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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reduzierung
von Lärmemissionen
von Windkraftanlagen mit einem Betonfundament, einem Standrohr,
das auf das Fundament aufgeschraubt ist und ggf. aus mehreren Stahlrohsegmenten
besteht, mit einer Gondel als Maschinengehäuse zur Aufnahme von Generator,
Rotorwelle, Bremse und ggf. Getriebe sowie weiteren notwendigen
Aggregaten und mit der Rotorwelle verbundenen Rotorblättern.
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Windkraftanlagen,
auch Windenergieanlagen genannt, wandeln die kinetische Energie
des Windes in elektrische Energie um, welche dann in das Stromnetz
eingespeist wird. Dazu wird die Bewegungsenergie der Windströmung als
Antrieb der in Windrichtung ausgerichteten Rotorblätter genutzt und
so der Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Diese Rotationsenergie
wird an einen Generator übertragen
und dort in elektrischen Strom umgewandelt.
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Nachdem
die Versuchsanlage GROWIAN (GROB WInd ANlage) Mitte der 80er Jahre
keine befriedigenden Ergebnisse lieferte, verließ man das zweiflügelige Konzept
und übernahm
das sog. ‚Dänische Konzept’, eine
einfache Konstruktion mit der heute allgemein üblichen horizontalen Rotationsachse,
drei luftseitigen Rotorblättern
und drehzahlstarrer Betriebsführung.
Die Größe der Windkraftanlagen wuchs
mit der weiteren Entwicklung und der Aufschwung der Nutzung der
Energie in Deutschland begann mit dem Stromeinspeisungsgesetz von
1991. Nicht zuletzt aufgrund der politischen Rahmenbedingungen und
der damit verbundenen Förderung
der industriellen Fertigung führte
die Entwicklung zu immer größeren Anlagen
mit verstellbaren Rotorblättern
und variabler Drehzahl. Das Nachfolgegesetz, das ‚Erneuerbare-Energien-Gesetz’ hat diese
Entwicklung fortgesetzt, so dass in Deutschland weltweit die größte Nennleistung
installiert war (2005) und mehr elektrischer Strom aus Windenergie
als aus Wasserkraft erzeugt wurde.
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Die
wachsende Anlagegröße führt jedoch auch
zu einer Erhöhung
der Emissionen. Neben dem Schattenwurf sind hier insbesondere Schallemissionen
zu nennen. Größter Schallemittent
von Windkraftanlagen ist das Windgeräusch der sich im Wind drehenden
Rotorblätter.
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Zur
Verminderung der Schallemissionen sind bereits Windkraftanlagen
mit verminderter Schallabstrahlung vorgeschlagen worden (
EP 1 533 521 A1 ), bei
der eine Turmwand der Windkraftanlage auf die Innenseite und/oder
Außenseite
eine Versteifungsschicht aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff
aufgebracht wird. Eine zusätzliche
Dämpfungsschicht
zwischen der Verstärkungsschicht
und der Turmwand kann zur weiteren Verstärkung beitragen. Diese technische
Lösung
ist kosten- und materialaufwendig.
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Bei
vielen Windkraftanlagenherstellern besteht das Standrohr aus (je
nach Höhe)
mehreren Stahlrohrsegmenten, die bei der Montage vor Ort aufeinander
verschraubt werden und dort eine ‚Trennnaht’ bilden. Jeweils unter den
Trennnähten
befinden sich Arbeitsbühnen
(Podeste), auf denen Mitarbeiter die Verschraubung der einzelnen
Stahlrohrsegmente vornehmen können.
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Ein
großes
Problem bei solchen Stahlrohrmasten liegt darin, dass Vibrationen
aus den Maschinengehäusen
(Gondeln) über
Rahmengestelle, die mit den Stahlrohren verbunden sind, auf das
Standrohr übertragen
werden. Diese Vibrationen führen dann
zu Vibrationen in den Stahlrohren, die dann nach außen als „Brummgeräusche” wahrgenommen werden.
Diese Geräusche
werden auch als „Tonhaltigkeit” bezeichnet.
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Die
Tonhaltigkeit wird im Rahmen Ermittlung der Schallemissionen – wie auch
der Schallpegel der sich drehenden Rotorblätter – vermessen, um den gesetzlichen
Anforderungen zu genügen
(TA Lärm). Hierbei
wird die Tonhaltigkeit dann den Schallpegeln der einzelnen Windkraftanlagen
zugeschlagen, so dass in sehr vielen Fällen der zugelassene Schallpegel,
insbesondere bei Nacht, überschritten
wird und diese Anlagen dann häufig
nachts abgeschaltet bzw. im leistungsreduzierten Betrieb gefahren
werden müssen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten
und zuvor näher
beschriebenen Windkraftanlagen so auszugestalten und weiter zu bilden,
um die Schallemissionen dieser Windkraftanlagen zu reduzieren und
insbesondere sich bildende Tonhaltigkeiten zu verringern bzw. zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 dadurch gelöst,
dass zur Vermeidung von Vibrationen oder Resonanzen in den Stahlrohrsegmenten
vertikal verlaufende Einbauten angeordnet und mit der gegenüberliegenden
Seite des Stahlrohrs verspannt sind. Zweckmäßiger Weise verlaufen diese
Einbauten über
die gesamte Höhe
des Standrohres der Windkraftanlage.
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Ein
besonders guter Effekt wird dann erreicht, wenn zwei diametral gegenüberliegend
angeordnete Strängen
von Einbauten vorgesehen sind. Als Einbauten lassen sich dabei vorzugsweise
Holzbalken verwenden, da sich gezeigt hat, dass die auftretenden
Vibrationen durch die gegeneinander verspannten Holzbalken besonders
gut verhindert werden können,
so dass die ohne die verspannten Einbauten auftretende Tonhaltigkeit
zuverlässig
verhindert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die Holzbalken
an ihren Enden (Stoßenden)
stumpf aneinander stoßen.
Im Inneren des Standrohres verlaufen dann an geeigneter Stelle zwei
gegenüberliegende
vertikale Stränge
von gegeneinander verspannten Holzbalken.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endbereiche
der jeweils horizontal gegenüberliegenden
Holzbalken in vertikaler Richtung gegeneinander versetzt angeordnet
sind. Eine solche erfindungsgemäß bevorzugte
Anordnung verhindert zuverlässig
Schwachstellen der erfindungsgemäßen verspannten
Einbauten, da im Falle nicht exakt aufeinander abgestimmter Stirnflächen der
Holzbalken eine horizontal gegenüberliegende „Naht” der verspannten
Bereiche ausgeschlossen sind.
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Nach
einer weiteren Lehre der Erfindung dienen zum Verspannen der Einbauten
horizontal angeordnete Verspanneinrichtungen, welche bevorzugt nachspannbar
ausgeführt
sind. Hierbei ist wichtig, dass ein ausreichend hoher Anpressdruck
vorhanden ist, um das gewünschte
Ergebnis zu erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzlich zu
den verspannten Einbauten in vorgegebenen vertikalen Abständen ringförmig über den
gesamten inneren Umfang des Standrohrs angeordnete Schallabsorptionselemente
angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass auch die ringförmige beabstandete
Anordnung solcher Schallabsorptionsbereiche deutlich zur Reduzierung der
Schallemissionen beiträgt,
ohne dass hierzu das gesamte Standrohr mit entsprechenden Schallabsorptionselementen
ausgekleidet werden müsste. Bevorzugt
sind die Ringe aus Schallabsorptionselementen im Bereich der Trennnähte der
einzelnen Stallrohrsegmente angeordnet. Hierzu sind nach einer weiteren
Lehre der Erfindung die Schallabsorptionselemente im Bereich des
Podestes unmittelbar unterhalb einer Trennnaht vorgesehen.
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Diese
Bereiche sind besonders gut zugänglich,
so dass sich die Montage der Schallabsorptionselemente hier relativ
einfach gestaltet.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schallabsorptionselemente
als flexible, flächige Matten
ausgeführt,
welche bevorzugt auf das Stahlrohr zwischen dem Podest und der Trennnaht
aufgeklebt werden. Auch ein Bekleben des Bodens der Podeste trägt zu einer
Verringerung der Schallemissionen bei, da durch Vibrationen schwingende
Böden innerhalb
des Standrohres Schwingungen wie in einem Blasinstrument an die
benachbarten Podestböden übertragen
können.
Die Anbringung der Schallmatten, welche flammenhemmend ausgeführt sind,
erfolgt gewissermaßen „topfartig”, so dass
die vom Maschinengehäuse
am Kopf des Standrohrs übertragenen
Schwingungen, Schallwellen und Tonhaltigkeiten wie in einem Topf
nach unten hin abgefangen werden können.
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Die
erfindungsgemäße Lösung hat
trotz ihrer technischen Einfachheit zu einer überraschend guten Verringerung
der Schallemissionen geführt,
insbesondere weil Tonhaltigkeiten vollständig vermieden werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass eine
nachträgliche
Ausrüstung
bei vorhandenen Windkraftanlagen problemlos möglich ist, so dass Anlagen,
welche aufgrund Ihrer Schallemissionen nachts abgeschaltet bzw.
im leistungsreduzierten Betrieb gefahren werden müssen, durch
die erfindungsgemäße Ausstattung
mit gegeneinander verspannten Einbauten in ihren Schallemissionen
gesenkt werden können,
was die Betriebszeit und damit auch den Wirkungsgrad dieser Anlagen
erhöht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer ein lediglich bevorzugtes
Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Einrichtungen aufweisende
Windkraftanlage in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen,
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2 einen
Horizontalschnitt durch den Gegenstand aus 1 entlang
der Linie II-II und
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3 schematisch,
die Anordnung der erfindungsgemäßen Einbauten
in das aus Segmenten bestehende Standrohr in perspektivischer Ansicht.
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1 zeigt
schematisiert eine Windkraftanlage in teilweise aufgebrochener Seitenansicht.
Auf einem Fundament 1 ist ein Standrohr 2 befestigt,
welches aus einer Mehrzahl aufeinander abgestimmte Stahlrohrsegmenten 2A, 2B steht,
von denen nur die oberen beiden aufgebrochen dargestellt sind. Die stumpf aufeinander
stoßenden
Stahlrohrsegmente 2A und 2B bilden dabei eine
Trennnaht N. Unterhalb einer solchen Trennnaht N befindet sich jeweils
ein horizontal verlaufendes Podest 2P, welches als Arbeitsbühne zum
Verschrauben der einzelnen Stahlrohrsegmente 2A, 2B untereinander
dient.
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Auf
dem Standrohr 2 befindet sich eine Gondel 3, die
die notwendigen Maschinenteile 4, also Generator, Rotorwelle,
Bremse und ggf. Getriebe sowie weitere notwendige Aggregate aufnimmt.
Die Gondel 3 ist dabei auf die jeweilige Windrichtung drehend nachführbar ausgestaltet.
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Vorne
an der Gondel 3 befindet sich eine nicht näher bezeichnete
Rotornabe, an der die (in den meisten Fällen drei) Rotorblätter 4 befestigt
sind. Der Einstellwinkel der Rotorblätter 4 ist dabei wiederum
verstellbar ausgeführt,
um die Rotorblätter 4 der Windstärke anzupassen
bzw. bei Starkwind oder zu Revisionszwecken auch in den Wind stellen
zu können.
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Erfindungsgemäß sind nun
zur Vermeidung von Vibrationen oder Resonanzen in den Stahlrohrsegmenten 2A, 2B vertikal
verlaufende Einbauten 5 vorgesehen, welche im dargestellten
und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
als zwei Stränge von
vertikal hintereinander angeordneten Holzbalken 5A und 5B ausgeführt sind.
Diese Holzbalkenstränge 5A, 5B werden
in horizontaler Richtung mit geeigneten Verspanneinrichtungen 6 am
Inneren der Wandung des Standrohres 2 gegeneinander verspannt. Jeder
Holzbalkenstrang 5A, 5B besteht dabei aus einer
Vielzahl hintereinander angeordneter und stumpf aneinander stoßender Holzbalken.
Nicht dargestellt ist, dass die Nahtbereich der aneinander stoßenden Holzbalkenstränge 5A, 5B in
vertikaler Richtung jeweils versetz angeordnet sein sollen, um horizontal gegenüberliegende
Nahtstellen zu vermeiden.
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Zusätzlich zu
den verspannten Einbauten 5 und in vorgegebenen vertikalen
Abständen
ringförmig über den
gesamten inneren Umfang des Standrohrs 2 angeordnete Schallabsorptionselemente 7 vorgesehen.
Hierbei ist es besonders zweckmäßig die
Bereiche unterhalb der Trennnähte
N und oberhalb der Podeste 2P mit Schallabsorptionselementen 7 zu
verkleiden, wobei auch die Podeste 2P selbst mit Schallabsorptionselementen 7 belegt
sein können.
Als Schallabsorptionselemente 7 werden vorzugsweise flexible,
flächige,
flammenhemmende Matten verwendet, welche nicht einzeln dargestellt sind.
Eine besonders einfache Art des nachträglichen Aufbringens der Schallabsorptionsmatten
wird durch Verkleben der Matten auf die beschriebenen Bereiche der
Wandung bzw. der Podeste 2P erreicht.
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2 zeigt
einen Horizontalschnitt des Standrohrs 2 im Bereich der
Schnittlinie II-II. Hier ist besonders deutlich erkennbar, dass
die Anordnung der beiden Holzbalkenstränge 5A, 5B genau
diametral gegenüberliegend
angeordnet sind und durch Verspanneinrichtungen 6 derart
miteinander verspannt werden, dass der kreisrunde Querschnitt der Stahlrohsegmente
leicht verformt wird, um keine Tonhaltigkeiten auftreten zu lassen.
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In 3 ist
die Anordnung der erfindungsgemäßen Einbauten 5 und
Verspanneinrichtungen 6 noch einmal perspektivisch dargestellt.
Hier erkennt man besonders deutlich, dass eine einfache Nachrüstbarkeit
bei bereits bestehenden Windkraftanlagen problemlos möglich ist.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel sondern umfasst
sämtliche
Möglichkeiten
von im Inneren des Standrohres von Windkraftanlagen verspannten
Einbauten um auf diese Weise die gewünschte Reduzierung der Schallemissionen
zu gewährleisten.