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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem
Turm.
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Windenergieanlagen
werden ab einer gewissen Leistungsklasse regelmäßig
mit einer Mittelspannungsanlage ausgestattet, die den Anschluss
des Generators an ein Mittelspannungsnetz zulässt. Die Mittelspannungsanlage
umfasst als räumlich größtes Bauteil
einen Transformator. Bei Wartung und Reparatur der Mittelspannungsanlage
tritt mitunter das Problem auf, dass der Transformator nicht innerhalb des
Turms repariert werden kann, sondern aus dem Turm entfernt werden
muss.
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Aus
US 2006/0236648 ist
eine Verankerung eines Turms einer Windenergieanlage bekannt, bei der
das untere Segment des Turms mit aus dem Fundament vorstehenden
Verankerungszungen über Laschbleche befestigt ist.
4 des
Dokuments zeigt eine ovale Türöffnung, die durch
Bleche seitlich begrenzt ist.
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Aus
Windblatt 01/2006 ist es bekannt, Transformatoren zur Unterbringung
in dem Mast der Windenergieanlage so kompakt zu bauen, dass sie
durch eine übliche Türöffnung in den
Turm hineingebracht und aus dem Turm wieder entfernt werden können. Die
Größe der Türöffnung und die
Turmverstärkung im Türbereich wird dabei durch
die Abmessungen des Transformators bestimmt. Um die mit der Türöffnung
verbundene Schwächung des Turms möglichst gering
zu halten, wird der Transformator so kompakt wie möglich
gebaut.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage mit
einem Turm bereitzustellen, bei der auch herkömmliche Komponenten
einer Mittelspannungsanlage, insbesondere ein Mittelspannungstransformator,
in dem Turm angeordnet und aus dem Turm wieder entfernt werden können, ohne
dass die Stabilität des Turms hierdurch eingeschränkt
wird.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen aus Anspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand
der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Windenergieanlage besitzt einen
Turm, der aus mehreren miteinander verbundenen Segmenten besteht.
Ferner ist die Windenergieanlage mit einer Transformatoreinheit ausgestattet,
die im Bereich des Turmfußes innerhalb eines Segments angeordnet
ist. Das Segment besitzt eine Öffnung, deren Breite größer
als die Breite der Transformatoreinheit und deren Höhe
größer als die Höhe der Komponente der
Mittelspannungsanlage, insbesondere der Transformatoreinheit ist. Erfindungsgemäß ist
die Öffnung in dem Segment durch einen Wandabschnitt lösbar
verschlossen. Die lösbare Verbindung zwischen Wandabschnitt
und dem mit einer Öffnung ausgestatteten Segment ermöglicht
es, bei Bedarf den Wandabschnitt von dem Segment zu entfernen und
die Transformatoreinheit oder andere Komponenten aus dem Turm der
Windenergieanlage, die zu groß sind für die Türöffnung, durch
die Öffnung zu transportieren.
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Aus
WO 2006/050723 A1 ist
ein Turm für eine Windenergieanlage bekannt, bei dem ein
Segment eine Öffnung besitzt, in die ein Wandabschnitt eingesetzt
wird, der eine gleichmäßige Dicke besitzt und
dicker ausgebildet ist als das Segment mit der Öffnung.
Der Wandabschnitt wird mit dem Segment verschweißt, so
dass dieser nicht aus dem Turm entfernt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Öffnung entlang
ihrem Umfang mit dem Wandabschnitt lösbar verbunden. In
einer möglichen Ausgestaltung ist der Wandabschnitt mit
dem Segment direkt verschraubt. In einer alternativen Ausgestaltung
ist der Wandabschnitt mit dem Segment über mindestens ein
Laschblech verschraubt. Unter einem Laschblech wird nachfolgend
ein Verbindungsmittel verstanden, das einen flachen Körper
mit Bohrungen aufweist, mit dem zwei Bauteile, hier Segment und
Wandabschnitt, miteinander verbindbar sind.
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Bei
der Ausgestaltung, in der der Wandabschnitt mit dem Segment über
ein Laschblech verschraubt ist, besteht die Möglichkeit,
das Laschblech einstückig auszuführen. In einer
alternativen Ausgestaltung kann das Laschblech mehrteilig ausgeführt
sein. Bei beiden Ausgestaltungen besitzt mindestens eines der Laschbleche
oder ein Abschnitt des einstückigen Laschblechs, eine größere Breite
als die übrigen Laschbleche bzw. die weiteren Abschnitte
des Laschblechs. Die Verbreiterung der Laschfläche erlaubt
es, die an dem Turmsegment im Bereich der Öffnung auftretenden
Kräfte besser aufzunehmen und in das Segment einzuleiten.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Wandabschnitt zusätzlich
mit einer Türöffnung ausgestattet, durch die der
Turm betreten werden kann. Eine Transformatoreinheit für
den Anschluss an das Mittelspannungsnetz ist größer
als die Abmessung einer Tür, wie sie beispielsweise durch
DIN-Normen vorgeschrieben ist. Das Vorsehen einer Türöffnung
in dem lösbar mit dem Segment verbundenen Wandabschnitt,
gestattet es, den übrigen Aufbau des Turms unverändert
zu lassen und auf diese Weise die Stabilität des Turms
nicht zu schwachen.
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In
einer alternativen Ausgestaltung besitzt der Wandabschnitt keine
Türöffnung. Bei dieser Ausgestaltung ist ein weiteres
Segment mit einer Türöffnung ausgestattet oder
die Türöffnung befindet sich in dem Segment mit
dem Wandabschnitt, allerdings an einer anderen Stelle. Im Allgemeinen
sind die Abmessungen der Türöffnung so ausgelegt,
dass hierdurch keine nennenswerte Schwächung des Turmsegments
stattfindet.
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Wenn
ein weiteres Segment mit einer Türöffnung für
den Turm vorgesehen ist, so wird dieses bevorzugt oberhalb oder
unterhalb des Segments mit der Öffnung vorgesehen. Zweckmäßigerweise
können die durch den Wandabschnitt verschlossene Öffnung
und die Türöffnung in dem weiteren Segment in unterschiedlichen
Positionen angeordnet sein, so dass diese nicht direkt übereinanderliegen.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Wandabschnitt aus Stahlguss
ausgebildet. Als ebenfalls zweckmäßig und der
Stabilität der Türöffnung förderlich
hat es sich herausgestellt, um die Türöffnung
einen umlaufenden Steg vorzusehen, der bezogen auf die radiale Richtung
des Segments nach innen und/oder nach außen vorsteht. Der
Steg bildet ein Still für die Türöffnung.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 einen
Ausschnitt eines Segments mit einer Öffnung, in der ein
Wandabschnitt angeordnet ist,
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2 einen
Ausschnitt eines Segments mit einer Öffnung, deren Randbereich
mit einem Wandabschnitt über eine Doppel-Laschverbindung verbunden
ist,
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3 einen
Ausschnitt eines Segments, dessen Öffnung in ihrem Randbereich
durch einen Wandabschnitt mit einem außen aufliegendem Laschblech
verbunden ist,
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4 einen
Ausschnitt eines Segments, dessen Öffnung durch einen Wandabschnitt
verschlossen ist, der außen auf das Segment gesetzt ist,
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5 einen
Ausschnitt aus einem Segment, dessen Öffnung durch einen
innen liegenden Wandabschnitt verschlossen ist,
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6 eine
Draufsicht auf einen Bereich des Segments, dessen Öffnung
durch einen Wandabschnitt über vier außen liegende
Laschbleche verschlossen ist,
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7 einen
Ausschnitt eines Segments im Bereich der linken unteren Ecke der Öffnung,
in dem ein Laschblech mit größerer Breite vorgesehen
ist,
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8 eine
Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Segments, mit einer Öffnung,
in die über ein einstückiges Laschblech ein Wandabschnitt
eingesetzt ist,
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9 einen
Fußbereich eines Turms in einer Querschnittsansicht, wobei
der Turm einen Eingang und eine lösbar verschlossene Öffnung
für den Transformator besitzt, und
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10 einen
Ausschnitt eines Segments, dessen Öffnung durch einen doppelwandigen Wandabschnitt
verschlossen ist.
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1 zeigt
den Ausschnitt eines Turmsegments 10 eines Turms für
eine Windenergieanlage. Türme von Windenergieanlagen bestehen
aus mehreren ringförmigen Segmenten, die übereinander
angeordnet sind. Die Segmente können in verschiedener Form
untereinander verbunden sein. Das in 1 dargestellte
Segment 10 besitzt eine Öffnung 12, die
eine Breite A besitzt. Für Transformatoreinheiten mit 2
MW oder mehr zum Anschluss an das Mittelspannungsnetz hat sich eine
Breite A von ungefähr 90 bis 120 cm als ausreichend herausgestellt. Direkt
mit dem Segment 10 ist ein Wandabschnitt 14 lösbar
verbunden. Der Wandabschnitt 14 wird in seinem Randbereich 16 über
Schrauben (nicht dargestellt) mit dem Segment 10 im Randbereich
der Öffnung 12 verbunden. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Wandabschnitt 14 von außen auf das Segment 10 aufgesetzt.
Der Wandabschnitt 14 besitzt eine Türöffnung 18,
deren Breite B kleiner als die Breite A ist. Die Breite B entspricht
der üblichen Breite von 60 cm für Türöffnungen
von Windenergieanlagen. Die Türöffnung 18 ist von
einem umlaufenden Steg 20 eingefasst, der sowohl in das
Innere des Segments 10 vorsteht, als auch nach außen
aus dem Segment 10 vorsteht. Der Steg 20 bildet
ein Süll für die Türöffnung 18,
um die Öffnung auszusteifen, damit die auftretenden Belastungen
im Öffnungsbereich sicher aufgenommen werden können.
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Im
regulären Betrieb der Windenergieanlage, kann der Turm
durch die Türöffnung 18 betreten werden,
wobei selbstverständlich in der Türöffnung 18 eine
geeignete Tür vorgesehen ist, die erforderlichenfalls auch
abgedichtet ist, um den Eintritt von Wasser, Feuchtigkeit und anderen
Umwelteinflüssen in den Turm zu verhindern.
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Die
Türöffnung bildet eine Unstetigkeitsstelle im
Turmmantel. Die Türöffnung kann daher durch den
Steg 20 bei einer ausreichenden Materialstärke den
Turm im Bereich der Türöffnung zusätzlich
stabilisieren, so dass insgesamt keine Abänderung der Tragfähigkeit
unter dynamischen Belastungen des Turms erfolgt.
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Ergibt
sich die Notwendigkeit an die Windenergieanlage die Transformatoreinheit
auszutauschen, so kann der Wandabschnitt 14 durch Lösen der
Schraubenverbindung im Randbereich 16 von dem Segment 10 entfernt
werden und es steht eine Öffnung mit der Breite A zur Verfügung,
durch die der Transformator entfernt und/oder in den Turm gebracht
werden kann. Das Entfernen des Wandabschnitts ist möglich,
da im Fall eines Austausches der Transformatoreinheit die Anlage
außer Betrieb ist und daher die Belastungen auf den Rotor
und mittelbar auf den Turn deutlich kleiner sind.
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2 hat
eine alternative Ausgestaltung, einen Wandabschnitt 140,
der nicht direkt mit dem Turmsegment verbunden ist, sondern über
ein Paar von Laschblechen 22 und 24 an diesem
gehalten ist. Die Laschbleche 22 und 24 sind dabei
jeweils an einem Ende der Wand des Segments 10 verschraubt und
an ihrem anderen Ende mit dem Wandabschnitt 140 verschraubt.
Zwischen Segment 10 und Wandabschnitt 140 ist
eine Fuge 26 vorgesehen, die eine einfache Fertigung und
Montage ermöglichen.
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3 zeigt
eine alternative Verbindung des Wandabschnitts 140 mit
dem Segment 10, bei dem ein außen liegendes Laschblech 28 vorgesehen
ist. Zwischen dem Segment 10 und Wandabschnitt 140 ist,
wie bereits in 2 dargestellt, eine Fuge 30 vorgesehen.
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4 entspricht
dem Ausführungsbeispiel aus 1, bei dem
der Wandabschnitt 141 außen auf das Segment 10 gesetzt
ist. Im Gegensatz zu dem Wandabschnitt 14 aus 1,
der einen nach innen und nach außen vorstehenden Steg 20 besitzt, ist
der Wandabschnitt 141 mit einem nach innen vorstehendem
Steg 32 ausgestattet. Der Steg 32 besitzt einen Übergangsbereich 34,
in dem die Stegwand dicker ausgebildet ist. Die größere
Dicke der Stegwand verleiht dem Wandabschnitt 141 eine
zusätzliche Stabilität.
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5 zeigt
einen Wandabschnitt 142, der im Gegensatz zu dem Wandabschnitt 141 aus 4 von
innen mit dem Segment 10 verbunden ist. Der Wandabschnitt 142 besitzt
eine Dicke d die größer als die Wanddicke des
Segments 10 ist. Bei der Demontage des Wandabschnitts 142 von
dem Segment 10 kann der Wandabschnitt 142 durch
Drehung um seine Längs- und um seine Querachse aus dem Turm
durch die Öffnung in dem Segment entfernt werden. Alternativ
ist es auch möglich, den Wandabschnitt 142 auch
während des Austausches der Transformatoreinheit im Turm
zu belassen.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf das Segment 10, wobei die Begrenzung
der Öffnung in dem Segment 10 durch eine gestrichelte
Linie 36 dargestellt ist. Die Öffnung in dem Segment 10 besitzt
eine rechteckige Form, die beispielsweise eine Breite von 95 cm
und eine Höhe von 3 m aufweist. Die Ecken der Öffnung
sind abgerundet. Um den Wandabschnitt 142 mit dem Segment 10 zu
verbinden, sind vier paarweise parallel angeordnete Laschbleche 38 und 40 vorgesehen.
Hierbei sind die längeren Laschbleche 38 entlang
der Längsseite der Öffnung an dem Segment 10 angeordnet,
während das Paar der kürzeren Laschbleche 40 an
der Ober- bzw. Unterseite der Öffnung in dem Segment 10 angeordnet
ist. Die Laschbleche besitzen jeweils zwei parallel zueinander verlaufende
Reihen mit Bohrungen, durch welche die Laschbleche 38 und 40 mit
dem Segment 10 im Randbereich der Öffnung verschraubt
sind. Der Wandabschnitt 142 ist in seinem Randbereich über eine
innen liegende Reihe von Bohrungen mit dem Laschblech verschraubt.
Zentral in dem Wandabschnitt 142 ist eine Türöffnung 144 vorgesehen,
die durch einen umlaufenden Steg 146 begrenzt ist.
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7 zeigt
eine alternative Ausgestaltung für ein im unteren Bereich
der Öffnung angeordnetes Laschblech 42. Das Laschblech 42,
von dem lediglich die linke Hälfte in 7 dargestellt
ist, verfügt in seinem zentralen Bereich über
zwei parallel zueinander verlaufende Bohrungsreihen 44 und 46.
Die insgesamt vier parallelen Bohrungsreihen im zentralen Bereich
des Laschblechs 42 können angreifende Kräfte
besser aufnehmen und vermeiden übermäßige
Belastungen im Übergangsbereich.
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8 zeigt
eine alternative Ausgestaltung, bei der die Öffnung in
dem Segment 10 eine kreisrunde oder elliptische Form an
der Ober- und Unterseite der vertikalen, parallelen Längsseiten
der Öffnung aufweist. Die Öffnung verläuft
idealerweise im konstanten Abstand zum Still der Wandöffnung,
die entsprechend belastungsoptimal ausgeführt ist. Das Laschblech
kann einstückig ausgeführt werden und sich vollständig
um den Wandabschnitt 142 erstrecken. Der Vorteil bei der
Verwendung eines einstückigen Laschblechs 48 besteht
darin, dass nach dessen Demontage es sicher und ohne Vertauschung
von einzelnen Teilen wieder in seiner ursprünglichen Position
montiert werden kann. Eine Teilung des Laschblechs ist ebenfalls
denkbar, um den Materialeinsatz zu minimieren und die Transportmaße
zu verringern.
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9 zeigt
den Turm 50 der Windenergieanlage im Bereich des Turmfußes.
Der Turmfuß besitzt zwei übereinander angeordnete
Geschoßebenen 52 und 53. Die – Geschoßebene 52 ist
mit einer Öffnung 54 versehen, die mit einem verschraubten Wandabschnitt 56 verschlossen
ist. Der Wandabschnitt 56 kann durch Lösen der
Schrauben wieder von der Öffnung 54 entfernt werden.
Innerhalb der Geschoßebene 52 ist eine Transformatoreinheit 58 angeordnet.
Die Transformatoreinheit 58 steht auf einer Bodenplatte 60,
die über Pfeiler 62 abgestützt ist. Unterhalb
der Bodenplatte 60 sind Hohlräume 64 gebildet,
die beispielsweise als Kabelkeller fungieren. Belüftet
wird die Geschoßebene 52 über einen Lufteinlass 66 im
unteren Bereich und einen Luftauslass 68 im oberen Bereich
der Geschoßebene.
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Zum
Schutz der Transformatoreinheit 58 ist ein Dach 70 vorgesehen,
das sich in geringer Höhe über der Transformatoreinheit 58 befindet
und diese abdeckt. Für den leichteren Transport der Transformatoreinheit 58 innerhalb
der Geschoßebene 52 ist ein Hebezeug 72 vorgesehen,
das entlang einer horizontal verlaufenden Schiene 72 geführt
ist. Das Hebezeug 72 kann verwendet werden, um die Transformatoreinheit 58 anzuheben
und diese innerhalb der Geschoßebene 52 zu bewegen.
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Die
Transformatoreneinheit kann auch auf Schienen, die sich auf Höhe
der Unterseite der Öffnung befinden, aus dem Turm herausbewegt
werden.
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Weiterhin
ist es möglich, nachträglich bei einer fertig
errichteten Windenergieanlage eine Öffnung bei Bedarf für
den Austausch der Transformatoreinheit oder einer anderen Komponente
vorzusehen. Hier wird durch einen Materialabtrag eine Öffnung
in das Segment bzw. die Wand des Segments eingearbeitet werden,
die dann über Wandabschnitte verschlossen wird. Hierbei
wird bevorzugt ein Wandabschnitt ohne Türöffnung
eingesetzt, um die nachträglich eingearbeitete Öffnung
zu verschließen.
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Die
oberhalb der Geschoßebene 52 liegende Ebene 53 ist
mit einer Tür 76 versehen, durch die die Windenergieanlage
betreten werden kann. Die Tür 76 der Geschoßebene 53 kann über
eine Treppe 78 erreicht werden. Im Inneren der – Geschoßebene 53 befindet
sich eine weitere Komponente 80 der Mittelspannungsanlage, über
die die von dem Generator erzeugte Leistung nach Hochtransformieren
der Spannung in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden
kann. Die Mittelsspannungslage besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einer Komponente 80 und der Transformatoreinheit 58.
Der entscheidende Gedanke hierbei ist, dass beim Ausfall des Teils 80 der
Mittelspannungsanlage, dieses demontiert werden kann und zerlegt über
die Türöffnung 76 ausgetauscht werden
kann. Alternativ hierzu ist es auch möglich, in dem Boden der
Geschoßebene 53 eine verschließbare Öffnung
vorzusehen, über die das Teil 80 der Mittelspannungsanlage
in die Geschoßebene 52 abgesenkt werden kann, von
wo aus es durch die Öffnung 54 ausgetauscht werden
kann.
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Eine
alternative Möglichkeit, eine Öffnung im Turm
zu verschließen, ist in 10 dargestellt. 10 zeigt
den Ausschnitt eines Segments 10 mit einer Öffnung 11.
Die Öffnung 11 kann hierbei direkt bei der Herstellung
des Turms eingebracht oder bei Bedarf durch Materialabtrag nachträglich
eingebracht worden sein. Die Öffnung 11 ist durch
einen innen liegenden Wandabschnitt 13 und einen außen liegenden
Wandabschnitt 15 verschlossen, wobei beide Wandabschnitte 13 und 15 gemeinsam über Schrauben 17 mit
dem Segment 10 verbunden sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung
liegt darin, dass beide Wandabschnitte 13 und 15 in
einer geringeren Materialstärke als die Materialstärke
des Segments 10 hergestellt werden können. Bei
einer umlaufenden Schraubungsreihe zur Befestigung der Wandabschnitte 13 und 15 besteht
ein optimaler Kraftfluss, wobei das Risiko durch reibschlüssige Verbindung
reduziert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0236648 [0003]
- - WO 2006/050723 A1 [0008]