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Die Erfindung betrifft ein Offshorebauwerk, insbesondere zum Anschluss einer oder mehrerer Windenergieanlagen an ein Stromnetz.
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Bei einer Windenergieanlage im Sinne der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um eine Anlage mittels derer Windenergie in Strom gewandelt wird. Derartige Anlagen werden regelmäßig als Windenergieanlage, WEA, Windkraftanlage oder WKA bezeichnet.
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Der Netzanschluss von Offshore-Windenergieanlagen erfolgt regelmäßig mittels Transformatoren, die auf so genannten Substationen angeordnet sind. Diese Substationen weisen üblicherweise eine Substruktur auf und eine Plattform. Die Substruktur dient als Träger der Plattform und ist im Meeresuntergrund verankert. Sie ist beispielsweise als Jacket oder Monopile ausgebildet und ragt deutlich über die Meeresoberfläche hinaus. Die Plattform befindet sich somit deutlich oberhalb der Meeresoberfläche und ist so vor Wasser, auch durch Wellenschlag, geschützt. Auf der Plattform sind die elektrischen und mechanischen Komponenten angeordnet, wie z. B. Transformatoren, Schaltanlagen, Generator-Batterien, Steuerungs-Equipment etc. Die Plattform kann hierzu weitere Aufbauten, insbesondere Container oder dergleichen aufweisen, innerhalb derer die elektrischen und mechanischen Komponenten angeordnet sind.
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Der Bau der Offshore-Struktur umfasst grundsätzlich folgende Tätigkeiten:
- 1.) Untersuchungen des Untergrunds und Bauvorbereitung des Untergrunds
- 2.) Installation von Pfosten zur Aufnahme der Jackets und anschließende Installation des Jackets oder Installation des Monopiles
- 3.) Montage der Platform auf Jacket/Monopile
- 4.) Verkabelung
- 5.) Vergussarbeiten (Grouting) und/oder Schweißarbeiten
- 6.) Kommissionierung
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Eine besondere Herausforderung besteht darin, dass die Substruktur der Substation sich deutlich von den Substrukturen der Windenergieanlagen unterscheidet, z. B. in Größe und Gewicht. Damit einher gehen unterschiedliche technische und wirtschaftliche Anforderungen, insbesondere da sich die Substruktur der Substation in der Regel von der Substruktur der Windenergieanlagen unterscheidet. Zudem erfordern die Installation der Substruktur sowie der Plattform regelmäßig unterschiedliche Installations-Verträge insbesondere auf Grund unterschiedlicher Größe und Gewicht. Dies stellt einen besonderen Aufwand für die Koordination der Installation dar.
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Die Verwendung einer Plattform auf der Substruktur stellt zudem eine Herausforderung an die Stabilität in Bezug auf dynamische Lasten dar. Ferner erfordern Substruktur und Plattform besondere Korrosionsschutzsysteme.
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Bei Windkraftanlagen besteht grundsätzlich das Risiko, dass sich ein Rotorblatt löst und abfällt. Die Substation darf daher nicht in unmittelbarer Nähe der Windkraftanlagen angeordnet sein. Der insofern vom Windpark beabstandete Standort der Substation führt dazu, dass für diese eine eigenständige geotechnische Untersuchung erforderlich ist. All dies führt zu einem hohen Aufwand bei der Installation einer Substation.
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Für kleinere Offshore-Anwendungen werden bereits Unterwasser-Substationen verwendet, also solche, die vollständig unter Wasser auf dem Meeresboden angeordnet sind (http://wavehub.co.uk). Diese Unterwasser-Substationen sind jedoch im Hinblick auf den Zugang für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten ungeeignet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Substation für Offshore-Anwendungen bereit zu stellen, die im Hinblick auf die Anforderungen aus Installation sowie Betrieb und Wartung optimiert ist.
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Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zu Grunde, dass der Bau einer Substation als geschlossenen, gegenüber Wassereintritt abgedichtete Struktur grundsätzlich Vorteile bietet.
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Erfindungsgemäß ist demgemäß ein Offshorebauwerk vorgesehen, das eine Gehäusestruktur aufweist, die jedenfalls teilweise unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist. Die Gehäusestruktur dient zur Aufnahme elektrischer Komponenten, insbesondere um eine oder mehrere Windenergieerzeugungsanlagen an ein Stromnetz anzuschließen.
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Die Gehäusestruktur ist gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Gehäusestruktur einen Zugang aufweist, der oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist. Der Zugang dient als Zugang insbesondere für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten. Durch die oberhalb der Wasseroberfläche vorgesehen Zugangsmöglichkeit ist der Aufwand für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten deutlich verringert. Der Einsatz von Tauchern oder Tauchrobotern kann vermieden werden.
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Ferner ist vorgesehen, dass das Innere der Gehäusestruktur unter Atmosphärendruck steht. Insbesondere wird das Innere jedenfalls bei Öffnung des Zugangs mit Außenluft gefüllt, so dass ein zutritt ohne Sauerstoffgerät möglich ist.
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Die Gehäusestruktur kann dergestalt ausgebildet sein, dass sie zunächst oberhalb der Wasseroberfläche an ihren Zielstandort transportiert und dort dann in das Wasser abgesenkt wird. Das Absenken der Gehäusestruktur ist vorzugsweise durch das Eigengewicht möglich. Die Absinktiefe und ein mögliches Auftauchen wird in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung mittels Auftriebskörpern gesteuert, die an oder in der Gebäudestruktur vorgesehen sind. Alternativ kann die Gehäusestruktur selbstschwimmend ausgebildet sein. Das Absenken erfolgt dann durch eine Verringerung des Auftriebs, beispielsweise durch Fluten von Auftriebskörpern.
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Für die Verankerung im Meeresboden ist in bevorzugter Ausgestaltung dann anders als bislang üblich keine Substruktur z. B. in Form eines Monopiles oder einer Jacketstruktur vorgesehen. Vielmehr wird die Gehäusestruktur unmittelbar mit einem oder mehreren Ankern im Boden befestigt. Die Anker können beispielsweise als Fallanker oder als so genannte torpedo piles ausgebildet sein, die in den Boden katapultiert werden. Alternativ kann die Gehäusestruktur auch mittels Schwerlastfundamenten am Boden befestigt werden.
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Bevorzugt ist eine Gehäusestruktur, die im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Hier eignen sich insbesondere auch Ausgestaltung in Form eines Monopiles.
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Die Gehäusestruktur kann in ihren wesentlichen Teilen beispielsweise aus Stahl und/oder Beton ausgebildet sein.
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Die hier beschriebene Offshorestruktur reduziert die Anzahl und/oder Aufwand für einzelnen Offshore-Installationsvorgänge. Zudem wird der Stahlbau vereinfacht, da für die Plattform entfällt. Damit einher geht in der Regel eine Reduktion der erforderlichen Stahlmenge.
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Durch die Abdichtung der Gehäusestruktur ist das Innere bereits gegen Wasser und somit auch gegen Korrosion geschützt. Ein aufwendiger Korrosionsschutz entfällt für die Innenseite der Gehäusestruktur.
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Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht eine günstigere Fertigung der Gehäusestruktur, da diese überwiegend aus im Verhältnis günstigeren röhrenförmigen Stahl und/oder Betonbauteilen bestehen kann.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die Gehäusestruktur zu mindestens 25% ihrer Längserstreckung unterhalb des Wasserspiegels angeordnet. Dies hilft auch bei hohem Wellengang für eine hinreichende Stabilität der Struktur.
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Die Innenausstattung, insbesondere die elektrischen und mechanischen Komponenten sind vorzugsweise modular ausgebildet und die Module selbst austauschbar. Dies erleichtert eine Vorfertigung ebenso wie einen Austausch von Ausrüstung Offshore.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist im oberen Bereich der Gehäusestruktur, insbesondere im oberen Drittel ein konischer Abschnitt vorgesehen, der der Reduktion der Wellenlast dient. Dieser konische Abschnitt ist bevorzugt auswechselbar gestaltet. Ferner kann diese Abschnitt schwenkbar ausgebildet sein, um insbesondere motorisch in die Hauptangriffsrichtung der Wellen ausgerichtet zu werden.
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Das Offshorebauwerk, insbesondere die Gehäusestruktur, kann ferner Fluchtwege, beispielsweise bestehend aus zwei Fluchttreppen in der Form einer Doppelhelix aufweisen.
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In einer besonderen Ausgestaltung kann eine Plattform oberhalb des Meeresspiegels, insbesondere oberhalb der maximalen Wellenhöhe, vorgesehen sein. Auf dieser Plattform wird vorzugsweise die Hochspannung gelegt sowie ggf. Ausrüstung (Trafo, Kabelkompensation) und/oder große Geräte wie Generatoren, um eine leichte Austauschbarkeit zu ermöglichen. Anders als bisher kann die Plattform dabei jedoch deutlich kleiner und leichter ausgebildet sein.
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Diese Plattform kann als separates Bauteil ausgebildet sein und wird dann zur Installation auf die Gebäudestruktur aufgehoben und dort montiert. Bei einer solchen Ausgestaltung sind vorzugsweise die Niederspannungs- und Mittelspannungskomponenten innerhalb der Gehäusestruktur angeordnet und die Hochspannungs-Bauteile auf der Plattform.
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Die Gehäusestruktur selbst kann in einer Ausgestaltung als Turbinenturm ausgebildet sein. In bevorzugter Ausgestaltung kann jedoch auch auf die Gehäusestruktur der Turbinenturm einer Windenergieanlage montiert werden. Insbesondere kann eine Sollbruchstelle zum Turbinenturm vorgesehen sein, beispielsweise an der Gehäusestruktur. Die Sollbruchstelle sollte für eine Last von mindestens 1,6 ULS („ultimate limit state” – Grenzzahl der Tragfähigkeit) ausgelegt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://wavehub.co.uk [0008]