WO2013167652A1 - Windenergieanlage mit horizontaler rotorwelle und mit drehbaren turm - Google Patents

Windenergieanlage mit horizontaler rotorwelle und mit drehbaren turm Download PDF

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WO2013167652A1
WO2013167652A1 PCT/EP2013/059583 EP2013059583W WO2013167652A1 WO 2013167652 A1 WO2013167652 A1 WO 2013167652A1 EP 2013059583 W EP2013059583 W EP 2013059583W WO 2013167652 A1 WO2013167652 A1 WO 2013167652A1
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tower
rotor
drive
energy plant
wind energy
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PCT/EP2013/059583
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Horst Bendix
Klaus Hofmann
Jürgen Peschke
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Siemag Tecberg Group Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a wind energy plant for large construction heights and power over 5 megawatts according to the preamble of the first claim.
  • Systems can be achieved with hub heights of more than 150 m and rotor diameters of up to 200 m.
  • the total heights of these plants can thus be more than 200 m with intrinsic masses of more than 1000 1.
  • Wind turbines which were developed and manufactured in the last two decades, are characterized by largely matching construction.
  • Such a wind turbine is for example from the document DE 10th
  • 2008 023 109 AI known. It consists essentially of the tower, which is fixed on a foundation. The upper end of this tower is provided with a non-tilting rotary joint and a rotary drive. The slewing takes up the nacelle with the rotor hub bearing, the rotor hub and the rotor blades. Furthermore, on the nacelle all the necessary functional components of the drive and
  • a protective structure surrounds the gondola completely.
  • the total mass of the components with the nacelle is currently at 5 to 6 MW power about 250 - 300 t, at peak over 600 t.
  • these component masses and sizes with the known Spezialhebezeugen barely be manageable and lead to significant costs and long time in the construction, but also in the maintenance of the facilities.
  • the hub heights are now more than 125 m.
  • the rotors developed to more than 130 m in diameter.
  • the capacity of the plants rose to the lower levels of the megawatt class.
  • the current decade is characterized by developments over 5 MW, rotor diameters up to 160 m and increasing use of gearless generators.
  • the object of the invention is to provide a solution for wind turbines with respect to their standing surface rotatable tower that makes the previous load type of tower construction decisively cheaper and more stable over 200 m high systems against all extreme weather conditions.
  • a wind turbine with a tower, mounted at one end of the tower and rotor blades rotor shaft coupled to the rotor shaft drive and arranged at the other end of the tower pivot bearing for rotatably supporting the tower on a foundation, so that the tower can be rotated in total, depending on which direction the wind is blowing at a particular time.
  • the rotatable mounting of the tower on the foundation must be designed to prevent tilting in order to absorb the bending moments on the tower can.
  • a gondola rotatable with respect to the tower is thus eliminated.
  • the tower is formed at least in the rotor rotation range as a double tower with two tower parts.
  • the tower can be turned completely in the respectively optimal direction, it is possible to make the tower itself aerodynamically optimal.
  • the cross-section of the components of the tower can be formed at least in the upper, swept by the rotor area as aerodynamic favorable cross-section, in particular wing profiles, elliptical profiles or the like can be used ,
  • the aerodynamic profile is preferably to be chosen so that the resulting upstream of the tower back pressure on the windward side of the tower is significantly reduced, which has a positive effect on the overall design and whimsical sizing of the entire system.
  • the minimum distance between the two tower parts, at least in the rotor rotation range, preferably corresponds to twice the maximum deflection of the rotor blade tips by deformation plus a safety distance.
  • At least one tower part in the amount of rotor hubs be provided with a platform, wherein on the at least one platform and the detachable with the rotor shaft generator can be arranged with or without gear o- one can be coupled with the rotor shaft output element, the is in a torque transmitting connection with a corresponding drive element in the lower region of the tower, which is coupled to the generator.
  • the output element as well as the drive element may be a traction sheave, which are connected to each other via at least one cable loop as Koeperetetrieb.
  • the cable loop may be formed as a vulcanized flat belt or similar, corresponding reinforced flat belt drive to increase the life of the cable loop or the cable drive while reducing the weight of the cable loop and to optimize the diameter of the traction sheaves.
  • the drive element and the generator can also be designed as an integrated unit, wherein in the case of the use of traction sheaves, the components of the generator can be arranged within the lower traction sheave.
  • the input and output elements are preferably surrounded by a respective enclosure, to protect against external influences.
  • a foundation for receiving a wind turbine according to the invention is provided, wherein a multi-part stand is anchored on the multi-part foundation, which receives a horizontal circular path and centrally a tilt-safe rotary connection or a centering bearing for receiving the tower above.
  • the entire rotatable tower which must be automatically set with his rotor in the wind, so it is designed as a double tower, which is intentionally designed aerodynamically favorable at least on its front, so that the Turmvorstau is reduced.
  • the double tower offers the possibility of the largest rotor diameter in
  • a slewing with a centering bearing and a coaxially arranged circular ring track (as a wheel, roller or ball track).
  • Fig. 1a is a wind energy plant as a rotatable double tower with bottom tilt-safe ball slewing and one overhead drive on each tower part in a partially sectioned view in a side view
  • Fig. Lb a wind turbine as a rotatable double tower with bottom tilt-safe ball slewing and each arranged on top of both sides of the rotor hub Koepetrieb whose drives are each arranged on the tower base
  • Fig. 2 shows a wind turbine in a further embodiment as a rotatable Double tower on a circular track with central bearing and with trolleys and on top of each side of the rotor shaft an arranged drive on each part of the tower side in a side view
  • FIG. 3 shows the wind turbine according to FIG. 2 in a second view
  • FIGS. 2, 3, 4 shows a wind turbine according to FIGS. 2, 3, 4 in side view for the particular use in up St Ster execution by the lower Tower part is anchored fixed on foundations and starting from a required or desired height, the further system is rotatably mounted on a circular path and / or ball slewing on the tower base, the lower part of a Koepetriebes lies on the upper rotatable part of the double tower below the rotor area.
  • the wind turbines according to both embodiments of FIG. La, lb and Fig. 2 and 3 have in common that they consist of a tower 2, which is designed as a double tower with the two part towers 2a and 2b. These two sub-towers 2a and 2b are so far apart in the rotor blade area 10 that even with a maximum deformation of the rotor blades 6 in gusty wind have sufficient security against each sub-tower 2a and 2b.
  • both tower parts 2 a and 2 b can be brought together by a steel structure 2 c to a unit or they are guided separately up to the tower base 1 1 and stored rotatably there on the foundation 1.
  • a drive unit 8 is connected according to the second embodiment shown in Fig. 2a.
  • Such a drive unit 8 can either only from a generator or a transmission Generator unit consist. It is also possible to arrange the generator or the gear generator unit according to the 3rd embodiment shown in Fig. 2b on the base on the tower base 11.
  • a single or multi-cable drive consisting of an upper and a lower rope friction pulley 19 and 20 (Koepetrieb) and a two pulleys interconnecting cable loops are provided.
  • a single or multi-cable drive consisting of an upper and a lower rope friction pulley 19 and 20 (Koepetrieb) and a two pulleys interconnecting cable loops.
  • the drive units 8 are protected by a housing 9, wherein optionally the drive cables 22 of the cable loops themselves can be protected by a housing. To follow the rotor blades 6 in the wind, the entire
  • the tower 2 is formed aerodynamically favorable in the area of the tower parts 2a and 2b in its detailed construction on the windward side. As a result, an improvement in the stability and efficiency of the system is achieved.
  • the two tower parts 2 a and 2 b are designed, for example, as a pipe construction and may be connected to one another below the rotor blade area 10, possibly by a steel construction 2 c. If required, the tower 2 can be provided at the bottom with a base for the drive units 8 and for the application of Koepetriebes and other electrical systems. Between the tower base 1 1 and the foundation 1 is a multi-part tilt-proof ball slewing compound 3 is provided as a rotatable mounting.
  • the wind turbine according to the third embodiment according to Figures 2 to 4 differs from the previous embodiments, characterized in that the two tower parts 2a and 2b together from bottom to top as a pyramidal steel beam construction in the rotor blade region 10 on the windward aerodynamic namisch favorable shape are formed. From the tower base 1 1 to the rotor blade area 10, which has been expanded by a safety measure, the double tower 2 is connected to one another. the. The lower tower end can be used on the top as a stand for drives and electrical equipment 17.
  • Such a tower 2 is particularly suitable to transfer the torque gained from the wind from the rotor hub 5 to the bottom of the stand at the tower base 11 housed drive units 8 by Koeperetetrieb. This will be on the
  • Output shaft after the rotor hub 5 via a first Seiltreibscale transmit the torque down via a cable drive to a second Seiltreibscale via a drive shaft to a generator integrated there.
  • This possibility is not shown in the drawings, because it is already known from the document DE 20 2011 108 484 U.
  • Fig. 4 In the plan view of the wind turbine according to the third embodiment is shown in Fig. 4, as the double tower 2 on four suspensions 14 on the circular track 15, which may be formed as a wheel, roller or ball track is supported. In the center of the circle, this double tower 2 is additionally centered in its axis of rotation 16 by a bearing 18.
  • the number of chassis 14 provided must be at least three and may be larger depending on the application.
  • a fourth embodiment is shown. It differs from the third embodiment in that on the foundation 1, which may be formed in several parts, a stand 21 is anchored, which receives above the annular track 15 for the chassis 14 of the tower 2 and the centering bearing 18. As a result, the hub height of the wind turbine can be increased by the height of the stator 21 and the centering bearing, trolleys and circular track lifted out of the ground near area and possible negative effects

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage ohne drehbare Gondel in Nabenhöhe und mit drehbarem luvseitig aerodynamisch optimiertem Turm (2) auf einer Kreisringbahn und/oder einer kippsicheren Kugeldrehverbindung (3), wobei der Turm (2) insgesamt oder als Doppelturm mit den beiden Turmteilen (2a und 2b) ausgeführt ist, um in Nabenhöhe einseitig oder auf beiden Seiten der Rotornabe (5) je eine Antriebseinheit (8) mit Generator oder einen als Treibscheibentrieb mit integriertem Koepetrieb zur Übertragung des Drehmomentes der Rotornabe nach unten anschließen zu können, wobei die dortigen Generatorkomponenten neben der konventionellen seitlichen Anordnung auch innerhalb der unteren Treibscheibe angeordnet sein können.

Description

Beschreibung
Titel: Windenergieanlage mit horizontaler Rotorwelle und mit drehbarem Turm
[0001] Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage für große Bauhöhen und Leis- tungen über 5 Megawatt nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruchs. Mit solchen
Anlagen können bei Nabenhöhen von über 150 m und Rotordurchmesser bis 200 m erreicht werden. Die Gesamthöhen dieser Anlagen können damit über 200 m bei Eigenmassen von mehr als 1000 1 betragen.
[0002] Windenergieanlagen, die in den letzten beiden Jahrzehnten entwickelt und hergestellt wurden, zeichnen sich durch weitgehend übereinstimmende Bauweise aus.
Über einem vom Standort und Boden abhängig ausgebildeten Fundament ist der darauf befestigte Turm entsprechend der beabsichtigten Nabenhöhe als ruhender, nicht drehbarer Turm errichtet und oberhalb des Turmes in Nabenhöhe die mit dem Rotor und Antrieb versehene Gondel drehbar aufgebaut.
[0003] Eine solche Windenergieanlage ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10
2008 023 109 AI bekannt. Sie besteht im Wesentlichen aus dem Turm, der feststehend auf einem Fundament angeordnet ist. Das obere Ende dieses Turmes ist mit einer kippsicheren Drehverbindung und einem Drehantrieb versehen. Die Drehverbindung nimmt die Gondel mit dem Rotornabenlager, der Rotornabe und den Rotorblättern auf. Wei- terhin sind auf der Gondel noch alle notwendigen Funktionsbauteile des Antriebs- und
Kontrollsystems untergebracht. Eine Schutzkonstruktion umhaust die Gondel komplett.
[0004] Die Gesamtmasse der Bauteile mit der Gondel beträgt gegenwärtig bei 5 bis 6 MW Leistung ca. 250 - 300 t, im Spitzenfall über 600 t. Für Windenergieanlagen mit noch größerer Leistung werden diese Bauteilmassen und -großen mit den bekannten Spezialhebezeugen kaum noch beherrschbar sein und zu erheblichen Kosten und großer Zeitdauer bei der Errichtung, aber auch bei der Unterhaltung der Anlagen führen.
[0005] Mit der zunehmenden Erfahrung und stärkeren wissenschaftlich-theoretischen Durchdringung des Entwicklungsprozesses sowie durch den steigenden Druck zum verstärkten Einsatz regenerativer Energien werden immer größere Anlagen entwickelt.
[0006] Die Nabenhöhen betragen inzwischen mehr als 125 m. Die Rotoren entwickelten sich bis über 130 m Durchmesser. Die Leistungsgrößen der Anlagen stiegen bis in die unteren Bereiche der Megawattklasse. [0007] Das gegenwärtige Jahrzehnt ist gekennzeichnet von Entwicklungen über 5 MW, von Rotordurchmessern bis 160 m und zunehmenden Einsatz getriebeloser Generatoren.
[0008] Die damit einhergehende Vergrößerung der Bauteile und zunehmende Eigen- massen stellen ständig höhere Anforderungen an die zur Montage der Anlagen erforderlichen Hebezeuge. Auch immer wieder infrage kommende Reparaturen oder Teiletausch benötigen leistungsstarke Hebezeuge. Man versucht, neue Bauweisen einzuführen, die schwere Antriebsteile in Nabenhöhe vermeiden oder schwere Antriebsteile leichter montierbar gestalten, z.B. statt einem 6 MW-Generator zwei 3 MW- Generatoren einzusetzen.
[0009] Aus der Druckschrift DE 20 201 1 108 484 U„Windenergieanlage mit horizontaler Rotorachse und mit unten liegendem Antrieb" ist eine solche neue Bauweise bekannt geworden, indem der gesamte Turm mit seinen Rotorblättern in den Wind gestellt wird und das aus dem Wind gewonnene Drehmoment über die Rotornabe und ei- nen Koepe-Seiltrieb über eine obere Seiltreibscheibe zur unteren Seiltreibscheibe am
Turmfuß und dort auf die Antriebseinheit mit Generator weitergeführt wird. Durch diese Anordnung der Antriebseinheit am Turmfuß werden gegenüber der Anordnung auf der Gondel günstigere statische Verhältnisse erreicht und es werden zur Montage und Wartung einer so ausgerüsteten Windenergieanlage keine so große und für hohe Lasten ausgelegte Hebezeuge benötigt. Mit solchen werden hohe Leistungen zur Energiegewinnung im Bereich großer Megawattleistungen möglich. Solche Windenergieanlagen werden Nabenhöhen von über 150 m und Rotordurchmesser von 200 m erreichen und damit Gesamthöhen von über 200 m bei Eigenmassen von über 1000 t besitzen. Diese so großen Windenergieanlagen sollen an den für sie typischen Einsatzorten mit be- kannten Hebezeugen montierbar sein.
[0010] Die feststehenden Türme der bisherigen Bauweise werden durch die auf den Rotor von vorn wirkende Windkraft und durch die hinter der Drehmitte auf dem Turm angeordneten Gondel wirkenden vertikalen Belastungen durch die Bauteilmassen der die Energie gewinnenden mechanischen und elektrischen Antriebseinheit gleichgerich- tet summarisch belastet. Da sich die Windrichtung und damit die Gondel ringsum den
Turm drehen, wird dieser statisch und dynamisch ebenso ringsum belastet. [001 1] Die angestrebte Vervielfachung der jetzt erreichten Leistungsgrößen der Windenergieanlagen verlangt größere Rotordurchmesser, gleichzeitig höhere Nabenhöhen und schwerere und größere Antriebseinheiten.
[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lösungskonzept für Windenergieanlagen mit gegenüber ihrer Standfläche drehbarem Turm zu schaffen, das die bisherige Belastungsart der Turmkonstruktion entscheidend günstiger und insgesamt die über 200 m hohen Anlagen gegen alle extremen Witterungsunbilden standsicher gestaltet.
[0013] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst, wobei zweckmäßige Ausführungsformen durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche beschrieben sind.
[0014] Vorgesehen ist dabei eine Windenergieanlage, mit einem Turm, einer an einem Ende des Turmes gelagerten und mit Rotorblättern versehenen Rotorwelle, einem mit der Rotorwelle gekoppelten Antrieb sowie einem am anderen Ende des Turmes angeordneten Drehlager zur drehbaren Lagerung des Turmes auf einem Fundament, so dass der Turm insgesamt je nach dem, aus welcher Richtung der Wind zu einem bestimmten Zeitpunkt weht, gedreht werden kann. Die drehbare Lagerung des Turmes auf dem Fundament muss dabei kippsicher ausgeführt sein, um die auf den Turm lastenden Biegemomente auffangen zu können. Eine gegenüber dem Turm verdrehbare Gondel entfällt damit. Nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung ist der Turm dabei zumindest im Rotordrehbereich als Doppelturm mit zwei Turmteilen ausgebildet ist.
Die Rotorwelle kann dabei in vorteilhafter Weise statisch bestimmt auf beiden Turmteilen gelagert sein wobei die Rotorblätter zwischen den Turmteilen rotieren
[0015] Aufgrund der Tatsache, dass der Turm vollständig in die jeweils optimale Richtung gedreht werden kann, ist es möglich, den Turm an sich aerodynamisch opti- mal zu gestalten. Um die auf dem Turm lastenden durch den Wind erzeugen Kräfte zu reduzieren, kann daher der Querschnitt der Bauelemente des Turmes zumindest im oberen, von dem Rotor überstrichenen Bereich als aerodynamisches günstiger Querschnitt ausgebildet sein, wobei insbesondere Flügelprofile, elliptische Profile oder ähnliche zum Einsatz kommen können. Das aerodynamische Profil ist dabei vorzugsweise so zu wählen, dass der vor dem Turm entstehende Staudruck auf der Luvseite des Turmes deutlich gesenkt wird, was sich auf positiv auf die Gesamtauslegung und Dirnen- sionierung der Gesamtanlage auswirkt. Vorteilhafter Weise können dabei auch stabilisierende Umströmungseffekte erzielt werden.
[0016] Der minimale Abstand zwischen den beiden Turmteilen entspricht zumindest im Rotordrehbereich vorzugsweise der doppelten maximalen Auslenkung der Rotor- blattspitzen durch Verformung zuzüglich eines Sicherheitsabstandes.
[0017] Weiterhin bevorzugt kann zumindest ein Turmteil in Höhe der Rotornaben mit einer Plattform versehen sein, wobei auf der zumindest einen Plattform auch der mit der Rotorwelle kuppelbare Generator mit oder ohne Getriebe angeordnet sein kann o- der ein mit der Rotorwelle kuppelbares Abtriebselement, das in einer Drehmoment übertragenden Verbindung mit einem korrespondierenden Antriebselement im unteren Bereich des Turmes steht, das mit dem Generator kuppelbar ist.
[0018] Ebenso bevorzugt kann das Abtriebselement wie auch das Antriebselement eine Treibscheibe sein, die über zumindest eine Seilschlaufe als Koepetrieb miteinander verbunden sind.
[0019] Weiterhin bevorzugt kann die Seilschlaufe als vulkanisiertes Flachband oder als ähnlicher, entsprechender verstärkter Flachriementrieb ausgebildet sein, um die Lebensdauer der Seilschlaufe bzw. des Seiltriebes bei gleichzeitiger Verringerung des Eigengewichtes der Seilschlaufe zu erhöhen sowie die Durchmesser der Treibscheiben zu optimieren.
[0020] Das Antriebselement und der Generator können auch als integrierte Einheit ausgebildet sind, wobei im Falle des Einsatzes von Treibscheiben die Komponenten des Generators innerhalb der unteren Treibscheibe angeordnet sein können. Die An- und Abtriebselemente sind dabei vorzugsweise von einer jeweiligen Umhausung umgeben, zum Schutz gegen äußere Einflüsse.
[0021] Schließlich ist ein Fundament zur Aufnahme einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung vorgesehen, wobei auf dem mehrteiligen Fundament ein mehrteiliger Ständer verankert ist, der zur Aufnahme des Turms oben eine waagerechte Kreisbahn und zentrisch eine kippsichere Drehverbindung oder ein zentrierendes Lager aufnimmt.
[0022] Der gesamte drehbare Turm, der automatisch mit seinem Rotor in den Wind gestellt werden muss, ist also als Doppelturm ausgebildet, der zumindest auf seiner Frontseite vorsätzlich aerodynamisch günstig gestaltet ist, so dass der Turmvorstau verringert wird. Ein günstig gewählter Turmquerschnitt in Belastungsrichtung des Windes und der Antriebseinheit gestattet, diesen Turm mit geeigneter Anschlusskonstruktion auf eine große, mehrachsige, kippsichere Drehverbindung oder eine Kreisringbahn mit einem zentrierenden Lager mit Drehantrieb zu stellen und damit ringsum standsicher zu gestalten.
[0023] Nochmals größere Anlagen erhalten einen Doppelturm, der von zwei gegenüber angeordneten Teiltürmen gebildet wird, die im unteren Bereich zu einem im Querschnitt einteiligen Turmkörper zusammengeführt werden können und damit die Standflächen mittels geeigneter Laufräder oder Fahrwerke auf dem entsprechend großen Drehkreis mit Fundamenten unter der Fahrbahn dimensioniert werden.
[0024] Der Doppelturm bietet die Möglichkeit, auch die größten Rotordurchmesser in
Nabenhöhe zweiseitig stabil zu lagern und von dieser Rotornabe aus einseitig oder beidseitig Antriebseinheiten anzuschließen; z.B. mit Koepetrieb das Drehmoment nach unten zu übertragen. Eine solche Lösung ist aus der Druckschrift DE 20 2011 108 484 U bekannt. Diese Antriebseinheiten liegen somit unten, unmittelbar über dem Dreh- kreis des Turmes und sind für Montage- und Wartungsarbeiten gut und sicher erreichbar.
[0025] Im Bereich der Rotorblattlänge wird der Doppelturm freigängig für den sich drehenden Rotor einschließlich der Rücksichtnahme auf die Durchbiegung der Blätter gestaltet.
[0026] Bei Anlagen mit größerer Grundfläche ist es vorteilhaft, ein Drehwerk mit einem zentrierenden Lager und einer koaxial dazu angeordneten Kreisringfahrbahn (als Rad-, Rollen- oder Kugellaufbahn) vorzusehen.
Ausführungsbeispiele
[0027] Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfmdungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Die Zeichnungen zeigen:
[0028] Fig. la eine Windenergieanlage als drehbarer Doppelturm mit untenliegender kippsicheren Kugeldrehverbindung und je einem oben angeordneten Antrieb auf jedem Turmteil in teilweise geschnittener Darstellung in einer Seitenansicht, [0029] Fig. lb eine Windenergieanlage als drehbarer Doppelturm mit untenliegender kippsicheren Kugeldrehverbindung und je einem oben auf beiden Seiten der Rotornabe angeordneten Koepetrieb, deren Antriebe jeweils auf dem Turmfuß angeordnet sind, [0030] Fig. 2 eine Windenergieanlage in einer weiteren Ausführung als drehbarem Doppelturm auf einer Kreisringbahn mit mittigem Lager und mit Fahrwerken sowie oben auf jeder Seite der Rotorwelle einem angeordneten Antrieb auf jeder Turmteilseite in einer Seitenansicht,
[0031] Fig. 3 die Windenergieanlage nach Fig. 2 in einer zweiten Ansicht,
[0032] Fig. 4 die Windenergieanlage nach den Fig. 2 und 3 in der Draufsicht und [0033] Fig. 5 eine Windenergieanlage nach den Fig. 2, 3, 4 in Seitenansicht für den besonderen Einsatz in aufge Ständerter Ausführung, indem der untere Turmteil auf Fundamenten feststehend verankert ist und ab einer erforderlichen oder gewünschten Höhe die weitere Anlage auf einer Kreisbahn und / oder Kugeldrehverbindung auf dem Turmfuß drehbar aufgestellt ist, wobei der untere Teil eines Koepetriebes dabei auf dem oberen drehbaren Teil des Doppelturmes unterhalb des Rotorbereiches liegt.
1. und 2. Ausführungsbeispiel
[0034] Die Windenergieanlagen nach beiden Ausführungen gemäß Fig. la, lb sowie Fig. 2 und 3 haben gemeinsam, dass sie aus einem Turm 2 bestehen, der als Doppelturm mit den beiden Teiltürmen 2a und 2b ausgebildet ist. Diese beiden Teiltürme 2a und 2b sind im Rotorblattbereich 10 so weit beabstandet, dass auch bei einer maximalen Verformung der Rotorflügel 6 bei böigem Wind ausreichend Sicherheit gegenüber jedem Teilturm 2a und 2b aufweisen. Unterhalb des Rotorblattbereiches 10 können beide Turmteile 2a und 2b durch eine Stahlkonstruktion 2c zu einer Einheit zusammengeführt werden oder sie werden getrennt bis zum Turmfuß 1 1 geführt und dort auf dem Fundament 1 drehbar gelagert.
[0035] Oben befindet sich auf den Teiltürmen 2a und 2b die Plattform 4. Diese Plattform 4 nimmt einseitig oder gegenüberliegend beidseitig die Lager 7 für die Rotornabe 5 mit den Rotorblättern 6 auf. Beiderseits der Rotornabe 5 ist nach dem in Fig. 2a dargestellten 2. Ausführungsbeispiel je ein Antriebsaggregat 8 angeschlossen. Ein solches Antriebsaggregat 8 kann entweder nur aus einem Generator oder einer Getriebe- Generator-Einheit bestehen. Es ist auch möglich, den Generator oder die Getriebe- Generator-Einheit nach dem in Fig. 2b dargestellten 3. Ausführungsbeispiel auf der Standfläche am Turmfuß 11 anzuordnen. Zur Übertragung des Drehmomentes von oben nach unten wird ein Ein- oder Mehrseiltrieb, bestehend aus einer oberen und einer unteren Seiltreibscheibe 19 und 20 (Koepetrieb) sowie einer beide Scheiben miteinander verbindenden Seilschlaufen vorgesehen. Eine solche Lösung ist in der Druckschrift DE 20 201 1 108 484 U offenbart.
[0036] Die Antriebsaggregate 8 werden durch eine Umhausung 9 geschützt, wobei optional auch die Treibseile 22 der Seilschlaufen selbst von einer Umhausung ge- schützt sein können. Zur Nachführung der Rotorblätter 6 in den Wind wird der gesamte
Turm 2 gegenüber dem Fundament 1 gedreht.
[0037] Der Turm 2 wird im Bereich der Turmteile 2a und 2b in seiner Detailkonstruktion auf der Luvseite aerodynamisch günstig geformt. Dadurch wird eine Verbesserung der Standsicherheit und des Wirkungsgrades der Anlage erreicht.
[0038] Bei der Windenergieanlage nach dem 1. und 2. Ausführungsbeispiel gem. Fig. la und lb sind die beiden Turmteile 2a und 2b beispielsweise als Rohrkonstruktion ausgebildet und unterhalb des Rotorblattbereiches 10 möglicherweise durch eine Stahlkonstruktion 2c miteinander verbunden. Bei Bedarf kann der Turm 2 unten mit einer Standfläche für die Antriebsaggregate 8 bzw. für die Anwendung des Koepetriebes und weitere Elektroanlagen versehen werden. Zwischen dem Turmfuß 1 1 und dem Fundament 1 wird als drehbare Lagerung eine mehrteilige kippsichere Kugeldrehverbindung 3 vorgesehen.
3. Ausführungsbeispiel
[0039] Die Windenergieanlage nach dem 3. Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 bis 4 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, dass die beiden Turmteile 2a und 2b gemeinsam von unten nach oben als pyramidenförmig verlaufende Stahlträgerkonstruktion mit im Rotorblattbereich 10 auf der Luvseite aerody- namisch günstiger Form ausgebildet sind. Vom Turmfuß 1 1 bis zum um ein Sicherheitsmaß erweiterten Rotorblattbereich 10 ist der Doppelturm 2 miteinander verbun- den. Der untere Turmabschluss kann auf der Oberseite als Standfläche für Antriebe und Elektroanlagen 17 benutzt werden.
[0040] Ein solcher Turm 2 ist besonders dazu geeignet, das aus dem Wind gewonnene Drehmoment von der Rotornabe 5 zu den unten auf der Standfläche am Turmfuß 11 untergebrachten Antriebsaggregaten 8 per Koepetrieb zu übertragen. Dazu wird auf der
Abtriebswelle nach der Rotornabe 5 über eine erste Seiltreibscheibe das Drehmoment nach unten über einen Seiltrieb zu einer zweiten Seiltreibscheibe über eine Antriebswelle zu einem dort integrierten Generator übertragen. Diese Möglichkeit ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, weil sie bereits aus der Druckschrift DE 20 2011 108 484 U bekannt ist.
[0041] Ein solches Bauwerk erreicht durch die vorgesehenen großen Rotorblattdurchmesser 13 Gesamtbauhöhen von über 200 m über dem Fundament 1 und muss mit seinen Bauteilgrößen und Gesamteigenmassen von über 1000 t eine entsprechend stabile und standsichere Ausführung für solche Maßstäbe erhalten.
[0042] In der Draufsicht der Windenergieanlage nach dem 3. Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt, wie der Doppelturm 2 auf vier Fahrwerken 14 auf der Kreisringbahn 15, die als Rad-, Rollen- oder Kugellaufbahn ausgebildet sein kann, abgestützt wird. In der Kreismitte wird dieser Doppelturm 2 in seiner Drehachse 16 zusätzlich durch ein Lager 18 zentriert. Die Anzahl der vorgesehenen Fahrwerke 14 muss mindes- tens drei betragen und kann je nach Einsatzfall größer sein.
4. Ausführungsbeispiel
[0043] In der Zeichnung nach Fig. 5 ist ein 4. Ausführungsbeispiel dargestellt. Es un- terscheidet sich gegenüber dem 3. Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf dem Fundament 1, das mehrteilig ausgebildet sein kann, ein Ständer 21 verankert ist, der oberhalb die Kreisringbahn 15 für das Fahrwerk 14 des Turms 2 sowie das zentrierende Lager 18 aufnimmt. Dadurch kann die Nabenhöhe der Windenergieanlage um die Höhe des Ständers 21 vergrößert und die zentrierende Lagerung, Fahrwerke und Kreisringbahn aus dem bodennahen Bereich herausgehoben und möglichen negativen Einwirkungen
(Verunreinigungen, Schneeverwehungen, Sabotage etc.) entzogen werden.

Claims

Ansprüche
1. Windenergieanlage, mit einem Turm, einer an einem Ende des Turmes gelagerten und mit Rotorblättern versehenen Rotorwelle, einem mit der Rotorwelle gekoppel- ten Antrieb sowie einem am anderen Ende des Turmes angeordneten Drehlager zur drehbaren Lagerung des Turmes auf einem Fundament, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (2) zumindest im Rotordrehbereich (10) als Doppelturm, mit zwei Turmteilen (2a,2b) ausgebildet ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle statisch bestimmt auf beiden Turmteilen (2a, 2b) gelagert ist und die Rotorblätter zwischen den Turmteilen (2a, 2b) rotieren.
Windenergieanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand zwischen den beiden Turmteilen (2a, 2b) zumindest im Rotordrehbereich (10) der doppelten maximalen Auslenkung der Rotorblattspitzen (6) durch Verformung zuzüglich eines Sicherheitsabstandes entspricht.
Windenergieanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Turmteil (2a, 2b) in Nabenhöhe (5) mit einer Plattform (4) versehen ist, auf der ein mit der Rotorwelle kuppelbare Generator mit oder ohne Getriebe angeordnet ist.
5. Windenergieanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu- mindest ein Turmteil (2a, 2b) in Nabenhöhe (5) mit einer Plattform (4) versehen ist, auf der ein mit der Rotorwelle kuppelbares Abtriebselement vorgesehen ist, das in einer Drehmoment übertragenden Verbindung mit einem korrespondierenden Antriebselement im unteren Bereich des Turmes (2) steht, das mit dem Generator kuppelbar ist.
6. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement wie auch das Antriebselement eine Seiltreibscheibe (19) ist, die über zumindest eine Seilschlaufe als Koepetrieb miteinander verbunden sind.
7. Windenergieanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement und der Generator als integrierte Einheit ausgebildet sind.
8. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die An- und Abtriebsaggregate von einer Umhausung (9) umgeben sind.
9. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibseile von einer Umhausung umgeben sind.
10. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente des Turmes (2) zumindest auf der während des Betriebes vom Wind angeströmten Turmteilseite im Rotorblattbereich einen aerodynamischen günstigen Querschnitt aufweisen.
11. Fundament zur Aufnahme einer Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mehrteiligen Fundament (1) ein mehrteiliger Ständer (21) verankert ist, der zur Aufnahme des Turmes (2) eine waagerechte Kreisbahn (15) und zentrisch eine kippsichere Drehverbindung (3) o- der ein zentrierendes Lager (18) aufnimmt.
12. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibseile der Seilschlaufe als vulkanisierte Flachbänder ausgebildet sind.
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