DE102021002882B4 - Schwimmende Windkraftanlage mit zwei Energiewandlungseinheiten - Google Patents

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Abstract

Schwimmende Windkraftanlage mit zwei gegenläufig drehenden Energiewandlungseinheiten (4,5) mit horizontaler Drehachse, dadurch gekennzeichnet, dass deren Tragwerk aus mindestens fünf Streben (2a, 2b, 2c) besteht, welche untereinander an einem zentralen Punkt (1) gelenkig oder zumindest biegeweich miteinander verbunden sind und dass an den äußeren Enden aller Streben mindestens 3 vorgespannte Seile (3a, 3a`, 3b, 3b', 3c, 3d, 3e, 3e') angeschlossen sind, deren mit der Strebe gebildeten Ebenen in einem Winkel deutlich kleiner als 180° zueinander stehen.

Description

  • Schwimmende Windkraftanlagen weisen diverse Vorteile gegenüber fest verankerten Offshore Windkraftanlagen auf wie beispielsweise hoher Vorfertigungsgrad, geringere Installationskosten sowie die Einsatzbarkeit in größeren Meerestiefen.
  • Bei den Energiewandlungseinheiten mit horizontaler Drehachse erscheint die Anordnung von zwei gegenläufig drehenden Rotoren auf einer gemeinsamen Tragstruktur sinnvoll, da sich hierdurch der bauliche Aufwand der Tragstruktur bezogen auf die mögliche Energieausbeute verringern lässt. DE 10 2016 110 290 A1 beschreibt eine derartige schwimmende Windkraftanlage, welche sich selbsttätig im Wind ausrichtet und eine relativ effiziente Tragstruktur aufweist. Das als schwimmende Fundament bezeichnete Tragwerksteil erscheint jedoch konstruktiv nicht optimal.
  • Ziel der Erfindung ist es eine Tragstruktur für zwei Rotoren mit horizontaler Drehachse zu schaffen die einen möglichst geringen baulichen Aufwand hat und die von Wellen induzierten Bewegungen möglichst klein hält. Der Materialaufwand und das Eigengewicht und somit die Kosten sollen minimiert werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst indem das gesamte Tragwerk in Druckstreben(2) und Zugseile(3) aufgelöst wird, so das die entstehenden Lasten vorwiegend über Normalkräfte abgeleitet werden und Biegemomente größtenteils vermieden werden. Die Geometrie wird so gewählt das die Normalkräfte möglichst klein sind und die Knicklängen der Druckstäbe möglichst kurz gehalten werden. Erreicht wird dies durch die Ausbildung eines zentralen Gelenkpunktes(1) an dem alle Druckstreben(2) gelenkig oder mit geringer Steifigkeit angeschlossen werden. Sämtliche äußere Enden aller Streben sind mit mindestens 3 Seilen(3) gehalten. Die Ebenen die die Seile(3) mit der jeweiligen Druckstrebe(2) bilden stehen zueinander in einem maximalen Winkel von deutlich unter 180°.
  • Die vorgeschlagene schwimmende Windkraftanlage wird gebildet durch zwei Streben(2a) an dessen Ende sich jeweils ein Windenergiewandler(4) mit einem Rotor(5) befindet, einer Strebe(2b) welche luvwärts vom zentralen Punkt(1) zum Mooringpunkt(6) geht sowie zwei oder drei weitere Streben(2c) zur Stabilisierung seitlich und leewärts. Damit können bei geringen baulichen Aufwand drei Auflagepunkte(7) geschaffen werden welche einen sehr großen Abstand zueinander einnehmen und damit die Struktur gut gegen Wellenbewegung und unterschiedliche Windlasten stabilisiert. Die Gesamtlänge der Streben ist in dieser Anordnung relativ gering und die Knicklängen der Einzelstreben ist ebenfalls verhältnismäßig klein.
  • Die Enden der Streben(2a) mit den Energiewandlungseinheiten(4) werden durch die Seile 3e, 3a und 3b gehalten welche zu der anderen Energiewandlungseinheit, zum luvseitigen Auflagepunkt(7b) und zum leeseitigen Auflagepunkt(7c) laufen. Das Ende der luvseitigen Strebe(2b) wird gehalten durch die beiden Seile(3c) zu den leeseitigen Streben(2c), durch die beiden Seile(3a) zu den Energiewandlereinheiten(4). Die Enden der leeseitigen Strebe(2c) werden gehalten durch die Seile(3c und 3d) welche zu den anderen Auflagepunkten(7) gehen und den Seilen(3b) welches zur Energiewandlungseinheit läuft. Zusätzlich können Seile(3b') angeordnet werden welche zur gegenüberliegenden Energiewandlungseinheit(4) laufen. Diese kreuzen dann im Seilkreuzungspunkt(3bk).
  • Das zentrale Gelenk(1) kann entweder z.B. über Lasche-Bolzenverbindung als echtes Gelenk ausgebildet werden oder es wird statisch unbestimmt über eine feste Verbindung realisiert deren Steifigkeit um ein Vielfaches kleiner ist als die Steifigkeit der Gesamtstruktur so das näherungsweise von einem Gelenk gesprochen werden kann.
  • Sämtliche Seile(3) müssen eine planmäßige Zugvorspannung aufweisen welche in sämtlichen Lastfällen niemals vollständig abgebaut wird. Hierdurch wird die Gesamtstruktur räumlich stabil. Die Verformungen aus der Dehnung des Stahls und der Seile sind aufgrund der großen Statischen Höhe der Struktur vergleichbar gering.
  • Die vorgeschlagene schwimmende Windkraftanlage soll vorzugsweise als Luvläufer ausgebildet werden. Der resultierende Kraftvektor(V) aus Eigengewicht der Energiewandlereinheit(4 und 5) und der horizontalen Schubkraft aus Wind wird damit im maßgeblichen Windlastfall diagonal schräg nach unten verlaufen. Im Idealfall steht dieser Kraftvektor ca. in der Ebene der Streben(2a) mit den Energiewandlereinheiten. Dies führt zu einer deutlich geringeren maximalen Last der Seile zwischen Energiewandelereinheit und den Auflagepunkten und damit auch zu einer geringeren Normalkraft in den Streben selbst. Dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber der Ausbildung der Anlage als Leeläufer.
  • Nachteil der Ausrichtung als Luvläufer ist die Gefahr das die Rotorblätter bei Verformung unter Windlast mit den Seilen(3e) kollidieren welche die Energiewandlereinheiten(4) miteinander verbinden bzw. mit den Seilen(3a) die von den Energiewandlereinheiten(4) zur luvseitigen Strebe laufen. Hier muss genügend Abstand eingehalten werden. Dies kann erreicht werden in dem die entsprechenden Seile mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Seile(3a' und 3e') entweder zum zentralen Punkt(1) oder zu den Enden der leeseitigen Streben(2c) oder zu dem Kreuzungspunkt(3bk) der auskreuzenden Seile(3b') gezogen werden. Diese zusätzliche Umlenkung der Seile(3a und 3e) ist statisch zwar nicht günstig, da die Kräfte in diesen Seile aufgrund der oben beschriebenen Konstellation als Luvläufer eher gering sind, ist dies jedoch nicht maßgeblich. Da die Umlenkung der Seile (3e und 3a) nur in geringe Maße erfolgen muss ist die maximale Kraft in diesen Seilen nur mäßig größer als in nicht umgelenkten Seilen sein.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Achse der Rotorblätter geneigt und im Grundriss leicht nach außen gedreht werden um eine Kollision der Rotorblätter(5) mit den Seile(3) zu vermeiden. Letzteres hat auch den Vorteil das die Anlage sich besser selbsttätig in den Wind ausrichtet.
  • Vorteilhaft erscheint eine Ausbildung, in der die Schwimmkörper der luvseitigen Strebe(2b) ein Großteil der Gewichtskraft der Energiewandlungseinheiten(4 + 5) aufnimmt. Diese Strebe(2b) wird aufgrund des ohnehin benötigten großen Volumens bzw. Querschnitts eine größere Biegesteifigkeit aufweisen. Die beiden leeseitigen Streben und deren Schwimmkörper dienen dann hauptsächlich der Balance, haben nur ein Mindestmaß an Eigengewicht und Volumen. Diese leeseitigen Streben können damit relativ schlank ausgebildet werden.
  • Die Schwimmkörper der leeseitigen Streben(2c) sind vorzugsweise mindestens zylindrisch bestenfalls nah an der Kugelform ausgeformt. Das Zentrum dieses Auftriebsköpers bzw. das Zentrum der Kugel liegt günstigerweise in oder mindestens nah am Schnittpunkt der Kraftlinien der Streben (2c) mit den angreifenden Seile(3b, 3c und 3d). Hierdurch können unnötige Biegemomente in der Strebe minimiert werden.
  • Unterhalb der Auftriebskörper(7c) können in einer weitestgehend von Wellengang unbewegten Wassertiefe Dämpfungsflächen(8) angeordnet werden, welche die Bewegung die durch den Wellengang auf die Schwimmkörper übertragen werden dämpfen. Der Verbindungsstab(9) zwischen Schwimmkörper (7c) und der Dämpfungsfläche(8) sollte dabei ebenfalls in seiner Achse auf den Schnittpunkt der Achsen der Seile(3b, 3c und 3d) mit der Strebe(2c) treffen. Die Dämpfungsfläche(8) sollte möglichst orthogonal zum Verbindungsstab(9) sein und in der Queransicht eine möglichst geringe Ansichtsfläche bilden. Hierdurch werden Biege- und Torsionsmomente im Verbindungsstab(9) und damit auch in der Strebe(2c) verringert.
  • Eine vertikale Ausrichtung des Verbindungsstabs(9) führt zu Torsions- und Biegemomenten in der Strebe(2c). Die Torsionsmomente können entweder über eine torsionssteife Verbindungen im zentralen Punkt(1) oder über das Aufdoppeln der Seile(3) aufgenommen werden. Letzteres erfolgt indem nicht ein Seil sondern jeweils mindestens 2 Seile mit einem Abstand zur zentralen Achse der jeweiligen Strebe(2) angeschlossen werden, wobei die Anschlusspunkte auf entgegengesetzten Seiten außerhalb der Ebene liegen die durch die Strebe und dem gedachten Einzelseil gebildet wird.
  • Die als Seile bezeichneten Elemente können entweder ein einziges Seil sein oder aus einer Mehrzahl von Seilen gebildet werden. Mehrere Seile können dabei direkt benachbart und parallel verlaufen oder über einen Abschnitt der Streben verteilt angeordnet werden um nicht nur das äußerste Ende der jeweiligen Strebe sondern einen gewissen Bereich der bis zu ca. 1/2 der Gesamtlänge der Strebe umfassen kann gegen seitliche Bewegungen zu halten. Anstelle von Seilen sind auch hochfeste Zugstäbe eine ökonomische Ausführungsvariante.
    • 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
    • 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante in der Seitenansicht
    • 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante in der Frontansicht
    • 4 zeigt eine erste Ausführungsvariante in der Aufsicht Die erste Ausführungsvariante auf den 1 bis 4 ist als Luvläufer ausgelegt. Der Kraftvektor(V) aus Eigengewicht der Energiewandlereinheit(4+5) und der Schubkraft aus dem Wind liegt im maßgeblichen Lastfall idealerweise in der Ebene der Streben(2a) (siehe 2). Dies gilt natürlich nur idealisiert, da der Vektor V in den unterschiedlichsten dynamischen Lasten aus Wind und Wellenbewegung unterschiedliche Richtungen einnehmen kann und die Seile(3) die Strebe(2a) seitlich halten müssen. Die Kraftlinien der Seile(3), der Streben(2) und des Verbindungdstab(9) treffen sich vorzugsweise in einem gemeinsamen Punkt(S) um Biegemomente in der Strebe(2) zu reduzieren. Bei einer vorzugsweisen Ausbildung der Schwimmkörper(7c) als Kugelform liegt vorzugsweise der Zentrumspunkt dieser Kugel ebenfalls in Punkt(S)
    • 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
    • 6 zeigt eine zweite Ausführungsvariante in der Aufsicht Die zweite Ausführungsvariante aus 5 und 6 entspricht weitestgehend der ersten Ausführungsvariante jedoch mit dem Unterschied das hier nicht zwei leeseite Streben(2c) angeordnet sind, sondern nur eine mittige leeseitige Strebe mit einem größeren Schwimmkörper(7c). Zur seitlichen Stabilisierung werden zusätzlich zwei weitere Streben(2d) mit relativ kleinen Schwimmkörper(7d) angeordnet.
    • 7 zeigt eine dritte Ausführungsvariante in der Isometrischen Darstellung
    • 8 zeigt eine dritte Ausführungsvariante in der Seitenansicht
    • 9 zeigt eine dritte Ausführungsvariante in der Frontansicht
  • Die dritte Ausführungsvariante auf den 7 bis 9 zeigt eine Anordnung bei der ein zusätzliches Gewicht(10) für die Stabilisierung der Struktur eingesetzt wird. Dieses Gewicht(10) ist über Abhängeseile(3f) mit den Enden der unteren Streben(2b und 2c) verbunden. Die Distanz der Punkte 7 zueinander muss dabei hinreichend groß und die Winkel zwischen den Abhängeseilen(3f) untereinander am Gewicht(10) hinreichend stumpf gewählt werden so das in allen Lastfällen und Schrägstellungen der Struktur die Abhängeseile(3f) immer eine Zugspannung aufweisen. Die vorgeschlagene Anordnung der Streben(2) mit einem zentralen Gelenkpunkt(1) ermöglicht auf ökonomische Weise einen großen Abstand der Schwimmkörper 7 und ist damit gut geeignet für die Verwendung eines zusätzlichen abgehängten Gewichtes(10).
  • Wenn die Schwimmkörper(7) kugelförmig ausgebildet werden, die Streben rotationssymmetrisch sind und sämtliche Achsen der Streben und Seile sich im Zentrumspunkt der Kugel(S) treffen so können die Biege-und Torsionsmomente in den Streben auf ein Minimum reduziert werden da lokale Druckunterschiede ausgelöst durch Wellenbewegungen prinzipiell orthogonal auf die Oberfläche der Bauelemente wirken. Kräfte aus Oberflächenreibung sind im Vergleich zu den orthogonal zur Oberfläche wirkenden Kräften äußerst gering. Lediglich die Wellenbewegungen die direkt auf die Streben wirken erzeugen Biegemomente in den Streben. In den 7-9 sind die Kreuzungspunkte aller Seilen an der Strebe als Systempunkte eingezeichnet.
  • Da in dieser dritten Ausführungsvariante vorzugsweise die Schwimmkörper(7) unterhalb der Wasseroberfläche in einer wenig vom Wellengang bewegten Bereich angeordnet sind, sind die Lasten aus dem Wellengang verhältnismäßig gering. Dem steht jedoch entgegen das sich die Position des Auftriebsschwerpunkt bei Schrägstellung der Struktur kaum ändert. Die Stabilität muss also in dieser Variante maßgeblich aus dem relativ großen Gewicht(10) erzeugt werden welches ermöglicht das der Gesamtschwerpunkt(S) der Struktur unterhalb des Auftriebsschwerpunkt(A) liegt. Es empfiehlt sich in den Schwimmkörper(7) Volumina anzuordnen die aktiv geflutet bzw. entleert werden können um somit die Neigung der Struktur aktiv z.B. bei veränderten Windlasten steuern zu können. Auch hier ist der große Abstand der Schwimmkörper(7) zueinander von Vorteil.
  • Vorteilhaft erscheint die Ausbildung von Dämpfungsflächen(8*) die an den Seilen(3f), welche zum Gewicht(10) laufen, angebracht sind. Diese Dämpfungsflächen(8*) stehen dabei vorzugsweise orthogonal zu dem jeweiligen Seil und sind vorzugsweise rotationssymmetrisch. Damit erzeugen sie nur Kräfte in Seilrichtung welche gut in den Schnittpunkten(S) der Seile(3a,3b,3c,3d) mit den Streben(2b,2c) bzw. in den Zentrumspunkten der kugelförmigen Schwimmkörper(7) eingeleitet werden können ohne Biegemomente in den Streben(2) zu verursachen.
  • Diese Ausführungsvariante lässt sich gut schleppen wenn die das Gewicht(10) und die Dämpfungsflächen(8*) mit dem Seil(3f) separat transportiert werden und erst vor Ort eingehängt bzw. abgesenkt werden.
  • 10 zeigt eine vierte Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
  • 11 zeigt eine vierte Ausführungsvariante in der Seitenansicht
  • Die vierte Ausführungsvariante aus 10 und 11 entspricht weitestgehend der ersten Ausführungsvariante jedoch werden hier die Kräfte die aus dynamischen Wellenbewegungen auf den Verbindungsstab(9) und die Dämpfungsfläche(8) wirken durch Aufsplittung der Seile (3b,3c,3d) aufgenommen. Der Anschluss der leeseitigen Streben(2c) kann biegeweich erfolgen wodurch größere Biegemomente in den leeseitigen Streben(2c) vermieden werden.
  • 12 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
  • 13 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante in der Seitenansicht
  • 14 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante in der Rückansicht von Lee
  • In der fünften Ausführungsvariante aus 12 bis 14 sind die leeseitigen Schwimmkörper(7c) als vertikale zylinderförmige Elemente ausgeführt. Diese sind an die leeseitigen Streben(2c) gelenkig oder zumindest biegeweich angeschlossen. Gegen Verdrehen durch Kräfte aus Wellen werden diese Schwimmkörper(7c) durch ein Aufsplitten der Seile 3c und 3d gehalten, welche an den oberen und unteren Enden der Schwimmkörper anschließen. Die die beiden Schwimmkörper verbindenden Seile(3d) können dabei parallel zueinander laufen und müssen mit diagonal verlaufenden Seilen(3d') ergänzt werden welche sich in einem Schnittpunkt (3d's) treffen und dort miteinander verbunden sind. Diese fünfte Ausführungsvariante minimiert die Torsions- und Biegemomente in den leeseitigen Streben(2c).
  • 15 zeigt eine sechste Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
  • 16 zeigt eine sechste Ausführungsvariante in der Seitenansicht
  • 17 zeigt eine sechste Ausführungsvariante in der Frontansicht
  • In der sechsten Ausführungsvariante aus 15 bis 17 sind die leeseitigen Schwimmkörper(7c) in einem Gelenkpunkt(11) in mindestens zwei Achsen gelenkig an die Streben(2c) angeschlossen. Drehachsen können z.B. die Mittelachse der Strebe(2c) und eine Achse orthogonal zur Mittelachse der Strebe(2c) sein. Eine Drehachse um die Mittelachse des Schwimmkörpers(7c) erscheint nicht notwendig, wenn der Schwimmkörper rotationssymmetrisch ausgebildet ist und damit kaum Torsionskräfte erzeugt. Die vertikale Ausrichtung der Schwimmkörper (7c) ergibt sich aus dem Umstand das im Schwimmkörper (7c) der Auftriebsschwerpunkt deutlich über dem Massenschwerpunkt liegt. Die Dämpfungsfläche(8) weist hierzu ein entsprechendes Ballastgewicht auf. Der drehbare Anschlusspunkt der Schwimmkörper(7c) an der Strebe(2c) sollte idealerweise direkt im Schnittpunkt der Seile(3) mit der Achse der Strebe(2c) oder zumindest nah an diesem liegen um Biegemomente in den Streben(2c) zu vermeiden.
  • 18 zeigt eine siebte Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
  • 19 zeigt eine siebte Ausführungsvariante in der Seitenansicht
  • 20 zeigt eine siebte Ausführungsvariante in der Schrägansicht
  • In der siebten Ausführungsvariante aus 18 bis 20 sind wie in der sechsten Ausführungsvariante die Schwimmkörper (7c) der leeseitigen Streben(2c) an diese in einem Gelenkpunkt(11) mindestens in zwei Achsen gelenkig angeschlossen. Auch sie weisen ein internes Ballastgewicht am unteren Ende auf so das der Masseschwerpunkt deutlich unter dem Auftriebsschwerpunkt und auch unter dem gelenkigen Anschlusspunkt(11) an der Strebe(2c) liegt. Während in der sechsten Ausführungsvariante die Gefahr besteht das die Schwimmkörper(7c) bei extremen Wellenbewegungen an den Streben(2c) oder den Seilen(3b) anschlagen könnten, wird bei der siebten Ausführungsvariante vorgeschlagen durchhängende Seile(3g) vom untersten Ende der Schwimmkörper zum luvseitigen Schwimmkörper(7b) laufen zu lassen und diese mit einem gewissen Gewicht(10a) zu versehen. Dieses Gewicht kann ein einzelnes Gewicht sein oder wie dargestellt aus mehreren kleineren verteilten Gewichten bestehen. Auch die Verwendung einer Kette mit hohem Eigengewicht ist denkbar. Wenn die Länge des Seiles(3g) richtig gewählt ist, so kann dieses ein Anschlagen des Schwimmkörpers(7c) an der Strebe(2c) bzw. am Seil(3b) vermeiden. Dabei wirkt das Seil dämpfend da es sich kurz vorm Anschlagen schnell durchs Wasser bewegen muss was einen zunehmenden Strömungswiderstand erzeugt. Durch eine geschickte Wahl der Masse und der Form der Gewichte(10a) kann das Dämpfungsverhalten des Systems gut eingestellt werden.
  • In 20 sind die Bewegungen eines Schwimmkörpers(7c) und eines Seiles(3g) mit den Gewichten(10a) gestrichelt dargestellt. Kurz vor dem Anschlag des Schwimmkörpers wird der Durchhang des Seiles(3g) sehr gering was zu einer großen Seilkraft führt.
  • 21 zeigt eine achte Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
  • 22 zeigt eine achte Ausführungsvariante in der Aufsicht
  • 23 zeigt eine achte Ausführungsvariante in der Seitenansicht
  • 24 zeigt eine achte Ausführungsvariante in der Frontansicht
  • In der achten Ausführungsvariante aus 21 bis 24 ist eine zusätzliche Strebe(2e) ausgehend vom zentralem Punkt(1) gelenkig oder zumindest biegeweich angeschlossen. Dies ermöglicht eine steilere Ausrichtung der leeseitigen Streben (2c) und damit eine Anordnung der Dämpfungsfläche(8c) in der Achse der Strebe(2c). Die Anordnung verbessert auch die räumliche Geometrie mit dem Ziel der Reduktion der Seilkräfte. Die Knicklänge der zusätzlichen Strebe(2e) ist dabei relativ klein und damit deren baulicher Aufwand.
  • In dieser achten Ausführungsvariante wurden die Dämpfungsflächen(8) orthogonal zu der Achse der jeweiligen Strebe(2) angeordnet. Dadurch können sämtliche Bauteile die am zentralen Punkt(1) anschließen und mit Wasserwellen in Kontakt kommen rotationssymmetrisch ausgebildet werden. Hierdurch entstehen nur sehr geringe Torsionsmomente in den Streben. Die Dämpfungsflächen(8), welche sich in einer vom Wellengang weitestgehenden unbewegten Wassertiefe befinden, stabilisieren die Streben in axialer Richtung.
  • Es erscheint vorteilhaft die stabilisierenden Seile(3) aufzusplitten und sowohl z.B. auf den Zentrumspunkt der Schwimmkörper(7c) als auch an das Ende der Streben bzw. auf die Dämpfungsflächen(8) laufen zu lassen. Damit werden die zu erwartenden Biegemomente in der Strebe(2c) deutlich verkleinert.
  • Werden nun entlang der im tieferen Wasser liegenden Seile(3c* und 3d*) orthogonal zur Seilachse verlaufende, vorzugsweise runde Dämpfungsflächen(8*) angeordnet so können diese das Ende der Streben(2c und 2b) gut gegen seitlichen Versatz stabilisieren. Als Dämpfungsflächen(8*) können dabei entweder eine relative große Fläche gewählt werden oder vorzugsweise mehrere etwas kleinere Flächen(8*). Es empfiehlt sich die seitliche Querschnittsfläche der Dämpfungsflächen(8*) gering zu halten um Kräfte die nicht in der Achse der Seile(3b* und 3c*) liegen gering zu halten. Zudem sollten die Seile in mehrere Seile (3d* und 3c*) wie dargestellt aufgesplittet werden um seitliche Kräfte auf die Dämpfungsflächen (8*) aufnehmen zu können. Sämtliche angreifende Seile sollten sich dabei vorzugsweise an einem Punkt treffen, der auch in der Achse der jeweiligen Strebe liegt. Damit lassen sich Biege- und Torsionsmomente auf die Streben(2b und 2c) aus den Dämpfungskräften weitestgehend vermeiden.
  • 25 zeigt eine neunte Ausführungsvariante in der Isometrische Darstellung
  • 26 zeigt eine neunte Ausführungsvariante in der Aufsicht
  • 27 zeigt eine neunte Ausführungsvariante in der Seitenansicht
  • 28 zeigt eine neunte Ausführungsvariante in der Frontansicht
  • Die neunte Ausführungsvariante aus 25 bis 28 vereint vorteilhafte Merkmale aus der dritten und der achten Ausführungsvariante. Dabei sind jedoch sämtliche Schwimmkörper(7) aufgeteilt in Schwimmkörper(7o) an der Wasseroberfläche und Schwimmkörper(7u) in größerer Wassertiefe mit geringen Wasserbewegungen. Bei einer Schrägstellung der Gesamtanlage z.B. infolge von Windlasten erwirken die Schwimmkörper(7o) an der Wasseroberfläche ein Widerstandsmoment indem sich der Gesamtauftriebsschwerpunkt verschiebt. Die Schwimmkörper(7o) an der Wasseroberfläche sind nur so groß dimensioniert wie für die Stabilität notwendig, der Großteil der Gewichtskraft der Struktur und des Ballastgewichts(10) wird von den tiefer liegenden Schwimmkörpern(7u) aufgenommen, welche in weniger vom Wellengang bewegten Wasserschichten liegen.
  • Die Seile zum Gewicht(10) sind in Seile (3f*) aufgesplittet um die Dämpfungsflächen(8*) zu halten bzw. deren seitliche Kräfte besser aufnehmen zu können.
  • In dieser Ausführungsvariante laufen alle Kräfte aus den Schwimmkörpern(7) und den Dämpfungsflächen(8*) auf Systempunkte(S) welche die Kreuzungspunkte der Streben(2) mit den Seilen(3) sind. Biegemomente in den Streben entstehen damit fast ausschließlich aus den Wellenlasten auf die Streben(2) selbst.
  • Die Verlängerung(7b*) der Strebe(7b) zum Mooringpunkt(6) folgt idealerweise der Richtung des Verankerungsseiles um Biegemomente auf die Strebe(7b) gering zu halten.

Claims (3)

  1. Schwimmende Windkraftanlage mit zwei gegenläufig drehenden Energiewandlungseinheiten (4,5) mit horizontaler Drehachse, dadurch gekennzeichnet, dass deren Tragwerk aus mindestens fünf Streben (2a, 2b, 2c) besteht, welche untereinander an einem zentralen Punkt (1) gelenkig oder zumindest biegeweich miteinander verbunden sind und dass an den äußeren Enden aller Streben mindestens 3 vorgespannte Seile (3a, 3a`, 3b, 3b', 3c, 3d, 3e, 3e') angeschlossen sind, deren mit der Strebe gebildeten Ebenen in einem Winkel deutlich kleiner als 180° zueinander stehen.
  2. Schwimmende Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schwimmkörper annähernd kugelförmig ausgeformt sind und dass deren Zentrumspunkt zumindest annähernd im Kreuzungspunkt (S) der aussteifenden Seile (3) mit der Strebenachse (2) liegt und das ausgehend vom den gleichen Kreuzungspunkten (S) Seile zu einem oder mehreren Gewichten (10) laufen, welche in großer Tiefe die Anlage sowohl durch deren Eigenwicht als auch durch deren Form stabilisieren.
  3. Schwimmende Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Dämpfungsflächen (8*) auf den zum Gewicht (10) laufenden Seilen (3f) angeordnet sind, welche orthogonal zum Seil ausgerichtet, vorzugsweise rotationssymmetrisch sind und die Bewegungen der Anlage dämpfen ohne dabei wesentliche Biegemomente in den Streben zu erzeugen. 4. Schwimmende Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leeseitigen Schwimmkörper (7c) gelenkig an das Ende der leeseitigen Streben (2c) angeschlossen sind und die Schwimmkörper durch Ballastgewichte in den tiefer liegenden Dämpfungsflächen (8) stabilisiert werden. 5. Schwimmende Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leeseitigen Schwimmkörper (7c) gelenkig an das Ende der leeseitigen Streben (2c) angeschlossen sind und die unteren Enden der Schwimmkörper durch durchhängende Seile (3g), welche ein oder mehrere
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FR2996881A1 (fr) 2012-10-15 2014-04-18 Olivier Christian Leopold Laffitte Aerogenerateur birotor "en v" sur structure flottante de type spar
DE102016110290A1 (de) 2016-06-03 2017-12-07 Aerodyn Engineering Gmbh Schwimmende Windenergieanlage mit einer Mehrzahl von Energiewandlungseinheiten
DE102019118564A1 (de) 2019-07-09 2021-01-14 Aerodyn Consulting Singapore Pte Ltd Windenergieanlage mit einem eine Mehrzahl von Auftriebskörpern aufweisenden schwimmenden Fundament

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