DE202010003654U1

DE202010003654U1 - Offshore-Windkraft-Floß

Info

Publication number: DE202010003654U1
Application number: DE202010003654U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-07-25
Anticipated expiration: 2020-03-17

Abstract

Schwimmende Windkraft-Anlage zur Erzeugung elektrischen Stroms mit um horizontale Drehachse rotierenden Rotorblättern, gekennzeichnet durch Anordnung des von den Rotorblättern angetriebenen Strom-Generators auf einem mittels Klappbügels klappbar auf einem mit mehreren Rümpfen ausgestatteten Floß, wobei Generator und Klappbügel über mit horizontalen Schwenkachsen arbeitende, maschinell angetriebene Schwenkgelenke an das Floß angeschlossen sind.

Description

Weit vor Meeresküsten auf Mehrrumpf-Schiff (vorzugsweise Katamaran) bzw. Floß schwimmende Windkraft-Anlage in Ausführung mit schwenk- und absenkbarem Maschinenhaus einschl. Generator und einschwenkbaren Rotorblättern, die an Ankerplätzen lösbar an Kabel angeschlossen sind, um sich zu Wartungs- und Reparaturarbeiten z. B. zu einer am Ufer im Wasser errichteten Halle abschleppen zu lassen, um danach wieder an beliebige Ankerplätze zurückgeschleppt zu werden.
Stand der Technik:
Meist werden Offshore-Windräder noch mit schweren Fundamenten im Meeresboden verankert. Der Boden besteht oft aus Sand. Dort ein Mastfundament standsicher zu setzen ist meist sehr schwierig und teuer. Die ständigen Vibrationen beeinträchtigen die Dauerhaftigkeit des Fundaments, sodass die Gefahr von Verlagerungen oder Kippen während der beabsichtigten Standzeit von 25 oder 50 Jahren größer ist als z. B. bei Brückenpfeilern.
Wird ein Windrad auf festem Turm-Mast auf dem offenen Meer aufgestellt, wo die Meerestiefe mehr als z. B. 50 Meter beträgt, sind die Kosten außerordentlich hoch. Stellt sich dann heraus, dass der Standort nicht optimal gewählt ist, sind riesige Summen vergeudet, denn eine Korrektur ist nicht möglich.
Die Wartung oder gar Reparatur von offshore fest installierten Windrädern verursacht einen großen Teil der Betriebskosten, zumal die Bauteile nach dem heutigen Stand der Technik nur eine Lebensdauer von ca. 5 Jahren haben und dann ersetzt werden müssen. Sollen sie für die gewünschte Lebensdauer von 25 Jahren standhalten, entstehen weitaus höhere Kosten als bei Anlagen, die an Land stehen.
Es sind bereits Reparaturverzögerungen von mehreren Monaten aufgetreten, weil Starkwind oder Schlechtwetter usw. Arbeiten nicht früher zuließen. Die Kosten für Personal und Reparaturschiffe laufen aber weiter. Sodann beeinträchtigt bereits das Fehlen von Stromproduktion infolge langer Ausfallzeiten den Ertrag stark. Man rechnet derzeit im Durchschnitt mit Stillstandzeiten von 25%, ein außerordentlich hoher Anteil in Anbetracht der hohen Investitions-Kosten, denn riesige Schwimmkräne liegen dann samt Mannschaften ungenutzt im Hafen.
Aus diesen Gründen geht man mehr und mehr dazu über, Windrad-Anlagen auf Schiffe zu bauen, die dann vor der Küste verankert werden und weniger kosten als das feste Fundament. Außer dem Fundament entfällt in Gebieten niedriger Meeresströmungs-Geschwindigkeiten die Windrichtungs-Drehlagerung, da das Schiff selbsttätig die richtige Richtung einnimmt. Weil Maschinenhaus und Generator samt Drehlagerung einer Windrad-Anlage sehr schwer sind, liegt der Schwerpunkt der Einrichtung besonders hoch und es ist immens schwerer Ballast erforderlich, um Kenterung infolge schweren Sturms oder hohem Seegang zu vermeiden, die den Totalverlust bedeuten würde.
Funktion:
Eine wesentlich günstigere und sicherere Lösung ist die auf einem Mehrrumpf-Floß (vorzugsweise einem Katamaran) aufmontierte Windkraft-Anlage. In einer Ausführung mit schwenk- und absenkbarem Maschinenhaus einschl. Generator und Rotorblättern lässt sich der Katamaran gut zu einer mit Brückenkran ausgestatteten Halle schleppen, um nach Ausführung der nötigen Arbeiten wieder an seinen Ankerplatz zurückgeschleppt zu werden.
Der äußerst zeitraubende und teure Einsatz eines hohen Schwimmkrans weit vor der Küste samt den wetterbedingten Erschwernissen und Verzögerungen entfällt. Für die Dauerfestigkeit schädliche Vibrationen werden nicht auf Fundamente übertragen; Seegang wird durch die Schiffsbewegungen ausgeglichen.
Besonders praktisch ist es, wenn die Lagerung der – meist drei – Rotorblätter zulässt, dazu in Gleichrichtung gedreht werden, um sie gesichert aufzulegen.
In Verbindung mit einer Schwenklagerung für den Generator wird zunächst die Drehachse des Generators in die Vertikale geschwenkt. Danach wird der den Generator tragende Bügel – z. B. hydraulisch – abgesenkt. Der gesamte Klappvorgang ist automatisier- und fernsteuerbar.
Danach lässt sich zur Wartung oder für Reparaturarbeiten der Katamaran vom Anschlusskabel und von der Ankerkette lösen, die über einen an beiden Bugen befestigten Hahnepot angelenkt ist. Dann wird die Anlage in den Hafen, in ein Dock unter einen Kran oder am besten in eine unter Land aufgestellte zentrale Wartungs- und Reparaturhalle geschleppt u dort durch Fluten der Schwimmer auf Grund gesetzt. Durch diese von Wellenschlag unbeeinflussbare, stabilisierte Aufstellung wird eine große Erleichterung für die infolge der Größe der Bauteile schwierigen Arbeiten und damit Verkürzung der Stillstandszeiten erreicht.
Alle Arbeiten einschließlich Untersuchungen bzw. Austausch verschlissener Elemente usw. lassen sich auf diese Weise zu wesentlich geringeren Kosten und Verzögerungen erledigen. Alle Einsätze sind von Wetterbedingungen weitgehend unabhängig und damit planbar. Flexibler Kabelanschluss lässt sowohl selbsttätige Ausrichtung auf die jeweilige Windrichtung auf Seegang usw. zu. Da jede Windkraftanlage mittels serienmäßigem Stromkabel an die HGÜ-Umwandlungszentrale angeschlossen wird, ist flexibler Anschluss mit lösbarer Verbindung kein Problem.
Auch die Verankerung ist bedeutend einfacher als ein viele Meter tief zu gründendes stabiles Fundament in den oft durch Strömungen sich verändernden Untergrund. Es genügt das Ausschwimmen eines entsprechend großen Betonkastens, der draußen nach dem Versenken mit Sand vollgespült wird und sich immer tiefer gerade dort einsenkt, wo Sandgrund viele Meter tief weich ist. Eine Anpassung an die Grundverhältnisse bzw. Wassertiefe ist sehr einfach und der Standort kann je nach Erfordernissen jederzeit korrigiert werden. Der jeweilige Ankerplatz lässt sich kürzeste Zeit nach Wegschleppen einer neuerungsgemäßen Anlage mit einer aus der Wartung zurückkommenden Austauschanlage oder einer Reserve-Anlage wieder besetzen, sodass der Windpark ununterbrochen voll in Betrieb bleibt
Durch die Neuerung wird eine serienmäßige Ausführung zu günstigeren Kosten ermöglicht, z. B. kann wie im Yachtbau üblich eine dauerhafte Stahlbetonrumpf-Ausführung besonders günstig sein.
Zeichnungen Blatt 1–7 zeigen schematisch die Neuerung auf See und in einer Halle:
Blatt 1 zeigt die Vorderansicht eines auf Wasseroberfläche (O) schwimmenden Windkraft-Kat, mit Rotorblättern (1), Generator (2), Schiffsrümpfen (3) mit Querbrücken (3.1) und dem Klappbügel (4)
Blatt 2 zeigt eine Seitenansicht mit Rotorblättern (1), Generator (2), Schiffsrumpf (3) und den Klappbügel (4) mit Hubhydraulik (4.1), oberem Gelenk (4.2), unterem Gelenk (4.3).
Blatt 3 zeigt eine Seitenansicht mit um Gelenk 4.2 in die Senkrechte geklappter Generatorachse (2.1) des Generators (2) und waagrecht stehenden Rotorblättern (1) Die Richtungspfeile zeigen die Schwenkrichtungen in der zwecks Transportvorbereitung auszuführenden Reihenfolge A–C.
Blatt 4 zeigt eine Draufsicht mit hochgeklapptem Generator und den Rotorblättern (1) in noch nicht eingeschwenkter Position, den Rümpfen (3) und Querbrücken (3.1), mit Klappbügel (4) und Hubhydraulik (4.1).
Blatt 5 zeigt weitere Draufsicht mit eingeschwenkter Position der Rotorblätter (1).
Blatt 6 zeigt den Windkraft-Kat in 6.1 als Seitenansicht mit um Gelenk (4.3) abgesenktem Klappbügel (4) und Generator (2) sowie um die Generatordrehachse (2.1) eingeschwenkten Rotorblättern (1)
Auf Blatt 6 ist weiter in 6.2 die Frontansicht im zum Transport eingeschwenkten Zustand mit Rotorblättern (1), Generator (2), Schiffsrümpfen (3) mit Querbrücken (3.1) und Klappbügel (4) dargestellt.
Blatt 7 zeigt den Windkraft-Kat in einer Wartungshalle (5) mit Brückenkran (5.1) mit Laufkatze (5.2) eingefahren in auf den Grund (G) durch Fluten der Rümpfe (3) abgesenkter Lage.

Claims

Schwimmende Windkraft-Anlage zur Erzeugung elektrischen Stroms mit um horizontale Drehachse rotierenden Rotorblättern, gekennzeichnet durch Anordnung des von den Rotorblättern angetriebenen Strom-Generators auf einem mittels Klappbügels klappbar auf einem mit mehreren Rümpfen ausgestatteten Floß, wobei Generator und Klappbügel über mit horizontalen Schwenkachsen arbeitende, maschinell angetriebene Schwenkgelenke an das Floß angeschlossen sind.
Windkraft-Floß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zum Einschwenken von mehreren Rotorblättern in die gleiche Richtung geeignete, an der Drehachse des Generators vorgesehene maschinell angetriebene und in beiden Endstellungen verriegelbare Schwenkvorrichtungen.
Windkraft-Floß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wegbegrenzung des Generator-Schwenkantriebes auf maximal 120 Winkelgrade.
Windkraft-Floß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich hydraulisch ausgeführten Hubantrieb des Klappbügels.
Windkraft-Floß nach Ansprüchen 1–4, gekennzeichnet durch gemeinsam oder getrennt wirkende maschinelle Flut-/Lenzeinrichtungen der Rümpfe.
Windkraft-Floß nach Ansprüchen 1–5, gekennzeichnet durch maschinelle Fahr- und Steuerantriebe für die Rümpfe.