DE102011016824A1

DE102011016824A1 - Anordnung für eine schwimmende Windenergieanlage auf hoher See

Info

Publication number: DE102011016824A1
Application number: DE102011016824A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Anordnung zeigt eine Windenergieanlage zum Betrieb auf offener See, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass ein großer schwimmfähiger Ringtorus einen axialkonzentrisch und über ein Kugelgelenk damit verbundenen und im Sinne eines Kugelgelenkes frei beweglichen Masten aufweist, wobei sich der Ringtorus in einer ersten Ausführungsform über drei Dämpfungsmodule frei drehbar am wasserseitigen Ende abstützt, so dass auch bei starkem Seegang der Mast mit dem endständigen Vertikalrotor die zu einem möglichst effektiven Betrieb notwendige vertikale Position zum Wind aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für eine schwimmende Windenergieanlage auf hoher See nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Stand der Technik sind derartige Anordnungen bekannt und werden an Land oder auch in flachen Küstengewässern als sogenannte Offshore Windenergieanlagen gebaut und betrieben. Da der Bau von Windenergieanlagen an Land durch strengere Auflagen immer kritischer beurteilt wird, will man in zunehmendem Maße Windenergieanlagen auch auf offener See platzieren. Dies hat auch noch den weiteren Vorteil, dass überwiegend stärkere Windenergie kontinuierlich zur Verfügung steht. Da hier oft Tiefen von 50 m und mehr bis zur Gründung überwunden werden müssen, ist es von Vorteil schwimmende Windenergieanlagen zu installieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine schwimmende Windenergieanlage vorzustellen, die sich trotz ihrer mechanischen Größe, d. h. hoher elektrischer Leistung, durch große Effizienz auch bei starkem Wellengang auszeichnet.
Die Anordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein großer schwimmfähiger Ringtorus einen axialkonzentrisch und über ein Kugelgelenk darin beweglichen Masten aufweist, wobei sich der Ringtorus über drei oder mehr Dämpfungsmodule drehbar am wasserseitigen Ende abstützt, so dass auch bei starkem Seegang der Mast mit dem endständigen Vertikalrotor die zu einem möglichst effektiven Betrieb notwendige vertikale Position zum Wind aufweist.
In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zwei Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Windenergieanlage (1) in Vorderansicht
2 eine vereinfachte Draufsicht der Windenergieanlage (1)
Windenergieanlagen sind zur Erzeugung erneuerbarer Energie sehr effektiv. An Land platzierte Windenergieanlagen sind aus Umweltgründen immer schwieriger zu platzieren und werden daher in zunehmendem Maße als Offshore Windenergieanlagen ausgeführt. Da im nahen Küstenbereich der Wind auch nicht immer in gewünschtem Maße zur Verfügung steht und aufwendige Gründungen für die Windenergieanlagen bereitgestellt werden müssen, werden Windenergieanlagen für den Betrieb auf offener See forciert. Die Installation schwimmender Windenergieanlagen auf offener See stellt hohe Anforderungen an deren Ausführung, insbesondere an der mechanischen Entkoppelung des Trägersystems mit dem eigentlichen Energieerzeugersystem, was bei hohem Seegang zu einem ruhigen Stand des Vertikalrotors (8) bzw. eines Horizontalrotors im Winde führt und letztendlich zu einer höheren Energieeffizienz führt und auch vor einer frühzeitigen Zerstörung der Windenergieanlage schützt.
Erfindungsgemäß weist hierzu in einer ersten Ausführungsform die Windenergieanlage (1) den Ringtorus (2) auf, der über die Stege (3...n) kraft- oder formschlüssig mit dem Hohlkugelring (4) verbunden ist, wobei der Hohlkugelring (4) im Sinne eines Kugelgelenkes die Kugel (5) drehbar umschließt und diese mit dem Mast (6) kraft- oder formschlüssig verbunden ist. Zur Stabilisierung und Dämpfung des Ringtorus (2) bei hohem Wellengang dienen die Dämpfungsmodule (21...n), die zwischen den Gelenken (11...n) und den Gelenken (23...n) in zwingender Lagerbewegungsrichtung (20) aufgehängt sind und sich an den Widerlagern (13...n) und dem Widerlagerring (24), welcher sich in dem Ringlager (22) frei dreht, abstützen. Durch diese Maßnahme kann sich die zuvor beschriebene Einheit frei und relativ unabhängig vom Wellengang entkoppelt um den Mast (6) mit dem Generatorgehäuse (26) drehen. Die Dämpfungsmodule (21...n) weisen die Zylinder (18...n) mit den Kolben (17...n) und damit kraft- oder formschlüssig verbundenen die Stempel (19...n) auf. Die Strömungsverbindungen (12...n) verjüngen sich in Richtung Zylinderboden (14) im Querschnitt um einen größer werdenden Widerstand des Seewasserfüllung gegen Querschnittende zu bilden, wobei die Druckkammern (15...n) verhindern, dass eine schädliche physikalische Berührung von Kolbenende und Zylinderboden stattfindet d. h. der Boden des Kolbens (17) trifft letztendlich immer auf ein nicht zu verdrängendes Wasserpolster welches sich zwischen dem Zylinderboden (14) und dem Kolbenboden bildet. Die Druckkammern (15...n) können noch die etwas vom Zylinderboden (14) versetzten Entlüftungsöffnungen (10...n) aufweisen, die aber auch ersatzlos entfallen können, wobei der Querschnitt der Entlüftungsöffnungen (10...n) gegenüber dem Gesamtquerschnitt der Strömungsverbindungen (12...n) sehr klein ist. Zylinder (18) und Stempel (19) sind in ihren jeweiligen Längen so zueinander ausgelegt, dass kein Auseinandergleiten möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Windenergieanlage
2: Ringtorus
3: Steg
4: Hohlkugelring
5: Kugel
6: Mast
7: Generatorwelle
8: Vertikalrotor
9: Meeresoberfläche
10: Entlüftungsöffnung
11: Gelenk
12: Strömungsverbindung
13: Widerlager
14: Zylinderboden
15: Druckkammer
16: Strömungsverbindung
17: Kolben
18: Zylinder
19: Stempel
20: Lagerbewegungsrichtung
21: Dämpfungsmodul
22: Ringlager
23: Gelenk
24: Widerlagerring
26: Generatorgehäuse
27: Befestigungselement
28: Fixierseil
29: Grundfixiervorrichtung
30: Seekabel
31: Generatorkabel
32: Generator
33: Meeresboden
34: Dämpfungsmodul

Claims

Schwimmende Windenergieanlage mit vertikalem und/oder horizontalem Rotor und direkt oder indirekt getriebener Welle und damit verbundenem Generator, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (6) der Windenergieanlage (1) die kraft- oder formschlüssig damit verbundene Kugel (5) aufweist und der schwimmfähige Ringtorus (2) über die jeweils um 120° zueinander versetzten identischen Stege (3...n) aufweist und über den Hohlkugelring (4) im Sinne eines Kugelgelenkes unverlierbar und frei drehbar um die Kugel (5) gelagert ist und dass der Ringtorus (2) sich über drei um je 120° zueinander versetzte identische Dämpfungsmodule (21, 34...n) mit den Gelenken (11, 23) die zwingend der Lagerbewegungsrichtung (20) folgen, dem Zylinder (18), dem Kolben (17) mit dem kraft- oder formschlüssig damit verbundenem Stempel (19), den sich nach oben im Querschnitt verjüngenden Strömungsverbindungen (12, 16...n), wobei die obere Ebene der Strömungsverbindungen mit dem verbleibenden Zylinderabschnitt in Richtung Zylinderboden (14) einen nicht strömungsverbundenen dichten Raum bildet und eine Entlüftungsöffnung (10) mit wesentlich kleineren Querschnitt gegenüber dem Gesamtquerschnitt der Strömungsverbindungen (12, 16...n) aufweist oder auch nicht und sich die Gelenke (11, 22) auf dem Widerlager (13) und dem Widerlagerring (24) abstützen, wobei der Widerlagerring (24) im Ringlager (22) frei drehbar aufgehängt ist und der Vertikalrotor (8) über die Generatorwelle (7) direkt oder über ein Getriebe mit dem Generator (32) verbunden ist, der hermetisch dicht in dem Generatorgehäuse (26) platziert ist und mit den Befestigungselementen (27...n) über die Fixierseile (28...n) an den Grundfixiervorrichtungen (29...n) unverlierbar fixiert ist.