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Die Anmeldung betrifft eine Offshore-Windkraftanlage, umfassend mindestens eine mit mindestens einer Generatoreinrichtung gekoppelte Rotoreinrichtung, wobei die Generatoreinrichtung eingerichtet ist zum Generieren von elektrischer Energie aus der Bewegungsenergie der Rotoreinrichtung, mindestens eine (weitere) Energieversorgungseinrichtung und einen Turm. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung eine Verwendung einer Energieversorgungseinrichtung in einer Offshore-Windkraftanlage.
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Zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus so genannten erneuerbaren Energiequellen werden vermehrt Windparks mit mindestens einer Windkraftanlage eingesetzt. Eine Windkraftanlage ist insbesondere zum Wandeln der kinetischen Windenergie in elektrische Energie eingerichtet. Um den Energieertrag bei derartigen Systemen zu steigern, werden Windparks vorzugsweise an Standorten mit einer hohen Windwahrscheinlichkeit angeordnet bzw. installiert. Insbesondere Offshore-Standorte zeichnen sich üblicherweise durch relativ kontinuierliche Windbedingungen und hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aus, so dass vermehrt so genannte Offshore-Windparks errichtet werden.
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In der Regel weist ein Offshore-Windpark eine Vielzahl an Offshore-Windenergievorrichtungen auf, wie eine Vielzahl von Offshore-Windkraftanlagen, Messmasten und/oder mindestens eine Offshore-Umspannstation (bzw. -Substation), über die der Offshore-Windpark elektrisch beispielsweise mit einer Onshore-Umspannstation oder einer weiteren Offshore-Umspannstation bzw. Offshore-Konverterstation verbunden ist.
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Eine Onshore-Umspannstation wiederum kann mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden sein. Zum Übertragen von elektrischer Energie zwischen zwei Offshore-Windenergievorrichtungen oder einer Offshore-Windenergievorrichtung und einer Onshore-Vorrichtung werden Energiekabel in Form von Seekabeln verlegt.
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Bei einer Offshore-Windkraftanlage ist es stets erforderlich, eine Energieversorgung für mindestens einen elektrischen Verbraucher der Offshore-Windkraftanlage zu gewährleisten, um insbesondere eine (weitere) Beschädigung der Offshore-Windkraftanlage bei einem Fehler (z.B. Netzfehler und/oder Netzausfall) in der elektrischen Infrastruktur der Offshore-Windkraftanlage und/oder des Offshore-Windparks zu vermeiden. Hierzu verfügt eine bekannte Offshore-Windkraftanlage über eine externe Energieversorgung. Dies meint insbesondere, dass die Offshore-Windkraftanlage über ein angeschlossenes Energiekabel mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
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Ist die externe Energieversorgung der Offshore-Windenergieanlage (WEA) bzw. Offshore-Windkraftanlage nicht gewährleistet, z.B. durch einen Windparkfehler, wie ein Seekabelfehler und/oder einen Netzausfall, dann müssen relevante Systeme/Komponenten in der Offshore-Windkraftanlage (z.B. Schmierung, Kommunikationssysteme, Beleuchtung, Windnachführung, Luftaufbereitungssystem etc.) durch den Einsatz von kostspieligen und im Kontext der erneuerbaren Energien teilweise zweifelhaften Energieversorgungseinrichtungen (insbesondere ein Notstromsystem) mit Strom versorgt werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Energieversorgung (insbesondere als Notstromversorgung) als Energieversorgungseinrichtung einen Diesel-Generator auf jede Offshore-Windkraftanlage eines Offshore-Windparks zu installieren. Nachteilig an einer derartigen Lösung - neben der Tatsache, dass ein Diesel-Generator die Umwelt belastet - ist, dass der Dieseltank jeder Offshore-Windkraftanlage (regelmäßig) nachzufüllen ist. Dies gestaltet sich in einem Offshore-Windpark extrem aufwendig. Zudem erhöht sich der Platzbedarf auf jeder Offshore-Windkraftanlage und ein Diesel-Generator besitzt einen negativen Einfluss auf HSE- („Health, Safety and Environment“) und Brandschutzbetrachtungen.
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Alternativ ist es aus dem Stand der Technik bekannt, als Energieversorgungseinrichtung einen Diesel-Generator (nur) auf der Offshore-Umspannstation bzw. Offshore-Substation des Offshore-Windparks zu installieren und bei Bedarf von dort aus die an der Offshore-Umspannstation elektrisch verbundenen Offshore-Windkraftanlagen mit Energie zu versorgen.
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Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass auch hier ein (regelmäßiges) Nachfüllen des Dieseltanks erforderlich ist, auch wenn der Aufwand hierzu im Vergleich zur vorherigen Lösung geringer ist. Wie zuvor belastet der Diesel-Generator die Umwelt und erfordert ausreichend Raum auf der Offshore-Umspannstation. Zudem ist eine Grundvoraussetzung einer funktionierenden Energieversorgung durch einen auf der Offshore-Umspannstation angeordneten Diesel-Generator, dass die Innenparkverkabelung, insbesondere einschließlich der Mittelspannungs-Systeme, intakt sind, also gerade kein Fehler (z.B. Netzfehler und/oder Netzausfall) in der elektrischen Infrastruktur der Offshore-Windkraftanlage und/oder des Offshore-Windparks vorliegt.
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Eine unter Umweltaspekten bevorzugte und bekannte Lösung ist, dass eine Offshore-Windkraftanlage in einem so genannten „Selbsterhaltbetriebsmodus“ betrieben werden kann, bei dem insbesondere mindestens eine wiederaufladbare Batterie durch eine langsam rotierende Rotoreinrichtung geladen werden kann. Nachteilig an dieser Lösung sind zunächst die mit dieser Lösung verbundenen hohen Kosten. Ferner bedingt diese Lösung, dass eine Mindest-Windstärke vorliegt und insbesondere der Triebstrang der Offshore-Windkraftanlage intakt ist, so dass eine Rotordrehung möglich ist. Zudem ist der „Selbsterhaltbetriebsmodus“ nur für einen Notstrombetrieb nutzbar.
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Schließlich ist es grundsätzlich möglich, eine Offshore-Windkraftanlage in einem bestimmten Zeitraum (beispielsweise begrenzt auf max. 30 Tage (danach ist externe Energie erforderlich)) ohne Energieversorgung zu betreiben. Diese Lösung hat eine Mehrzahl von signifikanten Nachteilen, wie der Bedarf zusätzlicher Anfahrten jeder (betroffenen) Offshore-Windkraftanlage, um an der Offshore-Windkraftanlage manuell Maßnahmen zu ergreifen (z.B. MVSG (Mittelspannungsschaltvorrichtung) Schaltvorgänge, Abdichtung von Schaltschränken, Auslage von Trockenmittelbeutel). Zudem ist die Offshore-Windkraftanlage stromlos (auch „schwarz“ genannt), so dass keine Kommunikation und/oder Zustandskontrolle über die zentrale Steuerung des Offshore-Windparks (z.B. SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)) möglich ist. Schließlich kann die Offshore-Windkraftanlage nicht ohne Weiteres wieder angefahren werden. Beispielsweise ist eine relativ lange „Trocknungsphase“ vor Wiederinbetriebnahme nach Wegfall der externen Energieversorgung erforderlich.
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Daher liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Bereitstellung von elektrischer Energie für eine Offshore-Windkraftanlage bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile zumindest reduziert und insbesondere auch bei einem Fehler (z.B. Netzfehler und/oder Netzausfall) in der elektrischen Infrastruktur der Offshore-Windkraftanlage und/oder des Offshore-Windparks eine umweltschonende und aufwandsarme Energieversorgung der Offshore-Windkraftanlage ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Anmeldung durch eine Offshore-Windkraftanlage nach Anspruch 1 gelöst. Die Offshore-Windkraftanlage umfasst mindestens eine mit mindestens einer Generatoreinrichtung gekoppelte Rotoreinrichtung. Die Generatoreinrichtung ist eingerichtet zum Generieren von elektrischer Energie aus der Bewegungsenergie der Rotoreinrichtung. Die Offshore-Windkraftanlage umfasst mindestens eine Energieversorgungseinrichtung. Die Offshore-Windkraftanlage umfasst mindestens einen Turm. Die mindestens eine Energieversorgungseinrichtung umfasst mindestens einen an dem Turm angeordnete Wellenenergiegeneratoreinrichtung, eingerichtet zum Wandeln der Energie der auf den Turm treffenden Wasserwellen in elektrische Energie.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird anmeldungsgemäß eine Offshore-Windkraftanlage mit einer (internen) Energieversorgungseinrichtung (die insbesondere zumindest auch als Notromsystem verwendet werden kann) bereitgestellt, die eine umweltschonende und aufwandsarme Energieversorgung zumindest der Offshore-Windkraftanlage ermöglicht, indem die Offshore-Windkraftanlage mit einer Energieversorgungseinrichtung ausgestattet ist, die mindestens einen an dem Turm angeordnete Wellenenergiegeneratoreinrichtung umfasst, eingerichtet zum Wandeln der Energie der auf den Turm treffenden Wasserwellen in elektrische Energie. Insbesondere ist anmeldungsgemäß erkannt worden, dass die Energie der Wasserwellen genutzt werden kann zum Antreiben einer Wellenenergiegeneratoreinrichtung, um elektrischer Energie zu erzeugen.
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Die anmeldungsgemäße Offshore-Windkraftanlage verfügt über eine durch die kinetische Energie des Windes bewegbare Rotoreinrichtung, die insbesondere über eine (Rotor-)Welle mit einer Generatoreinrichtung der Offshore-Windkraftanlage gekoppelt sein kann. Die Generatoreinrichtung ist zum Erzeugen elektrischer Energie aus der kinetischen Windenergie eingerichtet, die über die Rotoreinrichtung bereitgestellt wird.
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Vorzugsweise kann die Rotoreinrichtung über eine Mehrzahl von Rotorblättern verfügen, die an einer Rotor-Welle befestigt sind. Die kinetische Windenergie bewirkt eine Drehung der Rotor-Welle. Die Drehung der Rotor-Welle kann (wiederum) durch die Generatoreinrichtung (in herkömmlicher Weise) in elektrische Energie gewandelt werden. Die elektrische Energie kann vorzugsweise über ein Energiekabel, insbesondere Seekabel, an eine Offshore-Umspannstation übertragen werden.
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Die Rotoreinrichtung und die Generatoreinrichtung können an bzw. in einer Gondel der Offshore-Windkraftanlage angeordnet sein. Die Gondel wird insbesondere durch einen Turm der Offshore-Windkraftanlage getragen, der sich an eine Gründung anschließt. Insbesondere dient die Gründung der Verankerung der Offshore-Windkraftanlage an dem Gewässerboden, insbesondere ein Meeresboden, in einem installierten Zustand der Offshore-Windkraftanlage.
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Ein installierter Zustand der Offshore-Windkraftanlage ist vorliegend insbesondere ein Zustand der Offshore-Windkraftanlage, in dem die Offshore-Windkraftanlage an einem bestimmten Offshore-Aufstellungsort montiert ist und (für den Fall, dass kein Fehler in der elektrischen Infrastruktur der Offshore-Windkraftanlage oder des Offshore-Windparks der Offshore-Windkraftanlage vorliegt) grundsätzlich elektrische Energie erzeugen und insbesondere über ein angeschlossenes Energiekabel abgeben kann.
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Ein Turm umfasst anmeldungsgemäß insbesondere zumindest den Teil der Offshore-Windkraftanlage, der sich in der Welleneinflusszone befindet. Anders ausgedrückt meint der Begriff Turm in der vorliegenden Anmeldung insbesondere den Teil der Offshore-Windkraftanlage, der sich im Wesentlichen von dem Bereich der Wasserlinie (z.B. ab 5 m unterhalb der Wasserlinie) bis zur Gondel erstreckt. Insbesondere umfasst der Turm ein oberes Ende einer Gründungstruktur und ggf. ein sich daran anschließendes Übergangstück (auch transition piece genannt) und ggf. das untere Ende eines Turmstücks (welches in der Regel oberhalb der Welleneinflusszone beginnt). Der Teil der Offshore-Windkraftanlage unterhalb des Turms wird anmeldungsgemäß insbesondere als untere Gründung (oder kurz Gründung) bezeichnet.
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Die anmeldungsgemäße Offshore-Windkraftanlage weist mindestens eine Energieversorgungseinrichtung auf, eingerichtet zum Erzeugen elektrischer Energie (bzw. Leistung) unabhängig von der genannten Generatoreinrichtung. Insbesondere sind die Generatoreinrichtung und die Energieversorgungseinrichtung unterschiedliche Komponenten der Offshore-Windkraftanlage.
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Die mindestens eine Energieversorgungseinrichtung umfasst mindestens eine an dem Turm angeordnete Wellenenergiegeneratoreinrichtung, eingerichtet zum Wandeln der Energie der auf den Turm treffenden bzw. auflaufenden Wasserwellen in elektrische Energie. Insbesondere kann die Wellenenergiegeneratoreinrichtung eingerichtet sein, die Wellenenergie in eine Bewegungsenergie zu wandeln, die wiederum in elektrische Energie gewandelt werden kann. Insbesondere kann ein Teil der Wellenenergiegeneratoreinrichtung die (nahezu kontinuierliche) Wellenbewegung in eine mechanische Bewegung wandeln, welche von einem weiteren Teil in elektrische Energie gewandelt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage kann die mindestens eine Wellenenergiegeneratoreinrichtung mindestens einen durch auftreffende Wasserwellen bewegbaren Auftriebskörper umfassen. Der mindestens eine (insbesondere vertikal) bewegbare Auftriebskörper kann (im bestimmungsgemäßen Betrieb der Wellenenergiegeneratoreinrichtung) durch die (nahezu kontinuierliche) Wellenbewegung auf und ab bewegt werden.
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Anmeldungsgemäß ist unter einem Schwimmkörper bzw. Auftriebskörper insbesondere ein Gegenstand zu verstehen, der aufgrund seines Auftriebs durch Verdrängung nach dem archimedischen Prinzip selbständig schwimmfähig ist. Ein Auftriebskörper kann beispielsweise in seinem Inneren zumindest teilweise hohl und/oder mit einem leichten Feststoff gefüllt sein.
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Darüber hinaus kann die mindestens eine Wellenenergiegeneratoreinrichtung vorzugsweise mindestens einen mit dem bewegbaren Auftriebskörper in Wirkverbindung stehenden Generator umfassen. Der Generator ist insbesondere eingerichtet, die mechanische (Auf- und Ab-)Bewegung des Auftriebskörpers in elektrische Energie zu wandeln. Die mechanische (Auf- und Ab-) Bewegung kann insbesondere über die Wirkverbindung, insbesondere in Form einer mechanischen Kopplung, an den Generator übertragen werden. In besonders einfacher Weise kann die Wellenenergie der auf den Turm auflaufenden Wellen in elektrische Energie gewandelt werden.
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Bei anderen Varianten der Anmeldung kann die mindestens eine Wellenenergiegeneratoreinrichtung eingerichtet sein, die potentielle Energie auflaufender Wellen in elektrische Energie zu wandeln und/oder eine durch die Wellenströmung verursachte Bewegung in elektrische Energie zu wandeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage kann der mindestens eine Generator innerhalb des Turms angeordnet sein. Dies meint insbesondere, dass der mindestens eine Generator in dem Turm integriert ist und von der mindestens einen (umlaufenden) Turmwand umgegeben ist. Hierdurch kann der mindestens eine Generator in einfacher Weise von äußeren Einflüssen geschützt werden. Bei anderen Varianten der Anmeldung kann der mindestens eine Generator auch in einem Generatorgehäuse integriert sein, welches beispielsweise an einer Außenseite des Turms befestigt werden kann, beispielsweise angeschraubt werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper an einer Außenseite des Turms angeordnet sein. Insbesondere kann der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper in unmittelbarer Nähe zu der Außenseite des Turms angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage, der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper eine (in einem installierten Zustand der Offshore-Windkraftanlage) der Außenseite des Turms zugewandte Auftriebskörperaußenseite aufweisen. Die Form der Auftriebskörperaußenseite kann zu der Form der Außenseite des Turms korrespondieren. Insbesondere kann die Auftriebskörperaußenseite eine gekrümmte bzw. gebogene Form aufweisen, die zu der (gebogenen) Form der Außenseite des Turms korrespondiert. Hierdurch kann eine Führung der vertikalen Bewegung (bzw. Auf-und Ab-Bewegung) des mindestens einen Auftriebskörpers bereitgestellt werden und insbesondere eine Bewegung in eine horizontale Richtung des mindestens einen Auftriebskörpers reduziert werden. Zudem kann eine kompakte Anordnung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage kann die Wellenenergiegeneratoreinrichtung (genau) zwei separat bewegbare Auftriebskörper umfassen. Die zwei separat bewegbaren Auftriebskörper können (jeweils) bevorzugt eine im Wesentlichen U-förmige Form aufweisen. Ferner können zwei Generatoren vorgesehen sein. Jeweils ein Generator kann mit (genau) einem Auftriebskörper in Wirkverbindung stehen. Der Energieertrag kann hierdurch erhöht werden.
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Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage zwischen dem mindestens einen Generator und dem mindestens einen bewegbaren Auftriebskörper mindestens eine Generatorwelleneinrichtung angeordnet sein. Die mindestens eine Generatorwelleneinrichtung kann über eine (über der Wasserlinie angeordnete) Turmwandöffnung des Turms nach außen geführt sein. Der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper kann mit der nach außen geführten Generatorwelleneinrichtung gekoppelt sein.
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Beispielsweise kann die Generatorwelleneinrichtung eine Mehrzahl von zusammenwirkenden Kopplungselementen aufweisen. Beispielsweise kann eine mit dem Generator, insbesondere dem Rotor des Generators verbundene, erste Welle mit einem Koppelmodul gekoppelt sein. Das Koppelmodul kann beispielsweise zum Wandeln einer vertikalen Bewegung des Auftriebskörpers in eine Rotationsbewegung eingerichtet sein.
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Beispielsweise kann die erste Welle über einen Riemenantrieb mit einer zweiten Welle, umfassend ein Zahnrad, gekoppelt sein. Das Zahnrad kann mit einer Zahnstange in einer Wirkverbindung stehen. Die Zahnstange kann mit einem Auftriebskörper verbunden sein, so dass eine vertikale Bewegung des Auftriebskörpers über die Zahnstange und die Wirkverbindung mit dem Zahnrad in eine Drehbewegung der zweiten Welle übertragen werden kann. Diese kann direkt dem Generator (ohne eine erste Welle oder ein Riemenantrieb) oder dem Generator über den Riemenantrieb und die erste Welle bereitgestellt werden.
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Die Drehbewegung kann von dem Generator in elektrische Energie gewandelt werden. Wie bereits beschrieben wurde, kann die erste Welle insbesondere an dem Rotor des Generators befestigt sein. In Wechselwirkung mit dem Stator des Generators kann Strom generiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage kann der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper über eine an der Außenseite des Turms angeordnete vertikal verlaufende Führungsstruktur mit dem Turm gekoppelt sein. Beispielsweise kann an der Außenseite eine Führungsschiene angeordnet sein, in der ein hierzu korrespondierendes und an dem Auftriebskörper angeordnetes Führungselement eingreifen kann. Es versteht sich, dass auch der Auftriebskörper über eine Führungsschiene und der Turm über ein Führungselement verfügen können.
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Die vertikal verlaufende Führungsstruktur kann insbesondere eingerichtet sein zum Erlauben einer Bewegung des mit der vertikal verlaufenden Führungsstruktur gekoppelten Auftriebskörpers im Wesentlichen nur in vertikaler Richtung. Insbesondere wird durch die Führungsstruktur erreicht, dass eine definierte vertikale Bewegung (insbesondere ohne eine Reibung zwischen einer weiteren Fläche des Auftriebskörpers und einer weiteren Turmfläche) durch den Auftriebskörper, angetrieben durch die Wellenbewegung, erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage kann die Offshore-Windkraftanlage mindestens einen mit der mindestens einen Energieversorgungseinrichtung elektrisch gekoppelten und wiederaufladbaren elektrischen Speicher (z.B. ein Lithium-Ionen-Akkumulator oder dergleichen) umfassen. Eine temporäre Speicherung der erzeugten elektrischen Energie kann erfolgen. Insbesondere kann die gespeicherte elektrische Energie bei Bedarf zur Versorgung von mindestens einem elektrischen Verbraucher der Offshore-Windkraftanlage verwendet werden.
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Darüber hinaus kann, gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Offshore-Windkraftanlage, die Offshore-Windkraftanlage mindestens einen elektrischen Verbraucher (z.B. Kommunikationssysteme, Beleuchtung, Windnachführung, Luftaufbereitungssystem etc.) umfassen. Der mindestens eine elektrische Verbraucher kann in einem Normalbetriebsmodus (und/oder in einem Leerlaufmodus und/oder in einem Notstrommodus) der Offshore-Windkraftanlage durch die Energieversorgungseinrichtung (und/oder durch den elektrischen Speicher) mit elektrischer Energie versorgbar sein. Anders ausgedrückt kann die Energiespeichereinrichtung nicht nur in einem Fehlerfall eingesetzt werden, sondern auch in einem Normalbetrieb.
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Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist eine Verwendung einer Energieversorgungseinrichtung in einer Offshore-Windkraftanlage (insbesondere einer zuvor beschriebenen Offshore-Windkraftanlage), wobei die (insbesondere zuvor beschriebene) Energieversorgungseinrichtung mindestens eine an einem Turm der Offshore-Windkraftanlage angeordnete Wellenenergiegeneratoreinrichtung umfasst, eingerichtet zum Wandeln der Energie der auf den Turm treffenden Wasserwellen in elektrische Energie, zum Versorgen der Offshore-Windkraftanlage mit elektrischer Energie.
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Die Offshore-Windkraftanlage kann insbesondere ein Teil eines Offshore-Windparks sein. Vorzugsweise kann ein Offshore-Windpark eine Vielzahl von Offshore-Windkraftanlagen umfassen, die mit einer Offshore-Umspannstation elektrisch verbunden sein kann. Eine Offshore-Umspannstation, auch Offshore-Umspannwerk bzw. Offshore-Umspannstation genannt, kann mindestens eine elektrische Transformatoreinrichtung umfassen.
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Offshore-Windkraftanlagen können vorzugsweise in Form von mindestens einem Strang (auch String genannt) angeordnet sein. Ein Strang kann zwei oder mehr Offshore-Windkraftanlagen umfassen, die elektrisch in Reihe angeordnet sind. Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von Strängen vorgesehen sein. Ein Ende eines Strangs kann elektrisch mit der Offshore-Umspannstation gekoppelt sein.
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Vorzugsweise kann gemäß der vorliegenden Anmeldung elektrische Energie, die von einer ersten Energieversorgungseinrichtung einer ersten Offshore-Windkraftanlage erzeugt wurde, (bei Bedarf) an mindestens eine weitere Offshore-Windkraftanlage des Offshore-Windparks übertragen werden, insbesondere über mindestens ein die mindestens zwei Offshore-Windkraftanlagen elektrisch verbindendes Energiekabel, vorzugsweise ein Seekabel.
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Anmeldungsgemäß ist insbesondere eine Kombination zweier unabhängiger Stromerzeugersysteme ((1) Rotoreinrichtung und Generatoreinrichtung und (2) Energieversorgungseinrichtung) vorgesehen. Dies kann eine Mehrzahl von Vorteilen haben:
- 1) Eine erhöhte Stromproduktion ist möglich (durch Parallelbetrieb der genannten Systeme).
- 2) Nur eine Primärstruktur ist für die beiden Systeme erforderlich.
- 3) Redundanz: Fällt ein System aus, springt das zweite System ein, welches die erforderliche Notstromversorgung gewährleistet.
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Die Merkmale der Offshore-Windkraftanlagen und Verwendungen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert, eigenständig erfinderisch sein.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die anmeldungsgemäße Offshore-Windkraftanlage und die anmeldungsgemäße Verwendung auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Ansprüchen nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematisch Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Offshore-Windkraftanlage gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Offshore-Windkraftanlage gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 3 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Offshore-Windkraftanlage gemäß der vorliegenden Anmeldung, und
- 4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer in einer Offshore-Windkraftanlage verwendbaren Energieversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung.
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Nachfolgend werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Offshore-Windkraftanlage 100. Die Offshore-Windkraftanlage 100 ist in der 1 in einem installierten Zustand dargestellt.
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Wie zu erkennen ist, weist die Offshore-Windkraftanlage 100 eine auf dem Gewässerboden 120 (insbesondere ein Meeresboden 120) verankerte Gründung 112 auf. An die Gründung 112 schließt sich der Turm 114 der Offshore-Windkraftanlage 100 an. Die Gründung 112 kann anmeldungsgemäß unterhalb der Wasserlinie angeordnet sein, während anmeldungsgemäß sich der Turm im Bereich der Wasserlinie und oberhalb der Wasserlinie befindet (und z.B. den oberen Teil einer Gründungstruktur, ein Übergangsstück und ein Turmstück umfassen kann). An dem Ende des Turms 110 ist eine Gondel 109 bzw. ein Maschinenhaus 109 angeordnet. Der Turm 110 verfügt über eine Außenseite 126.
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Die Offshore-Windkraftanlage 100 weist ferner eine Rotoreinrichtung 104 und eine Generatoreinrichtung 102 auf. Vorliegend ist die Generatoreinrichtung 102 in der Gondel 109 integriert. Die Rotoreinrichtung 104 weist Rotorblätter 106 auf. Die Gondel 109 kann insbesondere in die Hauptwindrichtung ausgerichtet, insbesondere nachgeführt, werden, so dass die kinetische Energie des Winds durch die Rotoreinrichtung 104 (stets möglichst optimal) in mechanische Bewegungsenergie gewandelt wird. Die Bewegungsenergie kann (wiederum) durch die Generatoreinrichtung 102 in elektrische Energie gewandelt werden kann.
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Wie zu erkennen ist, kann die Rotoreinrichtung 104 mit der Generatoreinrichtung 102 insbesondere über mindestens eine Welle gekoppelt sein. Die erzeugte elektrische Energie bzw. Leistung kann beispielsweise über ein (nicht gezeigtes) Seekabel an eine Offshore-Umspannstation oder dergleichen (direkt oder indirekt) übertragen werden.
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Anmeldungsgemäß weist die Offshore-Windkraftanlage 100 zudem eine Energieversorgungseinrichtung 108 auf. Die mindestens eine Energieversorgungseinrichtung 108 umfasst mindestens einen an dem Turm 114 angeordnete Wellenenergiegeneratoreinrichtung 110, eingerichtet zum Wandeln der Energie der auf den Turm 114 treffenden Wasserwellen 118 in elektrische Energie. Beispielsweise kann die Wellenenergiegeneratoreinrichtung 110 im Bereich der Wasserlinie, also der Wasseroberfläche, an bzw. in dem Turm 114 angeordnet sein.
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Vorzugsweise kann die Wellenenergiegeneratoreinrichtung 110 einen Auftriebskörper und einen damit gekoppelten Generator umfassen, um die Wellenenergie in elektrische Energie zu wandeln. Bei anderen Varianten der Anmeldung kann die mindestens eine Wellenenergiegeneratoreinrichtung eingerichtet sein, die potentielle Energie auflaufender Wellen in elektrische Energie zu wandeln und/oder eine durch die Wellenströmung verursachte Bewegung in elektrische Energie zu wandeln.
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Beispielhaft ist ferner ein (interner) elektrischer Verbraucher 122 der Offshore-Windkraftanlage 100 dargestellt. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung die Offshore-Windkraftanlage auch zwei oder mehr elektrische Verbraucher (z.B. Kommunikationssysteme, Beleuchtung, Windnachführung, Luftaufbereitungssystem etc.) aufweisen kann.
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Optional verfügt die Offshore-Windkraftanlage 100 über mindestens einen wiederaufladbaren elektrischen Speicher 124 (z.B. ein Akkumulator 124). Der elektrische Speicher 124 ist insbesondere mit der Energieversorgungseinrichtung 108 und dem mindestens einen elektrischen Verbraucher 122 verbunden. Insbesondere kann erzeugte elektrische Energie gespeichert und/oder abgegeben werden.
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Mit dem Bezugszeichen 116 ist das Gewässer, insbesondere das Meer, bezeichnet.
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Die 2 zeigt eine schematische (Teil-)Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Offshore-Windkraftanlage 200 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben und ansonsten auf die Ausführungen zur 1 verwiesen.
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Die Offshore-Windkraftanlage 200 umfasst an dem Turm 214 eine Energieversorgungseinrichtung 208 mit einer Wellenenergiegeneratoreinrichtung 210.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Wellenenergiegeneratoreinrichtung 210 mindestens einen Generator 228 und mindestens einen durch auf den Turm 214 auftreffende Wasserwellen 218 bewegbaren, insbesondere vertikal (also in x-Richtung) bewegbaren, Auftriebskörper 230. Die mögliche vertikale Bewegung aufgrund der auftreffenden Wasserwellen 218 ist insbesondere mit dem Bezugszeichen 232 gekennzeichnet.
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Aufgrund der Wirkverbindung 234 zwischen dem Generator 228 und dem mindestens einen Auftriebskörper 230 kann die durch die Wellenbewegung bewirkte mechanische Bewegungsenergie des mindestens einen Auftriebskörpers 230 in elektrische Energie gewandelt werden.
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Wie zu erkennen ist, sind der Generator 228 vorliegend innerhalb bzw. im Inneren des Turms 214 und der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper 230 an einer Außenseite 226 des Turms 214 angeordnet.
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Die 3 zeigt eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Offshore-Windkraftanlage 300 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 beschrieben und ansonsten auf die Ausführungen zu den 1 und 2 verwiesen.
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Wie in der 3 zu erkennen ist, umfasst die Wellenenergiegeneratoreinrichtung 310 vorliegend (genau) zwei Auftriebskörper 330.1, 330.2, wobei jeder Auftriebskörper 330.1, 330.2 mit (genau) einem Generator 328.1, 328.2 in Wirkverbindung steht. Die jeweilige Wirkverbindung ist vorzugsweise jeweils durch eine (mechanische) Generatorwelleneinrichtung 341.1, 341.2 gebildet, umfassend eine Generatorwelle 340.1, 340.2 und ein mechanisches Koppelmodul 344.1, 344.2.
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Insbesondere wird jeweils eine Generatorwelle 340.1, 340.2, über eine (vorzugsweise über der Wasserlinie befindliche) Turmwandöffnung 342.1, 342.2 nach außen geführt. Um das Eindringen von Wasser zusätzlich zu verhindern, können Dichtungsmittel an einer Turmwandöffnung 342.1, 342.2 vorgesehen sein.
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Über mindestens ein weiteres mechanisches Koppelmodul 344.1, 344.2, eingerichtet zum Wandeln der im Wesentlichen vertikalen, also in X-Richtung verlaufenden Bewegung (verursacht durch die Wellenbewegung) Bewegung in eine Drehbewegung, kann die Generatorwelle 340.1, 340.2 mit dem jeweiligen Auftriebskörper 330.1, 330.2 (mechanisch) gekoppelt sein.
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Wie ferner zu erkennen ist, weist vorliegend der mindestens eine bewegbare Auftriebskörper 330.1, 330.2 eine (in einem installierten Zustand der Offshore-Windkraftanlage 300) der Außenseite 326 des Turms 314 zugewandte Auftriebskörperaußenseite 350.1, 350.2 auf, deren jeweilige (Außen-)Form zu der (Außen-)Form der Außenseite 326 des Turms 314 korrespondiert. Insbesondere kann die Auftriebskörperaußenseite 350.1, 350.2 eine gebogene Form aufweisen, die zu der (gebogenen) Form der Außenseite 326 des Turms 314 korrespondiert.
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Eine definierte Bewegung kann zusätzlich durch eine optionale und vertikal verlaufende Führungsstruktur 346.1, 346.2 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann an der Außenseite 326 des Turms 314 eine Führungsschiene angeordnet sein, in der ein hierzu korrespondierendes und an dem Auftriebskörper 330.1, 330.2 angeordnetes Führungselement eingreifen kann. Die vertikal verlaufende Führungsstruktur 346.1, 346.2 kann insbesondere eingerichtet sein zum Erlauben einer Bewegung des mit der vertikal verlaufenden Führungsstruktur 346.1, 346.2 gekoppelten Auftriebskörpers 330.1, 330.2 im Wesentlichen nur in vertikaler Richtung. Insbesondere wird durch die Führungsstruktur 346.1, 346.2 erreicht, dass eine (noch) definierte(re) vertikale Bewegung (insbesondere ohne eine Reibung zwischen einer weiteren Fläche des Auftriebskörpers und einer weiteren Turmfläche) durch den Auftriebskörper 330.1, 330.2, angetrieben durch die Wellenbewegung, erfolgen kann.
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Vorzugsweise kann der mindestens eine Auftriebskörper 330.1, 330.2 den Turm 314 in Umfangsrichtung nahezu vollständig umgeben. Vorzugsweise kann ein Anlandungsbereich der Offshore-Windkraftanlage 300, umfassend eine Anlandungsanordnung 348 (z.B. umfassend eine Plattform und/oder eine Leiter), frei zugänglich sein.
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Die 4 zeigt eine schematische (Teil-)Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer in einer Offshore-Windkraftanlage (z.B. 100, 200 und insbesondere 300) verwendbaren Energieversorgungseinrichtung 408 mit einer Wellenenergiegeneratoreinrichtung 410 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen nach 1, 2 und 3 beschrieben und ansonsten auf die Ausführungen zu den 1, 2 und 3 verwiesen.
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Wie zu erkennen ist, ist ein Antriebskörper 430 über eine (beispielhaft) dargestellte Generatorwelleneinrichtung 441 mit einem Generator 428 mechanisch gekoppelt, derart, dass eine durch eine Wellenbewegung der auf den Turm auftreffenden Wasserwellen vertikale Bewegung (bzw. die entsprechende Bewegungsenergie) in elektrische Energie wandelbar ist.
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Beispielsweise kann die Generatorwelleneinrichtung 441 eine Mehrzahl von zusammenwirkenden Kopplungselementen 460 bis 470 aufweisen. Beispielsweise kann eine mit dem Generator 428, insbesondere dem Rotor des Generators 428 verbundene, erste Welle 460 über einen Riemenantrieb 462 mit einer zweiten Welle 464, umfassend ein Zahnrad 466, gekoppelt sein.
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Das Zahnrad 466 kann mit einer Zahnstange 468 in einer Wirkverbindung stehen. Die Zahnstange 468 kann mit dem Auftriebskörper 430 über eine Halterung 470 (z.B. ein Blech) verbunden sein, so dass eine vertikale Bewegung des Auftriebskörpers 430 über die Zahnstange 468 und der Wirkverbindung mit dem Zahnrad 466 in eine Drehbewegung der zweiten Welle 464 übertragen werden kann.
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Die Drehbewegung der zweiten Welle 464 kann direkt (nicht gezeigt) an den Generator (ohne eine erste Welle oder ein Riemenantrieb) oder über den Riemenantrieb 462 und die erste Welle 460 an den Generator 428 übertragen werden. Die Drehbewegung kann von dem Generator 428 in elektrische Energie gewandelt werden.
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Wie bereits beschrieben wurde, kann die erste Welle 460 insbesondere an dem Rotor des Generators 428 befestigt sein. In Wechselwirkung mit dem Stator des Generators 428 kann Strom generiert werden.
