DE102011052845A1

DE102011052845A1 - Windkraftanlagen-Turmsegment, Windkraftanlage und Verfahren zum Errichten einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102011052845A1
Application number: DE102011052845A
Authority: DE
Inventors: Jacob Johannes Nies
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2012-03-01
Also published as: DK201170469A; US20110138730A1; CN102384040A

Abstract

Es ist ein Windkraftanlagen-Turmsegment (102) für Windkraftanlagen (10) geschaffen, das enthält: einen Windkraftanlagen-Turmsegmentkörper (2) mit einer Längsachse (122); und ein erstes (141) und zweites Ende (142); wobei die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-rechtwinklig ist. Ferner ist eine Windkraftanlage mit einem derartigen Windkraftanlagen-Turmsegment geschaffen. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung eines zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes das eine Längsachse und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-rechtwinklig ist; und die Montage des zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes an einem ersten Windkraftanlagen-Turmsegment.

Description

Hintergrund der Erfindung
Der hierin beschriebene Erfindungsgegenstand betrifft im Wesentlichen Verfahren und Systeme für Windenergiesysteme und insbesondere Verfahren und Systeme für Offshore-Windkraftanlagen. Speziell betrifft der beschriebene Erfindungsgegenstand ein Windkraftanlagen-Turmsegment, insbesondere zur Verwendung in Offshore-Windkraftanlagen, eine Offshore-Windkraftanlage, einen Adapter zur Verwendung während des Aufbaus einer Offshore-Windkraftanlage und ein Verfahren zum Errichten einer Offshore-Windkraftanlage.
Aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit geeigneter Gebiete für Windkraftanlagen an Land hat das Konzept der Offshore-Windenergieerzeugung in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. In flachen Küstengewässern besteht eine Möglichkeit der Befestigung von Windkraftanlagen in dem Einrammen des untersten Turmsegmentes der Windkraftanlage in den Meeresboden. Das Segment wird vertikal ausgerichtet und ein Hammer schlägt es wiederholt ein, bis die gewünschte Eindringtiefe des Segmentes in den Meeresboden erreicht ist.
Der Aufbau von Offshore-Windkraftanlagen ist kritisch. Der Bau von Offshore-Windkraftanlagen erfordert Wetterfenster, in welchen die Wetterbedingungen einen Zusammenbau der Windkraftanlagen auf See zulassen. Insbesondere die Wellenhöhe und die sich daraus ergebende Bewegung der Barken und Schiffe stellt einen wichtigen Faktor für den Aufbau und die Errichtung von Offshore-Windkraftanlagen dar. Es wird im Allgemeinen versucht, die Bauzeit auf ein Minimum zu verringern, um die Wetterfenster vollständig durch Durchführen so vieler wie möglicher Bauschritte in den Wetterfenstern zu nutzen.
Ferner trifft das Segment, welches in den Meeresboden gerammt wird, manchmal auf schwere Barrieren, wie z. B. große Felsen oder dergleichen oder andere im Meeresboden eingelagerte Hindernisse. Das Beaufschlagen des Turmsegmentes mit wiederholten Hammerschlägen bei Vorliegen derartiger Hindernisse übt große Belastungen auf das Segment aus. Demzufolge erfolgt regelmäßig eine Beschädigung an dem unteren Segment. Ferner kann es aufgrund von Hindernissen in dem Boden in vielen Fällen nicht möglich sein, das Segment vollständig in der vertikalen Richtung ausgerichtet zu halten. Diese Situation kann mit einem Nagel in Holz verglichen werden, dessen Ausrichtung kaum korrigiert werden kann, sofern nicht der Nagel vom unmittelbaren Anfang an perfekt ausgerichtet ist.
Bauliche Probleme bezüglich Onshore-Windkraftanlagen können ähnliche Auswirkungen haben. Beispielsweise kann das bereitstellte Fundament keine perfekte horizontale Ausrichtung haben, da das Fundament, z. B. nach Fertigstellung des Fundaments einseitig abgesackt ist.
Um nicht-vertikale Segmente in Offshore-Windkraftanlagen zu kompensieren oder nicht horizontale Fundamente in Onshore-Windkraftanlagen zu kompensieren, werden mit Beton vergossene Verbindungen (Grouted Joints) an dem entsprechenden Segment oder Fundament mit nahezu perfekter horizontaler Oberfläche befestigt. Diese vergossenen Verbindungen können auch an eine Oberfläche angepasst werden, die durch den Hammerkopf beschädigt wurde, als das Segment in dem Meeresboden versenkt wurde. Dieses ist ein zusätzlicher Schritt, der durchgeführt werden muss, und das Verguss-Material benötigt Zeit zur Härtung. Während der Härtungszeit muss der Aufbau gestoppt werden, was den Aufbau verzögert und die Aufbaukosten signifikant erhöht.
Im Lichte des Vorstehenden ist es wünschenswert, über ein Windkraftanlagen-Segment, eine Windkraftanlage und ein Windkraftanlage-Errichtungsverfahren zu verfügen, die eine schnelle und einfache Errichtung der Windkraftanlage ermöglichen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
In einem Aspekt wird ein Windkraftanlagen-Turmsegment für Windkraftanlagen bereitgestellt, das einen Windkraftanlagen-Turmsegmentkörper mit einer Längsachse und einem ersten und einem zweiten Ende enthält. Die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und zweiten Ende ist in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-rechtwinklig.
In einem weiteren Aspekt wird eine Windkraftanlage bereitgestellt, die wenigstens ein Windkraftanlagen-Turmsegment, wie hierin beschrieben, enthält.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Errichten einer Windkraftanlage bereitgestellt, das die Bereitstellung eines ersten Windkraftanlagen-Turmsegmentes mit einer Längsachse und die Bereitstellung eines zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes mit einer Längsachse beinhaltet. Das zweite Windkraftanlagen-Turmsegment weist ein erstes und ein zweites Ende auf. Die Oberfläche wenigstens eines von dem ersten und dem zweiten Ende ist in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-senkrecht. Das Verfahren beinhaltet ferner das Montieren des zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes an dem ersten Windkraftanlagen-Turmsegment.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Adapter bereitgestellt, welcher für eine Platzierung auf einem Windkraftanlagen-Segment eingerichtet ist. Der Adapter ist in der Lage, Schläge, wie z. B. von einem Hammerkopf, aufzunehmen und die Kraft der Schläge auf das Segment zu übertragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Fixierung eines Turmsegmentes im Meeresboden bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung des Segmentes, die Bereitstellung eines Adapters auf dem oberen Ende des Segmentes und das Beaufschlagen des Adapters mit einem Hammerkopf.
Gemäß einem Aspekt werden die hierin offengelegten Ausführungsformen insbesondere in Offshore-Windkraftanlagen verwendet.
Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und grundlegende Offenbarung, einschließlich ihrer besten Ausführungsart für den Fachmann wird nachstehend in dem Rest der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Windkraftanlage.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von zwei Windkraftanlagen-Turmsegmenten mit wenigstens einem Segment gemäß hierin beschriebenen Ausführungsform.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von zwei Windkraftanlagen-Turmsegmenten mit wenigstens einem Segment gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von drei Windkraftanlagen-Turmsegmenten mit wenigstens zwei Segmenten gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
5 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht eines Windkraftanlagen-Turmsegmentes gemäß Ausführungsformen.
6 zeigt eine Schnittansicht eines Windkraftanlagen-Turmsegmentes gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform.
7 zeigt eine perspektivische schematische Zeichnung eines Windkraftanlagen-Turmsegmentes gemäß Ausführungsformen.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Offshore-Windkraftanlage gemäß Ausführungsformen;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Offshore-Windkraftanlage gemäß Ausführungsformen;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Offshore-Windkraftanlage gemäß Ausführungsformen;
11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Adapters gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen, befestigt an einem Windkraftanlagensegment.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Offshore-Windkraftanlage mit mehreren Pfeilern gemäß Ausführungsformen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun im Detail auf die verschiedenen Ausführungsformen Bezug genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in jeder Figur dargestellt sind. Jedes Beispiel wird nur im Rahmen einer Erläuterung bereitgestellt und ist nicht als Einschränkung gedacht. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale bei weiteren Ausführungsformen oder in Verbindung damit genutzt werden, um noch weitere Ausführungsformen zu ergeben. Die vorliegende Offenbarung soll derartige Modifikationen und Varianten beinhalten.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beinhalten ein Windkraftanlage-System, insbesondere für den Offshore-Einsatz, das Basissegmente, die nicht perfekt vertikal ausgerichtet sind, ausgleicht. Insbesondere ermöglicht dieser Ausgleich eine fortgesetzte Errichtung der Windkraftanlage ohne Verzögerung. Zusätzlich kann gemäß Ausführungsformen ein Schaden an der Oberfläche des Basissegmentes vermieden werden.
So wie hierin verwendet, soll der Begriff ”Windkraftanlage” jede Vorrichtung repräsentieren, welche Rotationsenergie aus Windenergie erzeugt und insbesondere kinetische Windenergie in mechanische Energie umwandelt. So wie hierin verwendet, sollen die synonym verwendeten Begriffe ”Turmsegment” und ”Segment” jedes Konstruktionsteil eines Windkraftanlagen-Turms für die Lagerung der Gondel repräsentieren. Typischerweise sind mehrere Segmente übereinander vorgesehen, um dadurch den Windkraftanlagen-Turm auszubilden. Die mehreren können zwei, drei, vier oder sogar noch mehr Turmsegmente umfassen. Gemäß typischen Ausführungsformen haben die Segmente eine zylindrische Form. Gemäß weiteren Ausführungsformen könnte sich die genaue Form des Segmentes von einem perfekten Zylinder unterscheiden. In beiden Fällen hat ein Segment eine Längsachse (oder hierin auch als ”Achse” bezeichnet) entlang seiner größeren Erstreckung. Beim Aufbau eines perfekten Windkraftanlagen-Turms ist die Längsachse typischerweise in der vertikalen Richtung ausgerichtet. Das Segment hat auch eine radiale Richtung, welche senkrecht zu der Längsachse verläuft. So wie hierin verwendet, soll der Begriff ”Offshore-Windkraftanlage” jede Windkraftanlage repräsentieren, die in Salz- oder Süßwasser positioniert wird. Demzufolge soll der Begriff ”Meeresboden” auch den Grund eines Sees mit umfassend, beispielsweise in den Fällen betrachtet werden, in welchen die Windkraftanlage in einem See gebaut ist.
Gemäß hierin beschriebenen Aspekten ist wenigstens ein Ende eines Segmentes geneigt bzw. schräg. Das geneigte Ende kann das obere Ende, das untere Ende oder sowohl das obere als auch das untere Ende sein. So wie hierin verwendet, soll das ”Ende” eines Segmentes die virtuelle Ebene bezeichnen, die durch das Ende des Segmentes in der Längsrichtung gebildet wird. Typischerweise wird ein Segmentende durch das Ende eines runden Rohres geformt. In vielen Fällen ist ein Flansch an dem Ende positioniert. Die Bezeichnung ”oberes” und ”unteres” soll die Ausrichtung eines Segmentes bezeichnen, sobald dieses einen Teil des Anlagenturmes bildet.
So wie hierin verwendet, soll die Bezeichnung ”geneigtes Ende” oder „schräges Ende” eines Segmentes jedes beliebige Segment mit einem Ende repräsentieren, bei dem die Oberfläche des Endes zu der Längsachse des Segmentes nicht-rechtwinklig ist. Insbesondere ist, wenn die Längsachse des Segmentes vertikal ausgerichtet ist, das entsprechende Segmentende zur Horizontalen fehlausgerichtet. Mit anderen Worten, das Ende ist (zur Horizontalen) geneigt. Die Begriffe ”horizontal” bzw. ”vertikal”, wie sie hierin verwendet werden, sind im Allgemeinen als ”senkrecht zu der Gravitationskraft” bzw. ”parallel zu der Gravitationskraft” zu verstehen. Der Begriff ”Flansch”, wie er hierin verwendet wird, soll jede Art von Rippe oder Rand zur Verstärkung, zur Führung oder zur Anbringung an einem anderen Objekt, wie z. B. an einem anderen Segment, repräsentieren. Typischerweise ist ein Flansch an einem Segmentende positioniert.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Windkraftanlage 10. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Anlage 10 eine Horizontalachsen-Windkraftanlage. Alternativ kann die Windkraftanlage 10 eine Vertikalachsen-Windkraftanlage sein. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 einen Turm 12, eine auf dem Turm 12 montierte Gondel 16 und einen Rotor 18, der mit der Gondel 16 gekoppelt ist. Der Rotor 18 enthält eine drehbare Nabe 20 und wenigstens ein mit der Nabe 20 gekoppeltes und sich daraus erstreckendes Rotorblatt 22. In der exemplarischen Ausführungsform hat der Rotor 18 drei Rotorblätter 22. In einer alternativen Ausführungsform enthält der Rotor 18 mehr oder weniger als drei Rotorblätter 22. In der exemplarischen Ausführungsform ist der Turm 12 aus rohrförmigem Stahl hergestellt, um einen (in 1 nicht dargestellten) Hohlraum zwischen dem Trägersystem 14 und der Gondel 16 zu definieren. In einer alternativen Ausführungsform ist der Turm 12 jede geeignete Art von Turm mit jeder geeigneten Höhe.
Die Rotorblätter 22 sind zur Ermöglichung einer Drehung des Rotors 18 im Abstand um die Nabe 20 herum angeordnet, um die Umsetzung kinetischer Energie aus dem Wind in nutzbare mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie zu ermöglichen. Die Rotorblätter 22 sind mit der Nabe 20 durch Koppeln eines Blattfußabschnittes 24 mit der Nabe 20 an mehreren Lastübertragungsbereichen 26 verbunden. Die Lastübertragungsbereiche 26 haben einen Nabenlastübertragungsbereich und einen Blattlastübertragungsbereich (beide in 1 nicht dargestellt). In die Rotorblätter 22 eingeleitete Lasten werden über die Lastübertragungsbereiche 26 auf die Nabe 20 übertragen.
In einer Ausführungsform haben die Rotorblätter 22 eine Länge, die von ca. 15 m bis ca. 91 m reicht. Alternativ können die Rotorblätter 22 jede geeignete Länge haben, die eine Funktion der Windkraftanlage 10, wie hierin beschrieben, ermöglicht. Beispielsweise umfassen weitere nicht einschränkende Beispiele von Blattlängen 10 m oder weniger, 20 m, 37 m oder eine Länge, die größer als 91 m ist. Wenn Wind auf die Rotorblätter 22 aus einer Richtung 28 auftrifft, wird der Rotor 18 um eine Drehachse 30 gedreht. Sobald sich die Rotorblätter 22 gedreht werden und Zentrifugalkräften unterworfen sind, sind die Rotorblätter 22 auch verschiedenen Kräften und Momenten unterworfen. An sich können sich die Rotorblätter 22 verformen und/oder aus einer neutralen oder nicht-verformten Stellung in eine verformte Stellung drehen.
Ferner kann ein Anstellwinkel oder eine Blattneigung der Rotorblätter 22, d. h. ein Winkel, der einen Blickwinkel von Rotorblättern 22 in Bezug auf die Windrichtung 28 bestimmt, durch ein Anstellwinkelverstellsystem 32 geändert werden, um die Last und die von der Windkraftanlage 10 erzeugte Energie durch Anpassen der Winkelposition von wenigstens einem Rotorblatt 22 in Bezug auf die Windvektoren zu steuern. Anstellachsen 34 für die Rotorblätter 22 sind dargestellt. Während des Betriebs der Windkraftanlage 10 kann das Anstellwinkelverstellsystem 32 eine Blattanstellung der Rotorblätter 22 dergestalt ändern, dass die Rotorblätter 22 in eine Segelstellung überführt werden, so dass der Blickwinkel von wenigstens einem Rotorblatt 22 in Bezug auf die Windvektoren eine zur Ausrichtung auf die Windvektoren minimale Oberfläche des Rotorblattes 22 ergibt, was eine Verringerung einer Drehzahl des Rotors 18 und/oder einen Strömungsabriss des Rotors 18 ermöglicht.
In der exemplarischen Ausführungsform wird die Blattanstellung jedes Rotorblattes 22 individuell durch ein Steuersystem 36 gesteuert. Alternativ kann die Blattanstellung für alle Rotorblätter 22 simultan durch das Steuersystem 36 gesteuert werden. Ferner kann in der exemplarischen Ausführungsform, sobald sich die Richtung 28 ändert, eine Gier-Richtung der Gondel 16 um eine Gier-Achse 38 gesteuert werden, um die Rotorblätter 22 in Bezug auf die Richtung 28 zu positionieren.
Weitere Aspekte und Details der hierin beschriebenen Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die veranschaulichenden Zeichnungen erläutert. Es sollte jedoch hervorgehoben werden, dass die Bezugnahme auf spezielle Figuren nur Veranschaulichungszwecken dient. Insbesondere können unter Bezugnahme auf eine Figur erläuterte Merkmale auch mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden, die unter Bezugnahme auf andere Figuren erläutert sind, sofern diese Kombination nicht explizit ausgeschlossen ist.
2 stellt eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Ein erstes Windkraftanlagen-Segment 101 mit einem Körper 1 ist unterhalb eines zweiten Windkraftanlagen-Segmentes 102 mit einem Körper 2 dargestellt. Für Darstellungszwecke werden die Bezugszeichen für die Windkraftanlagen-Turmsegmentkörper in den nachstehenden Zeichnungen weggelassen. Das erste Windkraftanlagen-Segment kann das unterste Turmsegment sein, das teilweise im Meer 110 positioniert ist. Gemäß den Ausführungsformen wird das erste Windkraftanlagen-Segment versenkt, d. h., in den Meeresboden 300 eingerammt, wenn die Windkraftanlage errichtet wird. Die hierin beschriebenen Turmsegmente sind typischerweise Hohlrohre, die aus Metall, wie z. B. Stahl, oder aus einem synthetischen Material wie z. B. Faserverbundstoffen (z. B. Glasfaser oder Kohlefaser) bestehen können.
Aufgrund kleiner Fehlausrichtungen, die gelegentlich in der Praxis unvermeidbar sind, oder aufgrund im Meeresboden eingebetteter schwerer Hindernisse kann es vorkommen, dass das erste Windkraftanlagen-Segment einen Winkel von einigen Grad zur Vertikalen aufweist. Wenn hierin auf das Segment im Zusammenhang mit der Ausrichtung Bezug genommen wird, soll dies als Bezugnahme auf die Längsachse des Segmentes interpretiert werden. Wenn hierin auf die Ausrichtung des Anlagensegmentes Bezug genommen wird, soll dieses als Bezugnahme auf die Segmentachse entlang der Längserstreckung des Segmentes interpretiert werden. Beispielsweise stellt 2 die Längsachse 121 des ersten Segmentes 101 und die Längsachse 122 des zweiten Segmentes 102 dar. Die Vertikale ist durch eine punktierte Linie 120 dargestellt.
Gemäß Darstellung in 2 fällt die Vertikale 120 mit der Längsachse 122 des zweiten Segmentes 102 zusammen. Mit anderen Worten, das zweite Segment ist vertikal ausgerichtet. Das zweite Segment hat ein nicht-geneigtes oberes Segmentende 142. Weitere (in dieser Figur nicht dargestellte) Turmsegmente können daran beispielsweise durch Befestigung ihres Flansches an dem oberen Flansch 162 des zweiten Turmsegmentes 102 befestigt werden. Weitere Turmsegmente haben typischerweise nicht-geneigte Segmentenden.
Gemäß Ausführungsformen sind beide Enden des ersten Turmsegmentes 101 nicht-geneigt. Somit ist, wenn die Fixierung des ersten Turmsegmentes im Meeresboden wie beabsichtigt funktioniert, das erste Segment dergestalt vertikal ausgerichtet, dass das obere Ende 141 des ersten Segmentes 101 horizontal ausgerichtet ist. Jedoch liegt in dem Falle, dass das Versenken des Turmsegmentes im Meeresboden zu einer nicht-vertikalen Ausrichtung des ersten Turmsegmentes führt, ein sich daraus ergebender Abweichungswinkel des Segmentes (d. h., seiner Längsachse) zur Vertikalen vor. Gleichzeitig liegt ein identischer Abweichungswinkel zwischen dem oberen Segmentende 141 und der Horizontalen (nur in dem Falle eines nicht-geneigten oberen Endes) vor.
Der Abweichungswinkel zwischen der Längsachse des ersten Segmentes und der Vertikalen ist in 2 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Die Erfahrung hat gezeigt, dass Winkel bis zu 2° typisch sind. Der sich ergebende Abweichungswinkel zwischen dem oberen Ende 141 des ersten Segmentes 101 und der Horizontalen 140 ist mit dem Bezugszeichen 150 bezeichnet. Somit muss, wenn ein vertikal ausgerichteter Windkraftanlagen-Turm gewünscht ist, diese Fehlausrichtung des ersten Turmsegmentes kompensiert werden.
Nach der Fixierung des ersten Segmentes 101 im Meeresboden kann festgestellt werden, dass ein sich ergebender Abweichungswinkel 100 zwischen dem ersten Segment und der Vertikalen vorliegt. In dem Falle, in welchem das obere Ende nicht-geneigt ist, ist der Abweichungswinkel 100 zwischen dem ersten Segment und der Vertikalen identisch mit dem Abweichungswinkel 150 zwischen dem oberen Segmentende 141 und der Horizontalen 150. Im Falle eines geneigten oberen Segmentendes 141 ergibt sich der Abweichungswinkel 150 aus der Addition oder der Differenz zwischen dem Neigungswinkel des oberen Segmentendes 141 und dem Abweichungswinkel 100.
Um den Abweichungswinkel 150 zu kompensieren, ist es möglich, dass der verantwortliche Bauingenieur den Winkel genau misst und ein geneigtes Turbinensegment bei dem Segmenthersteller bestellt. Dieses soll hierin als ”kundenspezifische Kompensation” bezeichnet werden. Obwohl die kundenspezifische Kompensation eine Unterbrechung des Aufbaus erfordert, muss dieses gemäß einigen Ausführungsformen keinen negativen Einfluss auf den Bauterminplan haben. Dieses beruht auf dem Umstand, dass einige Offshore-Windkraftanlagen einem 2-Jahreszyklus folgend errichtet werden, in welchem das Fundament und die Verkabelung im ersten Jahr installiert werden, z. B. vor der Winterpause, und die restlichen Komponenten der Anlage im zweiten Jahr installiert werden.
Somit kann in den Ausführungsformen einer kundenspezifischen Kompensation der Terminplan des ersten Jahres die Fixierung des ersten Turmsegmentes 101 im Meeresboden beinhalten. Der sich ergebende Abweichungswinkel 150 des ersten Segmentendes 141 wird gemessen und an den Segmenthersteller weitergeleitet. Der Terminplan des zweiten Jahres kann die Befestigung des zweiten Turmsegmentes 102 an dem ersten Turmsegment 101 beinhalten, wobei das untere Segmentende 132 des zweiten Turmsegmentes unter einem Winkel geneigt bzw. schräg verläuft, der identisch mit dem Abweichungswinkel 150 ist. Somit bezeichnet in 2 das Bezugszeichen 150 auch den Neigungswinkel des unteren Segmentendes 132 des zweiten Segmentes 102.
Somit wird der Neigungswinkel des unteren Endes des zweiten Windkraftanlagen-Segmentes angepasst, um die Fehlausrichtung des ersten Turmsegmentes zu kompensieren. Es ist möglich, dass nur Fehlausrichtungen mit einem Abweichungswinkel größer als ein Abweichungswinkelschwellenwert kompensiert werden. Der Abweichungsschwellenwert kann beispielsweise in dem Bereich bis zu 0,7°, wie z. B. bei 0,5° liegen.
Gemäß typischen Ausführungsformen beträgt der Neigungswinkel des unteren Endes wenigstens 0,5°, insbesondere wenigstens 1,0° und noch spezifischer wenigstens 1,5 Grad. Gemäß Ausführungsformen beträgt der Neigungswinkel des unteren Endes maximal 2,5°, insbesondere maximal 2,0° und noch spezifischer maximal 1,5 Grad.
3 veranschaulicht, dass das obere Ende des ersten Segmentes 101 geneigt sein kann. Allgemein wird, wenn hierin auf ein Ende eines Windkraftanlagen-Turmsegmentes Bezug genommen wird, auf die Endoberfläche Bezug genommen. Die Oberfläche eines Segmentendes ist die durch die Enden des entsprechenden Segmentes definierte Ebene. Die Oberfläche ist typischerweise eine zweidimensionale Ebene.
Gemäß der vergrößerten Darstellung hat das obere Ende 151 des ersten Segmentes einen Neigungswinkel 161. Der Neigungswinkel eines Segmentes soll, wie er hierin verwendet wird, als der Winkel zwischen der Endoberfläche 141 in Bezug auf eine Ebene 151 interpretiert werden, die zu der Längsachse des Segmentes rechtwinklig ist. Somit haben Standardturmsegmente, wie sie in Windkraftanlagen verwendet werden, keine geneigten Segmente, d. h. die Neigungswinkel ihrer Endoberflächen betragen 0° in Bezug auf die zu ihren Längsachsen senkrechten Ebenen.
In einigen Fällen kann es sichtbar werden, dass die Fixierung des ersten Segmentes im Grund zu einem Abweichungswinkel 100 zwischen dem Turmsegment und der Vertikalen führte. In der dargestellten Ausführungsform ist der Abweichungswinkel 100, welcher mit dem Abweichungswinkel 150 identisch ist, so, dass er sich zu dem Neigungswinkel 161 des oberen Endes 141 hinzuaddiert. Somit muss zur Ausrichtung des zweiten Segmentes 102 in einer vertikalen Richtung das untere Ende 132 des zweiten Segmentes mit einem Neigungswinkel 172 versehen werden, der die Summe aus dem Neigungswinkel 161 an dem oberen Ende des ersten Turmsegmentes und dem Abweichungswinkel 151 ist, der sich aus einer nicht perfekten Fixierung des ersten Segmentes ergibt.
4 stellt Ausführungsformen dar, in welchen das zweite Turmsegment 102 zwei geneigte Enden 132 und 142 hat. Insbesondere hat das untere Ende 132 einen Neigungswinkel 172 in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Segmentlängsachse, und das obere Ende 142 hat einen Neigungswinkel 182 in Bezug auf die zu der Segmentlängsachse rechtwinklige Ebene.
Gemäß Ausführungsformen können zwei oder mehr Segmente mit einem oder mehreren geneigten Enden versehen sein. In den in 4 dargestellten Ausführungsformen ist ein drittes Turmsegment 103 mit einem Körper 3 auf dem zweiten Turmsegment 102 montiert dargestellt. Das dritte Turmsegment hat ein geneigtes unteres Ende 133. Der Neigungswinkel ist dergestalt, dass das dritte Turmsegment 103, sobald es auf dem zweiten Turmsegment 102 montiert ist, vertikal ausgerichtet ist. Somit kann der Neigungswinkel an dem unteren Ende 133 des dritten Turmsegmentes 103 in Bezug auf eine Ebene rechtwinklig zu der Segmentlängsachse in der dargestellten Ausführungsform mit 182 bezeichnet werden.
Die Bereitstellung von wenigstens zwei Segmenten, wovon jedes ein oder mehrere geneigte Enden besitzt, ermöglicht eine Winkelanpassung der Komponenten in Bezug zueinander. Es ist ein robustes und flexibles Verfahren zur vertikalen Ausrichtung einer Windkraftanlage. Durch Verschwenken der Segmente in Bezug zueinander kann der sich ergebende Gesamtwinkel so eingestellt werden, dass das obere Segment, z. B. das dritte Segment, vertikal ausgerichtet ist. Eine maximale Abweichung der Summe der Neigungswinkel kann auf diese Weise korrigiert werden. Beispielsweise ist es, wenn das erste Segment einen Abweichungswinkel von bis zu 2° hat und die Kombination des oberen Endes 141 des ersten Segmentes 101, des unteren Endes 132 und oberen Endes 142 des zweiten Segmentes und des unteren Endes 133 des dritten Segmentes 103 einen Neigungswinkel von 0,5° aufweist, möglich den Abweichungswinkel zu kompensieren, indem das zweite und das dritte Segment in Bezug zueinander und in Bezug auf das erste Segment verschwenkt werden. Demzufolge wird das obere Ende des dritten Segmentes horizontal ausgerichtet, so dass weitere (nicht dargestellte) Segmente mit nicht-geneigten Enden darauf montiert werden können.
Gemäß Ausführungsformen kann eines von den Turmsegmenten mit wenigstens einem geneigten Ende eine Länge von weniger als 10 m, insbesondere weniger als 5 m oder sogar weniger als 3 m, wie z. B. 1 m haben. In dem Falle, dass die Länge nicht kleiner als 2 m ist, kann dieses Segment auch eine Türe zum Betreten und Verlassen der Windkraftanlage enthalten. Dieses Segment würde als Übergangssegment dienen.
Gemäß Ausführungsformen sind turminterne Ausrüstungen, wie z. B. Kabel, Aufzüge, Leitern usw. azimutal darin ausgerichtet. Insbesondere kann die Länge des Segmentes so eingerichtet sein, dass es nicht erforderlich ist, die interne Turmausrüstung an diesem Segment (z. B. den Segmentwänden) zu befestigen. Stattdessen ist es möglich, dass die internen Turmausrüstungen aus dem Turmsegment an deren Oberseite zu dem Turmsegment unter diesen geführt werden. Dieses würde den Aufbau der Windkraftanlage weiter erleichtern.
Es ist ferner möglich, dass das Segment mit wenigstens einem geneigten Ende eine oder mehrere Aufnahmeeinheiten für die Aufnahme und Montage eines Bootstegs bzw. einer Bootsanlegestelle bereitstellt. Beispielsweise können die Aufnahmeeinheiten Löcher zur Aufnahme von Bolzen, Stiften, Schrauben oder Ähnlichem aufweisen. Die Aufnahmeeinheiten können ferner speziell geformte Aussparungen oder Vorsprünge sein, die zur Fixierung und Befestigung der Anlegestelle geeignet sind. Da die Position der Anlegestelle normalerweise von der vorherrschenden Wellenrichtung abhängig ist, welche wiederum eine zeitverzögerte Korrelation mit der Windrichtung hat, und da die Ausrichtung des Segmentes mit dem wenigstens einen geneigten Ende durch den Abweichungswinkel des ersten Segmentes bestimmt ist, ist es typisch, die Anlegestelle-Aufnahmeeinheiten um den Segmentumfang herum verteilt vorzusehen. Dieses garantiert, dass die Bootsanlegestelle auf der dem Wind abgewandten Seite der Windkraftanlage (bei gegebener vorherrschender Wellenrichtung) positioniert werden kann.
5 soll ein Turmsegment gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellen. Das zweite Segment 102 ist in einer auf dem Boden liegenden Position dargestellt. Zur Befestigung an der Windkraftanlage muss das Segment um 90° gedreht werden. Während das untere Ende 132 nicht-geneigt ist, hat das obere Ende 142 eine Neigung.
Bei der Herstellung eines Segmentes mit einem geneigten Ende muss die nachstehende Situation berücksichtigt werden: Wenn das runde Segment einfach durchgeschnitten würde, so dass das Ende geneigt wäre, würde die Form des Endenumfangs elliptisch werden, wie es in 6 dargestellt ist. Je größer der Neigungswinkel gewählt würde, desto elliptischer würde das entsprechende Segmentende werden.
Somit werden die geneigten Enden typischerweise nicht einfach durch Schneiden der Segmentenden in einer geneigten Richtung hergestellt. Die Flansche des Segmentes wie z. B. des unteren Flansches 112 und des oberen Flansches 162 sollten zu dem entsprechenden Flansch des Segmentes passen, an dem sie während des Aufbaus des Windkraftanlagen-Turms befestigt werden. In den meisten Fällen ist die Anzahl von Löchern für Bolzen, Stifte, Schrauben oder dergleichen in den Flanschen eines nicht-geneigten Segmentendes identisch mit der Anzahl von Löchern in den Flanschen eines geneigten Segmentendes. Die Löcher sind typischerweise äquidistant verteilt positioniert. Die Flansche der geneigten Enden haben normalerweise eine Kreisform.
Somit kann man zum Herstellen der Segmente mit wenigstens einem geneigten Ende eine der nachstehenden Optionen wählen.
Erstens wird im Falle eines Segmentes mit nur einem geneigten Ende die Segmentform in dem benachbarten Bereich des Flansches von zylindrisch zu elliptisch verändert. Die elliptische Formgestaltung des Segmentes ist derart, dass das Segmentende im Querschnitt kreisförmig wird, wenn es mit dem gewünschten Neigungswinkel aufgeschnitten wird. Mit anderen Worten, wenn das Segment senkrecht zu seiner Längsachse geschnitten würde, hätte das Ende einen elliptischen Umfang. Da es jedoch leicht geneigt geschnitten wird, wird die elliptische Formgestaltung dadurch kompensiert, so dass der sich ergebende Umfang des Endes kreisförmig ist und zu weiteren Segmenten passt. Der Nachbarbereich ist in 5 mit 222 bezeichnet.
Da nur Neigungswinkel bis zu 2° oder maximal 3° kompensiert werden sollen, liegt das Verhältnis zwischen der kleineren und der größeren Achse der elliptischen Querschnittsformgestaltung des Segmentes unter 3 Prozent, z. B. bei 1 Prozent. Die elliptische Formgestaltung kann beispielsweise durch Schmieden, Schweißen oder durch Ausüben einer Zugkraft auf das Segment erreicht werden.
Zweitens wird in dem Falle eines Segmentes mit zwei geneigten Enden mit identischen Neigungswinkeln an beiden Enden das Segment in der Form über das gesamte Segment hinweg elliptisch gemacht. Die Ausrichtung der Neigunge ist typischerweise entgegengesetzt zueinander gerichtet, d. h. um 180° versetzt, wie es in 7 dargestellt ist. Jedoch kann die Ausrichtung der oberen Neigung in Bezug auf die untere Neigung auch zwischen 60 und 120°, z. B. um etwa 90°, versetzt sein.
Drittens wird in dem Falle eines Segmentes mit zwei geneigten Enden mit unterschiedlichen Neigungswinkeln das Segment an einem Flansch elliptisch gemacht und mit einer unterschiedlichen großen Hauptachse an dem anderen Flansch elliptisch gemacht. Der Übergang zwischen der runden und elliptischen Form kann ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen in dem Nachbarschaftsbereich von einem der Flansche erreicht werden.
Obwohl diese Erläuterung in Bezug auf das zweite Segment 102 und das obere Ende 142 erfolgt, gilt dasselbe für andere Segmente, wie z. B. das erste oder das dritte Segment, und für andere Enden, wie z. B. das untere Ende 132.
8 stellt eine Ausführungsform einer Windkraftanlage mit dem aus drei Segmenten bestehenden Turm 12 dar. Im Wesentlichen könnte die gleiche Ausführungsform insgesamt mit zwei, vier oder noch mehr Segmenten hergestellt werden. In der Darstellung von 8 wurde das erste Segment 101 im Meeresboden 300 versenkt. Dadurch war es nicht möglich, das Segment vertikal auszurichten, und demzufolge ist das Segment in Bezug auf die Vertikale 120 leicht geneigt. Diese Fehlausrichtung wird durch das zweite Turmsegment 102 kompensiert, dessen unteres Ende 132 unter einem solchen Winkel geneigt ist, dass der restliche Anlagenturm vertikal ausgerichtet ist. Typischerweise liegt der Neigungswinkel unter 15° oder sogar unter 10°. Das obere Ende 142 des zweiten Segmentes 102 ist horizontal ausgerichtet. Weitere Segmente, wie z. B. das in 8 dargestellte dritte Segment 103, können daran montiert sein. Gemäß Ausführungsformen haben die weiteren Segmente somit nicht-geneigte Enden. Weitere Details von in dieser Figur dargestellten Ausführungsformen sind ähnlich oder identisch mit den in 2 oder 3 dargestellten. Deren Wiederholung in 8 wurde somit weggelassen.
9 veranschaulicht Ausführungsformen, in welchen das zweite Segment 102 zwei geneigte Enden hat. Die sich ergebende Fehlausrichtung des ersten Segmentes 101 wird durch die Bereitstellung des zweiten Segmentes 102 kompensiert, welches an seinem unteren Ende 122 geneigt ist und an seinem oberen Ende 142 geneigt ist, und durch das dritte Segment 103, welches an seinem unteren Ende 133 geneigt ist und an seinem oberen Ende 143 nicht-geneigt ist. Somit sind das dritte Segment und höhere Segmente, wie z. B. das vierte Segment 104, vertikal ausgerichtet. Weitere Details von in dieser Figur dargestellten Ausführungsformen sind ähnlich oder identisch mit den in 4 dargestellten. Deren Wiederholung in 9 wurde somit unterlassen.
Zusätzlich zu dem, was in 9 dargestellt ist, stellen die in 10 dargestellten Ausführungsformen eine Tür 230 zum Betreten der Windkraftanlage dar. Die Tür 230 ist typischerweise Teil eines Segmentes mit wenigstens einem geneigten Ende. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Tür in dem zweiten Segment vorgesehen, bei dem beide Enden geneigt sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die Tür in einem Segment vorgesehen wird, das nur ein geneigtes Ende hat. Nicht auf die Ausführungsform von 10 beschränkt, beträgt die Länge des hierin beschriebenen Segmentes typischerweise bis zu 15 m, und spezieller bis zu 10 m und noch spezieller bis zu 5 m.
Gemäß Windrichtungsmessungen ist es offensichtlich, dass in den meisten Fällen die Windrichtung nicht vollkommen horizontal ist, sondern auch eine vertikale Komponente umfasst. Diese wird als ”Aufwärtsströmung” bezeichnet, da die vertikale Komponente im Wesentlichen nach oben zeigt. Es hat sich herausgestellt, dass die maximale Energieausbeute aus einer Windkraftanlage erreicht werden kann, wenn die Rotorebene in Bezug auf die Vertikale etwas geneigt ist. Es ist allgemein möglich, diese Neigung des Rotors durch die Bereitstellung eines etwas geneigten Turmes zu erzielen. Beispielsweise könnte man, wenn eine Neigung des Rotors von 4° erwünscht ist, einen Windkraftanlagen-Turm mit einer Neigung von 4° bereitstellen. Obwohl sich die Darstellung bisher auf das Ziel vertikal ausgerichteter Windkraftanlage-Türme bezog, können die hierin beschriebenen Ausführungsformen auch für die Bereitstellung von leicht geneigten Türmen, wie z. B. unter Winkeln von bis zu 6°, z. B. zwischen 3° und 5°, verwendet werden. Hierin beschriebene Ausführungsformen ermöglichen grundsätzlich die Schaffung jeder Art und Größe von Neigung, sofern die entsprechenden geneigten Enden an einem oder mehreren Segmenten bereitgestellt werden.
Gemäß den bisher dargestellten Ausführungsformen ist die Windkraftanlage eine Einzelpfeileranlage, bei der an jedem beliebigen entlang der Turmhöhe gegebenen Punkt nur ein Turmsegment vorgesehen ist. Beispielsweise kann der Durchmesser eines derartigen Turmsegmentes in dem Bereich zwischen 4 m und 8 m, insbesondere zwischen 5 m und 7 m liegen.
12 soll Ausführungsformen darstellen, in welchen die Windkraftanlage eine Mehrpfeileranlage ist, wobei der Turm mehrere Segmente an einem gegebenen Punkt entlang der Turmhöhe enthalten kann. Normalerweise ist der Turm ein Mehrpfeilerturm in dem unteren Teil der Anlage und ein Einzelpfeilerturm in dem oberen Teil der Anlage. Der Durchmesser der Mehrpfeilersegmente liegt in dem Bereich zwischen 0,5 m und 3 m, insbesondere zwischen 1 m und 2,5 m.
Die beschriebenen Windkraftanlagen-Turmsegmente, Windkraftanlagen und Verfahren können in ähnlicher Weise auf die Mehrfachpfeiler-Turmtechnik angewendet werden. Gemäß typischen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren zur Errichtung des Mehrpfeilerturms die Fixierung von wenigstens zwei ersten Turmsegmenten im Meeresboden, die Messung des Abweichungswinkels an dem oberen Ende von wenigstens einem von den ersten Turmsegmenten und die Bereitstellung entsprechender zweiter Turmsegmente, wobei wenigstens eines von den zweiten Segmenten wenigstens ein geneigtes Ende hat. Der Neigungswinkel entspricht typischerweise dem gemessenen Abweichungswinkel.
In 12 sind zwei erste Segmente 1101 und 2101 dargestellt. In typischen Ausführungsformen sind drei Segmente vorgesehen und im Meeresboden 300 versenkt. Die sich ergebenden Winkel der oberen Enden 1141 und 2141 der ersten Segmente in Bezug auf die Horizontale werden gemessen und mit den gewünschten Winkeln verglichen. Die Unterschiede sind die Abweichungswinkel. Der Hersteller kann über die Abweichungswinkel informiert werden und entsprechende zweite Segmente liefern. Obwohl nur die zwei zweiten Segmente 1102 und 2102 in 12 dargestellt sind, können in vielen Ausführungsformen drei zweite Segmente vorgesehen sein. Die typischerweise vorgesehenen zweiten Segmente haben geneigte untere Enden, wobei die Neigungswinkel insbesondere gleich den gemessenen und berechneten Abweichungswinkeln sind.
Gemäß einem typischen Aufbau sind die Flansche der unteren Enden der zweiten Segmente an den Flanschen an den oberen Enden der ersten Segmente befestigt. Gemäß dem dargestellten Beispiel ist der Flansch 1112 des zweiten Segmentes 1102 an dem Flansch 1111 des ersten Segmentes 1101 befestigt, und der Flansch 2112 des zweiten Segmentes 1102 ist an dem Flansch 2111 des ersten Segmentes 2101 befestigt. Gemäß der Darstellung ist es möglich, dass die zweiten Segmente an ihrem oberen Ende beispielsweise an dem dritten Segment 103 zusammentreffen. Das dritte Segment kann ein Einzelpfeiler sein.
Im Falle eines Mehrpfeiler-Turms tragen die beschriebenen Ausführungsformen nicht nur zur Ausrichtung der Segmente in der gewünschten Richtung bei, sondern der weitere Effekt besteht darin, dass es möglich wird, dass sich mehrere Segmente an einer gewünschten Position treffen. Mit anderen Worten, die Ausrichtung von Segmenten unter Verwendung der beschriebenen Ausführungsformen ermöglicht ferner die genaue Positionierung des oberen Endes eines Segmentes, dass es z. B. an anderen Segmenten oder einem Einzelpfeilersegment befestigt werden kann.
Die beschriebenen Systeme und Verfahren ermöglichen die Erstellung von perfekt ausgerichteten Windkraftanlage-Türmen. Vergossene Verbindungen (Grouted Joints) oder ähnliche sind nicht mehr erforderlich. Der auf See auszuführende Arbeitsanteil wird verringert und die Gesamtstabilität und Haltbarkeit des Anlagenturms erhöht.
Zusätzlich können gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen Offshore-Windkraftanlage-Türme beispielsweise in einfacherer und schnellerer Weise vertikal ausgerichtet werden. Insbesondere werden in dem Falle von wenigstens zwei Turmsegmenten mit geneigten Enden die Konstruktionsflexibilität erhöht, die Gesamtherstellungskosten reduziert und die Logistik vereinfacht.
Ferner werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zur Fixierung eines Turmsegmentes im Boden und ein Verfahren zum Errichten einer Windkraftanlage bereitgestellt. Ferner wird ein Adapter zur Verwendung bei dem Aufbau einer Windkraftanlage bereitgestellt. Die Verfahren und der Adapter werden insbesondere für Offshore-Windkraftanlagen verwendet.
Gemäß einem Aspekt beinhaltet das Verfahren zur Fixierung eines Turmsegmentes im Boden die Bereitstellung des Segmentes, die Bereitstellung eines Adapters auf dem oberen Ende des Segmentes und das Beaufschlagen des Adapters mit einem Hammerkopf.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Adapter bereitgestellt, der zum Aufsetzen auf ein Windkraftanlagen-Segment eingerichtet ist. Der Adapter ist in der Lage, Schläge, beispielsweise durch einen Hammerkopf, aufzunehmen und die ausgeübte Kraft auf das Segment zu übertragen.
11 stellt eine exemplarische Ausführungsform des Adapters dar und veranschaulicht das Verfahren zur Fixierung eines ersten Turmsegmentes im Boden. Demzufolge soll das erste Turmsegment 101 im Meeresboden 300 versenkt werden. Dafür wird der Adapter 400 auf dem oberen Ende 141 des Segmentes 101 positioniert. Gemäß typischen Ausführungsformen hat, wie ebenfalls in 11 dargestellt, der Adapter einen Flansch 420 an seinem unteren Ende 410, der zur passenden Verbindung mit dem Flansch 111 des ersten Turmsegmentes 101 eingerichtet ist. Es ist möglich, dass der Adapter auf dem oberen Ende des ersten Segmentes in Stellung platziert wird und das Einschlagen beginnt. Alternativ kann der Adapter zum Einschlagen kurzzeitig an dem ersten Segment mittels Verbindungsmitteln, wie z. B. Bolzen, Stiften, Schrauben oder ähnlichen, verbunden werden.
Der Adapter weist ein oberes Ende 430 auf, das für die Aufnahme eines Hammerkopfes 500 eingerichtet ist. Der Hammerkopf 500 schlägt wiederholt auf das obere Ende 430 des Adapters, um eine Kraft zu dem Meeresboden hin auszuüben. Der Adapter überträgt die Kraft auf das erste Segment 101. Dadurch wird das erste Segment im Meeresboden 300 versenkt.
Gemäß typischen Ausführungsformen hat die obere Oberfläche 430 zur Aufnahme der Hammerschläge einen kleineren Durchmesser als die untere Oberfläche 410 des Adapters 400. Die Form der Oberflächen ist gewöhnlich kreisrund. Typische Durchmesser des unteren Endes 410 reichen zwischen 3 m und 10 m, insbesondere zwischen 5 m und 10 m. Typische Durchmesser des oberen Endes 430 liegen im Bereich zwischen 0,5 m und 3 m, insbesondere zwischen 1 m und 2 m.
Gemäß Ausführungsformen ist die Form des Adapters zwischen dem oberen und dem unteren Ende verjüngt, insbesondere konisch. Gemäß den Ausführungsformen ist der Adapter eine wiederverwendbare Komponente. Beispielsweise kann der Adapter mit dem ersten Segment an die Baustelle transportiert werden. Nach der Fixierung des ersten Segmentes im Boden kann der Adapter an die Küste zurücktransportiert werden. Es ist möglich, dass er, möglicherweise nach einer regelmäßigen Prüfung und Reparatur des Adapters, für weitere Windkraftanlagen-Errichtungen wieder verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen ist der Flansch 420 des Adapters 40 sehr stabil, so dass er den unteren Flansch eben und unbeschädigt lässt. Dies kann erreicht werden, indem Versteifungselemente an dem Flansch 420, wie z. B. ein Verstärkungskonus oder eine an dem unteren Ende des Adapters zusätzlich montierte Platte vorgesehen werden. Beispielsweise sind in 11 die Versteifungselemente 425 dargestellt. Die Versteifungselemente sind eine Erweiterung des Flansches in der radialen Richtung. Aufgrund der Erweiterung ist der Flansch des Adapters 40 im Durchmesser größer als der Flansch des ersten Segmentes 101. Zusätzlich hat die Erweiterung auch eine Komponente in der axialen Richtung des Adapters (die axiale Richtung des Adapters ist die Richtung zwischen dem oberen und unteren Ende senkrecht zu der radialen Richtung), was einen engen Sitz und eine Einbettung des Flansches 111 des ersten Segmentes 101 in dem unteren Ende 410 des Adapters ermöglicht. Dies garantiert eine gute Passung zwischen den Turmflanschen, welche erwünscht ist, um einen beschädigungsfreien Hammereinsatz zu ermöglichen.
Ferner kann der Adapter eine größere Wanddicke im Vergleich zu einem Windkraftanlagen-Turmsegment haben. Beispielsweise kann die Dicke wenigstens 50 mm, insbesondere wenigstens 80 mm oder sogar wenigstens 100 mm betragen. Der Flansch des Adapters kann eine Dicke von wenigstens dem 1,5-fachen der Dicke des in den Meeresboden einzurammenden Segmentes haben. Gemäß Ausführungsformen kann der Adapter dafür angepasst sein, Segmente mit einem geneigten Ende aufzunehmen. Insbesondere ist der Adapter so verstärkt, dass er Quer- und Scherungskräften widersteht, die von der vertikalen Bewegung des Hammerkopfes herrühren, welche über den Adapter auf das geneigte obere Ende des Windkraftanlagen-Turmsegmentes, insbesondere im Fall eines Neigungswinkels von bis zu 2°, ausgeübt werden.
Alternativ zu dem, was in 11 dargestellt ist, kann die Erweiterung des Flansches 420 des Adapters auch in der radialen Richtung zu der Mittenachse hin (und nicht, wie in 11 veranschaulicht, von der Mitte weg zeigend) angeordnet sein. Somit kann der Flansch des Adapters allgemein mit einem Versteifungselement, wie z. B. einer Flanscherweiterung auf der inneren Flanschkante oder der äußeren Flanschkante, versehen werden.
Ferner kann das untere Ende 410 mit einer Versteifungsplatte versehen werden, um Drücken und Kräften in der radialen Richtung des unteren Endes des Adapters zu widerstehen.
Im Gegensatz zu dem Erfinder bekannten Aufbauverfahren verhindert das vorgeschlagene Verfahren eine durch den Hammer verursachte schwere Beschädigung an dem oberen Ende 141 des ersten Segmentes 101. Erstens ermöglicht der Adapter einen ständigen und definierten Kontakt zwischen dem Adapter und dem oberen Ende des ersten Segmentes. Zweitens trifft der Hammerkopf nicht direkt auf das Segment auf. Beispielsweise kann in denjenigen Verfahren, in denen der Hammer direkt auf das obere Ende des ersten Segmentes 101 schlägt, eine gewisse Fehlausrichtung des Hammerkopfes in Bezug auf das obere Ende 141 auftreten. Dies kann zu erhöhten Kräften an speziellen Positionen des oberen Endes führen und kann zu Beschädigungen an der Oberfläche des oberen Endes des ersten Segmentes, wie z. B. einer Beschädigung an dem Flansch 111, führen.
Exemplarische Ausführungsformen von Systemen und Verfahren für eine Offshore-Windkraftanlage sind vorstehend im Detail beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, sondern Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren können unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Außerdem kann die exemplarische Ausführungsform auch in Verbindung mit vielen anderen Rotorblattanwendungen implementiert und genutzt werden.
Obwohl spezifische Merkmale in einigen Zeichnungen dargestellt sein können und in anderen nicht, erfolgt dies nur zur Vereinfachung. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann auf jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit irgendeinem Merkmal irgendeiner anderen Zeichnung Bezug genommen und/oder dieses beansprucht werden.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung, einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren, in die Praxis umzusetzen. Obwohl verschiedene spezielle Ausführungsformen im Vorstehenden offenbart sind, wird der Fachmann erkennen, dass der Erfindungsgedanke und Schutzumfang der Ansprüche gleich wirksame Modifikationen zulässt. Insbesondere können sich wechselseitig nicht auschließende Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Es ist ein Windkraftanlagen-Turmsegment 102 für Windkraftanlagen 10 geschaffen, das enthält: einen Windkraftanlagen-Turmsegmentkörper 2 mit einer Längsachse 122; und ein erstes 141 und zweites Ende 142; wobei die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-rechtwinklig ist. Ferner ist eine Windkraftanlage mit einem derartigen Windkraftanlagen-Turmsegment geschaffen. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung eines zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes das eine Längsachse und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-rechtwinklig ist; und die Montage des zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes an einem ersten Windkraftanlagen-Turmsegment.
Bezugszeichenliste

1: erster Turmsegmentkörper
2: zweiter Turmsegmentkörper
3: dritter Turmsegmentkörper
10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Lagerungssystem
16: Gondel
18: Rotor
20: drehbare Nabe
22: Rotorblätter
24: Blattfußabschnitt
26: Lastübertragungsbereiche
28: Richtung
30: Drehachse
32: Anstellwinkelverstellsystem
34: Anstellachsen
36: Steuersystem
38: Gier-Achse
100: Abweichungswinkel zur Vertikalen
101, 1101, 2101: erstes Turmsegment
102, 1102, 2102: zweites Turmsegment
103: drittes Turmsegment
110: Wasser
111, 1111, 2111: oberer Flansch des ersten Segmentes
112, 1112, 2112: unterer Flansch des zweiten Segmentes
120: Vertikale
121: Achse des ersten Segmentes
122: Achse des zweiten Segmentes
132: unteres Ende des zweiten Segmentes
133: unteres Ende des dritten Segmentes
140: Horizontale
141, 1141, 2141: oberes Ende des ersten Segmentes
142: oberes Ende des zweiten Segmentes
150: Abweichungswinkel zur Horizontalen
161: Neigungswinkel des oberen Endes
162: oberer Flansch des zweiten Segmentes
172: Abweichungswinkel plus Neigungswinkel
182: Abweichungswinkel des zweiten Segmentes
222: benachbarter Bereich des Flansches
230: Tür
300: Meeresboden
400: Adapter
410: unteres Ende des Adapters
420: Flansch des Adapters
425: Versteifungselement des Flansches
430: oberes Ende des Adapters
500: Hammerkopf
510: unteres Ende des Hammerkopfes

Claims

Windkraftanlagen-Turmsegment (102) für Windkraftanlagen, aufweisend: einen Windkraftanlagen-Turmsegmentkörper (2) mit einer Längsachse (122); und ein erstes (141) und ein zweites Ende (142); wobei die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-senkrecht ist.
Windkraftanlagen-Turmsegment nach Anspruch 1, wobei die Oberflächen sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-senkrecht sind, wobei die nicht-senkrechten Oberflächen des ersten und zweiten Endes optional an gegenüberliegenden Seiten des Windkraftanlagen-Turmsegmentes positioniert sind, und die Winkel zwischen der Längsachse und den nicht-senrechten Oberflächen an den gegenüberliegenden Enden des Windkraftanlagen-Turmsegmentes sich optional voneinander unterscheiden.
Windkraftanlagen-Turmsegment nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der Winkel zwischen der Längsachse und der nicht-senkrechten Oberfläche wenigstens 3° beträgt und/oder wenigstens eines von dem ersten und dem zweiten Ende durch einen geneigten Flansch (162) gebildet ist.
Windkraftanlagen-Turmsegment nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Windkraftanlagen-Turmsegment eine Tür (230) aufweist.
Windkraftanlagen-Turmsegment nach Anspruch 1, wobei die Länge des Windkraftanlagen-Turmsegmentes maximal 10 m, optional 5 m, beträgt.
Windkraftanlage (10) mit wenigstens einem Windkraftanlagen-Turmsegment gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, optional mit zwei Windkraftanlagen-Segmenten (101, 102; 102, 103) gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Errichten einer Windkraftanlage (10), mit den Schritten: Bereitstellen eines ersten Windkraftanlagen-Turmsegmentes, das eine Längsachse aufweist; Bereitstellen eines zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes, das eine Längsachse und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei die Oberfläche von wenigstens einem von dem ersten und dem zweiten Ende in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-senkrecht ist; und Montieren des zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes an dem ersten Windkraftanlagen-Turmsegment.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit wenigstens einem der Schritte von: – Messen des Abweichungswinkels (100) der Längsachse des ersten Windkraftanlagen-Turmsegmentes in Bezug auf die Vertikale; und – Messen des Abweichungswinkels (150) der Oberfläche des oberen Endes des ersten Windkraftanlagen-Turmsegmentes in Bezug auf die Horizontale, wobei der Neigungswinkel des geneigten Endes des zweiten Windkraftanlagen-Turmsegmentes optional dem gemessenen Abweichungswinkel des ersten Windkraftanlagen-Turmsegmentes entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei wenigstens zwei von dem ersten Windkraftanlagen-Turmsegment, dem zweiten Windkraftanlagen-Turmsegment und weiteren Windkraftanlagen-Turmsegmenten wenigstens ein Ende haben, dessen Oberfläche in Bezug auf die Längsachse des Windkraftanlagen-Turmsegmentes nicht-senkrecht verläuft, und das Verfahren ferner den Schritt aufweist: – Verschwenken wenigstens eines von den Windkraftanlagen-Turmsegmenten in Bezug auf andere Windkraftanlagen-Turmsegmente.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner mit den Schritten: – Versenken des ersten Windkraftanlagen-Segmentes in dem Boden (300), wobei die Versenkung optional aufweist: – Positionieren eines Adapters (400) oben auf dem ersten Windkraftanlagen-Segment; und – Ausüben einer Kraft auf den Adapter (400).