DE102011102474A1

DE102011102474A1 - Verfahren und Hebevorrichtung zur Errichtung und Wartung von Windenergieanlagen

Info

Publication number: DE102011102474A1
Application number: DE102011102474A
Authority: DE
Inventors: M. Jamil Mohamad; Philipp Wagner
Original assignee: Philipp Wagner
Current assignee: X-TOWER CONSTRUCTIONS GMBH, DE
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Windenergieanlagen werden in immer größeren Dimensionen entwickelt, errichtet und betrieben. Ein elementares Manko großer Windenergieanlagen ist der wachsende technische Aufwand zur Errichtung und Wartung. Hier ist die Windempfindlichkeit der üblicherweise verwendeten Hebezeuge besonders zu nennen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, das steigende Risiko von Beschädigungen während des Zusammenbaus und der Wartung, die steigende Wetteranfälligkeit und die daraus resultierende, geringer werdende Kalkulierbarkeit der Kosten infolge möglicher negativer Auswirkungen durch das vorgeschlagene kombinierte Hebezeug aus Kran und Lift und der mitwachsenden Liftschiene zu minimieren. Hierzu werden Hebevorrichtungen dauerhaft oder temporär entlang des Turmschaftes von Windenergieanlagen installiert, so daß Bauteile während der Errichtungsphase und zur Wartung ohne Höhenbeschränkung verwendet und bewegt werden können und dabei die übliche Wind- und Wetteranfälligkeit trotz der hohen Hubhöhen und der Agilität des Krans entfällt.

Description

Kurzbeschreibung:
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Errichtung und Wartung von Windenergieanlagen mittels geeigneter Hebezeuge. Diese Hebezeuge sind nicht wind- und witterungsempfindlich.
Stand der Technik:
Windenergieanlagen unterschiedlicher Größe, Leistung und unterschiedlichen Typs verbreiten sich mehr und mehr in allen Ländern der Erde zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der kinetischen Energie des Windes. Der Trend zu „regenerativen⇀ Energien aus Wind, Sonne, Biomasse und Wasser hat sich in den vergangenen Jahren deutlich verstärkt und die Hersteller besonders im Bereich der sehr erfolgreichen Windenergie zum Bau immer größerer Windenergieanlagen angeregt.
Dieser Zuwachs an Größe führt vor allem bei dem am weitesten verbreiteten Typ von Windenergieanlagen, dem des dreiblättrigen horizontalachsigen Rotors auf einem Turm, zunehmend zu Problemen, die z. T. ganz erheblich auf das Festhaften an bestehenden Bauprinzipien und Verfahren zurückzuführen sind.
Es ist bekannt, daß Windenergieanlagen um so höhere Erträge aus dem über das Jahr verteilten Windangebot schöpfen können, je höher die Windenergieanlagen gebaut werden, da in größeren Höhen der Wind im Durchschnitt schneller und laminarer weht. Dementsprechend wurden in der jüngeren Vergangenheit verschiedene Turmtypen erprobt, um die Nabenhöhe sukzessive anzuheben und den Rotor in den ertragreicheren höheren Luftschichten zu positionieren (Hybridturm oder Gittermast). Dabei kommt es immer wieder zu Problemen mit den dabei angewandten Verfahren zur Errichtung. Die verfügbaren mobilen Schwerlastkräne können das zu montierende Gondelgehäuse nur bis zu ihrer maximalen Hubhöhe hieven. Soll die Windenergieanlage höher gebaut werden, müssen stationäre Kräne, wie sie aus dem Baugewerbe bekannt sind, installiert werden.
Beiden Hebezeugen gemeinsam ist, daß sie mit Seilen arbeiten, die von einem Kranarm herabhängen. Gleiche Seillängen gelten für Kräne, die an der Spitze des Turmes oder im Gondelgehäuse untergebracht sind, oder dergleichen
Bereits schwache seitliche Winde verursachen beim Abheben der Bauteile vom Boden eine Verdriftung und beim Verbau der zu hebenden Bauteile in großer Höhe entsprechende Schwierigkeiten.
Präzise Manöver zur Errichtung und Wartung in großer Höhe sind nur bei sehr schwachem Wind oder Windstille möglich und erfordern in den meisten Fällen teure und schwerfällige mobile Schwerlastkräne, deren Auslegerende ebenfalls Schwankungen unterliegt.
Aufgabe:
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Hebezeug vorzuschlagen, das entweder dauerhaft oder temporär direkt am Turm der Windenergieanlage befestigt ist und ähnlich wie ein Lift Bauteile in die entsprechende Höhe bewegt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, daß die Liftschiene des Hebezeugs mit dem Baufortschritt mitwächst.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, daß das Hebezeug lediglich dazu geeignet ist, mittlere Tonnagen zu heben, also nicht die sehr schweren Einheiten, wie Generatorgondel, Rotoreinheit oder vollständig geriggte Windturbine.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, daß das Hebezeug die Vorzüge einer fixierten Liftschiene und eines Krans mit Ausleger und entsprechendem Aktionsradius kombiniert.
Lösung des Problems:
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hebezeug bestehend aus einem Kran mit Ausleger an einer Liftschiene entlang des Turmschaftes bewegt werden kann oder eine Liftvorrichtung die zu hebenden Bauteile hebt
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Liftschiene sukzessive mit der Höhe des Turmschaftes mitwachst.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Hebezeug in allen Bauteilen nur so kräftig ausgestattet wird, daß lediglich mittlere und kleine Tonnagen gehoben werden können. Auf das Heben der schweren Rotoreinheit oder der Generatorgondel oder beider gemeinsam wird bewußt verzichtet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Hebezeug eine sichere geführte Liftschiene mit der Agilität und der Beweglichkeit eines Krans mit Ausleger kombiniert, indem der Kran selbst entlang der Liftschiene bewegt wird.
Figurenbeschreibung:
1 beschreibt den Stand der Technik in einer Übersicht: Die Figur zeigt eine Windenergieanlage üblicher Bauart mit ihren Komponenten Rotorblättern (1), der Rotorblattaufhängung (2), der Gondel (3) mit den darin befindlichen Bauteilen zur Konversion der Rotationsbewegung in elektrische Energie, die drehbare Gondelaufhängung (4) auf dem Turmschaft (5), ggfs. einen kegelförmigen oder anders aufgeweiteten Turmsockel (6) und das Turmfundament (7), welches sämtliche Kräfte in den Baugrund (8) ableitet. Der Kran (9) während der Errichtung der Windenergieanlage erreicht dabei mit seinem Kranarm eine maximale Höhe von (h1); sein Antrieb (10) zum Hub der Lasten sitzt in der Regel direkt im Fahrzeug. Die Motorisierung des Kranarms (10) und die statische Auslegung des Krans bestimmen die maximale Hublast (g₁). Für kleinere Reparaturen und Ersatzteiltransport verbleibt ein Kran (11) mit geringer Hublast (g₂) in oder an der Gondel. Bei Wartungsarbeiten größerer Natur ist es erforderlich, den externen mobilen Kran (9) erneut an der Windenergieanlage aufzustellen und bei schwachem Wind oder Windstille die jeweils notwendigen Reparaturen durchzuführen, Analoges gilt für off-shore Windenergieanlagen, die von einem Schiff mit entsprechend hoch reichenden Kränen aus errichtet werden und deren Wartung von einem ebensolchen Schiff aus stattfindet.
2 beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren der Errichtung bei dem an einem Turmschaft (1) eine Liftschiene (2 und 7) es einem Kran (3) ermöglicht, mit einem mobilen Ausleger (4) Lasten, wie z. B. Turmelemente (5 und 6) bis zu einer gewissen Tonnage (g₁) emporzuheben.
3 illustriert den Fortschritt der Errichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
4 veranschaulicht, daß es keinerlei Höhenbegrenzung (h₂) für dieses Errichtungsverfahren durch das Hebezeug gibt.
Vorteilhafte Wirkung:

1. Der kostenintensive externe (mobile) Schwerlastkran während der Errichtungsphase entfällt für die meiste Zeit der Errichtungsphase.
2. Die limitierten Hubhöhen, bedingt durch die maximale Hubhöhe des externen (mobilen) Schwerlastkrans, entfallen.
3. Die Bereitstellung eines erfahrenen Kranführers für die millimetergenauen Kranmanöver in großer Höhe entfällt.
4. Die Vereinfachung des Montageablaufs erfordert weniger Personal.
5. Die Vereinfachung des Montageablaufs erfordert weniger Zeit.
6. Die Vereinfachung des Hebeprozesses erfordert weniger Zeit.
7. Die Vereinfachung des Montageablaufs erfordert weniger technisches Equipment zur Errichtung der Windenergieanlage.
8. Die Errichtung von Windenergieanlagen größerer Höhe wird mit geringerem Gesamtaufwand während der Errichtung möglich, was die Wirtschaftlichkeit der Errichtung verbessert.
9. Die Wetteranfälligkeit während der Errichtungsphase wird reduziert.
10. Die Wartungsfreundlichkeit während des Betriebs verbessert sich, da Bauteile im Bedarfsfall aus ihrer Position zu einer niedrigeren und leichter erreichbaren Position oder zum Boden zurückbewegt werden können.
11. Das Risiko von Beschädigungen der zu montierenden Baugruppen der Windenergieanlage während der Montage wird reduziert.
12. Der Turm bzw. Teile des Turms werden nicht nur als Halteelement für die Gondel während der Betriebsphase genutzt, sondern auch als vertikale Liftschiene während der Errichtungsphase. Der Turm erfüllt nun eine Doppelfunktion.
13. Eine Demontage bei Außerbetriebsetzung vereinfacht sich.
14. Die geschilderten vorteilhaften Wirkungen gelten sowohl für Windenergieanlagen an on-shore- wie auch an off-shore-Standorten.
15. Die durch die Hebevorrichtung erreichbaren Bauteile bleiben über ihre gesamte Betriebszeit hin in entsprechender Art und Weise bewegbar.
16. Die Hebevorrichtung kann ohne Personen am Gerät vom Boden aus ferngesteuert werden, was Kosten spart und die Reaktionsgeschwindigkeit im Bedarfsfall erhöht.

Claims

Hebezeug, vorzugsweise zur Errichtung von Windenergienanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebezeug eine Kombination aus einer am Turmschaft befestigten Liftschiene darstellt und eine Kraneinheit mit Ausleger, dergestalt, daß die Kraneinheit selbst an der Liftschiene bewegt werden kann.
Hebezeug, vorzugsweise zur Errichtung von Windenergienanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Liftschiene mit dem wachsenden Turm der Windenergieanlage mitwächst.
Hebezeug, vorzugsweise zur Errichtung von Windenergienanlagen nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraneinheit am oberen Ende der Liftschiene über diese ausreichend weit hinausragt, um die Baustelle am Kopfende des Turmschaftes bedienen zu können.
Hebezeug, vorzugsweise zur Errichtung von Windenergienanlagen nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraneinheit bis zum Boden fahren kann und nur im normalbetrieb nur mit einem relativ kurzen Seil arbeitet.
Hebezeug, vorzugsweise zur Errichtung von Windenergienanlagen nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebezeug nicht zum Heben hunderttonniger Lasten ausgelegt sein muß, sondern lediglich für mittlere Tonnagen für die meisten Bauteile während der Errichtungssphase ausgelegt sein muß.
Windenergieanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebevorrichtung Baugruppen in jede beliebige Höhe entlang des für die vertikale Befahrbarkeit ertüchtigten Turmschafts bewegen kann.
Windenergieanlage nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebevorrichtung im oberen Bereich des Turms Bauteile mittlerer Größe schnell, wirtschaftlich, wetterunabhängig, risikoarm und mit geringem Personalaufwand und ohne weitere externe Hebezeuge bewegen kann.