DE102011112425A1 - Installationsfahrzeug für ein Gezeitenkraftwerk und Verfahren für dessen Betrieb - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Installationsfahrzeug für eine Maschinengondel eines Gezeitenkraftwerks mit einer Turbinen-Generatoreinheit umfassend wenigstens zwei Schwimmvorrichtungen mit einer Vielzahl von Ballasttanks, deren Auftrieb einstellbar ist; eine in unterschiedliche Richtung wirkende Antriebsvorrichtung; eine steuerbare Befestigungsvorrichtung zur Halterung der Maschinengondel, wobei die Befestigungsvorrichtung wenigstens mittelbar mit einem Tragelement verbunden ist, das eine Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen herstellt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen und dem Tragelement durch eine lösbare Kopplungseinrichtung ausgeführt ist oder das Tragelement eine Vorrichtung zur Größenanpassung umfasst.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Installationsfahrzeug für ein Gezeitenkraftwerk, insbesondere für zweiteilige Anlagen, für die eine Maschinengondel mit einer Turbine-Generatoreinheit an einer Kopplungsvorrichtung eines sich gegen den Gewässergrund abstützenden Fundamentteils befestigt wird. Des Weiteren wird ein Verfahren für den Betrieb des Installationsfahrzeugs angegeben.
- Frei umströmte Wasserturbinen für die Energiegewinnung aus einer Gewässerströmung sind bekannt. Diese werden für die Stromerzeugung aus einem Fließgewässer oder einer Meeresströmung, insbesondere einer Gezeitenströmung, entwickelt, um auf die Errichtung von Sperrwerken verzichten zu können. Für eine mögliche Ausführung wird eine propellerförmige Wasserturbine verwendet, die einen innerhalb der Maschinengondel angeordneten elektrischen Generator antreibt.
- Zur effizienten Ausnutzung langsamer Gewässerströmungen werden Wasserturbinen mit einem großen Rotordurchmesser benötigt. Diese Anforderung führt insbesondere bei einem Standort im Meer zu einer aufwendigen Installation, sodass an die jeweilige Anlage angepasste Installationsfahrzeuge vorgeschlagen wurden. Beispielsweise offenbart die
EP 1 980 670 A1 einen Katamaran mit einem offenen Zentralbereich, der so dimensioniert ist, dass eine Gezeitenturbine hindurchgeführt werden kann. Zusätzlich wird ein Schwerkraftfundament, an dem die Gezeitenturbine angekoppelt ist, bis zum Installationsort auf der Unterseite des Katamarans transportiert. Für die Installation wird die Anlage als Ganzes, d. h. die Kombination aus Gezeitenturbine und Fundamentteil, vom Katamaran aus abgelassen, wobei die Gezeitenturbine durch die Zentralöffnung geführt wird. Nachteilig an diesem Installationsverfahren ist das hohe, zu handhabende Gewicht der Gesamtanlage, zu dem das Fundamentteil wesentlich beiträgt. Als Folge muss das Installationsfahrzeug eine hohe Traglastanforderung erfüllen. - Um besonders große Gezeitenkraftwerke installieren zu können wurde vorgeschlagen, in einem ersten Schritt zunächst das Fundament mit einer Stützstruktur am Gewässergrund anzulegen. An der Stützstruktur liegt eine Kopplungsvorrichtung vor, an der die Maschinengondel mit der Turbine-Generatoreinheit befestigbar ist. Hierzu wird beispielhaft auf die
WO 2002/066828 A1 WO 2004/015264 A1 - Des Weiteren beschreiben die
GB 2437533 A GB 2447514 B - Zur Erleichterung einer kranbasierten Installation einer zweiteiligen Anlage wird durch die
DE 10 2008 032 625 B3 vorgeschlagen, eine Hubvorrichtung für eine Maschinengondel mit einer faltbaren Schürze auszustatten, die in der Phase der Endannäherung an ein Fundamentteil den Turm umgreift und so die Hubvorrichtung gegenüber der Kopplungsvorrichtung zentriert. - Um auf spezielle Installationsfahrzeuge verzichten zu können, schlägt die
US 7,859,128 B2 vor, eine Maschinengondel mit einer Turbine-Generatoreinheit für eine zweiteilige Anlage mit einem positiven Auftrieb auszulegen. Zur Installation wird eine Seilverbindung zwischen der turmseitigen Kopplungsvorrichtung und dem Kopplungsgegenstück an der Maschinengondel eingerichtet, die die Maschinengondel zur Kopplungsvorrichtung zieht. Wird die Seilverbindung am Ende des Kopplungszapfens und am Grund der konischen Aufnahme der Kopplungsvorrichtung geführt, erfolgt eine automatische Zentrierung beim Einholen des Seils. Nachteilig an diesem Konzept ist der konstruktive Aufwand für das an der Anlage verbleibende Seilzugsystem. Des Weiteren benötigen die im Gondelgehäuse vorgesehenen Auftriebskomponenten zusätzlichen Bauraum. - Alternativ können für die Installation abtrennbare Auftriebshilfen verwendet werden, die durch die
US 3,633,369 undUS 3,823,564 beschrieben werden. Offenbart sind Schwimmkörper, die für den Transport und die Ablage von Traggerüsten für Bohrplattformen dienen. Des Weiteren ist aus derGB 980,575 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Installationsfahrzeug für Komponenten von Gezeitenkraftwerken, insbesondere für eine Maschinengondel mit einer Turbine-Generatoreinheit sowie ein Verfahren für dessen Betrieb anzugeben, das nicht durch Wetter- und Welleneinflüsse beeinflusst wird. Dabei soll das Installationsfahrzeug für eine präzise Ablage und Bergung von Anlagen unterschiedlicher Größe geeignet sein.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Als Installationsfahrzeug wird eine Tauchvorrichtung verwendet, die mittels einer steuerbaren Befestigungsvorrichtung eine Maschinengondel mit einer Turbinen-Generatoreinheit für ein Gezeitenkraftwerk aufnimmt. Das Installationsfahrzeug steht mittels einer Versorgungs- und Kommunikationsleitung mit einem Überwasserschiff in Verbindung. Diese Verbindungsleitung nimmt jedoch keine Last auf, sodass das Installationsfahrzeug nach dem Abtauchen von Wind- und Welleneinflüssen an der Wasseroberfläche entkoppelt ist. Für eine alternative Gestaltung wird auf die Versorgungsleitung verzichtet und das Installationsfahrzeug als energieautarke und fernsteuerbare Einheit betrieben.
- Das Installationsfahrzeug umfasst wenigstens zwei Schwimmvorrichtungen mit einer Vielzahl von Ballasttanks, die bevorzugt als stromlinienförmige, längliche Einheiten ausgebildet sind. Zwischen den Schwimmvorrichtungen wird die Maschinengondel mit der Turbinen-Generatoreinheit mittels einer steuerbaren Befestigungsvorrichtung von einem Tragelement gehalten, das eine Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen herstellt. Erfindungsgemäß wird zur Verbindung der Schwimmvorrichtung mit dem Tragelement eine lösbare Kopplungsvorrichtung verwendet und/oder das Tragelement umfasst eine Vorrichtung zur Größenanpassung, die eine Einstellung des Abstands der Schwimmvorrichtungen ermöglicht. Durch diese Maßnahme ist das erfindungsgemäße Installationsfahrzeug an unterschiedliche Baugrößen der Turbinen-Generatoreinheit anpassbar. Dabei wird durch einen Austausch oder eine Längenveränderung des Tragelements der Abstand zwischen den seitlichen Schwimmvorrichtungen so angepasst, dass die Turbinen-Generatoreinheit sicher aufgenommen werden kann. Es erfolgt demnach eine Adaptierung in Abhängigkeit der Größe und/oder des Gewichts der Maschinengondel mit der Turbinen-Generatoreinheit.
- Durch eine Einstellung des Abstands der Schwimmvorrichtungen und eine Anpassung des Tragelements, das als lastaufnehmende Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen dient, entsteht ein an die jeweils abzusetzende Anlage angepasstes Installationsfahrzeug für das Biege- und Torsionskräfte an den lastaufnehmenden Strukturen, insbesondere dem Tragelement, reduziert sind. Ferner erhöht sich die Manövrierfähigkeit und die Lebensdauer aufgrund der verringerten Belastung.
- Für eine Weitergestaltung des erfindungsgemäßen Installationsfahrzeugs sind zusätzlich die Schwimmvorrichtungen größenanpassbar. Diese umfassen vorzugsweise eine Vielzahl von Ballasttanks, die in Reihe angeordnet sind und denen jeweils eine Vorrichtung zur Aufnahme von Ballastwasser zugeordnet ist. Vorteilhafterweise erfolgt der Wasserzustrom gegen einen ständig aufrechtgehaltenen Innendruck, um im Notfall ein schnelles Ausblasen sicherstellen zu können. Zur Adaptierung der Schwimmvorrichtungen bestehen diese aus einzelnen Modulen, wobei jedes Modul wenigstens einen Ballasttank umfasst. Ferner besteht eine lösbare Verbindung zwischen aneinandergrenzenden Modulen, die lasttragend ausgebildet ist. Damit ist ein Austausch einzelner Module und ein Hinzufügen zusätzlicher Module zur Verlängerung einer vorteilhaft ausgebildeten Schwimmvorrichtung möglich.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figurendarstellungen erläutert, in denen im Einzelnen Folgendes dargestellt ist:
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Installationsfahrzeug, das eine Maschinengondel aufnimmt. -
2a und2b zeigen in Draufsicht erfindungsgemäße Installationsfahrzeuge mit einem längenangepassten Tragelement, das eine Verbindung zwischen seitlichen Schwimmvorrichtungen herstellt. -
3 zeigt die Anordnung von Ballasttanks für die Schwimmvorrichtung eines erfindungsgemäßen Installationsfahrzeugs. -
4 zeigt einen Teilabschnitt in Schnittdarstellung für eine modular aufgebaute Schwimmvorrichtung eines erfindungsgemäßen Installationsfahrzeugs. -
1 stellt schematisch vereinfacht ein erfindungsgemäßes Installationsfahrzeug1 dar. Dieses dient zur Aufnahme einer Maschinengondel2 mit einer Turbinen-Generatoreinheit3 , die mittels eines Kopplungsstutzens15 auf ein im Einzelnen nicht dargestelltes Fundamentteil eines Gezeitenkraftwerks aufsetzbar ist. Gehalten wird die Maschinengondel2 von einer steuerbaren Befestigungsvorrichtung7 an einem Tragelement8 . Dabei stellt das Tragelement8 eine Verbindung zwischen einer paarweisen Anordnung seitlicher Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 her, mit deren Hilfe das Installationsfahrzeug1 kontrolliert taucht. -
3 zeigt den Aufbau einer Schwimmvorrichtung4 als Teilschnittansicht. Skizziert sind in Reihe angeordnete Ballasttanks5.1 , ...,5.8 , die an den Enden der Schwimmvorrichtung4 stromlinienförmig ausgebildet sind. Die Ballasttanks5.1 , ...,5.8 stehen mit einer Druckluft- und Steuereinrichtung16 in Verbindung, die den Ballastwasserstand in jedem einzelnen Ballasttank5.1 , ...,5.8 separat einstellt. Durch diese Maßnahme wird die Lage des Installationsfahrzeugs1 unter Wasser stabilisiert, wobei neben der Einstellung der Tauchtiefe und der Festlegung der Horizontallage beim Absetzen und Aufnehmen der Last eine Gewichtskompensation ausgeführt wird. - Zur Steuerung des Installationsfahrzeugs
1 werden zusätzliche Antriebsvorrichtungen6.1 , ...,6.4 verwendet, die bevorzugt als in Vorwärts-, Quer- und Vertikalrichtung ausgerichtete Thruster angelegt sind. Alternativ können schwenkbare Antriebe oder Strahlruder verwendet werden. - Die Schwimmvorrichtungen
4 ,4.1 ,4.2 stellen aufgrund ihrer Baugröße trotz einer stromlinienförmigen Ausgestaltung für den Anströmungswiderstand wesentliche Komponenten dar. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, den Querabstand zwischen den seitlichen Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 anpassbar zu gestalten, ergibt sich ein Installationsfahrzeug1 mit einer für die jeweilige Turbinen-Generatoreinheit3 der zur installierenden Maschinengondel2 angepassten Quererstreckung. Als Folge sind die auf das Tragelement8 wirkenden Biege- und Torsionsbelastungen minimiert, sodass dessen Lebensdauer steigt. Zusätzlich entsteht durch die Adaptierung des Tragelements8 ein gegenüber einer überdimensionierten Schwimmhilfe manövrierfähigeres Installationsfahrzeug1 . - Zur Anpassung des Querabstands zwischen den Schwimmvorrichtungen
4 ,4.1 ,4.2 ist die Verbindung zwischen dem Tragelement8 und den Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 abtrennbar. Hierzu wird zur Realisierung dieser Verbindung eine lösbare Kopplungseinrichtung9.1 ,9.2 mit einer Bolzenverbindung12 verwendet. Diese lösbare Kopplungseinrichtung9.1 ,9.2 kann an unterschiedlichen Befestigungspunkten11.1 ,11.2 ,11.3 ,11.4 am Tragelement8 befestigt werden, sodass am Tragelement8 unterschiedliche Abstände für die Schwimmvorrichtung4 ,4.1 ,4.2 einstellbar sind. - Alternativ kann das Tragelement
8 in Abhängigkeit der Installationsaufgabe ausgetauscht werden. Diese Ausgestaltung ist in den2a und2b dargestellt. Dabei zeigt2a ein erstes Tragelement8.1 , das einen Abstand d1 zwischen den Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 einstellt, der kleiner ist als der Abstand d2 für ein an eine größere Turbinen-Generatoreinheit3 angepasstes Installationsfahrzeug1 . Für eine wiederum alternative Ausgestaltung kann am Tragelement8 ,8.1 ,8.2 eine Vorrichtung zur Größenanpassung10 vorgesehen sein. Dabei kann es sich um ein Verlängerungsstück oder um eine ausziehbare Einheit handeln. -
4 zeigt eine Weitergestaltung für ein erfindungsgemäßes Installationsfahrzeug, wobei die seitliche Schwimmvorrichtung4 einen modularen Aufbau aufweist. Skizziert sind Module13.1 ,13.2 ,13.3 , die jeweils einen Ballasttank5.9 ,5.10 ,5.11 aufnehmen. Dabei sind die Ballasttanks5.9 ,5.10 ,5.11 selbst oder eine diese umhüllende Struktur lasttragend ausgebildet, sodass durch eine Aneinanderreihung selbsttragender Module13.1 ,13.2 ,13.3 eine größenanpassbare Schwimmvorrichtung4 ,4.1 ,4.2 entsteht. Damit kann in Abhängigkeit des aufzunehmenden Gewichts der für die Installation vorgesehenen Maschinengondel2 die für die notwendige Auskraglänge in Längsrichtung für die Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 durch die Wahl der Modulanzahl eingestellt werden. Gekoppelt werden die Module13.1 ,13.2 ,13.3 durch Verbindungskomponenten14 , ...,14.n , die über Zugangsöffnungen18.1 ,18.2 ,18.3 ,18.4 erreichbar sind. - Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind denkbar. Dabei kann die Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen
4 ,4.1 ,4.2 durch mehrere Tragelemente8 ,8.1 ,8.2 hergestellt werden, wobei einige der Elemente gegenüber der durch die Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 vorgegebenen Längsachse des Installationsfahrzeugs diagonal verlaufen können soweit der zur Aufnahme der Turbine-Generatoreinheit3 vorgesehene Bereich freibleibt. Ferner ist es denkbar, die Tragelemente8.1 ,8.2 als Traggerüst oder mittels eines stromlinienförmigen Profils auszubilden, um eine verbesserte Installation unter Anströmung zu ermöglichen. Dabei wird das Installationsfahrzeug so orientiert, dass die Längsachse der seitlichen Schwimmvorrichtungen4 ,4.1 ,4.2 möglichst parallel zur Anströmung ausgerichtet wird. Entsprechend können zur Querstabilisierung zusätzliche Finnen oder Ruder vorgesehen sein. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Installationsfahrzeug
- 2
- Maschinengondel
- 3
- Turbinen-Generatoreinheit
- 4, 4.1, 4.2
- Schwimmvorrichtung
- 5.1, ..., 5.11
- Ballasttank
- 6.1, 6.2, 6.3, 6.4
- Antriebsvorrichtung
- 7
- steuerbare Befestigungsvorrichtung
- 8
- Tragelement
- 8.1
- erstes Tragelement
- 8.2
- zweites Tragelement
- 9.1, 9.2
- lösbare Kopplungseinrichtung
- d1, d2
- Abstand
- 10
- Vorrichtung zur Größenanpassung
- 11.1, 11.2, 11.3, 11.4
- Befestigungspunkt
- 12
- Bolzenverbindung
- 13.1, 13.2, 13.3
- Modul
- 14.1, 14.2, ..., 14.n
- Verbindungskomponente
- 15
- Kopplungsstutzen
- 16
- Druckluft- und Steuereinrichtung
- 17
- Versorgungs- und Steuerleitung
- 18.1, 18.2, 18.3, 18.4
- Zugangsöffnung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1980670 A1 [0003]
- WO 2002/066828 A1 [0004]
- WO 2004/015264 A1 [0004]
- GB 2437533 A [0005]
- GB 2447514 B [0005]
- DE 102008032625 B3 [0006]
- US 7859128 B2 [0007]
- US 3633369 [0008]
- US 3823564 [0008]
- GB 980575 [0008]
Claims (10)
- Installationsfahrzeug für eine Maschinengondel (
2 ) eines Gezeitenkraftwerks mit einer Turbine-Generatoreinheit (3 ) umfassend 1.1 wenigstens zwei Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) mit einer Vielzahl von Ballasttanks (5.1 , ...,5.11 ), deren Auftrieb einstellbar ist; 1.2 eine in unterschiedliche Richtung wirkende Antriebsvorrichtung (6.1 ,6.2 ,6.3 ,6.4 ); 1.3 eine steuerbare Befestigungsvorrichtung (7 ) zur Halterung der Maschinengondel (2 ), wobei die Befestigungsvorrichtung (7 ) wenigstens mittelbar an einem Tragelement (8 ) angebracht ist, das eine Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) herstellt; dadurch gekennzeichnet, dass 1.4 die Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) und dem Tragelement (8 ) durch eine lösbare Kopplungseinrichtung (9.1 ,9.2 ) ausgeführt ist und/oder das Tragelement (8 ) eine Vorrichtung zur Größenanpassung (10 ) umfasst. - Installationsfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Installationsfahrzeug eine Einrichtung zur Einstellung des Abstands (d1, d2) der Schwimmvorrichtungen (
4.1 ,4.2 ) umfasst. - Installationsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schwimmvorrichtungen (
4.1 ,4.2 ) an unterschiedlichen Befestigungspunkten (11.1 , ...,11.4 ) des Tragelements (8 ) befestigbar sind. - Installationsfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die lösbare Kopplungseinrichtung (
9.1 ,9.2 ) eine Bolzenverbindung (12 ) zwischen den Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) und dem Tragelement (8 ) umfasst. - Installationsfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die zu einer Schwimmvorrichtung (
4.1 ,4.2 ) gehörenden Ballasttanks (5.1 , ...,5.11 ) in Reihe angeordnet sind. - Installationsfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei jeder Ballasttank (
5.1 , ...,5.11 ) jeweils einem Modul (13.1 ,13.2 ,13.3 ) der Schwimmvorrichtung (4.1 ,4.2 ) zugeordnet ist, wobei die Module (13.1 ,13.2 ,13.3 ) einzeln austauschbar sind. - Installationsfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Module (
13.1 ,13.2 ,13.3 ) der Schwimmvorrichtung (4.1 ,4.2 ) lösbare Verbindungskomponenten (14.1 ,14.2 , ...,14.n ) zur Ankopplung an benachbarte Module (13.1 ,13.2 ,13.3 ) umfassen. - Installationsfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Schwimmvorrichtung (
4.1 ,4.2 ) größenanpassbar sind. - Verfahren zum Betrieb eines Installationsfahrzeugs für eine Maschinengondel (
2 ) eines Gezeitenkraftwerks mit einer Turbine-Generatoreinheit (3 ), umfassend 9.1 wenigstens zwei Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) mit einer Vielzahl von Ballasttanks (5.1 , ...,5.11 ) deren Auftrieb einstellbar ist; und 9.2 eine in unterschiedliche Richtung wirkenden Antriebsvorrichtung (6.1 ,6.2 ,6.3 ,6.4 ); und 9.3 eine steuerbare Befestigungsvorrichtung (7 ) zur Halterung der Maschinengondel (2 ), die wenigstens mittelbar an einem Tragelement (8 ) angebracht ist, das eine Verbindung zwischen den Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass 9.4 in Abhängigkeit der Größe und/oder des Gewichts der Maschinengondel (2 ) mit der Turbine-Generatoreinheit (3 ) der Abstand (d1, d2) zwischen den Schwimmvorrichtungen (4.1 ,4.2 ) durch einen Austausch oder eine Längenanpassung des Tragelements (8 ) eingestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schwimmvorrichtung (
4.1 ,4.2 ) aus einzelnen, miteinander lasttragend verbundenen Modulen (13.1 ,13.2 ,13.3 ) aufgebaut ist und die Anzahl der Module (13.1 ,13.2 ,13.3 ) an die Größe und/oder das Gewicht der Maschinengondel (2 ) mit der Turbine-Generatoreinheit (3 ) angepasst wird.
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