DE60034695T2 - Methode und einrichtung zum transport und zum aufbau einer windenergieanlage auf see - Google Patents

Methode und einrichtung zum transport und zum aufbau einer windenergieanlage auf see Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein System wie es im Oberbegriff von Anspruch 7 definiert ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine wie im Oberbegriff von Anspruch 11 definierte Offshore-Windkraftanlage.
  • Ein solches Verfahren zur Aufstellung einer Offshore-Windkraftanlage auf See ist aus der Patentschrift GB 2 327 449 bekannt. Die Windkraftanlage umfasst ein breites Fundament und einen Turm, der sich vertikal vom Fundament erstreckt und einen an seiner Oberseite installierten Winddrehflügel tragt. Bei dem in der oben erwähnten Patentschrift dargestellten Aufstellungsverfahren werden der Turm und das Fundament der Windkraftanlage als einzelne Baugruppe durch einen Schwimmrahmen, z.B. Schwimmcontainer, transportiert, indem das Fundament auf der Bodenfläche des Schwimmcontainers festgemacht, zum Aufstellungsort transportiert und anschließend auf den Meeresboden abgesenkt wird durch auf dem Schwimmrahmen vorhandene Einrichtungen wie Ketten, Drahtseile, eine Hebelwinde oder dergleichen. Der Schwimmrahmen kann anschließend für die Aufstellung von anderen entsprechenden Fundament Turmkombinationen genutzt wenden.
  • Ein Problem bei diesem Verfahren im Stand der Technik ist, dass die Belastbarkeit des zur Aufstellung verwendeten Schwimmrahmens so ausgelegt werden muss, dass er das Gewicht von Fundament und Turm zusätzlich zu seinem Eigengewicht tragen muss. Der sich ergebende Schwimmrahmen ist sehr sperrig und kostspielig. Außerdem wird in dieser Patentschrift die gelegentliche Notwendigkeit völlig außer Acht gelassen, die Windkraftanlage vom Meeresboden hochzuwinden und sie zur Instandhaltung an Land/ans Ufer zu transportieren. Mit einer nach dieser Patentschrift gebauten Ausrüstung wäre dies schwierig wenn nicht unmöglich, weil das Fundament, das aus Beton oder Stahl sein kann, sehr schwer sein muss, um der Belastung standzuhalten, die durch Wind, Meeresströmungen, Wellen und Eis auf die Windkraftanlage ausgeübt wird. Deshalb ist das Fundament mit Ballastmaterial aus Sand, Steinen oder Eisenerz versehen. Das Anheben einer solchen Last vom Boden erfordert eine sehr hohe, von außen wirksame Tragfähigkeit. Deshalb würde für den Hievvorgang ein spezielles Hochsee-Kranschiff benötigt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile auszuschließen.
  • Die Druckschrift GB-A-2 225 365 gibt allgemein die Absicht einer Bereitstellung von Wasserballasttanks im Fundament und im Turm einer Offshore-Plattform an.
  • Eine spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und System für den Transport einer Offshore-Windkraftanlage zu zeigen, die einen Transport ermöglichen werden, ohne dass das Transportschiff überhaupt das Gewicht der Windkraftanlage tragen muss.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windkraftanlage zu zeigen, die zwischen einem Aufstellungsort und einem Wartungsort leicht hin und herbewegt werden kann und die im Wasser unabhängig angehoben und abgesenkt werden kann, ohne eine spezielle Hebeausrüstung zu verwenden.
  • Die Kennzeichen von Verfahren, System und Windkraftanlage nach der Erfindung sind in den Ansprüchen unten dargestellt.
  • Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die Windkraftanlage unter Verwendung eines Transportschiffes zu einem Aufstellungsort auf See transportiert und durch ein Transportschiff auf den Meeresboden abgesenkt und/oder vom Meeresboden gehievt und an Land/ans Ufer transportiert. Erfindungsgemäß wird die Windkraftanlage abgesenkt, indem Ballastwasser in einen in der Windkraftanlage vorgesehenen Ballastwassertank zugeführt wird, und wird angehoben, indem die Menge von Ballastwasser in dem Ballastwassertank verringert wird.
  • In dem System der Erfindung umfasst die Windkraftanlage ein auf dem Meeresboden aufzustellendes Fundament, einen am Fundament befestigten Turm und ein Transportschiff, das mit einer Greifvorrichtung versehen ist, um die Windkraftanlage zu erfassen und sie zu einem Aufstellungsort auf See zu transportieren und/oder sie von See an Land/ans Ufer zu transportieren. Erfindungsgemäß umfasst das System einen in der Windkraftanlage angeordneten Ballastwassertank.
  • Die Offshore-Windkraftanlage nach der Erfindung umfasst ein auf dem Meeresboden aufzustellendes Fundament und einen am Fundament befestigten Turm. Erfindungsgemäß umfasst die Windkraftanlage einen Ballastwassertank.
  • Andere bevorzugte Merkmale und Ausführungen der Erfindung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen dargestellt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe einiger weniger Beispiele ihrer Ausführungen und mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, in denen
  • 1 stellt eine Ausführung der Windkraftanlage nach der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht und teilweise geschnitten dar,
  • 2 bis 7 stellen zwei unterschiedliche Ausführungen des Systems der Erfindung und unterschiedliche Stufen im Verfahren nach der Erfindung dar;
  • 1 stellt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 1 dar. Sie umfasst ein breites Fundament 2 von z.B. runder plattenähnlicher Form, das auf den Meeresboden gesetzt werden kann. Des Weiteren umfasst die Windkraftanlage einen am Fundament befestigten Turm 3, der sich vertikal von diesem erstreckt. Am oberen Ende des Turms 3 ist ein Winddrehflügel 9 angebracht Das kastenähnliche Fundament 2, das aus Beton oder Stahl sein kann, ist eine Hohlkonstruktion, und der Raum im Inneren funktioniert wie ein Ballastwassertank oder Behälter 6. Der Turm 3 ist ebenfalls eine Hohlkonstruktion, und der Raum im Inneren dient als Ballastwassertank 7. Die innen gelegenen Raume der Ballastwassertanks 6, 7 in dem Fundament 2 und dem Turm 3 können getrennte Räume sein oder können miteinander in Verbindung stehen. Außerdem kann die Windkraftanlage 1 eine Pumpe oder Pumpen 8 umfassen, mit deren Hilfe es möglich ist, Seewasser in die Ballastwassertanks 6, 7 und aus diesen zu pumpen. Die Pumpe 8 kann auch auf einem Transport- oder Arbeitsschiff 4 angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Windkraftanlage nicht zwangsläufig mit Ballastwasserpumpen versehen sein muss.
  • Die Schwimmkraft der Windkraftanlage im Wasser ist so ausgelegt, dass die Station im Wasser schwimmen und ihr Eigengewicht tragen kann, wenn die Ballastwassertanks 6, 7 leer sind. Entsprechend wird die Windkraftanlage auf den Boden sinken, wenn die Ballastwassertanks 6, 7 teilweise oder vollständig mit Wasser gefüllt sind.
  • In 2 werden das Fundament 2 und der Turm 3 an Land oder am Ufer zu einem einheitlichen Ganzen montiert, indem ein Landkran verwendet wird. Das Fundament 2 kann getrennt zu dem Aufstellungsort geschwommen und auf einen festen Sockel abgesenkt werden, der auf dem Boden ruht, indem der Ballastwassertank 6 im Fundament gefüllt wird. An der Oberseite des Fundaments 2 ist ein Turm 3 aus einem oder mehreren Teilen eingebaut. Um seine Stabilität zu erhöhen, kann Wasser auch in den Ballastwassertank 7 gepumpt werden. Schließlich wird an dem Ende des Turms 3 ein Maschinenraum und ein Winddrehflügel 9 angebracht.
  • Wenn die Windkraftanlage zu ihrem Aufstellungsort auf See transportiert werden soll, wird, wie in 3 und 4 dargestellt, die Ballastwassermenge in den Ballastwassertanks 6 und 7 im Fundament 2 und im Turm 3 so eingestellt, dass das Fundament 2 schwimmend wird und vom Boden abhebt. Durch Einstellen der Ballastwassermenge in den Tanks 6, 7 werden Hebung und Stabilität des Fundaments im Verhältnis zu dem Transportschiff 4 eingestellt, um sie zum Transport geeignet zu machen. Der Turm 3 wird aus einer seitlichen Richtung von gegenüber liegenden Seiten durch die Greifbacken 10 einer auf dem Transportschiff angebrachten Greifvorrichtung 5, wie es in 4 dargestellt ist, erfasst. Der Griff auf den Turm ist vorzugsweise so, dass er eine Bewegung des Turms in vertikaler Richtung im Verhältnis zum Transportschiff jedoch nicht in anderen Richtungen zulasst Die Windkraftanlage wird anschließend zu ihrem Aufstellungsort auf See transportiert.
  • 5 und 6 veranschaulichen eine andere Lösung zum Einbringen des Transportschiffes von 3 und 4. In 5 und 6 ist das verwendete Transportschiff 4 ein Schwimmcontainer 4, der einen gegabelten Rahmen mit einem durchgängigen Schlitz 11 aufweist, der sich von seiner Mitte zur Kante erstreckt und ermöglicht, dass der Turm 3 durch den Schlitz hindurch geht. Zum Transport kann das Fundament 2 in im Wesentlichen starrer Weise an dem Schwimmcontainer 4 befestigt werden. Die obere Fläche des Fundaments 2 liegt am Boden des Schwimmcontainers 4 an und wird an diesem durch geeignete Befestigungselemente 12 wie Drahtseile, Ketten, Gewindebolzen oder dergleichen befestigt.
  • 7 stellt eine Phase im Verfahren dar, bei der die Windkraftanlage zum Aufstellungsort gebracht worden ist und in den Ballastwassertank 6 des Fundaments 2 sowie in den Ballastwassertank 7 des Turms 3 eine Wassermenge gepumpt wurde, die zur Erhöhung des Gewichts, damit das Fundament 2 auf den Meeresboden sinken kann, ausreichend ist.
  • Im Wesentlichen kann der den Ballastwassertank 7 bildende, gesamte innere Raum des Turms 3 mit Wasser gefüllt werden. Die Bereitstellung eines Ballastwassertanks im Turm 3 zusätzlich zu dem Fundament 2 ermöglicht es zusammen mit einer entsprechenden Ausführung, das Gewicht der Windkraftanlage zu erhöhen, so dass sie sehr fest auf dem Boden ruhen kann und die Windkraftanlage in der Lage ist, die durch Wind, Mee resströmungen, Seegang und Eis erzeugten Belastungen, die dazu neigen die Windkraftanlage umzukippen oder zu bewegen, aufzunehmen. Außerdem ermöglicht die Bereitstellung eines Ballastwassertanks 7 im Turm 3, ein Fundament 2 von relativ leichter und kompakter Konstruktion zu verwenden.
  • Das Fundament 2 kann mit einer Wasserstrahlausrüstung (in den Figuren nicht gezeigt) versehen sein, mit der der Boden ausgebaggert werden kann, wenn er z.B. von sandiger Beschaffenheit ist, nachdem das Fundament auf den Boden gesunken ist, was es ermöglicht, die vertikale Ausrichtung der Windkraftanlage einzustellen.
  • Wenn die Windkraftanlage zur Wartung von See an Land gebracht werden soll, ist die Vorgehensweise natürlich umgekehrt zu der für die Aufstellung. Die Wassermenge in den Wasserballasttanks 6, 7 der auf dem Boden stehenden Windkraftanlage 1 wird verringert, bis die Schwimmkraft von Fundament 2 und Turm 3 die Station von dem Boden abgehoben und sie bis zu einer Höhe nahe der Oberfläche angehoben hat. Über den Ballastwassertank 6, 7 werden Hebung und Stabilität der Windkraftanlage eingestellt, um sie im Verhältnis zu dem für den Transport verwendeten Transportschiff 4 passend zu machen. Anschließend wird der Turm 3 von gegenüber liegenden Seiten durch die Greifvorrichtung 5 des Transportschiffes 4 erfasst und die Windkraftanlage vom Aufstellungsort weg zu einem Wartungsort transportiert.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele ihrer oben beschriebenen Ausführungen beschränkt; stattdessen sind viele Veränderungen innerhalb des Umfangs des in den Ansprüchen definierten Erfindungsgedankens möglich.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Aufstellung einer Offshore-Windkraftanlage (1) auf See und/oder die Beförderung einer dieser vom Meer z.B. zur Instandhaltung der genannten Windkraftanlage, umfassend ein Fundament (2) zur Montage auf dem Meeresboden, und einen Turm (3), der an dem Fundament befestigt ist, die Windkraftanlage, welche mittels eines Transportbehälters (4) zu einem Aufstellungsort auf See befördert wird und zum Meeresboden abgesenkt und/oder vom Meeresboden angehoben wird und durch einen Transportbehälter an Land/zur Küste befördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage durch Hinzufügen von Ballastwasser in die Ballastwassertanks (6, 7), die in der Windkraftanlage vorgesehen sind, abgesenkt wird, und die Windkraftanlage durch Reduzieren der Menge an Ballastwasser im Ballastwassertank angehoben wird, mit dem Ballastwassertank (6, 7), der so ausgelegt ist, dass die Anlage schwimmen und ihr eigenes Gewicht im Wasser tragen kann, wenn der Ballastwassertank (6, 7) leer ist, und entsprechend, wenn der Ballastwassertank (6, 7) teilweise oder ganz mit Wasser gefüllt ist, die Windkraftanlage auf den Meeresboden sinken wird.
  2. Verfahren wie in Anspruch 1 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass vertikale Bewegung der Windkraftanlage (1) in Bezug auf den Transportbehälter (4) während des Transportes zulässig ist.
  3. Verfahren wie in Anspruch 1 oder 2 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass, um die Windkraftanlage auf See zu aufzustellen, wird die Windkraftanlage mittels einer Greifvorrichtung (5) gegriffen und auf einen Transportbehälter (4) montiert; die Höhenlage und die Stabilität der Windkraftanlage werden mit Hilfe des Ballastwassertanks (6, 7) angepasst, um sie bezüglich des Transportbehälters verwendbar zu machen; die Windkraftanlage wird zum Aufstellungsort auf See befördert; und am Aufstellungsort durch Füllen des Ballastwassertanks (6, 7) auf den Meeresboden abgesenkt.
  4. Verfahren wie in Anspruch 1 oder 2 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass, um die Windkraftanlage vom Meer zu befördern, die Wassermenge im Ballastwassertank (6, 7) reduziert wird, bis sich die Windkraftanlage vom Boden auf ein Niveau in der Nahe der Oberfläche gehoben hat; Unter Einsatz des Ballastwassertanks (6, 7), wenden die Höhenlage und die Stabilität der Windkraftanlage angepasst, um sie in Bezug auf den Transportbehälter (4) verwendbar zu machen; die Windkraftanlage wird mit der Greifvorrichtung (5) des Transportbehälters gegriffen; die Windkraftanlage wird, z.B. an einen Ort zur Instandhaltung, vom Aufstellungsort an Land befördert; dann wird das Windkraftwerk von der Greifvorrichtung des Transportbehälters freigegeben.
  5. Verfahren wie in jedem der Ansprüche 1–4 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ballastwassertank (6) eingesetzt wird, der auf dem Fundament (2) der Windkraftanlage aufgestellt ist, und/oder, dass ein Ballastwassertank (7) eingesetzt wird, der im Turm (3) der Windkraftanlage aufgestellt ist.
  6. Verfahren wie in jedem der Ansprüche 1–5 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (3) der Windkraftanlage von der Greifvorrichtung (5) des Transportbehälters, von gegenüberliegenden Seiten aus, gegriffen wird.
  7. System zur Aufstellung einer Offshore-Windkraftanlage (1) auf See und/oder die Beförderung einer dieser vom Meer z.B. zur Instandhaltung der genannten Windkraftanlage, umfassend ein Fundament (2) zur Einrichtung auf dem Meeresboden, und einen auf dem Fundament aufgestellten Turm (3), und einen mit einer Greifvorrichtung (5) versehenen Transportbehälter (4), um die Windkraftanlage zu greifen und zum Aufstellungsort auf See und/oder vom Meer an Land/zur Küste zu befördern, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Ballastwassertank (6,7) umfasst, der in einer Windkraftanlage aufgestellt ist; und der Ballastwassertank (6, 7) so ausgeführt ist, dass die Anlage schwimmen und ihr eigenes Gewicht im Wasser tragen kann, wenn der Ballastwassertank (6, 7) leer ist, und entsprechend wenn der Ballastwassertank (6, 7) teilweise oder ganz mit Wasser gefüllt ist, die Windkraftanlage auf den Meeresboden sinken wird.
  8. System wie in Anspruch 7 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Pumpe (8) umfasst, die auf dem Behälter (4) oder auf der Windkraftanlage (1) aufgestellt ist, um Ballastwasser in den/aus dem Ballastwassertank (6, 7) zu pumpen.
  9. System wie in Anspruch 7 oder 8 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fundament (2) mit einem Ballastwassertank (6) versehen ist und/oder, dass der Turm (3) mit einem Ballastwassertank (7) versehen ist.
  10. Verfahren wie in jedem der Ansprüche 7–9 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (5) des Transportbehälters die Klemmbacken (8) umfasst, um den Turm (3) von zwei Richtungen zweier gegenüberliegender Seiten aus zu greifen, und genannte Greifbacken so ausgeführt sind, um vertikale Bewegung des Turmes in Bezug auf den Transportbehälter (4) zuzulassen.
  11. Offshore-Windkraftanlage, umfassend ein Fundament zur Einrichtung auf dem Meeresgrund, und einen auf dem Fundament befestigten Turm (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage einen Ballastwassertank (6, 7) umfasst, der so ausgeführt ist, dass die Anlage schwimmen und ihr eigenes Gewicht im Wasser tragen kann, wenn der Ballastwassertank (6, 7) leer ist, und entsprechend wenn der Ballastwassertank (6, 7) teilweise oder ganz mit Wasser gefüllt ist, die Windkraftanlage auf den Meeresboden sinken wird.
  12. Offshore-Windkraftanlage wie in Anspruch 11 festgelegt, dadurch gekennzeichnet dass das Fundament (2) mit einem Ballastwassertank (6) versehen ist und/oder, dass der Turm (3) mit einem Ballastwassertank (7) versehen ist.
  13. Offshore-Windkraftanlage wie in Anspruch 11 oder 12 festgelegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (1) eine Pumpe (8) umfasst, um Ballastwasser in den/aus dem Ballastwassertank (6, 7) zu pumpen.
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