(57)【要約】少なくとも１つの中空構造要素と、中空構造要素の下方領域に配置された少なくとも１つのケーブル引き込み口と、下方領域より上方の中空構造要素の内部に配置された第１のプラットフォームと、中空構造要素の外殻面に配置された、外殻面を貫通する少なくとも１つの貫流開口部とを備えた風力発電施設、特に洋上風力発電施設。中空構造要素の内部と中空構造要素の外部との間の媒体交換に影響を及ぼすために、少なくとも１つの能動的な制御要素が貫流開口部にフロー接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電施設、特に洋上風力発電施設、であって、
−  少なくとも１つの中空構造要素と、
−  前記中空構造要素の下方領域に配置された少なくとも１つのケーブル引き込み口と、
−  前記下方領域より上方の前記中空構造要素の内部に配置された第１のプラットフォームと、
−  前記中空構造要素の外殻面に配置された、前記外殻面を突き抜ける少なくとも１つの貫流開口部と、
を備えた風力発電施設において、
−  少なくとも１つの能動的な制御要素が前記貫流開口部にフロー接続されており、前記中空構造要素の内部と前記中空構造要素の外部との間の媒体交換に影響を及ぼすこと、
を特徴とする風力発電施設。
【請求項２】
−  少なくとも１つの貫流開口部が前記プラットフォームより上方の前記中空構造要素に配置されていること、および／または、
−  少なくとも１つの貫流開口部が前記プラットフォームより下方の前記中空構造要素に配置されていること、
を特徴とする、請求項１に記載の風力発電施設。
【請求項３】
−  前記制御要素は前記貫流開口部に直接配置されていること、
を特徴とする、請求項１または２に記載の風力発電施設。
【請求項４】
−  前記貫流開口部は、前記プラットフォームの下方の前記中空構造要素の前記内部に、換気管を介してフロー接続されていること、
を特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項５】
−  前記制御要素は、前記貫流開口部と前記換気管との間に、前記貫流開口部と前記中空構造要素の前記内部との間に、または前記貫流開口部の外側に、配置されていること、
を特徴とする、請求項４に記載の風力発電施設。
【請求項６】
−  少なくとも１つの貫流開口部が流出用開口部であること、および／または、少なくとも１つの貫流開口部が流入用開口部であること、
を特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項７】
−  前記制御要素はファン、特にブロワ、ノズル、換気装置、プロペラ、であること、および／または、前記制御要素は制御可能なフラップおよび／またはシャッタであること、
を特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項８】
−  前記中空構造要素はモノパイルであること、
を特徴とする、請求項１または２に記載の風力発電施設。
【請求項９】
−  前記風力発電施設は、ウインドファーム内の変電所または変圧所であること、および／または、前記風力発電施設は風力タービンであること、
を特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１０】
−  前記プラットフォームは、前記ケーブル引き込み口を通して前記中空構造要素内に挿入された複数のケーブルを受け入れるケーブル支持体であること、
を特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１１】
−  前記プラットフォームは、第１の開口部を海洋床側に、特に前記貫流開口部の領域に、有すること、
を特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１２】
−  前記流入用開口部は、前記第１の開口部を介して、前記換気管にフロー接続されていること、
を特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１３】
−  前記プラットフォームは気密デッキであること、
を特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１４】
−  前記換気管は前記中空構造要素の縦軸に沿って延在すること、特に、前記換気管は、据え付け後の状態において、鉛直に延在すること、
を特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１５】
−  前記換気管は、互いから間隔を置いて、特に互いから一定間隔離して、配置された複数の流出用開口部を有すること、
を特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１６】
−  前記換気管の前記流出用開口部はスロットまたは穿孔として形成されていること、および／または、前記換気管の前記流出用開口部は前記中空構造要素の中心に向けられていること、
を特徴とする、請求項１５に記載の風力発電施設。
【請求項１７】
−  前記換気管は底部側が開口していること、または前記換気管の底部が流出用開口部を有すること、
を特徴とする、請求項１〜１６の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１８】
−  前記換気管は、前記据え付け後の状態において、底部側が海水位から或る距離離れた位置で終端していること、
を特徴とする、請求項１〜１７の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１９】
−  前記プラットフォームは、第２の開口部を海洋床側に、特に前記流出用開口部の領域に、有すること、
を特徴とする、請求項１〜１８の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２０】
−  前記流出用開口部は、前記プラットフォームより下方の前記中空構造要素の前記内部に前記第２の開口部を介してフロー接続されていること、
を特徴とする、請求項１〜１９の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２１】
−  少なくとも１つの温度センサが前記プラットフォームより下方の前記中空構造要素の前記内部に配置されていること、
を特徴とする、請求項１〜２０の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２２】
−  前記制御要素は、前記温度センサによって測定された温度に応じて、制御または調節されること、
を特徴とする、請求項１〜２１の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２３】
−  少なくとも１つの電流センサが前記複数のケーブルのうちの少なくとも１本に配置されていること、
を特徴とする、請求項１〜２２の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２４】
−  前記制御要素は、前記電流センサによって測定された電流強度に応じて、制御または調節されること、
を特徴とする、請求項１〜２３の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２５】
−  フロー弁、特に３／２フロー弁、の入口が前記第２の開口部および／または前記制御要素にフロー接続され、前記フロー弁の第１の出口が前記流出用開口部にフロー接続され、および前記フロー弁の第２の出口が前記プラットフォームより上方の前記中空構造要素の前記内部にフロー接続されるように、前記フロー弁が前記第２の開口部と前記流出用開口部との間に配置されていること、
を特徴とする、請求項１〜２４の何れか一項に記載の風力発電施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、風力発電施設、特に洋上風力発電施設、に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウインドファーム、特に洋上ウインドファーム、は、通常、変電所（独：Umspannstation，英：transformer station）を介して送電網に接続される必要がある。変電所は、風力発電施設に直接、またはウインドファーム内の変圧所（独：Trafostation，英：transformer station）として、設置可能である。洋上ウインドファームにおいては、モノパイルが風力発電施設の基礎構造のための一般的なデザインである。モノパイルは、風力発電施設を互いに、および／または変圧所に、接続するために、海底ケーブル用のケーブル引き込み口を有し得る。
【０００３】
とりわけ、洋上ウインドファームにおける変電所（変圧所（独：Trafostationen, Substations，英：transformer stations, substations））は、所謂ジャケットを使用して据え付けられている。電気接続のために、所謂Ｊチューブが使用されている。Ｊチューブはジャケットの外側に配置され、海底ケーブルを案内する。Ｊチューブは、海底ケーブルを案内するために、モノパイルによって変電所の基礎のためにも今日まで使用されてきた。ただし、Ｊチューブの使用は複雑であり、誤りが起き易く、コストがかかるので、Ｊチューブを省くための解決策が求められている。
【０００４】
この理由により、海底ケーブルをモノパイルの内部に配策することが既に提案されている。海底ケーブルは、ケーブル引き込み口を介してモノパイルの内部を上方に配策され、ケーブルハングオフによって下側プラットフォームに機械的に固締される。このようなプラットフォームは、気密デッキとも呼ばれ、海底ケーブルを電気的に配線する可能性をもたらす。
【０００５】
使用される海底ケーブルは、通常、外装ケーブルであり、金属シース、特に鋼製シース、で補強されている。鋼製シースは注型され、ケーブルを気密デッキに取り付けるためにケーブルハングオフに固定される。ただし、特に、いくつかの風力発電施設が１つの変電所に接続されているときは、ケーブル数の増加の故に、温度上の問題がモノパイル内に発生し得る。抵抗損の故に、ジュール熱がケーブルに生じる。この熱はモノパイルにおいて放散させる必要がある。特に、公称導体温度である９０℃を超えてはならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このことに基づき、本目的は、風力発電施設またはその基礎構造物におけるケーブルの過熱を回避することであった。
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の風力発電施設によって解決される。
【０００８】
この風力発電施設は、基礎構造物、特に中空構造要素、を有する。このコンテキストにおいて、中空構造要素は、特にモノパイル、トリパイル、トリポッド、またはモノパイル付き重力式基礎として設計可能である。この中空構造要素は、浮体式に据え付けることも可能である。
【０００９】
少なくとも１つのケーブル引き込み口が中空構造要素の下方領域に設けられる。これは、据え付け後の状態において、水位（天文最低潮位、ＬＡＴ）より下方に位置する。中空構造要素に挿入されるケーブル毎に個別のケーブル引き込み口が設けられ得る。２本より多い、好ましくは５本より多い、特に７〜８本のケーブル、好ましくは最大１２本のケーブル、を中空構造要素内で案内できるので、対応する数のケーブル引き込み口を設けることができる。ケーブルは、中圧ケーブルならびに高圧ケーブルとすることができる。対応するケーブル横断面がもたらされ得る。
【００１０】
中空構造要素が海洋床に据え付けられる場合、ケーブル引き込み口は、据え付け後の状態において、海洋床、特に海底、より１ｍ〜５ｍ上方に配置可能であることが好ましい。洗堀防止工がケーブル引き込み口より下方に設けられ得る。ケーブル引き込み口は洗堀防止工より上方に位置することが好ましい。
【００１１】
据え付け後の状態において、ケーブルはケーブル引き込み口から第１のプラットフォームまで中空構造要素内を案内される。したがって、中空構造要素の内部に、天文最低潮位（ＬＡＴ）より上方に、第１のプラットフォームを配置することが提案される。特に、この第１のプラットフォームは、気密デッキでもよい。ケーブルが取り付けられるケーブルハングオフを第１のプラットフォームに複数設けることができる。
【００１２】
ケーブルの冷却が問題となる。上で説明したように、数本のケーブルが中空構造要素内に同時に配策されるので、モノパイルの内部はかなり加熱される。中空構造要素の内部と外部との間の冷媒交換は、中空構造要素の壁によって妨げられるので、ケーブルからの廃熱は十分に放散され得ない。この理由により、中空構造要素の内部と中空構造要素の外部との間の媒体交換を引き起こす能動的な制御要素が提案される。
【００１３】
特に、媒体は、空気および／または水であり得る。この媒体は、特に、中空構造要素の周囲空気、および／または中空構造要素の周囲を洗う海水、である。
【００１４】
中空構造要素の外殻面は、中空構造要素の外皮であり得る。特に、これは、金属薄板、特に薄鋼板、であり得る。貫流開口部は中空構造要素の内部を中空構造要素の外部に接続する。貫流開口部は、外殻面の穴または他の窪みとすることができる。この貫流開口部を通って外気が中空構造要素の内部に流入できる。加熱された内部空気が中空構造要素の内部から貫流開口部を介して外部に流出できる。以下において空気または換気に言及する場合、これは媒体空気を指す。ただし、本記述は水にも当てはまる。水は媒体として貫流開口部を通って中空構造要素に流入でき、中空構造要素から流出できる。
【００１５】
少なくとも１つの制御要素の助けを借りて、中空構造要素の内部と外部との間の媒体交換に能動的に影響を及ぼす、特に制御または調節する、ことができる。この場合、純粋に受動的なシステムの場合と異なり、制御要素によって流速、流量、流動方向、および／または流圧、に能動的に影響が及ぼされる。これが意味するのは、ケーブルに対する冷却効果を実現するために、中空構造要素内でケーブルに沿って流れる媒体（空気および／または水）の流れ方および程度に制御要素によって影響を及ぼすことができることである。
【００１６】
上記のように、中空構造要素をモノパイルとすることができる。この場合、中空構造要素は、浮体式に据え付けられても、着床式に据え付けられてもよい。中空構造要素をトリパイルまたはトリポッドにすることも可能である。他の中空構造要素も考えられる。中空構造要素の場合は、その内部にケーブルを配策できるので、Ｊチューブを省くことができる。
【００１７】
当該風力発電施設は、特に変電所であり得る。これは、変圧所（独：Trafostation oder Substation，英：transformer station or sub-station）とも呼ばれる。変電所では、ウインドファームの複数の風力発電施設のケーブルが集束する。これらケーブルは、ケーブル引き込み口を介して、中空構造要素の内部に送り込まれることが好ましい。中空構造要素の内部の冷却は、貫流開口部を通して行われる。風力発電施設を風力タービンとすることも可能である。風力タービンでは、複数のケーブルが中空構造要素内を案内され得る。これらケーブルは、貫流開口部を介して外部から冷却され得る。
【００１８】
複数の貫流開口部が中空構造要素の外皮に設けられ得る。これら開口部のうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの制御要素を配置できる。少なくとも１つの貫流開口部が中空構造要素内のプラットフォームより上方に配置され得る。このような場合は、プラットフォームを通してプラットフォームより下方の中空構造要素の内部に媒体を案内する必要がある。ただし、プラットフォームは制御要素を収容する役割を担い得るので、制御要素を中空構造要素に容易に取り付けることができる。また、少なくとも１つの貫流開口部をプラットフォームより下方の中空構造要素に配置してもよい。この場合、媒体は外皮を通って直接流入してケーブルに達することができる。
【００１９】
制御要素は、貫流開口部に直接配置されてもよい。これにより、貫流開口部を通る媒体流に、この制御要素によって直接影響を及ぼすことが可能になる。この制御要素の設定変更は、貫流開口部を通る媒体の流動挙動に直接影響を及ぼす。
【００２０】
ケーブルを冷却するために、貫流開口部がプラットフォームより下方の中空構造要素の内部に、管（空気の場合は換気管、水の場合は流管）を介して、フロー接続されることが更に提案される。この管を通して媒体を中空構造要素の内部に案内できるので、プラットフォームより下方の冷却ができる限り一様になる。したがって、プラットフォームから水面までケーブルに沿った如何なる点においても最大導体表面温度９０℃に好ましくは達しないことを実現できる。
【００２１】
能動的な防食システムがプラットフォームより下方に設置され得る。これは、塩素ガスを発生させる。換気システムの場合、これらのガスを人がアクセスし得る領域に進入させてはならない。したがって、換気管を出口開口部までできる限り気密にする必要がある。
【００２２】
更に、貫流開口部と管との間、または貫流開口部と中空構造要素の内部との間、または貫流開口部の外側、に制御要素を配置することが提案される。制御要素が貫流開口部と管との間に配置された場合、媒体は、貫流開口部と制御要素とを通って管に流入できる。この場合、制御要素によって管内の媒体流に影響を及ぼすことができる。特に、管を通る流量を、例えば風によって引き起こされる、自然の流量に比べ、増やすことができる。制御要素を中空構造要素の内部に配置して、環境の影響から制御要素を保護することもできる。制御要素が貫流開口部の外側に配置される場合は、その保守を特に容易に行うことができる。これが特に該当するのは、貫流開口部がプラットフォームより下方に設置される場合である。その理由は、そうでなければ、中空構造要素の据え付け後、内側からはもはや貫流開口部にアクセスできないからである。
【００２３】
更に、少なくとも１つの貫流開口部が流出用開口部（排気用開口部）であること、および／または少なくとも１つの貫流開口部が流入用開口部（供給用開口部）であること、が提案される。流入用開口部を通して、媒体を中空構造要素の内部に向かわせることができる。流出用開口部を介して、媒体を中空構造要素の内部から外部に導くことができる。
【００２４】
一実施形態によると、制御要素をファン、特にブロワ、とすることができる。ファンは貫流開口部を介して外気を引き込み、それを換気管に、または中空構造要素の内部に、吹き込むことができる。ファンは、貫流開口部を介して内部空気を引き込み、それを外部に吹き出すことができる。ファンは、空気交換を増大させる。これにより、システムの冷却性能が促進される。ファン、ノズル、またはプロペラも制御要素の役割を果たすことができる。特に、水に対してはノズルまたはプロペラが有用であり得る。
【００２５】
制御要素は制御可能なフラップおよび／またはシャッタであることが更に提案される。この場合、フラップおよび／またはシャッタを開閉させるばかりでなく、例えば、開位置と閉位置との間の少なくとも２つの位置に段階的に、または連続的に、移動させることもできる。これにより、貫流開口部における流れの横断面を変化させることができる。フラップおよび／またはクロージャを調整すると、堆積物および／または付着物および／または海洋生物を除去できるという効果も有する。調整は、特に電気モータによって、電動化することも、特に引き戸またはレンズシャッタを介して、手動で行うこともできる。
【００２６】
媒体は通すが、漂流物や動物など、より大きな物体は通さない格子または網によって、貫流開口部を閉じることができる。これにより、中空構造要素の内部へのごみまたは動物の進入が防止される。加えて、雨水の進入を防止するために、天文最低潮位（ＬＡＴ）より上方の貫流開口部を外側で下向きに傾斜させることができる。
【００２７】
好ましくは、プラットフォームは複数のケーブルハングオフを設けて設計されるので、プラットフォームはケーブル引き込み口を通して中空構造要素に挿入されたケーブルを収容するケーブル懸架システムを有する。
【００２８】
外部から換気管内への給気を可能にするために、第１の開口部がプラットフォームの底面側に設けられる。この第１の開口部は、貫流開口部の領域、特に換気管の領域、にある。換気管は、好ましくは、第１の開口部に直接配置される。
【００２９】
プラットフォームは、提案される底面側開口部および保守用フラップ以外の開口部を有さない気密デッキであることが好ましい。特に、気密デッキはほぼ気密であり、中空構造要素を下方領域と上方領域とに分割する。上方領域はプラットフォームより上方にあり、下方領域はプラットフォームより下方にある。
【００３０】
貫流開口部は、第１の開口部を介して、換気管にフロー接続される。したがって、空気は、貫流開口部から第１の開口部を通って換気管に流入でき、下方領域においてケーブルの冷却をもたらす。
【００３１】
（換気）管は、中空構造要素の縦軸に沿って延在する。これにより、中空構造要素の縦軸に沿ってケーブルを冷却できる。（換気）管は、中空構造要素の内壁に配置され得る。この場合、（換気）管は、中空構造要素の縦軸に平行に延び得る。（換気）管は、中空構造要素の縦軸の周囲を螺旋状に取り囲むことも可能である。この場合も、（換気）管は中空構造要素の内壁に配置され得る。据え付け後の状態において、換気管は、中空構造要素の内壁に鉛直に延在させて配置されることが好ましい。ただし、換気管は、気密デッキの下面から自由に懸垂させて配置されてもよい。
【００３２】
ケーブルの冷却のために、複数の流出用開口部を互いから間隔を置いて、特に互いから一定間隔で、（換気）管に設けることが提案される。これら流出用開口部を介して、給気／水は（換気）管から中空構造要素の内部に流入でき、ひいてはそこの空気／水を冷却できる。これら流出用開口部は、中空構造要素の内部への給気／水の流入ができる限り均一に分配されることを保証する。
【００３３】
一実施形態によると、（換気）管の流出用開口部がスロットまたは穴としてとして形成されること、および／または（換気）管の流出用開口部が中空構造要素の中心に向けられること、が提案される。上記のように、（換気）管は、中空構造要素の内壁の領域に、または中空構造要素の内壁に直接、配置される。ケーブルは、通常、中空構造要素の中心に垂れ下がるので、流入する空気／水は、できる限り半径方向内方に流れる。したがって、各流出用開口部は、好ましくは、中空構造要素の中心に向けられる。また、（換気）管は、中空構造要素の中心に配置可能であり、各換気用開口部を半径方向外方に向けることができる。この場合、入ってきた空気／水を全ての側に吹き出すことができる。
【００３４】
換気管の底部側では、入ってきた空気を換気管の底部側開口部または底部側流出用開口部を介して流出させることができる。換気管は、流出用開口部を有する底部を有することができる、または底部なしに、底部側を開口させて形成可能である。どちらの場合も、給気の流出が起きる。
【００３５】
一実施形態によると、据え付け後の状態において、換気管の底部側は、海水位から或る距離離れた位置で終端していることが提案される。この距離は、ＬＡＴの上方数メートルであることが好ましい。特に、この距離は、ＬＡＴの上方２１ｍ未満である。特に、この距離は、中空構造要素の据え付けサイトの干満範囲に応じて選択される。この距離は、天文最高潮位（ＨＡＴ）においても、換気管の底部と吐水口との間に一定距離が依然として存在するように選択されることが好ましい。
【００３６】
加熱された空気を中空構造要素から除去するために、流出用開口部のような貫流開口部が少なくとも１つ中空構造要素に配置されことが提案される。流出用開口部は、プラットフォームより上方または下方に配置可能である。複数の流出用開口部を中空構造要素の鉛直軸線に沿って、または円周に沿って、設けることも可能である。これにより、必要であれば、加熱された媒体の一様な流出を実現できる。
【００３７】
また、複数の貫流開口部が流入用開口部として形成され得る。これら流入用開口部を、中空構造要素の鉛直軸線に沿って、または円周に沿って、設けることができる。これにより、必要であれば、中空構造要素内への新鮮な媒体の一様な流入を実現できる。
【００３８】
流出空気をプラットフォームを通して案内できるようにするために、第２の開口部をプラットフォームの底面側に、特に流出用開口部の領域に、設けることが提案される。
【００３９】
第２の開口部を介して、流出用開口部はプラットフォームより下方の中空構造要素の内部にフロー接続される。したがって、空気はプラットフォームより下方の中空構造要素の内部から第２の開口部を介して流出用開口部に流れることができ、そこから外部に排出可能である。
【００４０】
中空構造要素内の温度を検出するために、少なくとも１つの温度センサがプラットフォームより下方の中空構造要素の内部に配置されることが提案される。この温度センサを介して、ケーブルが公称導体温度未満であるかどうかを検出可能である。この温度センサは、少なくとも制御要素を制御または調節するために使用可能である。
【００４１】
温度が制御されているとき、例えば、温度が上限を超えると、一方または両方のファンをオンにできる（または、ファンシャッタおよび／またはシャッタを開くことができる）。温度が或る温度未満に下がると、少なくとも一方のファンをオフにできる（または、ファンシャッタおよび／またはシャッタを閉じることができる）。温度に応じた制御要素のオンとオフの切り換えまたは開閉は、ヒステリシスによって制御可能である。温度に応じて、一方または両方のファンの出力を制御する、またはファンフラップおよび／またはシャッタの開度を制御する、ことも可能である。温度に応じた制御要素のＰ、ＰＩ、またはＰＩＤ制御が可能である。
【００４２】
１本以上のケーブルにおける電流強度が限界値を超えた場合、個々の、または全体としての、冷却が必要になり得る。したがって、少なくとも１つの電流センサをこれらケーブルのうちの少なくとも１本に配置することが提案される。この電流センサを介して、ケーブルによって放出されたジュール熱が冷却を必要とするか否かを検出可能である。少なくとも制御要素を制御または調節するために、この電流センサを使用できる。
【００４３】
例えば、制御されているとき、電流が上限を超えると、少なくとも一方または両方のファンがオンにされ得る（または、ダンパおよび／またはシャッタが開かれ得る）。電流が上限未満に下がると、少なくとも一方のファンがオフにされ得る（または、ダンパおよび／またはシャッタが閉じられ得る）。電流強度に応じた制御要素のオンとオフの切り換えまたは開閉は、電流強度に応じて、特にヒステリシスを介して、制御され得る。電流強度に応じて制御要素、特に一方または両方のファン、の出力を制御すること、またはフラップおよび／またはシャッタの開度を制御すること、も可能である。電流強度に応じた制御要素のＰ、ＰＩ、またはＰＩＤ制御が可能である。
【００４４】
プラットフォームより下方の中空構造要素の内部の冷却は、特に夏季において必要である。冬季には、より大きな電力の故に、ケーブルはより加熱され得る。ケーブルのジュール熱を利用するために、この廃熱を排気用開口部を介して外部にではなく、プラットフォームより上方の中空構造要素の内部に、特にそこに設置された技術設備内に、特に変電所に、導くことが可能である。この理由により、フロー弁が排気用開口部に設けられる。このフロー弁は、特に３／２フロー弁とすることができる。
【００４５】
このフロー弁の助けを借りて、必要に応じて、第２の開口部を介して出口開口部に、またはプラットフォームより上方の中空構造要素の内部に、媒体を供給可能である。この理由により、フロー弁の入口を第２の開口部および／またはファンにフロー接続することが提案される。これにより、媒体は、プラットフォームより下方の中空構造要素の内部から入口を介してフロー弁に流入する。フロー弁の第１の出口は、出口開口部にフロー接続され得る。フロー弁の第２の出口は、プラットフォームより上方の中空構造要素の内部にフロー接続され得る。これにより、必要であれば、排気／媒体を出口開口部から外部に案内することも、必要であれば、暖房目的のために中空構造要素の内部で使用することも、可能である。
【００４６】
以下においては、複数の実施形態を示す図面を参照して主題をより詳細に説明する。図面には、以下の図が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１ａ】基礎を有する中空構造要素である。
【図１ｂ】別の基礎を有する中空構造要素である。
【図１ｃ】別の基礎を有する中空構造要素である。
【図２】一実施形態による中空構造要素である。
【図３】一実施形態によるフロー弁である。
【図４】異なる給気および排気用開口部である。
【図５】一実施形態による換気管の配置である。
【図６】一実施形態による複数の開口部を有する換気管である。
【図７】別の実施形態による中空構造要素である。
【図８】一実施形態による換気用フラップおよび／またはクロージャである。
【図９】別の実施形態による換気用フラップおよび／またはクロージャである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１ａは、中空構造要素としてのモノパイル２を示す。モノパイル２は、外洋４の海底６に据え付けられている。モノパイル２は、ＬＡＴ４ａを越えて突出し、風力発電施設、例えば変圧所１０、のタービンにトランジションピース８を介して接続されている。
【００４９】
別の中空構造要素が図１ｂに示されている。ここでも、モノパイル２が設けられている。ただし、このモノパイル２は浮体式であり、アンカー１２を介して海底６に据え付けられている。一例として、例えば風力発電施設を支持する、別のタワー１４がトランジションピース８に取り付けられることが示されている。
【００５０】
中空構造要素の別の可能な基礎が図１ｃに示されている。ここでは、トリパイル１６が変圧所１０用の支持体としての役割を果たし、海洋床６に据え付けられている。
【００５１】
風力発電施設、例えば風力タービンまたは変圧所、用の支持体としてのこれらの、および他の、中空構造要素は、冷却システムの本配置のために適している。
【００５２】
図２は、海洋床６に据え付けられたモノパイル２を示す。洗堀防止工１８の上方、海底６の上方約１ｍ〜５ｍの距離に複数のケーブル引き込み口２０が存在する。海底ケーブル２２がこれらケーブル引き込み口２０を通してモノパイル２の内部に案内されている。海底ケーブル２２は、例えば鋼製の補強を有する、外装ケーブルである。これらケーブルは、ケーブル引き込み口２０から第１のプラットフォーム２４までモノパイル内を案内される。海底ケーブル２２は、ケーブルハンガー（不図示）を介してプラットフォーム２４から吊るされている。プラットフォーム２４は気密デッキとも称される。その理由は、海底ケーブル２２がプラットフォーム２４の下面からプラットフォーム２４の上面まで、ほぼ隔離されて配策されるからである。プラットフォーム２４の上面において、これら海底ケーブル２２を、必要に応じて、例えば図示されていない変圧所と、相互接続させることができる。
【００５３】
モノパイル２内でのケーブル配策の故に、２本より多い、例えば５、６、８、または１０本の、海底ケーブル２２が同時にモノパイル２内に配策され得る。抵抗損の故に、ジュール熱が海底ケーブル２２に生じる。このジュール熱を放散させる必要がある。海底ケーブル２２がモノパイル２の外側でＪチューブ内を配策され、周囲空気による冷却が可能であった従来の据え付けと異なり、本配置ではこの可能性は限定的である。モノパイル２内の空気と外気との交換は殆ど存在しないので、外部温度が高い場合は特に、各海底ケーブル２２は、それぞれの公称導体温度、例えば９０℃、を超える可能性がある。
【００５４】
これを防止するために、換気管２６を介してプラットフォーム２４より下方のモノパイル２内の海底ケーブルを冷却することが提案される。この目的のために、貫流開口部２８がプラットフォーム２４より上方のモノパイル２に設けられている。貫流開口部２８はモノパイルの外皮を突き抜けているので、外部から内部に空気を流入させる。ブロワ３０が貫流開口部２８に配置されている。このブロワ３０は、その入口が貫流開口部２８にフロー接続されており、その出口がプラットフォーム２４の第１の開口部を介して換気管２６にフロー接続されている。ブロワ３０は、外部から貫流開口部２８を介して空気を引き込み、換気管２６を介してプラットフォーム２４の下のモノパイル２の内部に空気を吹き込む。これにより、ケーブル２２に対する冷却効果が実現される。
【００５５】
冷却効果を高めるために、モノパイル２の外皮を同じく貫通する貫流開口部を排気用開口部３２として設けることが提案される。ブロワ３４が排気用開口部３２に設けられている。ブロワ３４は、入口がプラットフォーム２４の第２の開口部を介してプラットフォーム２４より下方の内部空間に接続されている。ブロワ３４の出口は排気用開口部３２に少なくともフロー接続されているので、プラットフォーム２４より下方のモノパイル２の内部の空気はブロワ３４によって引き込まれ、排気用開口部３２を介して外部に吹き出される。これにより、プラットフォーム２４より下方のモノパイル２の内部に気流が実現される。この気流は、加熱された空気を除去するために使用される。これにより、海底ケーブル２２の最適化された冷却が実現される。
【００５６】
ブロワ３０、３４は、プロセッサ３６によって制御され得る。プロセッサは、プラットフォーム２４より下方のモノパイル２内に設置された複数の温度センサ３８に接続され得る（不図示）。この接続は、有線でも無線でもよい。これら温度センサ３８によって測定された温度に応じて、プロセッサ３６はブロワ３０、３４の制御も行い得る。特に、ブロワ３０、３４の出力を調製するために、Ｐ、ＰＩ、またはＰＩＤ制御が行われ得る。プロセッサ３６は、電流センサ（図７に例示）によって測定された電流強度によるブロワ３０、３４の制御も行い得る。
【００５７】
図３は、一変形例を示す。この変形例では、モノパイル２の内部からの加熱された空気は必ずしも排気用開口部３２を介して吹き出されず、例えば、冬季に暖房目的に使用できる。ブロワ３４の入口３２ａがプラットフォーム２４より下方のモノパイル２の内部に接続され得る。ブロワ３４の出口３２ｂがフロー弁４２に接続され得る。フロー弁４２は、１つの入口４２ａと２つの出口４２ｂとを有する３／２弁でもよい。第１の出口４２ｂは排気用開口部３２にフロー接続され得る。第２の出口４２ｂは、開口部４０を介して、プラットフォーム２４より上方のモノパイル２の内部に接続され得る。したがって、フロー弁４２の弁位置に応じて、入口３２ａを介して引き込まれた、加熱された空気を、排気用開口部３２を介して吹き出させることも、開口部４０を介してモノパイル２の内部に吹き込んで技術設備を霜害から保護することもできる。
【００５８】
図４ａおよび図４ｂは、貫流開口部２８のさまざまな形状を示す。排気用開口部３２は、相応に設計可能である。貫流開口部２８がプラットフォーム２４より上方のモノパイル２の外皮に配置されていることが分かる。貫流開口部２８は、図４ａに示されているように、複数の開口部によって形成されても、図４ｂに示されているように、単一の開口部でもよい。
【００５９】
吸引された外気をモノパイル２の内部に分配するために、換気管２６は、モノパイル２の外皮の内壁に、モノパイル２の縦軸に平行に配置されることが好ましい。図２によると、据え付け後の姿勢において、換気管２６は鉛直に延在する。別の配置が図５に示されている。この図では、換気管２６はモノパイル２の外皮の内壁の円周に螺旋状に配置されている。これにより、取り込んだ給気をモノパイル２の内部により一様に分配できる。
【００６０】
図６に示されているように、複数の開口部２６ａが換気管２６に設けられ得る。これら開口部２６ｂは、例えば、互いから一定間隔離されたスロット形状でもよい。これら開口部２６ａは、モノパイル２の中心軸線に面する形状でもよい。換気管から引き込まれた空気は、これら開口部２６ａを介して、モノパイル２の内部に流入する。
【００６１】
図７は、一実施形態例を示す。この例では、モノパイル２を通る冷媒流が、換気管ではなく、貫流開口部２８、３２を介して直接発生する。貫流開口部２８、３２は、プラットフォーム２４より下方、且つＬＡＴ４ａより上方、および／またはＬＡＴ４ａより下方、のモノパイル２の外皮に配置可能であることが分かる。
【００６２】
貫流開口部がＬＡＴ４ａより上方に配置される場合、図示のように、ブロワ３０、３４がモノパイル２の内側、および／またはモノパイル２の外側、に配置され得る。この場合、ブロワ３０、３４は、貫流開口部２８、３０に直接配置され得る。
【００６３】
貫流開口部がＬＡＴ４ａより下方に配置される場合、図示のように、プロペラまたはノズル３０ａ、３４ａがモノパイル２の内側、および／またはモノパイル２の外側、に配置され得る。この点に関して、ファン３０ａ、３４ａは、貫流開口部２８、３０に直接配置され得る。
【００６４】
電流センサ４４が１本以上のケーブル２２に配置され得る。これは、例えば、ロゴスキーコイルでもよい。これは、ケーブル２２内の電流の測定に使用可能であり、プロセッサ３６を介してブロワ３０、３４、プロペラ３０ａ、３４ａ、またはファンフラップおよび／またはシャッタ３０ｂ、３４ｂ（以下を参照）などの制御デバイスを駆動するために使用できる。
【００６５】
図８ａ〜図８ｃは、モノパイル２の内部または外部の、貫流開口部２８、３２の位置に枢動可能に配置された、横方向に枢動可能なファンフラップおよび／またはシャッタ３０ａのさまざまな位置を示す。図８ａは閉位置を示し、図８ｂは中間位置を示し、図８ｃは開位置を示す。その位置に応じて、貫流開口部２８、３２における流れの横断面が変化するので、媒体（空気および／または水）の流れに影響を及ぼすことができる。その位置は、プロセッサ３６によって調整可能であり、特に、測定された温度または測定された電流強度によって制御可能である。
【００６６】
図９ａ〜図９ｃは、モノパイル２の内部または外部の、貫流開口部２８、３２の位置に配置された、前方に枢動可能なファンフラップおよび／またはシャッタ３０ａのさまざまな位置を示す。図９ａは閉位置を示し、図９ｂは中間位置を示し、図９ｃは開位置を示す。その位置に応じて、貫流開口部２８、３２における流れの横断面が変化するので、媒体（空気および／または水）の流れに影響を及ぼすことができる。その位置はプロセッサ３６によって調整可能であり、特に測定された温度または測定された電流強度によって制御可能である。
【符号の説明】
【００６７】
２  モノパイル
４  海
４ａ  ＬＡＴ
６  海底
８  トランジションピース
１０  変圧所
１２  アンカー
１４  タワー
１６  トリパイル
１８  洗堀防止工
２０  ケーブル引き込み口
２２  海底ケーブル
２４  プラットフォーム
２６  空気導入または導出管
２８  貫流開口部
３０  ブロワ
３０ａ  プロペラ
３０ｂ  ファンフラップおよび／またはシャッタ
３２ａ  排気用開口部
３４  ブロワ
３４ｂ  ファンフラップおよび／またはシャッタ
３４ａ  プロペラ
３６  プロセッサ
３８  温度センサ
４０  開口部
４２  フロー弁
４４  電流センサ
【図１ａ】
2021531436.tif 000003
【図１ｂ】
2021531436.tif 000004
【図１ｃ】
2021531436.tif 000005
【図２】
2021531436.tif 000006
【図３】
2021531436.tif 000007
【図４】
2021531436.tif 000008
【図５】
2021531436.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年11月12日(2020.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電施設、特に洋上風力発電施設、であって、
−  少なくとも１つの中空構造要素（２）と、
−  前記中空構造要素（２）の外殻面に配置された、前記外殻面を突き抜ける少なくとも１つの貫流開口部（２８）と、
を備え、
−  少なくとも１つの能動的な制御要素（３０）が前記貫流開口部（２８）にフロー接続されており、前記中空構造要素（２）の内部と前記中空構造要素（２）の外部との間の媒体交換に影響を及ぼし、
−  前記貫流開口部（２８）は、プラットフォーム（２４）より下方の前記中空構造要素（２）の内部に換気管（２６）を介してフロー接続されている、
風力発電施設において、
−  少なくとも１つのケーブル引き込み口（２０）が、据え付け後の状態において海水位より下方の前記中空構造要素（２）の下方領域に、配置されていることと、
−  第１のほぼ気密のプラットフォーム（２４）が前記下方領域より上方の前記中空構造要素（２）の内部に配置されていることと、
を特徴とする風力発電施設。
【請求項２】
−  少なくとも１つの貫流開口部（３２）が前記プラットフォーム（２４）より上方の前記中空構造要素（２）に配置されていること、および／または、
−  少なくとも１つの貫流開口部（３２）が前記プラットフォーム（２４）より下方の前記中空構造要素（２）に配置されていること、
を特徴とする、請求項１に記載の風力発電施設。
【請求項３】
−  前記制御要素（３０）は、前記貫流開口部（２８）に直接配置されていること、
を特徴とする、請求項１または２に記載の風力発電施設。
【請求項４】
−  前記制御要素（３０）は、前記貫流開口部（２８）と前記換気管（２６）との間に、前記貫流開口部（２８）と前記中空構造要素（２）の前記内部との間に、または前記貫流開口部（２８）の外側に、配置されていること、
を特徴とする、請求項１に記載の風力発電施設。
【請求項５】
−  少なくとも１つの貫流開口部が流出用開口部（３２）であること、および／または、少なくとも１つの貫流開口部が流入用開口部（２８）であること、
を特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項６】
−  前記制御要素（３０）はファン、特にブロワ、ノズル、換気装置、プロペラ、であること、および／または、前記制御要素（３０）は制御可能なフラップおよび／またはシャッタであること、
を特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項７】
−  前記中空構造要素（２）はモノパイルであること、
を特徴とする、請求項１または２に記載の風力発電施設。
【請求項８】
−  前記風力発電施設は、ウインドファーム内の変電所または変圧所であること、および／または、前記風力発電施設は風力タービンであること、
を特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項９】
−  前記プラットフォーム（２４）は、前記ケーブル引き込み口（２０）を通して前記中空構造要素（２）内に挿入された複数のケーブルを受け入れるケーブル支持体であること、
を特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１０】
−  前記プラットフォーム（２４）は、第１の開口部を海洋床側に、特に前記貫流開口部（２８）の領域に、有すること、
を特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１１】
−  前記流入用開口部（２８）は、前記第１の開口部を介して、前記換気管（２６）にフロー接続されていること、
を特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１２】
−  前記プラットフォーム（２４）は気密デッキであること、
を特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１３】
−  前記換気管（２６）は前記中空構造要素（２）の縦軸に沿って延在すること、特に、前記換気管（２６）は、据え付け後の状態において、鉛直に延在すること、
を特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１４】
−  前記換気管（２６）は、互いから間隔を置いて、特に互いから一定間隔離して、配置された複数の流出用開口部（２６ｂ）を有すること、
を特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１５】
−  前記換気管（２６）の前記流出用開口部（２６ｂ）はスロットまたは穿孔として形成されていること、および／または、前記換気管（２６）の前記流出用開口部（２６ｂ）は前記中空構造要素（２）の中心に向けられていること、
を特徴とする、請求項１４に記載の風力発電施設。
【請求項１６】
−  前記換気管（２６）は底部側が開口していること、または前記換気管（２６）の底部が流出用開口部を有すること、
を特徴とする、請求項１〜１５の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１７】
−  前記換気管（２６）は、前記据え付け後の状態において、底部側が海水位から或る距離離れた位置で終端していること、
を特徴とする、請求項１〜１６の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項１８】
−  前記プラットフォーム（２４）は、第２の開口部を海洋床側に、特に前記流出用開口部（３２）の領域に、有すること、
を特徴とする、請求項５に記載の風力発電施設。
【請求項１９】
−  前記流出用開口部（３２）は、前記プラットフォーム（２４）より下方の前記中空構造要素（２）の前記内部に前記第２の開口部を介してフロー接続されていること、
を特徴とする、請求項１８に記載の風力発電施設。
【請求項２０】
−  少なくとも１つの温度センサ（３８）が前記プラットフォーム（２４）より下方の前記中空構造要素（２）の前記内部に配置されていること、
を特徴とする、請求項１〜１９の何れか一項に記載の風力発電施設。
【請求項２１】
−  前記制御要素（３０）は、前記温度センサ（３８）によって測定された温度に応じて、制御または調節されること、
を特徴とする、請求項２０に記載の風力発電施設。
【請求項２２】
−  少なくとも１つの電流センサ（４４）が前記複数のケーブルのうちの少なくとも１本に配置されていること、
を特徴とする、請求項９に記載の風力発電施設。
【請求項２３】
−  前記制御要素（３０）は、前記電流センサ（４４）によって測定された電流強度に応じて、制御または調節されること、
を特徴とする、請求項２２に記載の風力発電施設。
【請求項２４】
−  フロー弁（４２）、特に３／２フロー弁、の入口が前記第２の開口部および／または前記制御要素（３０）にフロー接続され、前記フロー弁（４２）の第１の出口が前記流出用開口部（３２）にフロー接続され、および前記フロー弁（４２）の第２の出口が前記プラットフォーム（２４）より上方の前記中空構造要素（２）の前記内部にフロー接続されるように、前記フロー弁（４２）が前記第２の開口部と前記流出用開口部（３２）との間に配置されていること、
を特徴とする、請求項１８に記載の風力発電施設。
【国際調査報告】
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