At least one or some components of a device for connecting a deep-sea wind farm for example a transformer station or a converter, are therefore in the
  • Hollow structure of a floating body of a wind turbine of the ocean wind park arranged.
  • the component with the greatest mass or the highest density is arranged at the greatest distance from the center of buoyancy, that is to say at the lower end of the hollow structure. In the exemplary embodiment in FIG. 14, this is the transformer 410.
  • Components 450 with a lower mass and / or low density are arranged above this.
  • ballast 560 which is not an electrical component, but a higher density than that
  • Transformer 410 is among the electrical
  • Components 410 that is arranged with the greatest possible distance from the center of buoyancy.
  • Component 490 which must be easily accessible by way of example and / or is relatively light, is arranged in the upper region of floating body 200.
  • buoyant wind turbine 100 and thus a stable position of the buoyant wind turbine 100 is reached.
  • Embodiment several components 410/420/430 each representing a ballast body for network connection, on the basis of their geometric due to the function
  • ballast space assigned to it is not completely filled, the volume difference between the ballast space and the electrical components being filled up by a ballast liquid 570.
  • the space intended for ballast is thus optimally used.
  • Figure 16 shows an embodiment in which a
  • Stabilizing body which encapsulates the component 410 of a substation 320 of a high-sea wind farm 300, which is embodied as a transformer, encapsulated in a seawater-tight manner, on a floating body 200 of a floating wind turbine 100 from the outside
  • Ballast bodies manufactured using conventional ballast material are docked onto the floating body from the outside.
  • Buoyancy body to be used for the wind turbines and the substation. Furthermore, this is a compensation of
  • an offshore wind farm also referred to as a floating offshore wind farm, comprises a plurality of
  • Wind turbines which are connected by cable to at least one substation located at sea for grid connection.
  • the substation is fully or partially on
  • components of the substation also referred to as assemblies, are subdivided according to functions or as single-phase systems into functional assemblies and physically several wind turbines
  • Invention is at least one hollow structural element
  • Components of a device for connecting a network Components of a device for connecting a network
  • Sea wind farms for example a substation or a converter, can partially or completely accommodate.
  • the dimensions of the at least one hollow structural element are dimensioned such that the components of the substation can be placed in accordance with their respective dimensions, dimensions and the operating conditions required in each case.
  • a component with the greatest mass or the highest density is arranged at a lower end of the at least one hollow structural element.
  • Hollow structure element with a seawater-tight sealable opening for exchanging components of the substation is preferably arranged such that the components can be loaded using a lifting device.
  • the floating body comprises several
  • Hollow structure elements are arranged parallel and equidistant to a central axis of a tower of the wind turbine.
  • a lifting device for example a boom, is attached to the tower in such a way that its turning and pivoting range contains the hollow structural elements
  • the components include at least one high-voltage electrical assembly and the
  • Hollow structure elements are at least partially as with
  • Isolation fluid filled vessels designed to accommodate the components or include such vessels filled with insulating fluid.
  • enclosing vessel with an inner coaxial wall, which forms a constantly or if necessary fluid-free space through which a walkway can be formed within the component.
  • enclosing vessel can be used as an encapsulation for part of the High voltage carrying electrical assemblies.
  • enclosing vessel can be at least one electrical
  • enclosing vessel can be made of metal, so that electrical shielding of the components of the substation is represented in whole or in part by the hollow structure element and / or the enclosing vessel.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung ist mit einem Schwimmkörper (200) zum Tragen einer Windkraftanlage (100) eines schwimmenden Hochseewindparks (300) befasst. Der Schwimmkörper (200) umfasst einen Stabilisierungskörper zur Anordnung unter einer Wasseroberfläche (50) und zur Stabilisierung der Lage des Schwimmkörpers (200) im Wasser. Der Stabilisierungskörper umfasst mindestens eine Komponente (410, 420, 430) einer Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks (300). Die mindestens eine Komponente (410, 420, 430) ist seewasserdicht verkapselt.

Description

Beschreibung
- Schwimmkörper, Windkraftanlage und Hochseewindpark -
Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper zum Tragen einer Energetischen Anlage eines schwimmenden, auch als Floating- Offshore-Windparks bezeichneten Hochseewindparks und eine schwimmfähige Windkraftanlage sowie einen Hochseewindpark.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Netzanbindung von Hochseewindparks .
Unter „Energetischer Anlage" werden hierbei insbesondere Umspannwerke oder Konverterstationen und die zugehörigen elektrischen Baugruppen bzw. Komponenten, sowie
Windkraftanlagen verstanden.
Eine Windkraftanlage umfasst üblicherweise einen Turm und eine um den Turm drehbare Gondel mit Rotorblättern, sowie einen Transformator, der beispielsweise in der Gondel oder im Turm der Windkraftanlage angeordnet ist.
Die Nutzung der Windenergie auf See kann, bis zu einer gewissen Wassertiefe, mit Hilfe von tragenden Fundamenten erfolgen, die in den Meeresboden eingerammte Gründungsrohre aufweisen. Die Gründungsrohre sind miteinander verbunden und bilden so ein Stützgerüst aus, auf dem eine Windenergieanlage mit ihrem Turm abgestützt ist. Ein solches Fundament ist in DE102004042066 beschrieben.
Für größere Wassertiefen, die keine Fundamentierung der Windkraftanlage oder des für die Netzanbindung notwendigen Umspannwerks selbst erlauben, werden Schwimmkörper in der Form selbstschwimmender Plattformen zum Tragen je einer Windkraftanlage oder eines Umspannwerks verwendet. Die
Schwimmkörper sind dabei am Aufstellungsort am Meeresboden verankert . Der Schwimmkörper umfasst dabei üblicherweise einen
Stabilisierungskörper zur Lagestabilisierung. Der
Schwimmkörper ist geeignet, Windkraftanlagen zu tragen. Um eine stabile Lage einer Windkraftanlage auch bei hohen
Windstärken und Seegang zu erreichen, sind die Schwimmkörper mit großen Ballasttanks ausgestattet, um ein rückstellendes Moment entgegen einem durch Winddruck und Seegang auf die Windkraftanlage wirkenden Kippmoment zu erzeugen.
Der Schwimmkörper wird zumeist als eine Hohlstruktur aus Stahlrohren gebildet, die ein Fundamentvolumen bilden, welches sich bei einer Nutzung zu einem großen Teil unter der Wasseroberfläche befindet.
Die vorliegende Erfindung widmet sich der Aufgabe, den Aufbau von Hochseewindparks zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Gegenstände gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Schwimmkörper zum Tragen einer energetischen Anlage bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Schwimmkörper umfasst einen Stabilisierungskörper zur
Anordnung unter einer Wasseroberfläche und zur Stabilisierung der Lage des Schwimmkörpers im Wasser. Der Schwimmkörper bildet einen unter der Wasseroberfläche liegenden
Auftriebsschwerpunkt, wenn der Schwimmkörper das Gewicht einer energetischen Anlage trägt. Der Stabilisierungskörper umfasst mindestens eine Komponente einer Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks. Die mindestens eine
Komponente ist dabei seewasserdicht gekapselt und unterhalb des Auftriebsschwerpunktes des Schwimmkörpers angeordnet.
Der Schwimmkörper hat den Vorteil, dass gewichtige
Komponenten des Umspannwerks als lagestabilisierender Ballast aufgenommen sind, so dass kein oder nur geringer Totballast zur Lagestabilisierung und kein eigenständiger Schwimmkörper für die Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks notwendig sind. Der Schwimmkörper ermöglicht so einen
vereinfachten Hochseewindpark, der keine eigenständige
Plattform für die Vorrichtung zur Netzanbindung des
Hochseewindparks benötigt.
Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine besonders kompakte Gestaltung einer seeseitigen Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks.
Durch die seewasserdichte Kapselung der elektrischen
Komponenten ist ein Schutz dieser Komponenten vor dem
Seeklima gewährleistet. Dies lässt eine vereinfachte
Ausführung dieser Komponenten zu. Insbesondere wird die elektrische Verbindung zwischen den Komponenten vereinfacht. Zudem sind Korrosionsschutzmaßnahmen nur noch in einem deutlich verringerten Umfang notwendig.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der
Stabilisierungskörper mehrere Komponenten der Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks, insbesondere alle
Komponenten der Vorrichtung zur Netzanbindung des
Hochseewindparks. Dabei weisen die Komponenten
unterschiedliche Dichten und/oder Massen auf. Je größer die Dichte und/oder die Masse der jeweiligen Komponente sind, desto entfernter werden die Komponenten vom
Auftriebsschwerpunkt des Schwimmkörpers angeordnet. Mit anderen Worten werden die Komponenten umso tiefer im
Schwimmkörper angeordnet, je größer ihre Masse oder ihre Dichte ist. Dadurch wird erreicht, dass der Massenschwerpunkt des Schwimmkörpers und damit auch der Massenschwerpunkt der gesamten schwimmenden Anordnung möglichts tief im
Schwimmkörper liegt. Dadurch wird ein großes rückstellendes Moment erreicht, dass einem durch Winddruck und Seegang auf die schwimmende Anordnung wirkenden krängenden Moment
entgegen steht.
Insbesondere bei Windkraftanlagen mit ihren hohen als Hebel wirkenden Türmen tritt bei Wind ein erhebliches kränkendes Moment auf, dem durch eine große Masse des Ballastes und/oder einen großen Abstand zwischen dem Massenschwerpunkt und dem Auftriebsschwerpunkt der Anordnung entgegengewirkt werden muss. Im Rahmen der Erfindung wird eine gute und
kostengünstige Stabilisierung einer schwimmenden Anordnung, insbesondere einer schwimmenden Windkraftanlage und eines Umspannwerkes zur Netzanbindung eines Offshore Windparks ermöglicht .
Der Schwimmkörper kann die mindestens eine Komponente in mindestens einer seewasserdicht abschließbaren, vom
Schwimmkörper umfassten Hohlstruktur umfassen.
Somit werden ohnehin erforderliche Komponenten der
Netzanbindung eines Windparks als Ballastkörper genutzt.
Weiterhin benötigen die derart untergebrachten Komponenten dann keine eigenen Gründungsstrukturen.
Die mindestens eine seewasserdicht abschließbare Hohlstruktur kann ein Hohlzylinder sein. Die mindestens eine Komponente kann dabei die Hohlstruktur nur teilweise ausfüllen, sodass ein unausgefüllt verbleibender Teil des Hohlzylinders dem Hohlzylinder Auftrieb geben kann. Der Hohlzylinder kann, bis auf mindestens eine seewasserdicht abschließbare Öffnung zum Austausch und/oder zur Wartung der mindestens einen
Komponente, seewasserdicht verschlossen sein. So lassen sich Austausch und Wartung vereinfachen.
Die mindestens eine Komponente kann mindestens eine
Hochspannung führende, elektrische Baugruppe umfassen. Die Hohlstruktur kann zumindest teilweise als mit Isolierfluid gefülltes Gefäß ausgebildet sein oder das Gefäß umfassen. So lässt sich die Hochspannung führende, elektrische Baugruppe besonders gut isolieren.
Die mindestens eine Hohlstruktur kann einen bevorzugt
zylindrischen Raum mit einer inneren koaxialen Wandung begrenzen. Dieser Raum ist ständig oder nur bei Bedarf fluidfrei, wobei durch den innerhalb des die Komponente umschließenden Raumes ein Begehungsweg ausgebildet sein kann. Die Begehbarkeit des Raumen vereinfacht die Wartung der darin angeordneten Komponente.
Das mindestens eine Hohlstrukturelement und/oder das
umschließende Gefäß kann als Kapselung für einen Teil der mindestens einen Hochspannung führenden elektrischen
Baugruppe ausgebildet sein.
So lässt sich die Hochspannung führende elektrische Baugruppe besonders gut schützen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden weitere Ballastkörper und / oder flüssige Ballaststoffe unterhalb des Auftriebsschwerpunktes vorgesehen, wobei die Ballaststoffe umso weiter vom Auftriebsschwerpunkt entfernt angeordnet sind je höher ihre Dichte ist. Mit anderen Worten werden auch diese Ballastkörper und/oder Ballaststoffe umso tiefer im Schwimmkörper angeordnet, je größer ihre Masse bzw. ihre Dichte ist.
Metallische Ballastkörper weisen eine hohe Dichte auf und werden demzufolge im untersten Bereich des Schwimmkörpers angeordnet. Es steht eine Vielzahl an Ballaststoffen, so zum Beispiel auch Beton, Schotter oder Kies zur Verfügung.
Bevorzugt ist die Ballastzone des Schwimmkörpers durch
Trennwände in mehrere Ballastkammern unterteilt. Bevorzugt ist dabei mindestens eine Kammer für flüssige Ballaststoffe vorgesehen .
Vorteilhafterweise ist mindestens eine Ballastkammer,
hermetisch abgeschlossen ausgeführt und mit einer
Ballastflüssigkeit gefüllt, welche korrosionshemmend ist.
Dazu ist im einfachsten Fall Süßwasser mit
korrosionshemmenden Additiven einsetzbar. Zum Ausgleich der thermisch bedingten Volumenänderungen der Ballastflüssigkeit, ist die Ballastkammer mit einem
Ausdehnungsgefäß oder Ausdehnungsraum ausgestattet.
Bevorzugt sind einer oder mehrere Ballasträume für flüssige Ballaststoffe gekapselt ausgeführt und mit einem Gaspolster zur Aufnahme der thermisch bedingten Volumenschwankungen der Ballastflüssigkeit versehen.
Bevorzugt ist mindestens eine Kammer für flüssige
Ballaststoffe vorgesehen, deren Füllstand regelbar bzw.
beinflussbar ist.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist dabei mindestens eine Kammer für flüssige Ballaststoffe vorgesehen, welche mit Vorrichtungen zum Wasseraustausch mit dem
umgebenden Seewasser ausgestattet ist. Zur Regelung des
Füllstandes sind dabei vorzugsweise Ventile vorgesehen. Eine Verringerung des Füllstandes einer Ballastkammer kann über eine Pumpe oder die Einleitung eines Druckgases erfolgen. Die Einstellung der Füllhöhe des Wasserballastes dient zur
Feinabstimmung der Gesamtballastmasse und damit der Regelung der Tauchtiefe des Schwimmkörpers und damit einer
Beeinflussung der Stabilität der schwimmenden
Gründungsstruktur .
Bevorzugt wird eine Ballastkammer mit regelbarem Füllstand oberhalb der Ballastkammer . Dadurch erreicht man eine
Stabilisierung, da die Ballastkammer mit dem regelbaren
Füllstand eine geringere durchschnittliche Dichte hat und demzufolge wiederum der Ballast mit der höheren Dichte auch in einem größeren Abstand zum Auftriebsschwerpunkt angeordnet ist .
In einer weiteren speziellen Ausgestaltung ist ein
Ballastraum oder sind mehrere Ballasträume für flüssige
Ballaststoffe gekapselt ausgeführt und das Kompensationsgefäß für die thermisch bedingten Volumenschwankungen der Ballastflüssigkeit oberhalb der Ballastkammern, im Auftriebsteil der Gründungsstruktur angeordnet. Die
Verbindung erfolgt über Rohrleitungen. Das Kompensations- bzw. Ausdehnungsgefäß ist nur bei hohen Temperaturen gefüllt und hat damit im Normalbetrieb eine geringe Dichte und kann durch diese Änderung seiner Platzierung, Platz für
Ballaststoffe höherer Dichte in weiter vom
Auftriebsschwerpunkt liegenden Bereichen frei machen.
Bevorzugt ist die Auftriebszone des Schwimmkörpers durch Trennwände in mehrere Auftriebskammern unterteilt. Bevorzugt sind die Auftriebskammern mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff gefüllt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform betrifft die einen Ballastkörper darstellende Komponenten zur Netzanbindung, welche auf Grund ihrer durch die Funktion bedingten
geometrischen Gestaltung das Volumen des ihr zugeordneten Ballastraumes nicht vollständig ausfüllen. Hier wird die Volumendifferenz zwischen Ballastraum und den elektrischen Komponenten durch eine Ballastflüssigkeit aufgefüllt. Damit wird der für Ballast vorgesehene Raum optimal genutzt.
Bevorzugt weist die durch den Schwimmkörper gebildete
Gründungsstruktur in der Ballastzone und / oder der
Auftriebszone des Schwimmkörpers einen größeren Durchmesser auf, als die Gründungsstruktur im Bereich der Wasserlinie.
Bevorzugt weist der Schwimmkörper einen Tiefgang von
mindestens 30 Metern auf.
Bevorzugt entspricht der Tiefgang des Schwimmkörpers
mindestens dem vierfachen Durchmesser des Selben. Damit wird eine hohe Schwimmstabilität erreicht.
Der Schwimmkörper kann weiterhin eine Hebevorrichtung zum Austausch der mindestens einen Komponente umfassen. So lassen sich Austausch und Wartung noch mehr vereinfachen. Erfindungsgemäß wird weiterhin eine schwimmfähige Windkraftanlage vorgeschlagen. Die schwimmfähige
Windkraftanlage umfasst den erfindungsgemäßen Schwimmkörper, wobei die Windkraftanlage auf dem Schwimmkörper errichtet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt umfasst die schwimmfähige Windkraftanlage den erfindungsgemäßen Schwimmkörper und eine alleine für sich genommen nicht schwimmfähige
Windkraftanlage, welche auf dem Schwimmkörper angeordnet gemeinsam mit dem Schwimmkörper eine schwimmfähige
Windkraftanlage bildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Windkraftanlage einen zylindrischen Turm, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und eine Zylinderachse aufweist, die parallel um einen Abstand versetzt zu einer anderen
Zylinderachse des Hohlzylinder verläuft, wobei der
Schwimmkörper weiterhin eine Hebevorrichtung zum Austausch der mindestens einen Komponente und die Hebevorrichtung einen mit dem Turm verbundenen Ausleger umfassen kann, der den Abstand überbrückt.
Die schwimmfähige Windkraftanalage ist dann unter anderem besonders kippstabil, wobei die mindestens eine Komponente sehr leicht zu warten und/oder zu wechseln ist.
Der Schwimmkörper kann insbesondere mindestens drei
Hohlzylinder mit parallelen Hohlzylinderachsen aufweisen, die jeweils zur Zylinderachse des Turms den besagten Abstand aufweisen, wobei jeder der Hohlzylinder mindestens eine
Komponente des Umspannwerks des Hochseewindparks umfassen kann und wobei die Hebevorrichtung um den Turm schwenkbar ausgeführt sein kann.
Die schwimmfähige Windkraftanalage ist dann ganz besonders kippstabil und kann viele Komponenten der Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks aufnehmen. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Hochseewindpark vorgeschlagen, der mindestens eine erfindungsgemäße
schwimmfähige Windkraftanlage umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst dabei die
Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks mindestens eine Komponente eines Umspannwerks des Hochseewindparks und/oder mindestens eine Komponente eines Konverters.
Der Hochseewindpark kann eine Vielzahl von schwimmfähigen Windkraftanlagen umfassen, welche über Kabel mit mindestens einem auf See befindlichem Umspannwerk zur Netzanbindung verbunden sind. Das Umspannwerk kann ganz- oder teilweise am Standort einer der zum Windpark gehörigen Windkraftanlagen platziert und mechanisch mit dem Schwimmkörper oder einer Verankerung dieser Windkraftanlage verbunden sein.
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 Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 einen Hochseewindpark gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 eine Anordnung mehrerer Hochseewindparks gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 6 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, Figur 7 ein anderes, weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
Figur 8 eine schwimmfähige Windkraftanlage mit drei
Schwimmkörpern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 9 noch ein anderes, weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
Figur 10 das Ausführungsbeispiel aus Figur 9 in Aufsicht,
Figur 11 eine beispielhafte Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung,
Figur 12 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines
Aspekts der Erfindung,
Figur 13 noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform
eines Aspekts der Erfindung,
Figur 14 eine weitere beispielhafte Ausführungsform der
Erfindung,
Figur 15 noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der
Erfindung,
Figur 16 noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der
Erfindung und
Figur 17 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung
mindestens einer Komponente eines Umspannwerks als
Stabilisierungskörper eines auch als „Floating-Struktur" oder Gründungsstruktur bezeichneten Schwimmkörpers einer
Windkraftanlage. Beispiele für solche Komponenten sind Transformatoren und Drosseln, die auf Grund ihrer hohen Masse bestens als Stabilisierungskörper geeignet sind. Dazu werden sie mit entsprechenden Befestigungselementen ausgestattet und die Anschlusstechnik entsprechend angepasst.
Dabei sind eine, mehrere oder alle Komponenten eines
Umspannwerks im unteren Bereich des Schwimmkörpers
angeordnet .
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dort ist ein Schwimmkörper 200 zum Tragen einer Windkraftanlage 100 eines schwimmenden Hochseewindparks 300 gezeigt, der über dem Meeresboden 51 im Meerwasser 52 schwimmt. Dabei ist in Figur 1 die Windkraftanlage 100 auf dem Schwimmkörper 200
errichtet. Der Schwimmkörper 200 umfasst einen
Stabilisierungskörper zur Anordnung unter der
Wasseroberfläche 50. Der Stabilisierungskörper umfasst mindestens eine Komponente 410, 420, 430, 470 einer
Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks 300, beispielsweise einen Transformator eines Umspannwerks oder eine Komponente eines Konverters. Die mindestens eine
Komponente 410, 420, 430, 470 ist zumindest durch den
Schwimmkörper 200 seewasserdicht verkapselt.
Die Windkraftanlage umfasst dabei einen Turm 110, eine Gondel 160 mit den Rotorblättern 170 und einen Transformator 180, 190. Der Transformator 180, 190 ist in der Gondel 160 oder in dem Turm 110 der Windkraftanlage angeordnet.
Der Schwimmkörper 200 umfasst Hohlstrukturelemente und bildet eine Gründungsstruktur und / oder Turmstruktur der
Windkraftanlage 100. Der Schwimmkörper 200 ist derart
gestaltet, dass er Komponenten 410, 420, 430, 470 einer
Vorrichtung, die für zur Netzanbindung eines oder mehrerer Hochseewindparks 300 notwendig ist, aufnehmen kann.
Im Ausführungsbeispiel umfassen die Komponenten 410, 420, 430 beispielsweise Leistungstransformatoren eines Umspannwerks, die als einphasige Einheiten in einer Hohlstruktur der
Gründung platziert sind.
Die Komponente 470 des Umspannwerks ist beispielsweise eine Funktionsbaugruppe mit einer zusätzlichen Verkapselung 280, die in ihrer Form und ihren Abmessungen an eines der den Schwimmkörper 200 bildenden Hohlstrukturelemente der
Gründungsstruktur angepasst ist.
Erfindungsgemäß sind die Komponenten zur Netzanbindung des Windparks entsprechend ihrer Masse bzw. Dichte innerhalb der Hohlstruktur des Schwimmkörpers angeordnet. So sind die
Transformatoren 430 als Baugruppen mit der größten Dichte und der größten Masse im unteren Teil des Schwimmkörpers, mit dem maximalen Abstand zum Auftriebsschwerpunkt 600 des
Schwimmkörpers 200 angeordnet. Eine Baugruppe 470, welche eine geringere Dichte und Masse aufweist (im Beispiel eine Schaltanlage) ist oberhalb der Transformatoren angeordnet und weist einen geringeren Abstand zum Auftriebsschwerpunkt 600 auf .
Figur 2 zeigt einen Hochseewindpark 300 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Hochseewindpark 300 ist mit einer bestimmten Anzahl von schwimmfähigen
Windkraftanlagen 100 ausgestattet. Das zur Netzanbindung erforderliche Umspannwerk 320 ist in den Schwimmkörper 200 einer der vorhandenen schwimmfähigen Windkraftanlagen 100 integriert. Der Hochseewindpark 300 benötigt daher keine separate Plattform zur Aufnahme dieses Umspannwerks 320.
Figur 3 zeigt eine Anordnung mehrerer Hochseewindparks 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die
schwimmfähigen Windkraftanlagen 100 versorgen im
Ausführungsbeispiel jeweils zwei Umspannwerke 320. Von diesen wird über je ein Hochspannungs-Wechselstrom-Kabel 330 eine seeseitige Konverterstation 340 einer Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke 350, HGÜ, versorgt. Die Konverterstation 340 wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom und überträgt ihn über die HGÜ 350.
Die Komponenten des Umspannwerks können in dem auch als Gründungsstruktur bezeichneten Schwimmkörper einer einzigen Windkraftanlage angeordnet oder auf die Schwimmkörper mehrerer Windkraftanlagen verteilt sein. Dabei ist eine
Aufteilung sowohl nach Funktion von Baugruppen als auch die Aufteilung in Einphaseneinheiten möglich. Insbesondere für HGÜ-Anlagen mit ihrem großen Raumbedarf bietet sich eine Aufteilung nach Funktion von Baugruppen auf mehrere
Windkraftanlagen an.
Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schwimmkörpers 200, der über mehrere Ballastkörper verfügt, welche
erfindungsgemäß unterhalb des Auftriebsschwerpunktes 600 im Ballastbereich 210 des Schwimmkörpers 200 angeordnet sind. Dabei sind die Ballastkörper derart angeordnet, dass jeweils der Ballastkörper mit dem größten Gewicht bzw. der größten Dichte möglichst nah an der Unterkante des Schwimmkörpers angeordnet ist. Die Ballastkörper sind also jeweils derart angeordnet, dass mit steigendem Gewicht bzw. steigender Dichte die Entfernung zum Auftriebsschwerpunkt 600 größer wird .
Im untersten Bereich ist im Ausführungsbeispiel ein fester Ballastkörper 560 mit einer hohen Dichte angeordnet. Darüber sind mehrere Komponenten eines Offshore Umspannwerkes zur Netzanbindung eines Offshore Windparks angeordnet. Auch diese sind nach ihrem Gewicht bzw. ihrer Dichte derart angeordnet, dass diese umso entfernter vom Auftriebsschwerpunkt 600 angeordnet sind, je größer ihre Dichte bzw. ihre Masse ist. Demzufolge ist der Transformator 410 als schwerste Baugruppe unterhalb der anderen Baugruppen 430/450 angeordnet. Der Abstand des Transformators 410 zum Auftriebsschwerpunkt 600 ist hier beispielhaft als Abstand A bezeichnet. Weiterhin ist im Ausführungsbeispiel die Ballastzone 210 in mehrere Ballastkammern 510/520/530/540 unterteilt. Dabei sind im Ausführungsbeispiel mehrere Ballasttanks 530/540 für
Ballastflüssigkeiten vorgesehen. Diese sind auf Grund ihrer geringeren Dichte oberhalb der Ballastkörper 560 und der Komponenten 410/430/450 des Offshore-Umspannwerkes
angeordnet .
Im Ausführungsbeispiel ist eine Ballastkammer 530 mit einer nicht korrosiven Ballastflüssigkeit 570 befüllt, die
Ballastkammer 530 ist hermetisch verschlossen ausgeführt, weiterhin sind innerhalb der Hohlstruktur des Schwimmkörpers Volumina zum Ausgleich der thermisch bedingten
Volumenschwankungen dieser Ballastflüssigkeit 570 vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel kommt in dieser Ballastkammer
Süßwasser mit korrosionshemmenden Additiven zum Einsatz.
Oberhalb dieser Ballastkammer 530 ist eine weitere
Ballastkammer 540 für flüssige Ballaststoffe 580 vorgesehen, diese ist mit Vorrichtungen zur Regelung des Füllstandes durch Austausch mit dem den Schwimmkörper 200 umgebenden Seewasser 52 ausgestattet. Zur Regelung des Füllstandes sind Ventile 590/591 vorgesehen. Eine Verringerung des Füllstandes dieser Ballastkammer kann mittels einer Pumpe 595 oder die Einleitung eines Druckgases erfolgen. Somit kann der Ballast an die Betriebsbedingungen der Offshore Struktur angepasst werden .
Die Einstellung der Füllhöhe des Wasserballastes dient zur Feinabstimmung der Tauchtiefe und Stabilität der schwimmenden Gründungsstruktur. Die Ballastkammer mit regelbarem Füllstand 540 ist oberhalb der Ballastkammer 530 deren Füllstand nicht regelbar ist angeordnet. Dadurch erreicht man eine weitere Stabilisierung, da die Ballastkammer mit dem regelbaren
Füllstand eine geringere durchschnittliche Dichte hat und demzufolge wiederum der Ballast mit der höheren Dichte auch in einem größeren Abstand zum Auftriebsschwerpunkt angeordnet ist . Die Hohlstruktur des Auftriebsbereichs des Schwimmkörpers ist durch Trennwände 650 in mehrere Auftriebskammern 610
unterteilt. Im Ausführungsbeispiel sind mehrere
Auftriebskammern zur Verminderung der Korrosion mit
Stickstoff gefüllt. Einige leichte Komponenten welche
zugänglich sein müssen und nicht im Ballastbereich
untergebracht werden können sind innerhalb einer
Auftriebskammer angeordnet. Auch hier sind die schwereren Komponenten 470 unterhalb der leichteren Komponenten 480 unterhalb des Auftriebsschwerpunktes 600 angeordnet.
Die durch den Schwimmkörper 200 gebildete Gründungsstruktur weist in der Ballastzone 210 und der Auftriebszone 220 des Schwimmkörpers einen größeren Durchmesser auf, als die
Gründungsstruktur im Bereich der Wasserlinie 50.
Bevorzugt entspricht der Tiefgang des Schwimmkörpers
mindestens dem vierfachen Durchmesser des Selben. Damit wird eine hohe Schwimmstabilität erreicht.
Oberhalb des Meeresspiegels 50 können an dem Schwimmkörper weitere Strukturen eines Offshore Umspannwerkes 320
angeordnet sein. Dabei sind oberhalb des Wasserspiegels insbesondere Baugruppen angeordnet, welche eine einfache Zugänglichkeit für Wartungs- oder Kontrollzwecke erfordern, zum Beispiel Überwachungseinheiten 490, Schaltanlagen oder Steuerschränke. Weiterhin ist beispielsweise eine
Landeplattform für Hubschrauber zur Versorgung des Windparks auf dem Schwimmkörper installierbar. Alternativ kann der Schwimmkörper wie im Ausführungsbeispiel 1 eine
Windkraftanlage 100/110 tragen.
Figur 5 bis 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, welche jeweils über mehrere Schwimmkörper 200 verfügen.
In Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer schwimmfähigen Windkraftanlage 100. Im dargestellten Beispiel umfasst der Schwimmkörper 200 mindestens drei Hohlzylinder mit parallelen Hohlzylinderachsen, die zur Zylinderachse des Turms 110 denselben Abstand aufweisen. Jeder der Hohlzylinder umfasst als Stabilisierungskörper je mindestens eine Komponente 410, 420, 430 des Umspannwerks 320 des Hochseewindparks 300. Die auch als Baugruppen bezeichneten Komponenten 410, 420, 430 des Umspannwerks 320 sind auf die Schwimmkörper 200 verteilt.
Weiterhin ist jeweils oberhalb der als Grundballast dienenden Komponenten 410, 420, 430 eine Ballastkammer 540 für flüssige Ballaststoffe 580 angeordnet. Diese Ballastkammern sind mit Vorrichtungen zur Regelung ihres Füllstandes ausgestattet. So ist es möglich die Gesamtballastmenge in jedem Schwimmkörper 200 einzeln zu regulieren und damit die Eintauchtiefe jedes Schwimmers zu variieren und die Lage und Stabilität der gesamten schwimmenden Anordnung an die wechselnden durch Seegang und Wind gegebenen Anforderungen
einzustellen .
Weiterhin ermöglicht diese Bauweise in den einzelnen
Schwimmkörpern 200 Komponenten 410,420,430 unterschiedlicher Masse anzuordnen und die Abstimmung des jeweiligen
Gesamtballastes durch unterschiedliche Befüllung der
Ballastkammern 540 mit Ballastflüssigkeiten 580 vorzunehmen.
Figur 6 zeigt eine schwimmendes Umspannwerk 320 welches von 3 Schwimmkörpern 200 getragen wird. Dabei sind Komponenten 410,420 erfindungsgemäß in den Schwimmkörpern 200 angeordnet. Weiterhin sind Komponenten 490 deren Funktion eine Anordnung in den Schwimmkörpern nicht zulässt oberhalb des
Wasserspiegels 50 in einem Gehäuse des Umspannwerkes 320 angeordnet. Somit dienen insbesondere die schweren in den Schwimmkörpern untergebrachten Komponenten der Stabilisierung des gesamten schwimmenden Umspannwerkes.
Figur 8 zeigt eine auch als Offshore-Windturbine bezeichnete schwimmfähige Windkraftanlage 100 mit drei Schwimmkörpern 200, wobei einer der Schwimmkörper 200 den Turm 110 der
Windkraftanlage 100 trägt. Die beiden anderen Schwimmkörper 200 dienen zur Stabilisierung und zum Ausgleich des bei Wind auftretenden Kippmoments. Um eine kritische Neigung des Turms 110 der Windkraftanlage bei höheren Windstärken zu vermeiden, sind die Schwimmkörper 200 mit Stabilisierungskörpern als lagestabilisierendem Ballast versehen. Im Ausführungsbeispiel dient der Trafo des auch als Offshore-Umspannwerk oder
Offshore-Substation bezeichneten Umspannwerks 320 des
Hochseewindparks 300 als Stabilisierungskörper.
Weiterhin sind im Ausführungsbeispiel in den Schwimmkörpern 200 Ballastkammern mit Ballastflüssigkeiten 570 vorgesehen. Der Füllstand der Ballastkammern ist in diesem
Ausführungsbeispiel derart regelbar, dass Ballastflüssigkeit zwischen den Ballastkammern der Schwimmer 200 über die horizontale Verbindungsstruktur 240 ausgetauscht wird.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit mehreren
Schwimmkörpern 200, welche jeweils Komponenten 410, 490 des Umspannwerks 320 als Stabilisierungskörper umfassen.
Die mindestens eine Komponente 410, 490 ist im
Ausführungsbeispiel von mindestens einer seewasserdicht abschließbaren, vom Schwimmkörper 200 umfassten Hohlstruktur umfasst .
Die mindestens eine seewasserdicht abschließbare Hohlstruktur des Ausführungsbeispiels ist ein Hohlzylinder, der den
Schwimmkörper 200 bildet. Die mindestens eine Komponente 410, 490 füllt die Hohlstruktur nur teilweise aus, sodass ein unausgefüllt verbleibender Teil dem Hohlzylinder Auftrieb geben kann. Der Hohlzylinder ist an einer Grundfläche
seewasserdicht verschlossen und umfasst an der anderen
Grundfläche mindestens eine seewasserdicht abschließbare Öffnung 270 zum Austausch und oder zur Wartung der mindestens einen Komponente 410, 490.
Eine Hebevorrichtung 130 ermöglicht dabei den Austausch der mindestens einen Komponente 410, 490. Im Ausführungsbeispiel ist die Hebevorrichtung 130 ein am zylindrischen Turm 110 der Windkraftanlage 100 angeordnetes Hebezeug, welches einen mit dem Turm 110 verbundenen Ausleger 131 umfasst, der einen Abstand überbrückt, der zwischen der Zylinderachse des Turms 110 und den parallelen Zylinderachsen der Hohlzylinder besteht. Dabei sind die Hohlzylinder über horizontale Ausleger 240 mit dem Turm 110 verbunden.
Die der Aufnahme der Komponenten des Umspannwerks 320
dienenden Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers 200 sind im Ausführungsbeispiel jeweils durch eine seewasserdicht
verschließbare Öffnung 270 vor Umgebungseinflüssen geschützt. Diese Öffnungen 270 sind in ihrer Größe und Ausführung derart gestaltet, dass der Austausch von Komponenten des
Umspannwerks 320 ermöglicht wird.
Weiterhin zeigt Figur 9 ein bezüglich der als Transformator ausgebildeten zylindrische Komponente besonders
ausgestaltetes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im
Ausführungsbeispiel der Figur 9 ist ein Hohlstrukturelement des Schwimmkörpers 200 der Gründung einer Windkraftanlage 100 mit einer als Transformator ausgebildeten Komponente 410 ausgestattet, welcher im Ausführungsbeispiel als
Hochleistungstransformator vom Drehstrom-Manteltyp ausgeführt ist. Dieser ist derart in einer zylindrischen Komponente angeordnet, dass die Wicklungsachsen der als Transformator ausgebildeten Komponente 410 in gleicher Richtung wie die Achse der zylindrischen Komponente ausgerichtet sind. Auf diese Weise wird die Platzierung von
Hochleistungstransformatoren in den Hohlstrukturelementen des Schwimmkörpers 200 möglich.
Weiterhin sind im Ausführungsbeispiel in den Schwimmkörpern 200 Ballastkammern mit Ballastflüssigkeiten 570 vorgesehen. Diese Ballastkammern sind mit Vorrichtungen zur Regelung ihres Füllstandes ausgestattet. So ist es möglich die
Gesamtballastmenge in jedem Schwimmkörper 200 einzeln zu regulieren und damit die Eintauchtiefe jedes Schwimmers zu variieren und die Lage und Stabilität der gesamten schwimmenden Anordnung an die wechselnden durch Seegang und Wind oder Betrieb der Hebevorrichtung 130 gegebenen
Anforderungen einzustellen.
Der Füllstand der Ballastkammern ist in diesem
Ausführungsbeispiel derart regelbar, dass Ballastflüssigkeit zwischen den Ballastkammern der Schwimmer 200 über die horizontale Verbindungsstruktur 240 ausgetauscht wird.
Figur 10 zeigt eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus Figur 9. Erfindungsgemäß sind die Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers 200 mit Mitteln zur Aufnahme der Komponenten des Umspannwerks 320 ausgestattet. Es ergibt sich eine radial von einem zentralen Hohlstrukturelement der Gründung
beabstandete Anordnung der in den Schwimmkörpern 200
angeordneten Komponenten 410, 490. Am Turm 110 der
Windkraftanlage 100 ist eine Hebevorrichtung 130, im Beispiel ein Kran, angeordnet, dessen Schwenkbereich und Ausladung derart gewählt werden, dass alle der Aufnahme von Komponenten 410, 490 des Umspannwerks 320 dienenden Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers 200 erreichbar sind.
Figur 10 zeigt beispielhaft drei Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers 200 mit je einer einphasigen Umspanneinheit U, V, W. Jede einphasige Umspanneinheit U, V, W ist einfach vorhanden .
Figur 11, 12 und 13 zeigen eine Auswahl weiterer
Anordnungsmöglichkeiten der Komponenten des Umspannwerks 320 in den Hohlstrukturelementen der Schwimmkörper 200 eines auch als „Floating Substation" bezeichneten Umspannwerks eines Hochseewindparks 300.
Figur 11 zeigt beispielhaft die Bildung eines Umspannwerks aus einphasigen Umspanneinheiten U, V, W, welche jeweils in einem der drei Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers 200 der Gründungsstruktur angeordnet sind. Figur 12 stellt beispielhaft die Nutzung eines vierten
Hohlstrukturelements zur Bildung einer einphasigen
Reserveeinheit R dar.
Figur 13 zeigt beispielhaft sechs Hohlstrukturelemente des Schwimmkörpers 200 mit je einer einphasigen Umspanneinheit U,
V, W.
Figuren 14 und 15 zeigen zwei beispielhafte Schwimmkörper 200 bei dem der Stabilisierungskörper je mehrere Komponenten 410, 420, 430, 450, 490 des Umspannwerks 320 umfasst. Die
Komponenten 410, 420, 430, 450, 490 weisen dabei
unterschiedliche Dichten und/oder Massen auf. Je geringer die Dichte und/oder die Masse der jeweiligen Komponente 410, 420, 430, 450, 490 ist, desto näher sind die Komponenten 410, 420, 430, 450, 490 an dem Auftriebsschwerpunkt 600 des jeweiligen Schwimmkörpers 200 angeordnet.
Zumindest eine oder einige Komponenten einer Vorrichtung zur Netzanbindung eines Hochseewindparks, beispielsweise eines Umspannwerks oder eines Konverters, sind also in der
Hohlstruktur eines Schwimmkörpers einer Windkraftanlage des Hochseewindparks angeordnet. Die Komponente mit der größten Masse bzw. der höchsten Dichte ist im größten Abstand zum Auftriebsschwerpunkt, also am unteren Ende der Hohlstruktur angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 14 ist dies der Transformator 410. Darüber sind Komponenten 450 mit einer geringeren Masse und/oder geringer Dichte angeordnet.
Ein weiterer Ballastkörper 560, welcher keine elektrische Komponente darstellt, aber eine höhere Dichte als der
Transformator 410 aufweist ist unter den elektrischen
Komponenten 410, also mit dem größtmöglichen Abstand zum Auftriebsschwerpunkt angeordnet. Die Komponente 490, welche beispielhaft gut zugänglich sein muss und/oder relativ leicht ist, ist im oberen Bereich des Schwimmkörpers 200 angeordnet.
Dadurch wird eine günstige Relation zwischen dem
Auftriebsschwerpunkt 600 und dem Masseschwerpunkt der
schwimmfähigen Windkraftanlage 100 und somit eine stabile Lage der schwimmfähigen Windkraftanlage 100 erreicht.
Weiterhin zeigt das in Figur 15 dargestellte
Ausführungsbeispiel mehrere jeweils einen Ballastkörper darstellende Komponenten 410/420/430 zur Netzanbindung, auf Grund ihrer durch die Funktion bedingten geometrisch
Gestaltung ist das Volumen des ihr zugeordneten Ballastraumes nicht vollständig ausgefüllt, wobei die Volumendifferenz zwischen Ballastraum und den elektrischen Komponenten durch eine Ballastflüssigkeit 570 aufgefüllt ist. Damit wird der für Ballast vorgesehene Raum optimal genutzt.
Figur 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem ein
Stabilisierungskörper, der die als Transformator ausgebildete Komponente 410 eines Umspannwerks 320 eines Hochseewindparks 300 seewasserdicht verkapselt umfasst, an einen Schwimmkörper 200 einer schwimmenden Windkraftanlage 100 von außen
angedockt ist. Dadurch wird ein maximaler Abstand zum
Auftriebsschwerpunkt erreicht und eine hohe Stabilität des Schwimmkörpers erreicht.
In weiteren Ausgestaltungen werden zusätzliche aus
konventionellem Ballastmaterial gefertigte Ballastkörper von außen an den Schwimmkörper angedockt.
Dadurch ist es Beispielsweise möglich standardisierte
Auftriebskörper, für die Windkraftanlagen und das Umspannwerk zu verwenden. Weiterhin ist dadurch ein Ausgleich der
Eintauchtiefen unterschiedlich ausgestatteter Schwimmkörper möglich . In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein auch als Floating-Offshore-Windpark bezeichneter Hochseewindpark eine Vielzahl von
Windkraftanlagen, welche über Kabel mit mindestens einem auf See befindlichem Umspannwerk zur Netzanbindung verbunden sind. Das Umspannwerk ist ganz- oder teilweise am
Schwimmkörper einer der zum Hochseewindpark gehörigen
Windkraftanlagen platziert und mechanisch mit der Gründung oder dem Turm dieser Windkraftanlage verbunden.
In einer beispielhaften Weiterbildung sind dabei auch als Baugruppen bezeichnete Komponenten des Umspannwerks nach Funktionen oder als Einphasensysteme in Funktionsbaugruppen aufgeteilt und physisch mehreren Windkraftanlagen des
Hochseewindparks zugeordnet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist mindestens ein Hohlstrukturelement eines
Schwimmkörpers einer Windkraftanlage von ihren Abmessungen und ihrer Ausführung derart gestaltet, dass sie die
Komponenten einer Vorrichtung zur Netzanbindung eines
Hochseewindparks, beispielsweise eines Umspannwerks oder eines Konverters, teilweise oder vollständig aufnehmen können .
In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels sind die Abmessungen des mindestens einen Hohlstrukturelements derart dimensioniert, dass eine Platzierung der Komponenten des Umspannwerks entsprechend ihrer jeweiligen Masse, ihren Abmessungen und den jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen ermöglicht ist.
In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels ist eine Komponente mit der größten Masse bzw. der höchsten Dichte an einem unteren Ende des mindestens einen Hohlstrukturelements angeordnet. In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels ist das mindestens eine
Hohlstrukturelement mit einer seewasserdicht verschließbaren Öffnung zum Austausch von Komponenten des Umspannwerks versehen. Die seewasserdicht verschließbare Öffnung ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die Komponenten mittels einer Hebevorrichtung verladen werden können.
In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels umfasst der Schwimmkörper mehrere
Hohlstrukturelemente, wobei Mittelachsen der
Hohlstrukturelemente parallel und äquidistant versetzt zu einer Mittelachse eines Turms der Windkraftanlage angeordnet sind .
In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels ist an dem Turm eine Hebevorrichtung, beispielsweise ein Ausleger, derart angebracht, dass dessen Dreh- und Schwenkbereich die Hohlstrukturelemente
überstreicht .
In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels umfassen die Komponenten mindestens eine Hochspannung führende, elektrische Baugruppe und die
Hohlstrukturelemente sind zumindest teilweise als mit
Isolierfluid gefüllte Gefäße zur Aufnahme der Komponenten ausgebildet oder umfassen solche mit Isolierfluid gefüllte Gefäße .
In einer optionalen Weiterbildung des weiteren
Ausführungsbeispiels umfasst die Komponente ein
umschließendes Gefäß mit einer inneren koaxialen Wandung, welche einen ständig oder bei Bedarf fluidfreien Raum bildet, durch den innerhalb der Komponente ein Begehungsweg bildbar ist .
Das mindestens eine Hohlstrukturelement und/oder das
umschließende Gefäß kann als Verkapselung für einen Teil der Hochspannung führenden elektrischen Baugruppen ausgebildet sein .
Das mindestens eine Hohlstrukturelement und/oder das
umschließende Gefäß können mindestens eine elektrische
Barriere und/oder mindestens eine magnetische Abschirmung umfassen .
Das mindestens eine Hohlstrukturelement und/oder das
umschließende Gefäß können aus Metall bestehen, sodass elektrische Abschirmung der Komponenten des Umspannwerks ganz oder teilweise von dem Hohlstrukturelement und/oder das umschließende Gefäß dargestellt wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
50 Wasseroberfläche
51 Meeresboden
52 Meerwasser
100 Windkraftanlage
110 Turm
130 Hebevorrichtung
131 Ausleger
160 Gondel
170 Rotorblätter
180, 190 Transformator
200 Schwimmkörper
210 Ballastzone
220 Auftriebs zone
240 horizontale Ausleger
270 Öffnung
280 Verkapselung
300 Hochseewindpark
320 Umspannwerk
330 Hochspannungs-Wechselstrom-Kabel
340 KonverterStation
350 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke
(HGÜ)
410, 420 , 430, 450, 470, 480, 490
Komponenten einer Vorrichtung zur Netzanbindung eines Hochseewindparks
510,520,530, 540
Ballastraum
550 Trennwand
560 Ballastkörper
570,580 Ballastflüssigkeit
590,591 Ventil
595 Pumpe 596 Rohrleitung
600 AuftriebsSchwerpunkt
610 Auftriebskammer 650 Trennwand
A Abstand
R Reserveeinheit
U, V, W Umspanneinheiten

Claims

Patentansprüche
1. Schwimmkörper (200) zum Tragen einer energetischen Anlage (300) , wobei
- der Schwimmkörper (200) einen Stabilisierungskörper zur Anordnung unter einer Wasseroberfläche (50) und zur Stabilisierung der Lage des Schwimmkörpers (200) im Wasser umfasst, wobei
- der Stabilisierungskörper mindestens eine Komponente
(410, 420, 430) einer Vorrichtung zur Netzanbindung des Hochseewindparks (300) umfasst, und wobei
- die mindestens eine Komponente (410, 420, 430)
seewasserdicht verkapselt ist.
2. Schwimmkörper (200) nach Anspruch 1, wobei
- der Stabilisierungskörper mehrere Komponenten (410, 420, 430) der Vorrichtung zur Netzanbindung des
Hochseewindparks (300) umfasst, wobei
- die Komponenten (410, 420, 430) unterschiedliche Dichten und/oder Massen aufweisen und
- Komponenten (410, 420, 430) unterhalb des
Auftriebsschwerpunktes (600) angeordnet sind, und
- umso weiter vom Auftriebsschwerpunkt (600) des
Schwimmkörpers (200) entfernt angeordnet sind, je größer die Dichte und/oder die Masse der jeweiligen Komponente (410, 420, 430) ist.
3. Schwimmkörper (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Komponente (410, 420, 430) von mindestens einer seewasserdicht abschließbaren, vom Schwimmkörper (200) umfassten Hohlstruktur umfasst ist.
4. Schwimmkörper (200) nach Anspruch 3, wobei
- die mindestens eine seewasserdicht abschließbare
Hohlstruktur ein Hohlzylinder ist, wobei
- die mindestens eine Komponente (410, 420, 430) die
Hohlstruktur nur teilweise ausfüllt, so dass ein unausgefüllt verbleibender Teil dem Hohlzylinder
Auftrieb gibt, und wobei
- der Hohlzylinder, bis auf mindestens eine seewasserdicht abschließbare Öffnung (270) zum Austausch und oder zur Wartung der mindestens einen Komponente (410, 420, 430), seewasserdicht verschlossen ist.
5. Schwimmkörper nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Ballastkörper (560) und / oder flüssige Ballaststoffe (570) unterhalb des
Auftriebsschwerpunktes (600) vorgesehen sind, wobei die
Ballaststoffe umso weiter vom Auftriebsschwerpunkt entfernt angeordnet sind je höher ihre Dichte ist.
6. Schwimmkörper nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hohlstruktur des
Schwimmkörpers durch Trennwände (550/650) in mehrere Ballast- und / oder Auftriebskammern (520/530/610) unterteilt ist.
7. Schwimmkörper nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ballastkammer (530) mit einer nicht korrosiven Ballastflüssigkeit (580), vorzugsweise mit korrosionshemmenden Additiven versetztes Süßwasser befüllt ist, wobei die Ballastkammer (530)
hermetisch verschlossen ist und innerhalb der Hohlstruktur des Schwimmkörpers (200) Volumina zum Ausgleich der thermisch bedingten Volumenschwankungen der Ballastflüssigkeit (570) vorgesehen sind.
8. Schwimmkörper nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ballastkammer (540) für flüssige Ballaststoffe (580) vorgesehen ist, deren Füllstand einstellbar ist und welche mit
Vorrichtungen ( 590 /591 ) zum Wasseraustausch mit dem umgebenden Seewasser (52) ausgestattet ist, so dass damit die
Eintauchtiefe und die Stabilität des Schwimmkörpers (200) beinflussbar ist.
9. Schwimmkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastkammer mit regelbarem Füllstand (540) oberhalb von Ballastkammern mit nicht regelbarem Füllstand (530) eines Ballastmaterials angeordnet ist.
10. Schwimmkörper (200) nach einem der vorgenannten
Ansprüche, wobei die mindestens eine Komponente (410, 420, 430) mindestens eine Hochspannung führende, elektrische
Baugruppe umfasst und die Hohlstruktur zumindest teilweise als mit Isolierfluid gefülltes Gefäß ausgebildet ist oder das Gefäß umfasst.
11. Schwimmkörper (200) nach einem der vorgenannten
Ansprüche, wobei das mindestens eine Hohlstrukturelement und/oder das umschließende Gefäß als Kapselung für einen Teil der mindestens einen, Hochspannung führenden, elektrischen Baugruppe ausgebildet ist.
12. Schwimmkörper nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Ballastkörper
darstellende Komponente (450) zur Netzanbindung, auf Grund ihrer durch die Funktion bedingten geometrisch Gestaltung das Volumen des ihr zugeordneten Ballastraumes nicht vollständig ausfüllt, und die Volumendifferenz zwischen Ballastraum und der elektrischen Komponente mit Ballastflüssigkeit (570) befüllt ist.
13. Schwimmfähige Windkraftanlage (100), umfassend einen Schwimmkörper (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Windkraftanlage (100) auf dem Schwimmkörper (200) errichtet ist.
14. Windkraftanlage (200) nach Anspruch 13, wobei
- der Schwimmkörper (200) mindestens drei Hohlzylinder mit zueinander parallelen Hohlzylinderachsen aufweist, die zur Zylinderachse eines Turms (110) der Windkraftanlage einen Abstand aufweisen, wobei - die Zylinderachse des Turms parallel und in Querrichtung um den besagten Abstand versetzt zu den Zylinderachsen jedes Hohlzylinders verläuft,
- eine Hebevorrichtung (130) vorgesehen ist, die einen mit dem Turm (110) verbundenen Ausleger umfasst, der den besagten Abstand überbrückt, und
- die Hebevorrichtung (130) um den Turm (110) schwenkbar ist.
15. Hochseewindpark (300) umfassend mindestens eine
schwimmfähige Windkraftanlage (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 15.
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WO (1) WO2020001932A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114475943A (zh) * 2022-01-18 2022-05-13 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 一种海上变电站及其设计水线位置计算方法
US20220299011A1 (en) * 2019-08-16 2022-09-22 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Floating wind turbine comprising an integrated electrical substation
US12612221B2 (en) 2020-04-08 2026-04-28 Aesculap Ag Closure mechanism with locking device for sterile containers, and sterile container comprising same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7473503B2 (ja) * 2021-05-31 2024-04-23 大成建設株式会社 水上風力発電施設組立方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3092852A (en) * 1957-02-15 1963-06-11 Robert F Devereux Inherently stabilized deep sea floating observation stations
DE102004042066A1 (de) 2004-08-31 2006-03-16 Bard Engineering Gmbh Gründung für eine Offshore-Windkraftanlage
WO2010093259A2 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Vest Kran Wind Power As Offshore wind turbine
WO2012169914A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 Vistal Wind Power Sp. Z O.O. Offshore wind power turbine and a method of erecting offshore wind power turbine.
US20140167421A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 IFP Energies Nouvelles Offshore wind turbine on offset floating support
EP2811159A1 (de) * 2013-06-03 2014-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Anlage zur Erzeugung von Windenergie auf See
US20160101833A1 (en) * 2013-05-17 2016-04-14 IFP Energies Nouvelles Floating offshore wind turbine comprising a combination of damping means
EP3339634A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-27 Carrosapo UG (Haftungsbeschränkt) Verfahren zur herstellung von brennstoffen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010035024A1 (de) * 2010-08-20 2012-02-23 Impac Offshore Engineering Gmbh Offshore-Anordnung und Verfahren zur Installation einer Offshore-Anordnung
US9822767B2 (en) * 2012-11-30 2017-11-21 Mhi Vestas Offshore Wind A/S Floating-body type wind turbine power generating apparatus and method of transporting components of the same
DK3286071T3 (da) * 2015-04-20 2021-04-12 Univ Maine System Skrog til en flydende vindturbineplatform

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3092852A (en) * 1957-02-15 1963-06-11 Robert F Devereux Inherently stabilized deep sea floating observation stations
DE102004042066A1 (de) 2004-08-31 2006-03-16 Bard Engineering Gmbh Gründung für eine Offshore-Windkraftanlage
WO2010093259A2 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Vest Kran Wind Power As Offshore wind turbine
WO2012169914A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 Vistal Wind Power Sp. Z O.O. Offshore wind power turbine and a method of erecting offshore wind power turbine.
US20140167421A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 IFP Energies Nouvelles Offshore wind turbine on offset floating support
US20160101833A1 (en) * 2013-05-17 2016-04-14 IFP Energies Nouvelles Floating offshore wind turbine comprising a combination of damping means
EP2811159A1 (de) * 2013-06-03 2014-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Anlage zur Erzeugung von Windenergie auf See
EP3339634A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-27 Carrosapo UG (Haftungsbeschränkt) Verfahren zur herstellung von brennstoffen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220299011A1 (en) * 2019-08-16 2022-09-22 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Floating wind turbine comprising an integrated electrical substation
EP4013961B1 (de) 2019-08-16 2023-05-10 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Schwimmende windenergieanlage mit integriertem umspannwerk
US12173686B2 (en) * 2019-08-16 2024-12-24 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Floating wind turbine comprising an integrated electrical substation
US12612221B2 (en) 2020-04-08 2026-04-28 Aesculap Ag Closure mechanism with locking device for sterile containers, and sterile container comprising same
CN114475943A (zh) * 2022-01-18 2022-05-13 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 一种海上变电站及其设计水线位置计算方法

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Publication number Publication date
DE102018210623A1 (de) 2020-01-02

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