DE19727330A1

DE19727330A1 - Schwimmfähige Offshore-Windenergieanlage

Info

Publication number: DE19727330A1
Application number: DE19727330A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Brand; Bernhard Gles; Helrath Geier; Guenther Eggert; Peter Meuser; Joachim Schreier; Eckard Moeck; Siegfried Thamm
Original assignee: INNOVATIONS und BILDUNGSZENTRU
Current assignee: INNOVATIONS und BILDUNGSZENTRU
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-07

Description

Gegenstand der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein System zum Betreiben von Windenergieanlagen auf schwimmenden Plattformen, die vor einer Küste positioniert werden.

Stand der Technik

Die großtechnische Gewinnung von Windenergie geschieht vielfach durch Windkraftanlagen, die an günstigen Windstandorten in sogenannten Windparks angeordnet sind und über eine gemeinsame Steuerzentrale gefahren werden. Mit der gemeinsamen Steuerung der Windkraftanlagen wird das für kontinuierliche Energielieferung nachteilige Wechseln des Windangebotes teilweise ausgeglichen. Es gibt Bestrebungen, diese Schwankungen in der Energiegewinnung dadurch zu umgehen, indem die Windkraftanlagen im Küstenvorfeld aufgebaut werden, wo der Wind kontinuierlicher und mit größerer Geschwindigkeit weht. Einige Länder haben die Errichtung von Offshore-Windparks gefördert. Die vorliegenden Ergebnisse von Offshore Windparks sind ermutigend.

Nachteilig bei der Offshore-Windenergiegewinnung sind die aufwendigen Gründungen, wenn die Windkraftanlagen an festen Punkten des Küstenvorfeldes stationiert werden Hinzu kommen im Betrieb der Anlagen kostenaufwendige Maßnahmen für die Wartung, da nicht nur der Weg zur Windkraftanlage über See führt, sondern auch geeignete Wetterverhältnisse gegeben sein müssen.

Zielstellung der Erfindung

Die Erfindung stellt sich zum Ziel, die Anlagen zur Gewinnung von Windenergie im Küstenvorfeld so zu bauen, daß die Errichtung und Wartung vereinfacht werden kann.

Merkmale der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ziel wird mittels schwimmender Trägerplattformen erreicht, die die Windkraftanlagen tragen und im Küstenvorfeld an geeignete Stellen vor Anker gelegt werden. Ihre Ausrüstung erfolgt mit Hilfe üblicher Kran- und Hubtechnik an einem Ausrüstungplatz, von dem aus sie zum Liegeplatz geschleppt werden. Notwendige Wartungsarbeiten können in gleicher Weise durchgeführt werden. Ein Merkmal der Lösung besteht darin, daß die Trägerplattformen als sogenannte Halbtaucher ausgebildet sind, bei denen die Auftriebskörper soweit getaucht werden können, daß sie sich überwiegend unterhalb der Seegangswellen befinden und über Stützen die über der Wasseroberfläche angeordneten Plattformen mit den Windkraftanlagen tragen.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Trägerplattform mit zwei Hauptleinen frei vor Anker liegend sich nach dem Wind ausrichten und dadurch keine Einrichtungen für die Richtungsnachführung der Windkraftanlagen erforderlich ist. Zu diesem Merkmal gehört auch, daß die Trägerplattform im Falle einer notwendigen Starkwindsicherung die beiden Hauptankerleinen gegensinnig über Winden so fiert bzw. einholt, daß die Windkraftanlagen aus dem Wind gedreht werden.

Auch gehört der modulare Aufbau der Plattformen zu den erfindungsgemäßen Merkmalen. Durch die modulare Bauweise besteht die Möglichkeit, jede Windkraftanlage als separaten Baustein der Gesamtanlage mit werftmäßigen Mitteln zu bauen und auszurüsten bzw. zu Wartungszwecken wieder in eine Werft zu verbringen, während ein Ersatzmodul den Platz in der Plattform einnimmt. Die Zusammenstellung mehrerer Module zu einer Trägerplattform geschieht auf See und gibt der Plattform die unter Seegangsbedingungen erforderlichen Stabilitätseigenschaften.

Schließlich gehört zu den Merkmalen der Erfindung, daß die Abgabe der gewonnenen Energie oder auch der mit der Energie auf den Plattformen erzeugten stofflichen Produkte wie Rohstoffe oder chemische Energieträger über die Ankerpunkte weitergegeben werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es stellen dar:

- Bild 1: eine rechteckige Trägerplattform, gestützt auf zwei Auftriebskörper vor Anker liegend,
- Bilder 2a und 2b: die Veränderung der Hauptleinen einer Plattform zur Starkwindsicherung,
- Bild 3: eine kreisförmige Trägerplattform, gestützt auf zwei konzentrische
- ringförmige Auftriebskörper
- Bild 4: ein Schnitt durch eine Trägerplattform mit ringförmigen Auftriebskörper,
- Bilder 5a und 5b: die Veränderung der Hauptleinen einer kreisförmigen Plattform zur Starkwindsicherung,
- Bilder 6a und 6b: eine aus Modulen zusammengesetzte Plattform

Die mit den Hauptleinen Ls und Lb am Ankerpunkt A liegende Plattform P trägt die Windkraftanlagen W. Die Plattform ist mit den Stützen St auf den Auftriebskörpern Sw befestigt. Die hohlen Stützen sind gleichzeitig Teil des Auftriebsystems. Durch das gesteuerte Fluten der Auftriebskörper kann die Plattform so in eine Höhe über Wasser gebracht werden, daß nur die Stützen dem Wellenschlag bzw. dem Eisgang ausgesetzt werden. Die Länge der Stützen ist sowohl für ihre Funktion als Auftriebselement als auch der Wassertiefe des Ankerplatzes angepaßt, so daß auch ein zeitweiliges Absetzen auf dem Meeresboden möglich sein kann.

Die frei schwimmende Plattform kann entsprechend der Richtung R des Windes um den Ankerpunkt A drehen. Nachführeinrichtungen für den Wind an den Windkraftanlagen werden dadurch überflüssig. Bei Starkwind kann durch die Winden Ws und Wb bzw. das Spill Sp die gesamte Plattform so gedreht werden, daß die Windkraftanlagen außer Betrieb gehen.

In einer anderen Ausführungsform besteht die Plattform aus konzentrischen ringförmigen Auftriebskörpern Swi und Swa. Im dargestellten Beispiel, Bild 4, ist der innere Ring mit dem äußeren Ring über eine kegelförmige feste Ringfläche D verbunden, die zur Dämpfung der im Seegang auftretenden Tauchung beiträgt. Die bei der Tauchung senkrecht drückenden Wassermengen fließen durch die Öffnung des inneren Rings ab.

Eine andere Möglichkeit der Verringerung der Seegangskräfte ist die Verbindung von Einzelplattformen, die jeweils eine Windkraftanlage tragen über Verbindungsholme H und Trossen T, Bilder 6a und 6b. Die Verbindungsholme sind über Gelenke mit den Plattformen verbunden und ermöglichen eine Bewegung bei Seegang. Die Holme sind so ausgebildet, daß sie einen eigenen Auftrieb haben und die Plattformen nicht durch ihr Gewicht belasten.

Claims

1. Offshore-Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer schwimmfähigen, vor Anker liegenden Plattform eine oder mehrere Windkraftanlagen in gruppierter Anordnung betrieben werden und die Plattform sich für die Ausrichtung nach den herrschenden Wind- und Strömungsrichtungen um den Ankerpunkt frei drehen kann.

2. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform aus Modulen bestehen kann, die jeweils eine Windkraftanlage tragen und miteinander so durch Verbindungsholme oder andere Baukörper so verbunden sind, daß trotz einer Beweglichkeit im Seegang der Abstand zwischen Modulen immer beibehalten wird.

3. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform über Stelzenträger mit darunter angeordneten Schwimmkörpern so verbunden ist, daß die Anlage in der Betriebsführung mittels eines Flutungssystems in einen halbgetauchten schwimmenden oder auf dem Meeresgrund ruhenden Zustand abgesenkt werden kann.

4. Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schwimmkörper sowohl einzeln unter der Plattform oder als geschlossener Ring in ungefähr paralleler Ausrichtung zur Plattformebene angeordnet sind.

5. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schwimmkörper in Kammer unterteilt sind, die über das Flutungssystem zur Herstellung der zweckmäßigen Schwimmlage unter Berücksichtigung von Wind- und Strömungskräften einzeln bedient werden können.

6. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmkörper mit einer Dämpfungseinrichtung verbunden sind oder in ihrer Gestaltung so ausgebildet sind, daß die Tauch- und Stampfbewegungen der Plattform infolge Seegangseinwirkungen reduziert werden. Insbesondere entsprechen flächige Verbindungen zwischen den Schwimmkörpern diesem Anspruch.

7. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ankerleinen so mit der Plattform verbunden sind, daß über ein gegensinniges Fieren und Dichtholen der Ankerleinen die Plattform so in eine Richtung zum Wind gedreht werden kann, daß bei Starkwind keine Beschädigung der Windkraftanlagen erfolgen kann.

8. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmkörper so geflutet werden, daß die Verbindungsstelzen zwischen Plattform und Schwimmkörpern im Normalbetrieb der Anlage so in der Wasserlinie stehen, daß ein geringer Widerstand gegen Seeschlag erreicht wird.

9. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Windenergie entweder als Nutzenergie oder als mit der Nutzenergie hergestelltes Produkt an eine Abnahmestelle am Ankerpunkt übergeben wird.

10. Offshore-Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Windenergie als Versorgungsenergie für eine in der Nähe des Ankerplatzes der Anlage betriebene Aquakultur verwendet wird.