DE10337997B4

DE10337997B4 - Befestigungsvorrichtung für eine Off-shore-Windenergieanlage

Info

Publication number: DE10337997B4
Application number: DE10337997A
Authority: DE
Inventors: Zeljko Gajic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: DE10337997A1

Abstract

Befestigungsvorrichtung (1) für eine Off-shore-Windenergieanlage (2) mit einem Fundament (3), das Mittel (4) zum Halten der Windenergieanlage (2) aufweist, wobei das Fundament (3) im Wasser schwimmt und mittels Ankermitteln (5, 6) im und/oder am Meeresgrund befestigt ist und wobei das Fundament (3) ein länglicher Schwimmkörper ist, der vertikal ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fundament (3) einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Abschnitt aufweist, entlang dem ein spiralförmiger Flügel (8) zum vertikalen Stabilisieren der Befestigungsvorrichtung (1) entlang läuft

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für eine Off-shore-Windenergieanlage mit einem Fundament, das Mittel zum Halten der Windenergieanlage aufweist, wobei das von Fundament im Wasser schwimmt und mittels Ankermitteln im und/oder am Meeresgrund befestigt ist.
Es ist bekannt, Windenergieanlagen mittels eines Fundamentes an Land in windreichen Gegenden zu befestigen. Derartige Windenergieanlagen haben jedoch den Nachteil, dass sie Platz an Land verbrauchen und in besiedelten Gebieten die Bevölkerung akustisch und ggf. auch optisch stören.
Aus diesem Grund wurde vorgeschlagen, Windenergieanlagen auf See, d.h. off-shore, zu befestigen. In küstennahen Gewässern wurde beispielsweise vorgeschlagen die Windenergieanlagen auf sog. Monopiles zu montieren. Diese Monopiles werden im Meeresgrund verankert und ragen aus dem Wasser heraus. Die Länge solcher Monopiles ist ca. 40 Meter. Mit ihnen können Windenergieanlagen bei Wassertiefen von bis zu 18 Meter befestigt werden. Nachteilhaft an einer solchen Befestigungsvorrichtung für eine Windenergieanlage ist jedoch, dass sie für größere Wassertiefen nicht geeignet ist. Außerdem ist diese Befestigungstechnik sehr aufwändig und teuer.

Ferner wurden schwimmende Befestigungsvorrichtungen für Off-shore-Windenergieanlagen vorgeschlagen. Die DE 198 46 796 A1 beschreibt eine Befestigungsvorrichtung mit einer Tragekonstruktion für mehrere Windenergieanlagen, die an zwei Katamaran-ähnlichen, horizontal im Wasser ausgerichteten Schwimmkörpern befestigt ist. Die Schwimmkörper sind mittels eines Ankers am Meeresgrund befestigt.

Des Weiteren beschreibt die DE 197 27 330 A1 eine Befestigungsvorrichtung für Off-shore-Windenergieanlagen. Hier sind die Windenergieanlagen auf einer Plattform befestigt, die an zwei Katamaran-ähnlichen, horizontal im Wasser ausgerichteten Auftriebskörpern befestigt ist.

Bei herkömmlichen Befestigungsvorrichtungen für Off-shore-Windenergieanlagen besteht das Problem, dass die Vorrichtung ein möglichst stabiles Fundament für die Windenergieanlage im Wasser bilden soll.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung für eine Off-shore-Windenergieanlage der Eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der eine Windenergieanlage kostengünstig und stabil im Wasser befestigt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Befestigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fundament ein länglicher Schwimmkörper ist, der vertikal ausgerichtet ist. Es hat sich herausgestellt, dass die vertikale Ausrichtung des Schwimmkörpers im Vergleich zu Katamaranähnlichen, horizontal ausgerichteten Schwimmkörpern den Vorteil bietet, dass sie eine höhere Stabilität bereitstellt und sicherer gegen Kentern ist. Außerdem ist eine solche Befestigungsvorrichtung kostengünstiger herstellbar, da nur ein Schwimmkörper benötigt wird, wohingegen bei Katamaran-ähnlichen Befestigungsvorrichtungen zumindest zwei Schwimmkörper benötigt werden. Des Weiteren sind die Schwankungen auf Grund der Windkräfte und der Wellenbewegungen geringer als bei Katamaran-ähnlichen Befestigungsvorrichtungen.

Das Fundament der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung weist einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Abschnitt auf, entlang dem ein spiralförmiger Flügel zum vertikalen Stabilisieren der Befestigungsvorrichtung entlang läuft. Mittels eines solchen spiralförmigen Stabilisators kann die Befestigungsvorrichtung besonders wirksam in der Vertikalen gehalten werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung ist die Masseverteilung des Fundaments derart, dass es sich im Wasser selbsttätig vertikal ausrichtet. Die Ankermittel sind somit nur noch für die Positionierung der Befestigungsvorrichtung und nicht für die Ausrichtung des Fundaments erforderlich. Das Fundament weist z.B. an dein zu den Haltemitteln für die Windenergieanlage entgegengesetzten Ende eine größere Dichte auf. Die Dichteverteilung des Fundaments kann insbesondere dadurch verändert werden, dass Teile des Fundaments mit Wasser geflutet werden. Auf diese Weise kann die Befestigungsvorrichtung sehr flexibel an verschiedene Größen und Gewichtsverhältnisse angepasst werden.

Die Ankermittel umfassen vorzugsweise mehrere Seile oder Ketten, die an jeweils einem Ende mit dem schwimmenden Fundament verbunden sind und an dem jeweils anderen Ende Mittel zum Befestigen der Seile oder Ketten im und/oder am Meeresgrund aufweisen. Vorzugsweise sind zumindest zwei Seile oder Ketten oberhalb des Schwerpunkts des Fundaments an diesem befestigt und zumindest zwei Seile oder Ketten unterhalb des Schwerpunkts an dem Fundament befestigt. Gleichermaßen können auch drei Seile oder Ketten oberhalb und drei Seile oder Ketten unterhalb des Schwerpunkts des Fundaments an diesem befestigt sein. Hierdurch kann eine besonders stabile Lage des schwimmenden Fundaments erzeugt werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung stellen die Ankermittel eine dynamische Verankerung bereit, bei der eine begrenzte horizontale und/oder vertikale Bewegung des schwimmenden Fundaments relativ zu den Befestigungspunkten im und/oder am Meeresgrund möglich ist. Durch eine solche dynamische Verankerung kann eine sichere Befestigung des Fundaments auch dann gewährleistet werden, wenn sehr große Kräfte auf die Befestigungsvorrichtung einwirken.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung sind an dem Fundament zusätzlich schwimmende Ausleger zum vertikalen Stabilisieren der Befestigungsvorrichtung befestigt.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Figuren erläutert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung, die am Meeresgrund befestigt ist und eine Windenergieanlage trägt,
2 zeigt die in 1 gezeigte Befestigungsvorrichtung im Detail,
3 zeigt eine Ansicht des Ausführungsbeispiels der Befestigungsvorrichtung von oben und
4 zeigt eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung von oben.
Der wesentliche Bestandteil der Befestigungsvorrichtung 1 ist das Fundament 3. Dieses Fundament ist ein im Wesentlichen zylindrischer, länglicher Schwimmkörper. Die Dichte des Fundaments 3 ist geringer als diejenige von Wasser, insbesondere von Salzwasser, so dass das Fundament 3 im Wasser schwimmt. Der Dichteunterschied zum Wasser ist dabei so groß, dass die Auftriebskraft, die im Wasser erzeugt wird, größer als die Schwerkraft des Fundaments 3 selbst sowie die der an dem Fundament 3 befestigten Windenergieanlage 2 ist. Mit anderen Worten, die gesamte Befestigungsvorrichtung 1 mit einer an ihr befestigten Windenergieanlage 2 schwimmt im Wasser.
Die Dichteverteilung im Fundament 3 ist dabei so gewählt, dass sich das Fundament 3 im Wasser selbsttätig vertikal ausrichtet. Hierfür kann das Fundament 3 im Wesentlichen ein Hohlkörper mit mehreren Kammern sein, die nach Bedarf mit Wasser geflutet werden können. Beispielsweise kann eine im Boden des Fundaments 3 vorgesehene Kammer mit Wasser geflutet werden.
Am oberen Ende des Fundaments 3 ist eine Aufnahmevorrichtung 4 für die Windenergieanlage 2 befestigt. Diese Aufnahmevorrichtung ragt über die Wasseroberfläche 9 hinaus. An ihr wird das untere Ende eines Trägers 10 der Windenergieanlage 2 befestigt. Am oberen Ende des Trägers 10 ist die Gondel mit den Rotorblättern 11 befestigt.
Das Fundament 3 wird mittels Ankerketten oder Seilen 5 am oder im Meeresboden 7 befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an einer Bodenplattform des Fundaments 3 insgesamt 3 Ankerseile 5 befestigt und mittels der Anker 6 im Meeresgrund verankert. Des Weiteren greifen am oberen Ende des Fundaments 3 insgesamt 3 Ankerseile 5 an, die auch mittels Anker 6 im Meeresgrund verankert sind.
Die Verankerung erfolgt dynamisch, d.h. bei einer Krafteinwirkung auf die Befestigungsvorrichtung 1 können sich die Ankerseile 5 um ein gewisses Maß verlängern und verkürzen. Durch diese dynamische Verankerung kann die Befestigungsvorrichtung 1 sich in horizontaler Richtung um ca. 15 Meter bewegen.
Schließlich weist das Fundament 3 einen Flügel 8 bzw. Vorsprung auf, der spiralförmig an dem zylindrischen Fundament 3 entlang läuft. Dieser Flügel 8 dient als Stabilisator, der insbe sondere seitlich auftretende Kräfte ausgleichen kann. Die vertikale Ausrichtung des Fundaments 3 kann durch diese Flügel 8 besonders stabil gehalten werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich schwimmende Ausleger 12 seitlich von dem Fundament 3 weg. Diese Ausleger 12 sind durch Träger 13 an dem Fundament 3 befestigt. In der in 4 gezeigten Aufsicht schließen die Ausleger 12 einen Winkel von 120° zueinander ein. In vertikaler Richtung sind die Ausleger 12 so angeordnet, dass sie knapp unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind.

Claims

Befestigungsvorrichtung (1) für eine Off-shore-Windenergieanlage (2) mit einem Fundament (3), das Mittel (4) zum Halten der Windenergieanlage (2) aufweist, wobei das Fundament (3) im Wasser schwimmt und mittels Ankermitteln (5, 6) im und/oder am Meeresgrund befestigt ist und wobei das Fundament (3) ein länglicher Schwimmkörper ist, der vertikal ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fundament (3) einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Abschnitt aufweist, entlang dem ein spiralförmiger Flügel (8) zum vertikalen Stabilisieren der Befestigungsvorrichtung (1) entlang läuft
Befestigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fundament (3) eine solche Massenverteilung aufweist, dass es sich im Wasser selbsttätig vertikal ausrichtet.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankermittel (5, 6) mehrere Seile (5) oder Ketten umfassen, die an jeweils einem Ende mit dem schwimmenden Fundament (3) verbunden sind und an dem jeweils anderen Ende Mittel (6) zum Befestigen der Seile (5) oder Ketten im und/oder am Meeresgrund (7) aufweisen.
Befestigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Seile (5) oder Ketten oberhalb des Schwerpunkts des Fundaments (3) an diesem befestigt sind und zumindest zwei Seile (5) oder Ketten unterhalb des Schwerpunkts an dem Fundament (3) befestigt sind.
Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankermittel (5, 6) eine dynamische Verankerung bereitstellen, bei der eine begrenzte horizontale und/oder vertikale Bewegung des schwimmenden Fundaments (3) relativ zu den Befestigungspunkten im und/oder am Meeresgrund möglich ist.
Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fundament schwimmende Ausleger (12) zum vertikalen Stabilisieren der Befestigungsvorrichtung befestigt sind.