DE10223314A1 - Wind power system has tower fixed to flotation body anchored to water bed, especially in the open sea, so that at least part of its volume is held under water against force of buoyancy - Google Patents

Wind power system has tower fixed to flotation body anchored to water bed, especially in the open sea, so that at least part of its volume is held under water against force of buoyancy

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Abstract

The wind power system has a tower (1) fixed in water and carrying a wind wheel (2), whereby the tower is fixed to a flotation body (V) anchored to the water bed so that at least part of its volume is held under the water against the force of the buoyancy. The anchoring arrangement is formed by ballast bodies (8) and chains (Z) and/or cables. AN Independent claim is also included for the following: (a) a method of fixing a wind power system in water, especially in the open sea.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem in einem Gewässer fixierten Turm, der ein Windrad trägt. The invention relates to a wind turbine with a in a body of water pinned tower that carries a wind turbine.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Festlegung einer einen Turm und ein daran befestigtes Windrad aufweisenden Windkraftanlage in einem Gewässer, insbesondere in einem Meer. The invention further relates to a method for defining a tower and an attached wind turbine wind turbine in one Waters, especially in a sea.

Es ist bekannt, Windkraftanlagen, die der Gewinnung von elektrischer Energie aus Windenergie dienen, auf dem offenen Meer zu positionieren. Dabei entsteht der Vorteil, dass die Windkraftanlagen mit ihren großen Windrädern die Landschaft an Land nicht beeinträchtigen und keine Lärmbelästigung in der Nähe von Wohngebieten verursachen. Vorteilhaft ist ferner, dass erfahrungsgemäß im Bereich von offenen Meeren stärkere Winde vorherrschen, sodass eine erhöhte Energieausbeute zu erwarten ist. It is known wind turbines that are used to generate electrical energy from wind energy serve to position on the open sea. This creates the advantage that the wind turbines with their large wind turbines Do not interfere with the landscape on land and no noise pollution near Cause residential areas. It is also advantageous that experience has shown that Strong winds prevail in the area of open seas, causing an increased Energy yield is expected.

Bekannte Off Shore-Windkraftanlagen sind auf Plattformen montiert, die von riesigen Ständern getragen werden, die in einem in den Meeresgrund eingebrachten Fundament eingesetzt sind. Es ist daher ein erheblicher Aufwand erforderlich, um die Plattform so stabil zu gründen, dass sie den teilweise erheblichen Windstärken auf offener See, die auf die großen und damit hoch angebrachten Windräder einwirken, standhalten kann. Hierdurch wird ein erheblicher Aufwand für eine derartige Off Shore-Windkraftanlage benötigt, der die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Anlage in Frage stellt. Known off shore wind turbines are mounted on platforms designed by huge stands are carried, which are placed in a seabed Foundation are used. It therefore requires considerable effort to to establish the platform so stably that it can handle the sometimes considerable Wind strengths on the open sea, on the large and therefore high-mounted wind turbines can act, withstand. This will result in a considerable effort for one Such off shore wind turbine is needed, the economy of a such system in question.

Der Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, die Festlegung einer Windkraftanlage in einem Gewässer, insbesondere im offenen Meer, zu vereinfachen, ohne die Zuverlässigkeit der Festlegung der Windkraftanlage zu beeinträchtigen. The invention is therefore based on the problem, the definition of a Wind turbine in a body of water, especially in the open sea simplify without the reliability of defining the wind turbine affect.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist bei einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage der eingangs erwähnten Art der Turm an einem Auftriebskörper befestigt, der am Gewässergrund mittels einer Verankerung derart festgelegt ist, dass wenigstens ein Anteil seines Volumens gegen die Auftriebskraft unter Wasser gehalten wird. Based on this problem, an inventive one Wind turbine of the type mentioned at the beginning of the tower on a buoyancy body attached, which is fixed at the bottom of the water by means of anchoring such that at least a portion of its volume against the buoyancy under water is held.

Ausgehend von der genannten Problemstellung wird ferner bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß der Turm an einem Auftriebskörper befestigt, der mittels einer Verankerung am Gewässergrund mit einem solchen Anteil unter Wasser gehalten wird, dass eine resultierende Auftriebskraft entsteht. Based on the problem mentioned, a method is also used of the type mentioned in the introduction, the tower on a buoyancy body attached, by means of an anchoring at the bottom of the water with such Proportion held under water is a resulting buoyancy arises.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Festlegung der Windkraftanlage mit einem neuen Befestigungsprinzip erreicht, indem der Turm an einem Auftriebskörper befestigt ist, der ganz oder teilweise mittels der Verankerung am Gewässergrund unter Wasser gehalten wird. Die Stabilisierung der Lage des Auftriebskörpers und des mit ihm verbundenen Turms mit dem Windrad erfolgt dadurch, dass der unter Wasser gehaltene Auftriebskörper aufgrund der Auftriebskraft an die Wasseroberfläche aufschwimmen will, hieran jedoch durch die Verankerung gehindert wird. Somit wirkt die Verankerung unter Zugbelastung gegen die Auftriebskraft. Die Auftriebskraft kann dabei durch die Wahl der Größe des Auftriebskörpers und des Anteils des Auftriebskörpers, der unter Wasser gehalten wird (beispielsweise vollständig), so groß eingestellt werden, dass die resultierende Auftriebskraft die durch vorhersehbare Windbelastungen auf den Auftriebskörper einwirkenden Drehmomente übertrifft. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Auftriebskörper praktisch keinen Drehbewegungen unterliegt, die an einer oder mehreren Stellen die Zugkräfte der Verankerung vorübergehend entlasten würden, sodass bei einer Beendigung der Einwirkung der Windbelastung die Verankerung möglicherweise schlagartig wieder auf Zug mit erheblichen Kräften belastet werden würde. According to the present invention, the determination of the wind turbine is carried out with achieved a new fastening principle by attaching the tower to one Float is attached, the whole or in part by means of the anchor on Water bottom is kept under water. Stabilizing the situation of the The buoyancy body and the tower connected to it with the wind turbine take place, that the buoyancy body held under water due to the buoyancy force wants to float on the water surface, but by anchoring is prevented. Thus the anchorage acts against the tensile load Buoyancy. The buoyancy can be selected by the size of the Buoyancy body and the proportion of the buoyancy body that is kept under water will (for example, completely) be set so large that the resulting buoyancy force due to predictable wind loads on the Torques acting on the buoyancy surpasses. This can ensure that the buoyancy body is practically not subject to any rotational movements, the temporary tensile forces of the anchorage in one or more places would be relieved, so that when the action of the Wind load the anchorage suddenly on train again significant forces would be burdened.

Die Verankerung wird bei der erfindungsgemäßen Windkraftanlage vorzugsweise durch Ballastkörper mit Ketten und/oder Seilen gebildet. The anchoring is preferred in the wind power plant according to the invention formed by ballast bodies with chains and / or ropes.

Um den auf den Auftriebskörper einwirkenden Drehmomenten durch den Turm und das Windrad einen hohen Kippwiderstand entgegenzusetzen, ist es zweckmäßig, wenn die Grundrissdimensionen, also die kleinste Länge des Grundrisses, wesentlich größer als seine Höhe sind. About the torque acting on the buoyancy through the tower and the wind turbine has a high tilt resistance, it is useful if the floor plan dimensions, i.e. the smallest length of the floor plan, are much larger than its height.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Auftriebskörper einen eckigen, vorzugsweise dreieckigen Grundriss auf und ist an seinen Enden mit den Ketten und/oder Seilen verbunden. In a particularly preferred embodiment of the invention, the Buoyancy body on a square, preferably triangular plan and is on its ends connected with the chains and / or ropes.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen: The invention will be described below with reference to one in the drawing Embodiment will be explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage Fig. 1 is a side view of a wind turbine according to the invention

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie S-S in Fig. 1. FIG. 2 shows a section along the line SS in FIG. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage weist einen Turm 1, ein von dem Turm 1 gehaltenes Windrad 2 und einen elektrischen Generator 3 auf, der durch die Drehung des Windrades 2 betrieben wird und zur Erzeugung von Strom dient. Der erzeugte Strom wird über eine Elektroleitung 4 im Turm 1 nach unten und durch eine Einstiegsluke 5 aus dem Turm herausgeführt. Das Elektrokabel 4 wird auf dem Meeresgrund 6 zum Festland zur Stromentnahme verlegt. The embodiment of a wind power plant according to the invention shown in FIG. 1 has a tower 1 , a wind turbine 2 held by the tower 1 and an electrical generator 3 which is operated by the rotation of the wind turbine 2 and is used to generate electricity. The electricity generated is led downwards via an electrical line 4 in the tower 1 and out of the tower through an access hatch 5 . The electric cable 4 is laid on the ocean floor 6 to the mainland for electricity consumption.

Der Turm 1 ist auf einem Auftriebskörper V befestigt, der einen dreieckförmigen Grundriss mit drei Ecken 7 aufweist. An den drei Ecken 7 sind jeweils zwei Ankerketten Z befestigt, die die Verbindung mit Ballastkörpern 8 herstellen, die aufgrund ihres hohen Gewichts auf dem Meeresgrund 6 lagern. Die Ballastkörper 8 befinden sich symmetrisch beiderseits der Ecken 7 auf der Höhe der Ecken 7, sodass die Ketten Z in Draufsicht auf einer Senkrechten zum Radius R verlaufen, der vom Mittelpunkt des Auftriebskörpers V zur Ecke 7 läuft. The tower 1 is attached to a buoyancy body V, which has a triangular plan with three corners 7 . At each of the three corners 7 , two anchor chains Z are fastened, which establish the connection with ballast bodies 8 which, due to their high weight, rest on the seabed 6 . The ballast bodies 8 are located symmetrically on both sides of the corners 7 at the height of the corners 7 , so that the chains Z run in plan view on a perpendicular to the radius R that runs from the center of the buoyancy body V to the corner 7 .

Die Länge der Ankerketten Z ist so bemessen, dass der Auftriebskörper V vollständig unter dem Wasserspiegel liegt, und zwar für jeden vorhersehbaren Wasserspiegel. The length of the anchor chains Z is dimensioned so that the buoyancy body V is completely below water level, for everyone predictable Water level.

Fig. 1 verdeutlicht mit einer Linie 9 den normalen Wasserspiegel (Normalnull) sowie mit zwei Linien 10 einen Hochwasserstand HW und einen Niedrigwasserstand NW des Tidehubs. Zwei weitere Linien 11 kennzeichnen den Pegel von Jahrhundertwellen, also extremen Wellen, wobei die obere Linie 11 die Höhe eines extremen Wellenbergs bei Hochwasser HW und die untere Linie 11 den Pegel eines extremen Wellentals bei Niedrigwasser NW kennzeichnet. Fig. 1 illustrates with a line 9 the normal water level (normal zero) and with two lines 10 a high water level HW and a low water level NW of the tidal range. Two more lines 11 indicate the level of the century waves, extreme waves, the upper line 11 the level 11 indicates the height of an extreme wave crest at high water HW and the lower line of an extreme wave trough at low water NW.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Auftriebskörper V durch die Ankerketten Z so weit unter Wasser gehalten, dass er mit seinem vollen Volumen noch unterhalb des Pegels der unteren Linie 11 liegt. Damit ist sichergestellt, dass die Auftriebskräfte, die den Auftriebskörper V nach oben drücken wollen, immer gleich groß sind. In the exemplary embodiment shown, the buoyancy body V is kept so far under water by the anchor chains Z that its full volume is still below the level of the lower line 11 . This ensures that the buoyancy forces that want to push the buoyancy body V upwards are always the same.

Die nach oben wirkenden Auftriebskräfte des Auftriebskörpers V werden durch die aus Ballastkörper 8 und Ankerketten Z gebildete Verankerung überkompensiert, sodass der Auftriebskörper V stabil unter Wasser gehalten wird. Die Auftriebskräfte sind aber so groß, dass das durch am Windrad 2 über den Turm 1 angreifende Windkräfte F am Auftriebskörper V erzeugte Drehmoment M kleiner ist als die nach oben wirkenden Auftriebskräfte, sodass das Drehmoment M nicht zu einer Kippbewegung des Auftriebskörpers V, und damit des Turms 1 und des Windrades 2, führt. The upward-acting buoyancy forces of the buoyancy body V are more than compensated for by the anchoring formed by ballast body 8 and anchor chains Z, so that the buoyancy body V is kept stable under water. However, the buoyancy forces are so great that the torque M generated on the buoyancy body V by wind forces F acting on the wind turbine 2 via the tower 1 is smaller than the upward buoyancy forces, so that the torque M does not cause the buoyancy body V to tilt, and thus does not Tower 1 and the wind turbine 2 , leads.

Selbstverständlich ist es möglich, Modifikationen der dargestellten erfindungsgemäßen Befestigungsart durchzuführen, beispielsweise den Auftriebskörper V teilweise aus dem Wasser, insbesondere für extreme Verhältnisse, herausragen zu lassen oder bei extremen Drehmomenten M begrenzte Kippbewegungen des Auftriebskörpers V zuzulassen. Of course, it is possible to make modifications to those shown to carry out the type of fastening according to the invention, for example the buoyancy body V partially protrude from the water, especially for extreme conditions to let or at extreme torques M limited tilting movements of the Allow buoyancy body V.

Alternativ zu den Ballastkörpern 8 können die Ankerketten Z auch im Meeresboden fest verankert werden, beispielsweise durch Zugpfähle o. ä. As an alternative to the ballast bodies 8 , the anchor chains Z can also be firmly anchored in the seabed, for example by means of tension piles or the like.

Die erfindungsgemäße Festlegung der Windkraftanlage kann so ausgelegt werden, dass die erforderliche Standsicherheit und Gebrauchsfähigkeit für alle Einwirkungen auf die Anlage, wie Wind, Eis und Strömungsdruck und Tidehub, gewährleistet ist. The definition of the wind turbine according to the invention can be designed in this way that the necessary stability and usability for everyone Effects on the system, such as wind, ice and flow pressure and tide stroke, is guaranteed.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Windkraftanlage besteht darin, dass höhere Wassertiefen keine wesentliche Verteuerung der Verankerung mit sich bringen, da lediglich längere Ankerketten Z benötigt werden. Diese Tatsache ist für die Wirtschaftlichkeit der Anlage von großer Bedeutung, da der Anlagenstandort wesentlich freier gewählt werden kann. Der Standort kann auch noch während der Betriebsdauer gewechselt werden. A major advantage of the wind power plant according to the invention is that that higher water depths have no significant cost of anchoring bring, since only longer anchor chains Z are required. this fact is of great importance for the economic efficiency of the plant, because the Plant location can be chosen much more freely. The location can also be changed during the operating period.

Die Einzelteile der erfindungsgemäßen Windkraftanlage, wie Türme 1, Ballastkörper 8 und Ankerketten Z sowie Bauteile der Logistik können an Land vorgefertigt, im Küstenbereich zusammengebaut, in Partien zum endgültigen Standpunkt geschleppt und dort schließlich verankert werden. Dann wird die elektrische Installation im Turm 1 und unter dem Turm selbst sowie die Hauptverbindung zum Festland mit dem elektrischen Kabel 4 hergestellt. The individual parts of the wind power plant according to the invention, such as towers 1 , ballast 8 and anchor chains Z and components of logistics can be prefabricated on land, assembled in the coastal area, dragged in parts to the final position and finally anchored there. Then the electrical installation in tower 1 and under the tower itself as well as the main connection to the mainland is made with the electrical cable 4 .

Die erfindungsgemäße Anlage kann restlos einfach und umweltverträglich beseitigt werden, wobei die aus beispielsweise Beton bestehenden Ballastkörper 8 gegebenenfalls ungefährlich auf dem Meeresgrund 6 verbleiben können. The plant according to the invention can be completely and easily removed in an environmentally friendly manner, the ballast bodies 8 , which are made of concrete, for example, being able to remain safely on the seabed 6 .

Claims (9)

1. Windkraftanlage mit einem in einem Gewässer fixierten Turm (1), der ein Windrad (2) trägt, wobei der Turm (1) an einem Auftriebskörper (V) befestigt ist, der am Gewässergrund (6) mittels einer Verankerung (8, Z) derart festgelegt ist, dass wenigstens ein Anteil seines Volumens gegen die Auftriebskraft unter Wasser gehalten wird. 1. Wind power plant with a tower ( 1 ) fixed in a body of water, which carries a wind wheel ( 2 ), the tower ( 1 ) being attached to a buoyancy body (V) which is attached to the bottom of the body of water ( 6 ) by means of an anchoring ( 8 , Z ) is set such that at least a portion of its volume is kept under water against the buoyancy. 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, bei der die Verankerung durch Ballastkörper (8) und Ketten (Z) und/oder Seile gebildet ist. 2. Wind power plant according to claim 1, in which the anchoring is formed by ballast bodies ( 8 ) and chains (Z) and / or ropes. 3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Auftriebskörper (V) vollständig unter Wasser gehalten wird. 3. Wind power plant according to claim 1 or 2, wherein the buoyancy body (V) is kept completely under water. 4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Grundrissdimensionen des Auftriebskörpers (V) wesentlich größer als seine Höhe sind. 4. Wind turbine according to one of claims 1 to 3, wherein the Floor plan dimensions of the buoyancy body (V) much larger than its height are. 5. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Auftriebskörper (V) einen eckigen Grundriss aufweist und an seinen Ecken (7) mit den Ketten (Z) und/oder Seilen verbunden ist. 5. Wind power plant according to one of claims 1 to 4, wherein the buoyancy body (V) has an angular plan and is connected at its corners ( 7 ) with the chains (Z) and / or ropes. 6. Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Ketten (Z) und/oder Seile auf der radialen Höhe der Ecke (7) verlaufend befestigt sind. 6. Wind power plant according to claim 5, wherein the chains (Z) and / or ropes are attached to the radial height of the corner ( 7 ). 7. Verfahren zur Festlegung einer einen Turm (1) und ein daran befestigtes Windrad (2) aufweisenden Windkraftanlage in einem Gewässer, insbesondere in einem Meer, bei dem der Turm (1) an einem Auftriebskörper (V) befestigt wird, der mittels einer Verankerung (8, Z) am Gewässergrund (6) mit einem solchen Anteil unter Wasser gehalten wird, dass eine resultierende Auftriebskraft entsteht. 7. A method for fixing a wind power plant having a tower ( 1 ) and a wind turbine ( 2 ) attached thereto in a body of water, in particular in a sea, in which the tower ( 1 ) is attached to a buoyancy body (V) which is secured by means of an anchor ( 8 , Z) is held at the bottom of the body of water ( 6 ) with such a proportion that a resulting buoyancy is created. 8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die resultierende Auftriebskraft so groß eingestellt wird, dass sie durch vorhersehbare Windbelastungen auf den Auftriebskörper (V) einwirkende Drehmomente (M) übertrifft. 8. The method of claim 7, wherein the resulting buoyancy is so is set to be large due to predictable wind loads torque (M) acting on the buoyancy body (V). 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der Auftriebskörper (V) vollständig unter Wasser gehalten wird. 9. The method according to claim 7 or 8, wherein the buoyancy body (V) is kept completely under water.
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