DE10021163A1

DE10021163A1 - Wasserfahrzeug zum Versorgen einer Offshore-Windenergieanlage

Info

Publication number: DE10021163A1
Application number: DE10021163A
Authority: DE
Inventors: Soenke Siegfriedsen
Original assignee: Aerodyn Engineering GmbH
Current assignee: Aerodyn Engineering GmbH
Priority date: 2000-04-29
Filing date: 2000-04-29
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2020-04-30
Also published as: AU5461601A; DE10021163B4; WO2001083290A1

Abstract

Wasserfahrzeug zum Versorgen einer Offshore-Windenergieanlage, gekennzeichnet durch eine Stabilisierungseinrichtung, bestehend aus einer Mehrzahl von von dem Schiffskörper 32 absenkbar aufgenommenen Tragsäulen 36, an den Tragsäulen 36 vorgesehenen Auftriebstanks 34 und einer Einrichtung zum Lenzen und Fluten der Auftriebstanks 34.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug zum Versorgen einer Offshore-Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. "Versorgen" wird dabei als Oberbe griff für alle Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, die ein Betreiber an Windenergieanlagen durchführen muß, verwendet. Bei Offshore-Anlagen, die wesentlich schlech ter als an Land aufgestellte Anlagen erreicht werden können, ergeben sich hierbei neue Problemstellungen.

Diese Problemstellungen werden in naher Zukunft große Bedeutung erlangen, denn die Windenergienutzung hat in Europa bereits einen beachtlichen Anteil an der gesamten regenerativen Energienutzung erreicht. Um aber auch in Zukunft die politischen Vorgaben der EU bezüglich des weiteren Ausbaus der Windenergienutzung zu realisieren, werden nun die Offshore-Potentiale in einem erheblichen Maße genutzt werden müssen.

Dieses wird dazu führen, daß Offshore-Windparks in gro ßem Umfang in Europa errichtet werden, wobei die Auf stellung der Anlagen aus Kostengründen bevorzugt in Be reichen mit bis zu 20 m Wassertiefe stattfinden wird. Die Aufgabe der Wartung und Instandhaltung der Anlagen wird dabei auch unter rauhen Umweltbedingungen bspw. im Winter zu ermöglichen sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wasserfahrzeug zu schaffen, das zur Wartung und Instandhaltung von Offshore-Windenergieanlage unter möglichst geringer Be einträchtigung des Wartungspersonals durch die rauhe Um welt eingesetzt werden kann.

Ein Wasserfahrzeug muß dabei in der Lage sein, sich auch bei größeren Wellenhöhen der Anlage zu nähern und Perso nal und Material vom Schiff auf die Anlage überzusetzen. Bei üblichen Wasserfahrzeug besteht dabei das Problem, daß diese durch die Wellen starke Bewegungen ausführen und damit nicht ohne Kollisionsgefahr an die Offshore- Windenergieanlage herangebracht werden können, sowie ein Übersteigen von Personen ab gewissen Wellenhöhen erhe blich erschwert ist und durch Arbeitsschutzbestimmungen nicht mehr zulässig ist.

Für umfangreichere Reparaturen muß zudem das Wasserfahr zeug ortsfest positioniert werden können, um z. B. Con tainer mit wichtigen Funktionskomponenten der Anlage austauschen zu können. Während der Wartungs- und In standhaltungsarbeiten, die durchaus mehrere Tage andau ern können, sollte das Schiff weiterhin als Unterkunft für das Personal dienen können. Für diese Anforderungen gibt es z. Zt. keine praktikablen Lösungen.

Durch stets gewährte Erreichbarkeit mit einem geeigneten Wasserfahrzeug wird die Stillstandszeit der Windenergie anlagen minimiert, so daß der jährliche Energieertrag und damit die Wirtschaftlichkeit verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe indes durch ein Was serfahrzeug mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben dabei vorteilhafte Ausführungs formen der Erfindung wieder.

Das Wasserfahrzeug besteht aus einem Schiffskörper, an dessen Unterseite wenigstens zwei Auftriebstanks an geordnet sind. Diese Auftriebstanks können mit Hilfe ei nes Druckluftaggregates gelenzt werden und durch geeig nete Ventile mit Wasser geflutet werden. Eine zusätzli che Trimmeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungs form kann mehrere Kammern in den Tanks (vorn und hinten) sowie links und rechts separat ansteuern, so daß die Neigungslage des Schiffes aktiv beeinflußt werden kann.

Die Tragsäulen sind dabei verschieblich zum Schiffskör per an diesem gelagert, und können über Hub/Senkeinrich tungen in wesentlichen in vertikaler Richtung verfahren und fixiert werden.

Neigungsmeßeinrichtungen bestimmen dabei die Ausrichtung des Schiffes gegenüber der Horizontalen. Eine entspre chende Verarbeitung der Meßdaten durch eine Steuerung bewirkt eine Justierung der Schiffsausrichtung mit Hilfe des Flutens oder Lenzens der verschiedenen Auftrieb stanks. Dabei kann das Wasserfahrzeug schon vor dem end gültigen "Andocken" durch Absenken der Auftriebstanks im Wasser und Lenzen der Tanks soweit aus dem Wasser geho ben werden, das die Wellen nicht mehr den Bootskörper erreichen, sondern lediglich die im Volumen nicht mehr ins Gewicht fallenden Tragsäulen zu den Auftriebstanks.

Da die Auftriebstanks aber bevorzugt tief genug unter halb der Wasseroberfläche verbleiben, um ebenfalls ruhig ohne Wellenbeeinflussung zu liegen, ergibt sich für die Annäherungsphase beim Andocken eine bisher bei stärkerem Wind nicht erreichte Positioniermöglichkeit für das Was serfahrzeug.

Die letzten Meter könnten nun durch Verkürzen einer be reits hergestellte Leinenverbindung zurückgelegt werden, bevorzugt werden jedoch Hilfsantriebe an den Auftrieb skörpern nach Art verdrehbarer elektrischer Propelleran triebe die Manövrierbarkeit des mit dem Schiffsrumpf aus dem Wasser gehobenen Wasserfahrzeugs herstellen.

Nach dem Andocken kann das Wasserfahrzeug durch weiteres Ausfahren der Tragsäulen fest auf den Meeresgrund ge stellt werden. Die am unteren Ende der Tragsäulen be findlichen Auftriebstanks ergeben dabei eine genügend große Fläche, um ein tiefes Eindringen in den Boden zu vermeiden und anderseits stets einen sicheren Stand zu gewähren.

Zusätzlich sind die Auftriebstanks an der Unterseite mit Abstandssensoren bestückt, die die Distanz der Auftrieb stanks zum Meeresboden messen. Dadurch kann die Betäti gung der Hub/Senkeinrichtung der Tragsäulen und die Trimmeinrichtung gesteuert werden.

Falls die Wassertiefen zu groß sind, um Tragsäulen mit praktikablen Dimensionen ausführen zu können, ist es möglich, an dem Gründungsteil des Turm eine "Landeplatt form" zum Aufsetzen der Auftriebstanks zu befestigen. Diese Ausführung ist ebenfalls sinnvoll, wenn der Mee resboden Unebenheiten oder größere Steine aufweist.

Eine bevorzugte Ausführung weist Gelenkverbindungen zwi schen den unteren Enden der Tragsäulen und den Auftrieb stanks auf, um für den Fall eines unebenen Meeresbodens einen Winkelausgleich zu schaffen. Dabei kann ein Meßsy stem die Hub/Senkvorrichtungen einzeln ansteuern, um ei nen Ausgleich vor dem Aufsetzen auf den Boden vornehmen zu können. Durch Messung der Neigung des Schiffskörpers kann eine Feinkorrektur noch danach erfolgen.

Für die Stabilität des Fahrzeugs kann es vorteilhaft sein, daß die Tragsäulen nicht genau senkrecht ausfah ren, sondern derart geneigt sind, daß sich der Abstand zwischen den Auftriebstanks bei Ausfahren vergrößert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß die Auftriebstanks im großen Abstand zum Gründungsteil aufsetzen und somit die Kollisionsgefahr weiter vermin dert wird.

Insbesondere ist vorteilhaft, daß eine Andockzone des Wasserfahrzeuges rum Andocken an dem Turm mit einer U-förmigen Ausnahme ausgebildet ist und weiter eine Plattform auf dem Wasserfahrzeug vorgesehen ist, auf der der jeweils neu anzubringende, wie auch der abgenommene Container aufgenommen werden können.

Dabei kann die Andockzone mit einem aufblasbaren Kragenelement versehen sein, wobei die innere Weite der Andockzone ein wenig größer als der U-Durchmesser des Gründungsteils des Turms der Windenergieanlage in dem Bereich des Andockens ist, und durch Aufblasen des Kra genelementes der Spalt überbrückt wird und dadurch auch eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden kann.

Eine auf dem Wasserfahrzeug vorgesehene Plattform kann zum schnellen Wechseln von Containern zur Aufnahme von wenigstens zwei Containern ausgelegt sein und drehbar ausgebildet sein, so daß nach dem Absenken des Contai ners auf die Plattform diese Plattform nur verdreht wer den muß, um einen neuen Container in exakt die gleiche Lage zu bringen, in der der erste Container sich nach dem Absenken befand.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einiger bevorzugter Bei spiele anhand beigefügter Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Offshore-Windenergieanlage mit außen an gebrachtem Container,

Fig. 1b eine perspektivische Ansicht der Fig. 1a,

Fig. 2a das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten perspektivisch dargestellt in normaler Fahrposition,

Fig. 2b eine Ansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 2a von der Steuerbordseite,

Fig. 2c eine Ansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 2a von vorn,

Fig. 2d eine Ansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 2a von oben,

Fig. 3a das Wasserfahrzeug beim Absenkvorgang der Auftriebstanks,

Fig. 3b eine perspektivische Ansicht der Fig. 3a,

Fig. 4a das Anheben des Schiffskörpers des Was serfahrzeugs aus dem Wasser durch das Lenzen der Auftriebstanks,

Fig. 4b eine perspektivische Ansicht der Fig. 4a,

Fig. 5a das Andocken des Wasserfahrzeugs an die Offshore-Windenergieanlage,

Fig. 5b eine perspektivische Ansicht der Fig. 5a,

Fig. 6a das Absetzen des Wasserfahrzeugs auf dem Meeresgrund durch Fluten der Auftriebs tanks und/oder Ausschieben der Tragsäu len,

Fig. 6b eine perspektivische Ansicht der Fig. 6a,

Fig. 7a das Anbringen der Aufstiegsleiter und das Ablassen eines zu tauschenden Con tainers,

Fig. 7b eine perspektivische Ansicht der Fig. 7a,

Fig. 8a das Drehen der zu tauschenden Container auf der Drehplattform,

Fig. 8b eine perspektivische Ansicht der Fig. 8a,

Fig. 9a das Anheben des neuen funktionsfähigen Containers,

Fig. 9b eine perspektivische Ansicht der Fig. 9a,

Fig. 10a eine Variante, bei der eine Landeplatt farm am Gründungsteil der Anlage ange bracht ist,

Fig. 10b eine perspektivische Ansicht der Fig. 10a,

Fig. 11a die Anordnung von Gelenken zwischen Tragsäulen und Auftriebstanks um einem Ausgleich von Unebenheiten des Meeresbo dens zu ermöglichen,

Fig. 11b eine perspektivische Ansicht der Fig. 11a,

Fig. 12a die seitlich nach außen gespreizte An ordnung der Tragsäulen, um die Stabili tät des Wasserfahrzeugs zu erhöhen und den Abstand der Auftriebstanks zum Grün dungsteil der Windenergieanlage zu ver größern, und

Fig. 12b eine perspektivische Ansicht der Fig. 12a.

In Fig. 1 ist die im Meeresboden 12 mit einem Gründungs bauteil 22 stehende Windenergieanlage mit ihren Rotor blättern 16 an dem Maschinenkopf 18 dargestellt. Die Wasseroberfläche 1.4 der See 10 mit ihrer Wellenbewegung ist im Bereich des Gründungsbauteils schematisch darge stellt. Oberhalb des Gründungsteil 22 befindet sich der eigentliche, innen hohle Turm 20 der Windenergieanlage, an dem sich zwei Container 24 mit störanfällige Einhei ten der Windenergieanlage (z. B. Trafostation oder Wech selrichter) befinden. Eine Arbeitsplattform 26 und die Einstiegtür 28 in den Turm sind ebenfalls dargestellt. Fig. 1b stellt insbesondere den Rotor 16 nochmals per spektivisch dar.

Fig. 2 stellt das Wasserfahrzeug ist mit den einzelnen Komponenten dar. Der Schiffskörper 32 ist über vier Tragsäulen 36 mit zwei parallel zur Fortbewegungsrich tung verlaufenden Auftriebstanks 34 versehen, die je weils an den Enden der Tragsäulen 36 angesetzt sind.

Hub- und Senkeinrichtungen 38 für die Tragsäulen 36 kön nen die Auftriebstanks 34 in ihrer Lage zum Schiffskör per 32 vertikal verfahren. Über Abstandssensoren 40 kann der Abstand der Auftriebstanks 34 zum Meeresboden 12 be stimmt werden.

Die Tragsäulen 36 werden dabei eine ausfahrbare Länge besitzen, die wenigstens der erwarteten Wassertiefe un ter den Enden der aufgeholten Tragsäulen zuzüglich der Eintauchtiefe des Schiffskörpers und der Wellenhöhe am Ort der Windenergieanlage entspricht.

Weiter sind Antriebe 42 vorgesehen, über die die Positi on und die Ausrichtung des Wasserfahrzeugs auch dann be wirkt werden, wenn der eigentliche Rumpf schon aus dem Wasser gehoben ist.

Der Schiffrumpf des Wasserfahrzeugs verfügt zudem über eine Andockzone 44, die mit einer U-förmigen Aussparung 44 versehen ist, die dem Durchmesser des Gründungsteils 22 angepaßt ist.

Weiter ist in der Fig. 2a auf dem Deck des Schiffskörper 32 eine verdrehbare Plattform 46 angeordnet, die zur Aufnahme von wenigstens zwei Containern 24 vorgesehen ist. Mit Bezugszeichen 48 ist das Brückenhaus des Was serfahrzeugs bezeichnet.

Während Fig. 2b und 2c nur Ansichten von der Seite und von vorne zeigen, ist in Fig. 2d ein aufblasbares Krage nelement 45 in der U-förmigen Andockzone zu erkennen, daß den Spalt nach dem Andocken im aufgeblasenen Zustand überbrückt und den Schiffskörper 32 weiter fixiert indem inniger Kontakt hergestellt wird.

Da der Schiffskörper 32 mit einer in Draufsicht auf die sen U-förmig ausgebildeten Andockzone 44 versehen ist, deren innere Weite dem Außendurchmesser eines Gründungs teil 22 des Windenergieanlagenturms 20 der zu versorgen den Windenergieanlage angepaßt, muß in diesem Fall für das Kragenelement 45 und ein mittleres Maß an Ausdehnung Platz gelassen werden.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich das Wasserfahrzeug der Offshore-Windenergieanlage annähert und dabei durch Ausfahren der Tragsäulen 36 die Auftriebstanks 34 abge senkt werden. Dabei ist der Schiffskörper 32 im Wasser und erzeugt den erforderlichen Auftrieb.

In Fig. 4 sind die Auftriebstanks 34 in einem geringeren Abstand zum Meeresboden 12 ausgefahren worden. Der Ab stand wird durch die Sensoren 40 bestimmt. Durch das Lenzen der Auftriebstanks 34 mit Hilfe der Trimmeinrich tung wird der Schiffskörper 32 aus dem Wasser 10 geho ben. Dadurch ist eine sehr stabile Lage des Wasserfahr zeugs gegeben.

In der Fig. 5 ist das Wasserfahrzeug durch die Antriebe 42 mit dem Schiffskörper 32 an das Gründungsteil 22 der Offshore-Windenergieanlage angedockt worden. Die Andock zone 44 umschließt dabei das zylindrische Gründungsteil 22.

Die Fig. 6 zeigt das Wasserfahrzeug in abgesenktem Zu stand, wobei die Auftriebstanks 34 auf den Meeresboden 12 aufgesetzt haben, der Schiffskörper 23 ist weiterhin oberhalb der Wasseroberfläche 14. Dadurch steht das ge samte Wasserfahrzeug fest auf dem Meeresboden 12.

Fig. 7 zeigt die Anbringung einer Aufstiegsleiter 50 an den Turm 20, über die das Personal die Arbeitsplattform 26 und die Einstiegstür 28 erreichen kann. Ferner wird das Ablassen eines Container 24 über ein Seilsystem 52 auf das Drehgestell 46 gezeigt.

Fig. 8 zeigt den Vorgang, wie die auszutauschenden Con tainer 24 auf der um eine vertikale Achse verdrehbaren Plattform 46 in ihrer Position getauscht werden, um den defekten Container durch einen funktionstüchtigen zu er setzen.

Fig. 9 zeigt, wie der funktionstüchtige Container 24 über das Seilsystem 52 wieder in die vorgesehene Positi on gebracht wird. Der Container mit dem defekten Kompo nenten verbleibt auf dem Wasserfahrzeug zwecks Abtrans port zum Reparaturbetrieb.

Fig. 10 stellt eine Ausführungsvariante dar, wobei an dem Gründungsteil 22 eine separate, sich im wesentlichen rechtwinklig zum Gründungsbauteil, horizontal er streckende "Landeplattform" 54 vorgesehen ist, auf der sich das Wasserfahrzeug mit sein seinen Auftriebstanks 34 absetzen kann und damit unabhängig von der Beschaf fenheit des Meeresbodens 12 ausgebildet sein kann.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsvariante, die besonders geeignet ist, Neigungen des Meeresboden 12 auszuglei chen. Dabei sind zwischen den Tragsäulen 36 und den Auf triebstanks 34 Gelenke 56 angebracht, die einen Aus gleich der Schrägstellung der Auftriebstanks 34 ermögli chen.

Fig. 12 stellt schließlich eine weitere Ausführungsvari ante dar, bei der die Tragsäulen 36 nicht senkrecht, sondern nach außen geneigt in den Schiffskörper 32 ein gebracht sind. Dieses Anwinkeln um 5-20° gegen die Vertikale mit den unteren Enden nach außen führt dazu, daß die Auftriebstanks 34 auf dem Boden einen größeren Abstand voneinander haben und damit die Stabilität des Fahrzeugs im stehenden Zustand weiter erhöht wird. Deut lich sind weiter die Anbringungsorte der Mehrzahl das Wasserfahrzeug antreibender Propellerantriebe 42 zu er kennen.

Claims

1. Wasserfahrzeug zum Versorgen einer Offshore-Wind energieanlage, gekennzeichnet durch eine Stabili sierungseinrichtung bestehend aus einer Mehrzahl von von dem Schiffskörper (32) absenkbar aufgenommenen Tragsäulen (36), an den Tragsäulen (36) vorgesehenen Auftriebstanks (34) und einer Einrichtung zum Lenzen und Fluten der Auftriebstanks (34).

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tragsäulen (36) eine ausfahrbare Län ge besitzen, die wenigstens der erwarteten Wassertiefe unter den Enden der aufgeholten Tragsäulen zuzüglich der Eintauchtiefe des Schiffskörpers und der Wellenhöhe entspricht.

3. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auftriebs tanks (34) zwischen den unteren Enden der Tragsäulen (36) erstrecken.

4. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebstanks (34) über Gelenke (56) an den Tragsäulen (36) angesetzt sind.

5. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsäulen (36) angewinkelt gegen die Vertikale mit ihren unteren Enden nach außen angeordnet sind.

6. Wasserfahrzeug nach einem der voragehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebstanks (34) eine Mehrzahl das Wasserfahrzeug antreibende Ele mente (42) tragen.

7. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffskörper (32) mit einer in Draufsicht auf diesen U-förmig aus gebildeten Andockzone (44) versehen ist, deren innere Weite dem Außendurchmesser eines Gründungsteil (22) des Windenergieanlagenturms (20) der zu versorgenden Windenergieanlage angepaßt.

8. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Andockzone (44) mit einem aufblasbaren Kragenelement (45) versehen ist, das im aufgeblasenen Zustand einen festen Kontakt zwi schen Andockzone (44) und Gründungsteil (22) vermit telt.

9. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffskörper (32) mit einer zur Aufnahme von wenigstens zwei Containern (24) ausgebildeten, auf dem Deck des Wasserfahrzeugs um eine vertikale Achse verdrehbaren Plattform (46) verse hen ist.

10. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auftriebstank (34) in eine Mehrzahl vom Kammern aufgeteilt ist und eine Trimmeinrichtung zum gesteuerten Lenzen und Fluten einzelner Kammern vorgesehen ist.