WO2018166939A1 - Schwimmfähige offshore-anlage zur umwandlung von windenergie und/oder sonnenenergie in elektrische energie - Google Patents

Schwimmfähige offshore-anlage zur umwandlung von windenergie und/oder sonnenenergie in elektrische energie Download PDF

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WO2018166939A1
WO2018166939A1 PCT/EP2018/056007 EP2018056007W WO2018166939A1 WO 2018166939 A1 WO2018166939 A1 WO 2018166939A1 EP 2018056007 W EP2018056007 W EP 2018056007W WO 2018166939 A1 WO2018166939 A1 WO 2018166939A1
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Jochen Grossmann
Frank Dahlhaus
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Gicon Windpower Ip Gmbh
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • Floating offshore facility for converting wind energy and / or solar energy into electrical energy
  • the invention relates to floating offshore plants for the conversion of wind energy and / or solar energy into electrical energy with a support means via anchoring means or in coupling with at least one anchor and connected to the support device either support frame in conjunction with a tower of a wind turbine or carrier a solar system or with a solar system and at least one wind turbine, wherein the support means tubes and buoyancy bodies.
  • Floating buoyancy in conjunction with anchors for wind turbines in the open sea is known, for example, from the document GB 2 378 679 A.
  • the swimming foundation realized for this purpose consists of several buoyancy bodies, which are connected via radial steel struts with the tower of the wind turbine.
  • the steel struts are arranged cross-shaped in plan view and not connected to each other. If bending forces occur at the radial steel struts of the structure, they lead to high bending moments.
  • WO 2007/096680 A1 discloses a quadrangular floating foundation, wherein the floating bodies arranged at the corners are connected to one another by tension rods and pressure rods to form a spatial supporting structure.
  • a central large floating body carries a tower, which is guyed over cable-stayed cables to the outer floating bodies. This solution requires a considerable construction cost.
  • the document EP 1 288 122 A2 discloses a floating structure in the form of a massive floating platform with several chambers that can be filled with air in the manner of a diving bell and thus used to generate buoyancy. The establishment of such a floating foundation is associated with a high cost of materials.
  • the documents EP 1 876 093 A3 and DE 10 2008 003 647 A1 include floating structures in which floating bodies are provided at ends extending radially away from a central construction.
  • the document WO 201 1/057 940 A2 discloses an offshore wind power plant. This has a float, which is connected via connecting elements with the tower of the wind turbine. In addition, the offshore wind turbine has a counterweight at the top of the tower.
  • the connecting elements are arranged uniformly around the tower in several groups. A lower group essentially carries the tower and two upper groups support and position the tower. The upper groups attack at superimposed points of the tower. Due to the uniform distribution of the connecting elements, the tower can rotate relative to the float. This changes the position of the tower relative to the float. At the same time occur in the connecting elements by the different angles of the connecting elements relative to the tower different forces. A uniform force distribution is no longer given.
  • the publication US 2005/0 206 168 A1 includes a support structure for offshore wind turbines, wherein the tower of the wind turbine is connected via a grid structure with floats. Main elements are struts that are evenly distributed around the tower. A rotary movement of the tower with respect to the supporting structure is not excluded.
  • the publication WO 2004/055 272 A2 shows an offshore wind power plant with the possibility of creating a usable marine culture.
  • the tower of the wind turbine is held by evenly attached to the tower and distributed around this elements in a float. Again, a rotational movement of the tower relative to the float is not excluded.
  • the document WO 2013/040871 A1 comprises a semi-submersible floating platform with at least three floating concrete hollow cylinders, which are connected to each other via a transverse frame structure.
  • the concrete hollow cylinders form the buoyancy bodies for the floating platform, which cut through the water surface.
  • the publication US 2010/0219645 A1 discloses a floating arrangement for generating energy with at least three floating units each having a device for generating energy.
  • the units each have a buoyant body and a Device for generating energy.
  • the units and thus the means for generating energy are arranged in the vertices of a triangle or quadrangle.
  • Document DE 10 2013 222 081 A1 discloses a supporting structure for wind turbines, service stations or converter stations which floats in the open sea and is connected by anchoring means with anchors.
  • the supporting structure has a first component arranged under water and a second component which cuts through the water surface.
  • the first component has arranged at the vertices of a polygon and serving as a carrier of the second component first buoyant body and these interconnecting and tubular second buoyancy body.
  • a node construction interconnecting at least two second buoyancy bodies and at least one U-shaped node plate are arranged.
  • the knot structure is at the same time the support for a tubular support element and thus in conjunction with the node plate a forces receiving and dissipating nodes of the underwater structure.
  • the second component has the water surface cutting tubular support members which are connected via support means to a support structure for the wind turbine, the service station or the converter station.
  • Document DE 10 2012 222 756 A1 includes a supporting structure for wind power plants, service stations or converter stations which floats in the open sea and is connected by anchoring means with anchors, wherein the supporting structure has an underwater support structure and a supporting framework for the wind power plant or the structures for the service stations or the converter stations ,
  • the underwater structure has first arranged at the vertices of a polygon and each connected via at least one first spacer body and serving as a carrier for a supporting structure buoyancy bodies as the core structure and second arranged as a boom of the first buoyancy buoyancy body.
  • Each of the second buoyancy bodies is connected to its two adjacent first buoyancy bodies via at least one second spacer body.
  • the first buoyancy bodies are arranged in the vertices of a polygon and connected to each other via at least one first spacer body.
  • the structure thus represents a spatial structure in the form of a space structure.
  • the specified in claim 1 invention has for its object to create a buoyant offshore facility for the conversion of wind energy or solar energy into electrical energy easily and economically. This object is achieved with the features listed in claim 1.
  • the buoyant offshore wind turbines for converting wind energy and / or solar energy into electrical energy with a support means via anchoring means or in coupling with at least one anchor and connected to the support either support frame in conjunction with a tower of a wind turbine or carrier with a solar system or with a solar system and at least one wind turbine, wherein the support means tubes and buoyant body, are characterized in particular by their simple and economically favorable implementation.
  • first tubes connected to a first node piece are arranged horizontally star-shaped.
  • the ends of second vertically arranged tubes are connected by connectors to the ends of the first tubes.
  • the opposite ends of the seabed of the second tubes are the support elements of either the third tubes having Traggeiüstes with a second node piece for the tower of the wind turbine and / or the support for the solar system.
  • the buoyancy bodies are ceiling plates and bottom plates having hollow cylinders or holes along their axis having hollow prisms on the second tubes.
  • at least the first tubes, the second tubes, the connectors and either the hollow cylinders or the hollow prisms are made of a concrete, a composite material with concrete, a composite material with at least one plastic or a combination thereof. At least one of the materials used may also advantageously comprise fibers.
  • the support device thus consists essentially of the tubes and the buoyancy bodies.
  • the arranged as a star first tubes act as a carrier of the second tubes with the buoyancy bodies.
  • the second tubes are arranged at the ends of the first tubes.
  • appropriately designed first connector may be present as corner pieces.
  • the second tubes may be below the water surface or cut through them.
  • the support means is connected via the anchoring means on site with the anchor or anchors, so that a secure position of the support means and thus the wind turbine or the solar system is given.
  • the support frame may be formed so that the support frame has the second node piece and a carrier having a solar system.
  • the carrier of the solar system may also have at least one wind turbine, wherein the tower of the wind turbine is connected to the carrier or the second node piece is a part of the carrier.
  • the first node piece and / or the second node piece consists or consist according to the embodiment of claim 2 of a steel, a concrete, a composite material with concrete, a composite material with at least one plastic or a combination thereof. At least one of the materials used may also advantageously comprise fibers.
  • the third tubes consist according to the embodiment of claim 3 of a concrete, a composite material with concrete, a composite material with at least one plastic or a combination thereof. At least one of the materials used may also advantageously comprise fibers.
  • the pipes can be connected at the front, so that safe and tight connections between the pipes and the connectors are realized.
  • the first node piece, the first tubes, the connectors and the second tubes limit according to the embodiment of claim 5 a cavity as a second buoyant body, wherein the buoyancy bodies on the second tubes are first buoyant body.
  • the buoyancy body consists according to the embodiment of claim 6 of a shell or shell parts, wherein an order of interconnected shell parts delimiting a cavity or superimposed and interconnected sequences of interconnected shell parts a cavity.
  • the buoyancy bodies are economically feasible and manufacturable.
  • the wall of the buoyant body is impermeable to water and / or at least the outer wall of the buoyant body has a water-impermeable layer.
  • Either the second node piece or the node pieces are connected according to the embodiment of claim 8 with the tower of the wind turbine.
  • the carrier of the solar system or the solar system and the at least one wind turbine is according to the embodiment of claim 9, a plate-shaped carrier with at least one plane.
  • the solar system or the solar system and the wind turbine can be placed in their various configurations according to the prevailing environmental conditions.
  • the anchor is according to the embodiment of claim 10 is a heavyweight anchor or a heavyweight foundation. This or this can simply be placed on the seabed. Such a heavyweight anchor is easily removable when not needed, without essentially taking place a destruction of the seabed.
  • the connector and / or connecting elements of the first tubes and the connectors and / or connecting elements of the second tubes and the connector are connected according to the embodiment of claim 1 1 via vertical and / or oblique anchoring means with the heavyweight anchor or the heavyweight foundation.
  • vertical and / or oblique anchoring means with the heavyweight anchor or the heavyweight foundation.
  • the connecting element is a flange according to the embodiment of claim 12.
  • the formation of the connector is equal to the formation of the connecting piece and / or the formation of the first node piece equal to the formation of the second node piece.
  • Show it: 1 is a buoyant offshore plant for the conversion of wind energy into electrical energy
  • Fig. 3 is a buoyancy body
  • Fig. 4 is a connector
  • Fig. 5 is a support device with a support for a solar system.
  • a buoyant offshore plant for the conversion of wind energy or solar energy into electrical energy consists essentially of an anchor, anchoring means 2, a support device for a support frame in connection with a tower 3 of a wind turbine or for a support 19 with a solar system.
  • Fig. 1 shows a buoyant offshore plant for the conversion of wind energy into electrical energy in a schematic representation.
  • the buoyant offshore plant for converting wind energy into electrical energy has a known wind turbine with the tower 3 on. Furthermore, the support means are coupled on the one hand via anchoring means 2 to the armature and on the other hand connected via the supporting frame connected to the supporting frame with the tower 3 of the wind turbine.
  • the carrying device has tubes 4, 5 and buoyancy body 6.
  • tubes 4, 5 and buoyancy body 6. For this purpose, first connected to a first node piece 7 tubes 4 are arranged horizontally star-shaped.
  • the ends of second vertically arranged tubes 5 are connected via connectors 12 to the ends of the first tubes 4.
  • the seabed 15 opposite ends of the second tubes 5 are the carrier of either the third tubes 8 having support frame with a second node piece 14 or the support 19 with the platform.
  • the buoyancy bodies 6 are ceiling panels 9 and bottom plates 10 having hollow cylinders or holes along their axis having hollow prisms on the second tubes. 5
  • the hollow cylinder 1 1 or the hollow prisms are made of a concrete, a composite material with concrete, a composite material with at least one plastic or a combination thereof.
  • the first tubes 4, the second tubes 5 and the third tubes 8 are also made of concrete, a composite material with concrete, a composite material with at least one plastic or a combination thereof.
  • the first tube 4 and the second tube 5 are connected to each other via the connector 12 and the second tube 5 and the third tube 8 via the connecting piece 13.
  • the connections are based on flange connections. For this purpose, consisting of a concrete, a steel, a plastic or a composite material connector 12 and connectors 13 are provided with flanges as connecting elements.
  • the ends of the hollow cylinder performing pipes 4, 5, 8 are provided with flanges as connecting elements, so that these compounds are formed by means of the flange connections.
  • Flange connections are known, to which the flanges are connected to each other with screw connections.
  • the flanges are tightly connected to the tubes 4, 5, 8, the connectors 12 and the connectors 13.
  • At least the connectors 12 are hollow bodies, so that they enclose a cavity in connection with the first tubes 4 and the second tubes 5. This represents a buoyancy body in such an embodiment.
  • the second tubes 5 may be below the water surface or cut through them.
  • the second pipe 5, which does not intersect the water surface, are therefore the components of an underwater carrying device, in which case the third pipes 8 cut through the water surface.
  • the connecting pieces 13 are according to the connector 12 hollow body made of concrete, steel, a composite material or a plastic with flanges for connecting the second tubes 5 with the third tubes eighth
  • the at least submerged portions of the second tubes 5 and the first tubes 4 including the connectors 12 also act to lift.
  • the buoyancy bodies 6 are hollow cylinders 11, which are each connected to the second tubes 5 by means of the base plate 10 and the ceiling plate 9. For connection, the hollow cylinder 1 1 can continue to have with the second tubes 5 connected fasteners in the interior.
  • the third tubes 8 are connected via flange connections to the second node piece 14 in connection with the tower 3 of the wind turbine.
  • a heavyweight anchor 1 as an anchor, which is connected via anchoring means 2 with the support means.
  • anchoring means 2 with the support means.
  • FIG. 2 shows a support device with a support frame in a basic plan view.
  • the buoyancy bodies 6 are located at the ends of a star.
  • FIG. 3 shows a buoyant body 6 in a schematic representation.
  • the buoyant body 6 consists of a shell or shell parts 17, which are arranged in a row to form a hollow cylinder.
  • the buoyant body 6 also consist of several superposed shells or rows of shell parts 17, wherein between the shells or rows of shell parts 17, an intermediate piece 16 is arranged to the connection.
  • the intermediate piece 16 may be a ring.
  • the buoyant body 6 is closed with the ceiling plate 9 and the bottom plate 10 as a hollow body.
  • the ceiling plate 9, the bottom plate 10 and the intermediate piece may be made of steel, concrete, a composite material with concrete, a composite material with at least one plastic or a combination thereof.
  • FIG. 4 shows a connector 12 in two basic representations.
  • the connector 12 is a hollow body with connection points for the ends of the first tube 4 and the second tube 5.
  • the connection points are connecting elements in the form of flanges.
  • Fig. 4a shows a schematic sectional view of a side view.
  • Fig. 4b is a schematic sectional view of a plan view.
  • the buoyant body 6, the tubes 4, 5, 8, the connector 12 and the connecting pieces 13 are impermeable to water and thus made tight.
  • FIG. 5 shows a support device with a support 19 for a solar system in a basic representation.
  • a support device for an offshore plant for the conversion of solar energy into electrical energy is connected to a carrier 19 for placement of a solar system, wherein the carrier 19 is a plate-shaped carrier 19 with at least one plane.
  • the solar system is a well-known photovoltaic system.
  • the carrier 19 can be any suitable carrier 19 for placement of a solar system.
  • the third tube 8 may be a part of the supporting framework.
  • a solar system is known and not shown in FIG. 5.
  • a solar system can be arranged on the plate-shaped carrier 19 as a known photovoltaic system and at least one wind turbine.
  • the tower of the wind turbine is attached to the support 19.
  • the realization of the support means and the anchoring means 2 in connection with the anchor correspond to those of the offshore plant for the conversion of wind energy into electrical energy with the wind turbine.

Abstract

Schwimmfähige Offshore-An lagen zur Umwandlung von Windenergie und/oder Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Trageinrichtung über Abspannmittel zur oder in Kopplung mit wenigstens einem Anker und einem Traggerüst in Verbindung mit einem Turm einer Windkraftanlage oder Träger mit einer Solaranlage oder mit einer Solaranlage und wenigstens einer Windkraftanlage. Diese zeichnen sich insbesondere durch ihre einfache und ökonomisch günstige Realisierung aus. Dazu sind erste mit einem ersten Knotenstück verbundene Rohre horizontal sternförmig angeordnet. Die Enden zweiter vertikal angeordneter Rohre sind über Verbinder mit den Enden der ersten Rohre verbunden. Die dem Meeresboden gegenüberliegenden Enden der zweiten Rohre sind die Tragelemente entweder des dritte Rohre aufweisenden Traggerüstes mit einem zweiten Knotenstück oder des Trägers. Die Auftriebskörper befinden sich auf den zweiten Rohren.

Description

Schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie und/oder Sonnenenergie in elektrische Energie
Die Erfindung betrifft schwimmfähige Offshore-An lagen zur Umwandlung von Windenergie und/oder Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Trageinrichtung über Abspannmittel zur oder in Kopplung mit wenigstens einem Anker und einem mit der Trageinrichtung verbundenen entweder Traggerüst in Verbindung mit einem Turm einer Windkraftanlage oder Träger mit einer Solaranlage oder mit einer Solaranlage und wenigstens einer Windkraftanlage, wobei die Trageinrichtung Rohre und Auftriebskörper aufweist.
Schwimmende Auftriebskörper in Verbindung mit Ankern für Windkraftanlagen in der offenen See ist beispielsweise durch die Druckschrift GB 2 378 679 A bekannt. Das dazu realisierte Schwimmfundament besteht aus mehreren Auftriebskörpern, die über radiale Stahlstreben mit dem Turm der Windkraftanlage verbunden sind. Die Stahlstreben sind in Draufsicht kreuzförmig angeordnet und untereinander nicht verbunden. Treten an den radialen Stahlstreben des Bauwerks Biegekräfte auf, führen diese zu hohen Biegemomenten.
Durch die Druckschrift WO 2007/096680 A1 ist ein viereckiges Schwimmfundament bekannt, wobei die an den Ecken angeordneten Schwimmkörper untereinander durch Zugstäbe und Druckstäbe zu einem räumlichen Tragwerk verbunden sind. Ein zentraler großer Schwimmkörper trägt einen Turm, der über Schrägseile zu den außen liegenden Schwimmkörpern hin abgespannt ist. Diese Lösung erfordert einen nicht unerheblichen hohen Bauaufwand.
Die Druckschrift US 7,156,586 B2 beschreibt ein Schwimmtragwerk, das radial von einem Mast weg strebende Arme aufweist. Diese sind an ihren Enden mit Schwimmkörpern versehen. Zur Stabilisierung der Mastposition sind zwischen den Schwimmkörpern und dem Mast Schrägseile gespannt. An dem zentralen Mastfuß ergeben sich Spannungskonzentrationen, die zu Schwierigkeiten führen können, mindestens aber den Bauaufwand erhöhen.
Die Druckschrift EP 1 288 122 A2 offenbart ein Schwimmtragwerk in Gestalt einer massiven Schwimm plattform mit mehreren Kammern, die nach Art einer Taucherglocke mit Luft gefüllt und somit zur Erzeugung von Auftrieb herangezogen werden können. Die Errichtung eines solchen Schwimmfundaments ist mit einem hohen Materialaufwand verbunden. Die Druckschriften EP 1 876 093 A3 und DE 10 2008 003 647 A1 beinhalten Schwimmtragwerke, bei denen sich Schwimmkörper an radial von einer Zentralkonstruktion weg erstreckenden Enden vorgesehen sind.
Durch die Druckschrift WO 201 1/057 940 A2 ist eine Offshore-Windkraftanlage bekannt. Diese besitzt einen Schwimmkörper, der über Verbindungselemente mit dem Turm der Windkraftanlage verbunden ist. Darüber hinaus weist die Offshore-Windkraftanlage ein Gegengewicht am Turmende auf. Die Verbindungselemente sind dabei gleichmäßig um den Turm in mehreren Gruppen angeordnet. Eine untere Gruppe trägt im wesentlichen den Turm und zwei obere Gruppen stützen und positionieren den Turm. Die oberen Gruppen greifen an übereinander liegenden Stellen des Turmes an. Durch die gleichmäßige Verteilung der Verbindungselemente kann sich der Turm gegenüber dem Schwimmkörper drehen. Damit ändert sich die Position des Turmes gegenüber dem Schwimmkörper. Gleichzeitig treten in den Verbindungselementen durch die unterschiedlichen Winkel der Verbindungselemente gegenüber dem Turm verschiedene Kräfte auf. Eine gleichmäßige Kraftverteilung ist nicht mehr gegeben.
Die Druckschrift US 2005/0 206 168 A1 beinhaltet eine Tragkonstruktion für Offshore- Windkraftanlagen, wobei der Turm der Windkraftanlage über eine Gitterstruktur mit Schwimmkörpern verbunden ist. Hauptelemente sind dabei Streben, die gleichmäßig um den den Turm verteilt sind. Eine Drehbewegung des Turmes gegenüber der Tragkonstruktion ist nicht ausgeschlossen.
Die Druckschrift WO 2004/055 272 A2 zeigt eine Offshore-Windkraftanlage mit der Möglichkeit der Schaffung einer nutzbaren Meereskultur. Der Turm der Windkraftanlage wird dabei über gleichmäßig am Turm befestigte und um diesen verteilte Elemente in einem Schwimmkörper gehalten. Dabei ist wiederum eine Drehbewegung des Turmes gegenüber dem Schwimmkörper nicht ausgeschlossen.
Die Druckschrift WO 2013/040871 A1 umfasst eine Halbtaucher-Schwimmplattform mit mindestens drei schwimmenden Betonhohlzylindern, die über eine Querrahmenstruktur miteinander verbunden sind. Die Betonhohlzylinder bilden die Auftriebskörper für die Schwimmplattform, die die Wasseroberfläche durchschneiden.
Durch die Druckschrift US 2010/0219645 A1 ist eine schwimmende Anordnung zur Energieerzeugung mit mindestens drei schwimmenden Einheiten jeweils mit einer Einrichtung zur Energieerzeugung bekannt. Die Einheiten besitzen jeweils einen Auftriebskörper und eine Einrichtung zur Energieerzeugung. Die Einheiten und damit die Einrichtungen zur Energieerzeugung sind in den Eckpunkten eines Dreiecks oder Vierecks angeordnet.
Die Druckschrift DE 10 2013 222 081 A1 offenbart ein in der offenen See schwimmendes und über Abspannmittel mit Ankern verbundenes Tragwerk für Windkraftanlagen, Servicestationen oder Konverterstationen. Das Tragwerk weist einen unter Wasser angeordneten ersten Bestandteil und einen die Wasseroberfläche durchschneidenden zweiten Bestandteil auf.
Weiterhin besitzt der erste Bestandteil an den Eckpunkten eines Polygons angeordnete und als Träger des zweiten Bestandteils dienende erste Auftriebskörper und diese miteinander verbindende und rohrförmig ausgebildete zweite Auftriebskörper. Im ersten Auftriebskörper sind eine mindestens zwei zweite Auftriebskörper miteinander verbindende Knotenkonstruktion und wenigstens eine u-förmig ausgebildete Knotenplatte angeordnet. Die Knotenkonstruktion ist gleichzeitig der Träger für ein rohrförmiges Tragelement und damit in Verbindung mit der Knotenplatte ein Kräfte aufnehmender und ableitender Knoten des Unterwassertragwerks. Der zweite Bestandteil besitzt die Wasseroberfläche schneidenden rohrförmigen Tragelemente, die über Tragmittel mit einer Tragkonstruktion für die Windkraftanlage, die Servicestation oder die Konverterstation verbunden sind.
Die Druckschrift DE 10 2012 222 756 A1 beinhaltet ein in der offenen See schwimmendes und über Abspannmittel mit Ankern verbundenes Tragwerk für Windkraftanlagen, Servicestationen oder Konverterstationen, wobei das Tragwerk ein Unterwassertragwerk und ein Traggerüst für die Windkraftanlage oder die Bauwerke für die Servicestationen oder die Konverterstationen aufweist. Das Unterwassertragwerk besitzt erste an den Eckpunkten eines Polygons angeordnete und über jeweils wenigstens einen ersten Abstandskörper miteinander verbundene sowie als Träger für ein Traggerüst dienende Auftriebskörpern als Kerntragwerk und zweite als Ausleger der ersten Auftriebskörper angeordnete Auftriebskörper. Jeder der zweiten Auftriebskörper ist mit seinen beiden benachbarten ersten Auftriebskörpern über wenigstens einen zweiten Abstandskörper verbunden. Die ersten Auftriebskörper sind in den Eckpunkten eines Polygons angeordnet und über jeweils wenigstens einen ersten Abstandskörper miteinander verbunden. Das Tragwerk stellt damit ein räumliches Tragwerk in Form eines Raumtragwerks dar.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie einfach und ökonomisch günstig zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die schwimmfähigen Offshore-Anlagen zur Umwandlung von Windenergie und/oder Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Trageinrichtung über Abspannmittel zur oder in Kopplung mit wenigstens einem Anker und einem mit der Trageinrichtung verbundenen entweder Traggerüst in Verbindung mit einem Turm einer Windkraftanlage oder Träger mit einer Solaranlage oder mit einer Solaranlage und wenigstens einer Windkraftanlage, wobei die Trageinrichtung Rohre und Auftriebskörper aufweist, zeichnen sich insbesondere durch ihre einfache und ökonomisch günstige Realisierung aus.
Dazu sind erste mit einem ersten Knotenstück verbundene Rohre horizontal sternförmig angeordnet. Die Enden zweiter vertikal angeordneter Rohre sind über Verbinder mit den Enden der ersten Rohre verbunden. Die dem Meeresboden gegenüberliegenden Enden der zweiten Rohre sind die Tragelemente entweder des dritte Rohre aufweisenden Traggeiüstes mit einem zweiten Knotenstück für den Turm der Windkraftanlage und/oder des Trägers für die Solaranlage. Die Auftriebskörper sind Deckenplatten und Bodenplatten aufweisende Hohlzylinder oder Bohrungen entlang ihrer Achse aufweisende hohle Prismen auf den zweiten Rohren. Weiterhin bestehen wenigstens die ersten Rohre, die zweiten Rohre, die Verbinder und entweder die Hohlzylinder oder die hohlen Prismen aus einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon. Wenigstens einer der eingesetzten Materialien kann auch vorteilhafterweise Fasern aufweisen.
Die Trageinrichtung besteht damit im Wesentlichen aus den Rohren und den Auftriebskörpern. Die als Stern angeordneten ersten Rohre fungieren als Träger der zweiten Rohre mit den Auftriebskörpern. Die zweiten Rohre sind an den Enden der ersten Rohre angeordnet. Dazu können entsprechend ausgebildete erste Verbinder als Eckstücke vorhanden sein. Die zweiten Rohre können sich unterhalb der Wasseroberfläche befinden oder diese durchschneiden. Im ersten Fall durchschneiden die dritten Rohre des Traggerüsts oder weitere zwischen den zweiten Rohren und dem Träger mit der Solaranlage angeordnete Elemente die Wasseroberfläche.
Die Trageinrichtung ist über die Abspannmittel vor Ort mit dem Anker oder Ankern verbunden, so dass eine sichere Position der Trageinrichtung und damit der Windkraftanlage oder der Solaranlage gegeben ist. Darüber hinaus kann das Traggerüst so ausgebildet sein, dass das Traggerüst das zweite Knotenstück und einen eine Solaranlage aufweisender Träger aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann der Träger der Solaranlage auch wenigstens eine Windkraftanlage besitzen, wobei der Turm der Windkraftanlage mit dem Träger verbunden ist oder das zweite Knotenstück ein Bestandteil des Trägers ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 13 angegeben.
Das erste Knotenstück und/oder das zweite Knotenstück besteht oder bestehen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 aus einem Stahl, einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon. Wenigstens einer der eingesetzten Materialien kann auch vorteilhafterweise Fasern aufweisen.
Die dritten Rohre bestehen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 aus einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon. Wenigstens einer der eingesetzten Materialien kann auch vorteilhafterweise Fasern aufweisen.
Das erste Knotenstück, die ersten Rohre, die Verbinder und die zweiten Rohre weisen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 zur Verbindung Flansche als Verbindungselemente auf. Die Rohre können stirnseitig anschließen, so dass sichere und dichte Verbindungen zwischen den Rohren und den Verbindern realisiert sind.
Das erste Knotenstück, die ersten Rohre, die Verbinder und die zweiten Rohre begrenzen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 einen Hohlraum als einen zweiten Auftriebskörper, wobei die Auftriebskörper auf den zweiten Rohren erste Auftriebskörper sind.
Der Auftriebskörper besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 aus einer Schale oder Schalenteilen, wobei eine Reihenfolge von miteinander verbundenen Schalenteilen einen Hohlraum oder übereinander angeordnete und miteinander verbundene Reihenfolgen von miteinander verbundenen Schalenteilen einen Hohlraum begrenzen. Die Auftriebskörper sind ökonomisch günstig realisierbar und herstellbar. Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ist oder sind die Wand des Auftriebskörpers wasserundurchlässig und/oder weist wenigstens die Außenwand des Auftriebskörper eine wasserundurchlässige Schicht auf.
Entweder das zweite Knotenstück oder die Knotenstücke sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 mit dem Turm der Windkraftanlage verbunden.
Der Träger der Solaranlage oder der Solaranlage und der wenigstens einen Windkraftanlage ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ein plattenförmiger Träger mit wenigstens einer Ebene. Auf dieser kann die Solaranlage oder die Solaranlage und die Windkraftanlage in ihren verschiedensten Ausgestaltungen entsprechend den vorherrschenden Umweltbedingungen platziert werden.
Der Anker ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 ein Schwergewichtsanker oder eine Schwergewichtsgründung. Dieser oder diese kann einfach auf den Meeresboden abgesetzt werden. Ein derartiger Schwergewichtsanker ist bei Nichtbedarf leicht wieder entfernbar, ohne dass im Wesentlichen eine Zerstörung des Meeresbodens stattfindet.
Die Verbinder und/oder Verbindungselemente der ersten Rohre und der Verbinder und/oder Verbindungselemente der zweiten Rohre und der Verbinder sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 1 1 über vertikal und/oder schräg verlaufende Abspannmittel mit dem Schwergewichtsanker oder der Schwergewichtsgründung verbunden. Damit ist die Windkraftanlage oder die Solaranlage in ihrer Position sicher fixiert. Das schließt auch ein Verdrehen ein.
Das Verbindungselement ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ein Flansch.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ist oder sind die Ausbildung des Verbinders gleich der Ausbildung des Verbindungsstücks und/oder die Ausbildung des ersten Knotenstücks gleich der Ausbildung des zweiten Knotenstücks.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie,
Fig. 2 eine Trageinrichtung mit einem Traggerüst in einer Draufsicht,
Fig. 3 ein Auftriebskörper
Fig. 4 ein Verbinder und
Fig. 5 eine Trageinrichtung mit einem Träger für eine Solaranlage.
Eine schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie oder Sonnenenergie in elektrische Energie besteht im Wesentlichen aus einem Anker, Abspannmitteln 2, einer Trageinrichtung für ein Traggerüst in Verbindung mit einem Turm 3 einer Windkraftanlage oder für einen Träger 19 mit einer Solaranlage.
Die Fig. 1 zeigt eine schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie in einer prinzipiellen Darstellung.
Die schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie weist dazu eine bekannte Windkraftanlage mit dem Turm 3 auf. Weiterhin sind die Trageinrichtung einerseits über Abspannmittel 2 mit dem Anker gekoppelt und andererseits über das mit der Trageinrichtung verbundene Traggerüst mit dem Turm 3 der Windkraftanlage verbunden.
Die Trageinrichtung weist Rohre 4, 5 und Auftriebskörper 6 auf. Dazu sind erste mit einem ersten Knotenstück 7 verbundene Rohre 4 horizontal sternförmig angeordnet. Die Enden zweiter vertikal angeordneter Rohre 5 sind über Verbinder 12 mit den Enden der ersten Rohre 4 verbunden. Die dem Meeresboden 15 gegenüberliegenden Enden der zweiten Rohre 5 sind die Träger entweder des dritte Rohre 8 aufweisenden Traggerüstes mit einem zweiten Knotenstück 14 oder des Trägers 19 mit der Plattform. Die Auftriebskörper 6 sind Deckenplatten 9 und Bodenplatten 10 aufweisende Hohlzylinder oder Bohrungen entlang ihrer Achse aufweisende hohle Prismen auf den zweiten Rohren 5.
Die Hohlzylinder 1 1 oder die hohlen Prismen bestehen aus einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon. Die ersten Rohre 4, die zweiten Rohre 5 und die dritten Rohre 8 bestehen ebenfalls aus Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon. Weiterhin sind das erste Rohr 4 und das zweite Rohr 5 über den Verbinder 12 und das zweite Rohr 5 und das dritte Rohr 8 über das Verbindungsstück 13 miteinander verbunden. Die Verbindungen basieren auf Flanschverbindungen. Dazu sind die aus einem Beton, einem Stahl, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff bestehenden Verbinder 12 und Verbindungsstücke 13 mit Flanschen als Verbindungselemente versehen. Die Enden der Hohlzylinder darstellenden Rohre 4, 5, 8 sind mit Flanschen als Verbindungselemente versehen, so dass diese Verbindungen mittels der Flanschverbindungen ausgebildet sind. Flanschverbindungen sind bekannt, wobei dazu die Flansche mit Schraubenverbindungen miteinander verbunden sind. Die Flansche sind dicht mit den Rohren 4, 5, 8, den Verbindern 12 und den Verbindungsstücken 13 verbunden. Wenigstens die Verbinder 12 sind Hohlkörper, so dass diese in Verbindung mit den ersten Rohren 4 und den zweiten Rohren 5 einen Hohlraum umschließen. Dieser stellt in einer derartigen Ausgestaltung einen Auftriebskörper dar.
Die zweiten Rohre 5 können sich unter der Wasseroberfläche befinden oder diese durchschneiden. Die die Wasseroberfläche nicht durchschneidenden zweiten Rohre 5 sind damit die Bestandteile einer Unterwassertrageinrichtung, wobei hierbei die dritten Rohre 8 die Wasseroberfläche durchschneiden.
Die Verbindungsstücke 13 sind entsprechend der Verbinder 12 Hohlkörper aus Beton, Stahl, einem Verbundwerkstoff oder einem Kunststoff mit Flanschen zur Verbindung der zweiten Rohre 5 mit den dritten Rohren 8.
Die wenigstens unter Wasser angeordneten Bereiche der zweiten Rohre 5 und die ersten Rohre 4 einschließlich der Verbinder 12 wirken gleichfalls dem Auftrieb.
Auf den zweiten Rohren 5 befinden sich die Auftriebskörper 6. Die Auftriebskörper 6 sind Hohlzylinder 1 1 , die jeweils mittels der Bodenplatte 10 und der Deckenplatte 9 mit den zweiten Rohren 5 verbunden sind. Zur Verbindung können die Hohlzylinder 1 1 auch weiterhin mit den zweiten Rohren 5 verbundene Befestigungsmittel in deren Inneren aufweisen.
Die dritten Rohre 8 sind über Flanschverbindungen mit dem zweiten Knotenstück 14 in Verbindung mit dem Turm 3 der Windkraftanlage verbunden.
Auf dem Meeresboden 15 befindet sich ein Schwergewichtsanker 1 als Anker, der über Abspannmittel 2 mit der Trageinrichtung verbunden ist. Dazu sind die Verbinder 12 und/oder Verbindungselemente über vertikal und/oder schräg verlaufende Abspannmittel 2 mit dem Schwergewichtsanker 1 verbunden.
Die Fig. 2 zeigt eine Trageinrichtung mit einem Traggerüst in einer prinzipiellen Draufsicht.
Die Auftriebskörper 6 befinden sich an den Enden eines Sterns.
Die Fig. 3 zeigt einen Auftriebskörper 6 in einer prinzipiellen Darstellung.
Der Auftriebskörper 6 besteht aus einer Schale oder Schalenteilen 17, die in einer Reihe unter Ausbildung eines Hohlzylinders angeordnet sind. In einer Ausführungsform kann der Auftriebskörper 6 auch aus mehreren übereinander angeordneten Schalen oder Reihen aus Schalenteilen 17 bestehen, wobei sich zwischen den Schalen oder Reihen aus Schalenteilen 17 ein Zwischenstück 16 zu deren Verbindung angeordnet ist. Das Zwischenstück 16 kann dazu ein Ring sein. Der Auftriebskörper 6 ist mit der Deckenplatte 9 und der Bodenplatte 10 als Hohlkörper abgeschlossen.
Die Deckenplatte 9, die Bodenplatte 10 und das Zwischenstück können aus Stahl, Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon bestehen.
Die Fig. 4 zeigt einen Verbinder 12 in zwei prinzipiellen Darstellungen.
Der Verbinder 12 ist ein Hohlkörper mit Anschlussstellen für die Enden des ersten Rohres 4 und des zweiten Rohres 5. Die Anschlussstellen sind Verbindungselemente in Form von Flanschen. Die Fig. 4a zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung einer Seitenansicht. Die Fig. 4b eine prinzipielle Schnittdarstellung einer Draufsicht.
Der Auftriebskörper 6, die Rohre 4, 5, 8, die Verbinder 12 und die Verbindungsstücke 13 sind wasserundurchlässig und damit dicht ausgeführt.
Die Fig. 5 zeigt eine Trageinrichtung mit einem Träger 19 für eine Solaranlage in einer prinzipiellen Darstellung.
Eine Trageinrichtung für eine Offshore-Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie ist mit einem Träger 19 zur Platzierung einer Solaranlage verbunden, wobei der Träger 19 ein plattenförmiger Träger 19 mit wenigstens einer Ebene ist. Die Solaranlage ist dazu eine bekannte Photovoltaikanlage. Der Träger 19 kann
- direkt,
- über wenigstens ein Kopplungsstück 18,
- über das Kopplungsstück 18, die dritten Rohre 8 und Verbindungsstücke 13,
- einem Traggerüst oder
- einer Kombination davon
mit dem zweiten Rohr 5 verbunden sein.
Das dritte Rohr 8 kann ein Bestandteil des Traggerüsts sein. Eine Solaranlage ist bekannt und nicht in der Fig. 5 gezeigt.
Auf dem plattenförmigen Träger 19 kann in einer weiteren Ausführungsform eine Solaranlage als bekannte Photovoltaikanlage und wenigstens eine Windkraftanlage angeordnet sein. Der Turm der Windkraftanlage ist dazu auf dem Träger 19 befestigt.
Die Realisierung der Trageinrichtung und den Abspannmitteln 2 in Verbindung mit dem Anker entsprechen denen der Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie mit der Windkraftanlage.
Bezugszeichen
1 Schwergewichtsanker
2 Abs pannmittel
3 Turm
4 erstes Rohr
5 zweites Rohr
6 Auftriebskörper
7 erstes Knotenstück
8 drittes Rohr
9 Deckplatte
10 Bodenplatte
1 1 Hohlzylinder
12 Verbinder
13 Verbindungsstück
14 zweites Knotenstück
15 Meeresboden
16 Zwischenstück
17 Schalenteil
18 Kopplungsstück
19 Träger

Claims

Patentansprüche
1 . Schwimmfähige Offshore-Anlage zur Umwandlung von Windenergie und/oder Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Trageinrichtung über Abspannmittel (2) zur oder in Kopplung mit wenigstens einem Anker und einem mit der Trageinrichtung verbundenen entweder Traggerüst in Verbindung mit einem Turm (3) einer Windkraftanlage oder Träger (19) mit einer Solaranlage oder mit einer Solaranlage und wenigstens einer Windkraftanlage, wobei die Trageinrichtung Rohre (4, 5) und Auftriebskörper (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass erste mit einem ersten Knotenstück (7) verbundene Rohre
(4) horizontal sternförmig angeordnet sind, dass die Enden zweiter vertikal angeordneter Rohre (5) über Verbinder (12) mit den Enden der ersten Rohre (4) verbunden sind, dass die dem Meeresboden (15) gegenüberliegenden Enden der zweiten Rohre (5) die Tragelemente entweder des dritte Rohre (8) aufweisenden Traggerüstes mit einem zweiten Knotenstück (14) und/oder des Trägers (19) sind, dass die Auftriebskörper (6) Deckenplatten (9) und Bodenplatten (10) aufweisende Hohlzylinder oder Bohrungen entlang ihrer Achse aufweisende hohle Prismen auf den zweiten Rohren (5) sind und dass wenigstens die ersten Rohre (4), die zweiten Rohre (5), die Verbinder (12) und entweder die Hohlzylinder oder die hohlen Prismen aus einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon bestehen.
2. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Knotenstück (7) und/oder das zweite Knotenstück (14) aus einem Stahl, einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon besteht oder bestehen.
3. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Rohre (8) aus einem Beton, einem Verbundwerkstoff mit Beton, einem Verbundwerkstoff mit wenigstens einem Kunststoff oder einer Kombination davon bestehen.
4. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Knotenstück (7), die ersten Rohre (4), die Verbinder (12) und die zweiten Rohre
(5) zur Verbindung Flansche als Verbindungselemente aufweisen.
5. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Knotenstück (7), die ersten Rohre (4), die Verbinder (12) und die zweiten Rohre (5) einen Hohlraum als einen zweiten Auftriebskörper begrenzen, wobei die Auftriebskörper
(6) auf den zweiten Rohren (5) erste Auftriebskörper (6) sind.
6. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (6) aus einer Schale oder Schalenteilen (17) besteht, wobei eine Reihenfolge von miteinander verbundenen Schalenteilen (17) einen Hohlraum oder übereinander angeordnete und miteinander verbundene Reihenfolgen von miteinander verbundenen Schalenteilen (17) einen Hohlraum begrenzen.
7. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Auftriebskörpers (6) wasserundurchlässig ist und/oder dass wenigstens die Außenwand des Auftriebskörper (6) eine wasserundurchlässige Schicht aufweist.
8. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass entweder das zweite Knotenstück (14) oder die Knotenstücke (7, 14) mit dem Turm (3) der Windkraftanlage verbunden sind.
9. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (19) der Solaranlage oder der Solaranlage und der wenigstens einen Windkraftanlage ein plattenförmiger Träger (19) mit wenigstens einer Ebene ist.
10. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anker ein Schwergewichtsanker (1 ) oder eine Schwergewichtsgründung ist.
1 1 . Schwimmfähige Offshore-Anlage nach den Patentansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder (12) und/oder Verbindungselemente der ersten Rohre (4) und der Verbinder (12) und/oder Verbindungselemente der zweiten Rohre (5) und der Verbinder (12) über vertikal und/oder schräg verlaufende Abspannmittel (2) mit dem Schwergewichtsanker (1 ) oder der Schwergewichtsgründung verbunden sind.
12. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Flansch ist.
13. Schwimmfähige Offshore-Anlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung des Verbinders (12) gleich der Ausbildung des Verbindungsstücks (13) und/oder die Ausbildung des ersten Knotenstücks (7) gleich der Ausbildung des zweiten Knotenstücks (14) ist oder sind.
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