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Gegenstand
der Erfindung sind ein Turm einer Windkraftanlage, eine Windkraftanlage
sowie ein Verfahren zum Anheben von Komponenten einer Windkraftanlage.
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Windkraftanlagen
dienen zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft.
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Wesentliche
Komponenten der heutzutage üblichen
Windkraftanlagen sind der Turm, die Gondel sowie der Rotor. Der
Turm der Windkraftanlage wird auf dem Untergrund errichtet. Auf
den Turm wird eine Gondel (auch ”Maschinenhaus” genannt)
aufgesetzt, die um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar ist. Der
Rotor umfasst Rotorblätter,
die um eine im wesentlichen horizontal verlaufende Drehachse drehbar an
der Gondel angeordnet sind. Durch den Rotor wird die kinetische
Energie des Windes in Rotationsenergie umgewandelt und über ein
Getriebe auf einen in der Gondel angeordneten elektrischen Generator übertragen.
Der Generator wandelt die Rotationsenergie in elektrische Energie
um.
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Die
Effizienz von Windkraftanlagen nimmt mit steigender Windgeschwindigkeit
zu. Da die durchschnittliche Windgeschwindigkeit mit zunehmender
Höhe steigt,
wird der Rotor einer Windkraftanlage in möglichst großer Höhe angeordnet. Hierzu ist es
nötig,
dass die Windkraftanlage einen möglichst
hohen Turm aufweist.
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Türme hoher
Windkraftanlagen wurden in den vergangenen Jahre vornehmlich als
Stahlrohrtürme
konfektioniert, die sich nach oben leicht verjüngen. Selten wurden Türme hoher
Windkraftanlagen auch als Betontürme
ausgeführt.
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Stahlrohrtürme bestehen üblicherweise
aus einzelnen Segmenten von etwa 20 bis 30 Metern Länge, die über Flansche
am vorgesehene Standort der Windkraftanlage miteinander verschraubt
werden. Bei der Errichtung des Stahlrohrturmes wird zunächst ein
Fundament errichtet, auf dem das erste Segment des Stahlrohrturmes
angeordnet wird. Anschließend
werden die weiteren Segmente auf dieses Segment übereinander aufgesetzt. Zum
Anheben der Segmente dienen einer oder mehrere Baukräne, beispielsweise
fahrbare Autokräne.
Die Baukräne
heben die Segmente an und bewegen sie an die vorgesehene Position.
Nachdem der Stahlrohrturm errichtet ist, heben die Baukräne die weiteren Komponenten
der Windkraftanlage an, also insbesondere die Gondel, den Rotor
und deren Bestandteile, und bewegen sie an die jeweils vorgesehene Position.
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Betontürme können ebenfalls
aus einzelnen Segmenten bestehen, die am vorgesehenen Standort der
Windkraftanlage aufeinander aufgesetzt werden. Ansonsten kann der
Betonturm am Standort auch unmittelbar aus Beton errichtet werden.
Soweit Betontürme
Segmente umfassen, werden diese ebenfalls durch Baukräne angehoben
und an die vorgesehene Position bewegt.
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Grundsätzlich haben
sich für
hohe Windkraftanlage entsprechende Techniken zum Errichten der Windkraftanlagen
bewährt.
Nachteilig an dieser Technik ist jedoch, dass die Höhe von Windkraftanlagen,
die durch diese Technik errichtet werden können, begrenzt ist. Dies liegt
insbesondere an den derzeit verfügbaren
Baukränen,
die Lasten nur bis zu einer maximalen Höhe von etwa 130 Metern anheben können.
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Es
besteht jedoch das Bedürfnis,
Windkraftanlagen zu errichten, die eine Turmhöhe von über 130 Metern aufweisen, um
die höheren
Windgeschwindigkeiten in größeren Höhen nutzen
zu können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turm einer
Windkraftanlage zur Verfügung
zu stellen, der die Errichtung von Windkraftanlagen mit einer Höhe ermöglicht,
die über
der Höhe von
Windkraftanlagen nach dem Stand der Technik liegt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windkraftanlage mit einem
solchen Turm zur Verfügung
zu stellen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es schließlich, ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, das die Errichtung von Windkraftanlagen mit einer Höhe ermöglicht,
die über
der Höhe
von Windkraftanlagen nach dem Stand der Technik liegt.
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Zur
Lösung
der erstgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt ein Turm einer
Windkraftanlage mit einer daran angeordneten Hebevorrichtung zum
Anheben von Komponenten der Windkraftanlage.
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Zur
Lösung
der zweitgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt eine Windkraftanlage
mit einem Turm, wobei der Turm eine daran angeordnete Hebevorrichtung
zum Anheben von Komponenten der Windkraftanlage aufweist.
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Zur
Lösung
der drittgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß schließlich zur Verfügung gestellt ein
Verfahren zum Anheben von Komponenten einer Windkraftanlage mit
einem Turm, bei dem zunächst ein
Abschnitt des Turms mit einer daran angeordneten Hebevorrichtung
errichtet und anschließend Komponenten
der Windkraftanlage mittels der Hebevorrichtung angehoben werden.
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Die
Erfindung beruht auf der Grundidee, eine Hebevorrichtung zum Anheben
von Komponenten der Windkraftanlage vorzusehen, die am Turm dieser Windkraftanlage
selbst angeordnet ist. Der Turm der Windkraftanlage dient damit – entgegen
bisherigen Windkraftanlagen – nicht
nur zur Aufnahme von Gondel und Rotor, sondern dient darüber hinaus
als Mittel zur Anordnung einer Hebevorrichtung zum Anheben von Komponenten
der Windkraftanlage.
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Ein
wesentlicher Vorteil eines entsprechend gestalteten Turms liegt
darin, dass mit diesem Komponenten der Windkraftanlage in größere Höhen angehoben
werden können
als durch den bisherigen Stand der Technik, also mittels Baukränen. Denn
die errichtbare Turmhöhe
eines erfindungsgemäßen Turms
beziehungsweise einer Windkraftanlage mit einem solchen Turm ist
nicht mehr durch die maximale Hubhöhe eines Baukrans, sondern
nur noch durch die Turmhöhe
selbst begrenzt.
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Der
erfindungsgemäße ”Turm” der Windkraftanlage
muss nicht der gesamte Turm der Windkraftanlage, sondern kann auch
nur ein Abschnitt des Turms sein.
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Die ”Komponenten” der Windkraftanlage sind
insbesondere die ”Hauptkomponenten” der Windkraftanlage,
also insbesondere wenigstens eine der folgenden Komponenten: Turmsegmente,
Gondel, Triebstrang, Generator, Transformator und Rotor. Neben den
vorgenannten Komponenten sind auch Teile dieser Komponenten von
dem Begriff ”Komponenten” umfasst,
also beispielsweise Verkleidungsteile der Gondel. Die ”Turmsegmente” können insbesondere
Stahlrohrturmsegemente und Betonturmsegmente sein. Der ”Triebstrang” umfasst
insbesondere auch die Rotorwelle, die Rotorarretierung und das Getriebe.
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Die
Art und Gestaltung der Hebevorrichtung ist grundsätzlich beliebig.
Die Hebevorrichtung muss allein dazu in der Lage sein, zur Errichtung
der Windkraftanlage notwendige Komponenten anheben und an eine vorgesehene
Position bewegen zu können, so
dass sie dort anschließend
montiert werden können.
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Komponenten
einer Windkraftanlage können ein
erhebliches Gewicht aufweisen. Beispielsweise kann eine Gondel – mit sämtlichen
Maschinen – über 300
Tonnen und ein Rotor bis zu 150 Tonnen wiegen. Die Hebevorrichtung
ist erfindungsgemäß demnach bevorzugt
derart gestaltet, dass sie Lasten von bis zu 400 Tonnen, also beispielsweise
auch von bis zu 350 Tonnen oder von bis zu 300 Tonnen anheben kann.
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Die
Hebevorrichtung kann beispielsweise in Form eines Krans gestaltet
sein, beispielsweise in Form eines Turmkranes oder eines anderen,
im wesentlichen auf Basis einer Gitterkonstruktion aufbauenden Kranes.
Zur Aufnahme der Komponenten der Windkraftanlage weist der Kran
bevorzugt einen Kranhaken auf, der – wie aus dem Stand der Technik bekannt – über ein
an einer Winde angeordnetes Seil auf- und abbewegbar ist.
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Es
können
aber auch beliebige andere Konstruktionen für die Hebevorrichtung vorgesehen
sein. Beispielsweise kann die Hebvorrichtung auch in Form eines
Lastenaufzuges vorgesehen sein, der an der Außenseite des Turms herauf-
und herunterfahrbar ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Hebevorrichtung mehrteilig konfektioniert
ist und mehrere Komponenten zum Anheben von Komponenten der Windkraftanlage
umfasst. Beispielsweise kann die Hebevorrichtung mehrere Kräne umfassen.
Beispielsweise können
zwei oder mehr Kräne
vorgesehen sein, die bevorzugt entlang des Umfangs des Turms an
diesem angeordnet sind. Hierdurch können Komponenten der Windkraftanlage
besonders sicher angehoben und bewegt werden. Ferner hat eine mehrteilig
gestaltete Hebevorrichtung den Vorteil, insbesondere wenn deren
Komponenten entlang des Umfangs des Turms verteilt angeordnet sein,
dass die durch die Hebevorrichtung aufgenommene Last gleichmäßiger auf
den Turm der Windkraftanlage verteilt wird. Hierdurch kann beispielsweise
das Auftreten von Momenten, insbesondere von auf den Turm einwirkenden
Biegemomenten, die zu einer Beschädigung des Turmes führen könnten, verhindert werden.
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Die
Hebevorrichtung ist bevorzugt elektrisch antreibbar.
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Die
Hebevorrichtung ist bevorzugt lösbar
an dem Turm angeordnet, beispielsweise insbesondere auch über Schraubverbindungen.
Dies hat den Vorteil der besonderen Flexibilität der Hebevorrichtung. Diese
kann demnach beispielsweise – bei
zunehmendem Baufortschritt des Turmes der Windkraftanlage – aus einer
bestimmtem Position, in der sie an dem Turm angeordnet ist, gelöst und anschließend in einer
größeren Höhe wieder
an diesem angeordnet beziehungsweise befestigt werden. Ferner hat
eine lösbare
Anordnung den Vorteil, dass die Hebevorrichtung nach Vollendung
der Windkraftanlage von dieser abgenommen und zur Errichtung weiterer Windkraftanlagen
verwendet werden kann. Ebenso kann die Hebevorrichtung zu Reparaturzwecken oder
für Rückbaumaßnahmen
wieder an dem Turm befestigt und zum Anheben (worunter erfindungsgemäß auch das
Absenken verstanden wird) von Komponenten der Windkraftanlage verwendet
werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Turm einer Windkraftanlage vorgesehen, der Mittel zur Anordnung
der Hebevorrichtung aufweist. Diese Mittel können beispielsweise Stahlelemente
sein, an denen die Hebevorrichtung anordenbar beziehungsweise befestigbar
ist. Diese Mittel können
bevorzugt bereits werkseitig bei der Herstellung der Turmkomponenten
konfektioniert werden.
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Der
Turm der Windkraftanlage kann beispielsweise als Stahlrohrturm oder
als Betonturm gestaltet sein.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist ein erfindungsgemäßer Turm
einer Windkraftanlage vorgesehen, bei der der Turm in seinem unteren
Abschnitt als Betonturm und in seinem oberen Abschnitt als Stahlrohrturm
ausgebildet ist. Entsprechende Türme
werden auch als Hybridtürme bezeichnet.
Der besondere Vorteil eines solchen Turms liegt unter anderem darin,
dass der Betonturm äußerst belastbar
ist und sich daher besonders zur Anordnung der Hebevorrichtung zum
Anheben von Komponenten der Windkraftanlage eignet. Erfindungsgemäß kann demnach
bevorzugt vorgesehen sein, dass die Hebevorrichtung an dem Betonturm – des Hybridturmes – angeordnet
ist. Nach einer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen,
dass die Hebevorrichtung am oberen Abschnitt des Betonturms angeordnet
ist und demnach beispielsweise am oberen endseitigen Bereich des
Betonturms angeordnet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass
durch eine entsprechende Anordnung der Hebevorrichtung die Komponenten
der Windkraftanlage in sehr große
Höhen angehoben
werden können
und daher besonders hohe Türme
beziehungsweise Windkraftanlagen errichtbar sind.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Hebevorrichtung eine oder mehrere
Stützen
aufweist, mit denen sie sich auf dem Untergrund abstützt.
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Beispielsweise
können
entsprechenden Stützen
in Form von Gitterkonstruktionen vorgesehen sein. Entsprechende
Stützen
dienen für
die Hebevorrichtung damit – neben
dem Turm der Windkraftanlage – als ”weitere
Standbeine”.
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Die
erfindungsgemäße Windkraftanlage
sowie der erfindungsgemäße Turm
hierfür
können
beispielsweise auch eine Windkraftanlage für den Offshore-Betrieb sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann insbesondere zur Errichtung eines Turms beziehungsweise einer
Windkraftanlage, wie vorstehend ausgeführt, verwendet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann demnach insbesondere zum Anheben, Absenken und Bewegen von
Komponenten einer wie vorstehend ausgeführten Windkraftanlage mit einem
wie vorstehend ausgeführten
Turm verwendet werden, wobei verfahrensgemäß zunächst ein Abschnitt des Turms
mit einer daran angeordneten Hebevorrichtung errichtet und anschließend Komponenten
der Windkraftanlage mittels der Hebevorrichtung angehoben werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann
demnach beispielsweise zunächst
ein Abschnitt des Turmes der Windkraftanlagen errichtet und die Hebevorrichtung
daran angeordnet werden. Anschließend werden mittels der Hebevorrichtung
die Komponenten des weiteren Abschnitts des Turms, der auf dem bereits
errichteten Abschnitt aufbaut, angehoben und an die vorgesehene
Position bewegt. Anschließend
werden die Komponenten montiert und die Windkraftanlage auf diese
Art und Weise errichtet. Schließlich
werden die auf dem Turm anzuordnenden Komponenten der Windkraftanlage,
also insbesondere die Gondel (einschließlich zugehöriger Komponenten) und Rotor,
durch die Hebevorrichtung angehoben und an die vorgesehene Position
bewegt, wo sie anschließend
montiert werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Hebevorrichtung während der Errichtung des Turms
beziehungsweise der zugehörigen
Windkraftanlage während
des Baufortschritts des Turms von einer ersten Position, in der
die Hebevorrichtung angeordnet ist, in wenigstens eine weitere,
höhere
Position versetzt wird. So kann der zunehmenden Höhe des Turms Rechnung
getragen werden.
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Nachdem
sämtliche
Komponenten, die durch die Hebevorrichtung für eine Windkraftanlage angehoben
werden sollen, durch diese angehoben worden sind, kann die Hebevorrichtung
wieder vom Turm dieser Windkraftanlage gelöst und abgenommen werden.
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Selbstverständlich können Komponenten der
Windkraftanlage durch die Hebevorrichtung nicht nur angehoben, sondern
auch bewegt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die
Komponenten durch die Hebevorrichtung in eine Position bewegbar
sind, in der sie montierbar sind. Ergänzend können für die Bewegung der Komponenten
gegebenenfalls auch Nachführkräne eingesetzt
werden, beispielsweise externe Baukräne.
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Nach
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird zunächst
ein als Betonturm ausgebildeter Abschnitt des Turms mit einer daran
angeordneten Hebevorrichtung errichtet und anschließend die
auf dem Betonturm anzuordnenden Komponenten der Windkraftanlage
mittels der Hebevorrichtung angehoben werden. Nach einer besonders
bevorzugten Fortbildung dieser Ausführungsform umfassen die auf
dem Betonturm anzuordnenden Komponenten der Windkraftanlage die
Komponenten eines auf dem Betonturm zu errichtenden, als Stahlrohrturms
ausgebildeten Abschnitts des Turms.
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Dieses
Verfahren dient demnach zur Errichtung einer Windkraftanlage mit
einem wie oben beschriebenen Hybridturm, dessen Turm aus einem unteren
Abschnitt in Form eines Betonturms und einem oberen, auf den Betonturm
aufgesetzten Abschnitt in Form eines Stahlrohrturms besteht. Dabei
kann die Hebevorrichtung, wie oben beschrieben, bevorzugt am oberen
Abschnitt des Betonturms, besonders bevorzugt am oberen endseitigen
Bereich des Betonturms angeordnet angeordnet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren, die die Erfindung stark
schematisiert illustrieren, näher
erläutert.
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Dabei
zeigt
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1 den
als Betonturm ausgebildeten, unteren Abschnitt eines Turmes einer
zu errichtenden Windkraftanlage in einer Seitenansicht,
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2 den
Betonturm nach 1 mit einer daran angeordneten
Hebevorrichtung,
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3 die
Darstellung nach 2 mit einem durch die Hebevorrichtung
angehobenen Segment eines Stahlrohrturmes,
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4 den
fertigen Turm der Windkraftanlage nach 1 mit einer
auf den Turm aufgesetzten Gondel und mit einem durch die Hebevorrichtung
angehobenen Rotor,
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5 die
errichtete Windkraftanlage nach 1 mit der
daran angeordneten Hebevorrichtung,
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6 die
errichtete Windkraftanlage nach 1 ohne die
daran angeordnete Hebevorrichtung und
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7 den
Betonturm nach 1 mit einer anderen Ausführungsform
einer daran angeordneten Hebevorrichtung.
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1 zeigt
den als Betonturm 3 ausgebildeten, unteren Abschnitt eines
Turmes einer zu errichtenden Windkraftanlage in einer Seitenansicht.
Der Betonturm 1 ist auf einem Untergrund 5 errichtet, weist
einen im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt auf und verjüngt
sich nach oben leicht konisch.
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In 2 ist
der Betonturm 3 nach 1 mit einer
daran angeordneten Hebevorrichtung 7 dargestellt. Die Hebevorrichtung 7 ist
als obendrehender Turmkran mit Katzausleger ausgebildet und am oberen,
endseitigen Bereich 4 des Betonturms 3 angeordnet.
Der Turmkran 7 ist über
erste, sich im wesentlich horizontal erstreckende Träger 9 (von
denen in 2 nur der dem Betrachter zugewandte
dargestellt ist) und zweite Träger 11 (von
denen in 2 wiederum nur der dem Betrachter
zugewandte dargestellt ist) mit dem Turm 3 verbunden. Die
zweiten Träger 11 stützen die
ersten Träger 9 an
ihrem freien Ende ab und verlaufen schräg nach unten bis an den Betonturm 3.
Die ersten Träger 9 sind über Verbindungselemente 10 und
die zweiten Träger 11 über Verbindungselemente 12,
mit denen sie jeweils lösbar
verbunden sind, an dem Betonturm 3 befestigt. Die Verbindungselemente 10, 12 sind
jeweils fest mit dem Betonturm 3 verbunden.
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Vom
freien Ende der ersten Träger 9 erstreckt
sich der Kranturm 13 des Turmkrans 7 vertikal nach
oben. Am oberen Ende des Kranturms 13 erstrecken sich horizontal
der Ausleger 15 und der Gegenausleger 17 mit einem
Gewicht 19. Ausleger 15 und Gegenausleger 17 sind
um eine vertikale Drehachse drehbar auf dem Kranturm 13 angeordnet.
Am Ausleger 15 ist eine Laufkatze mit einer Winde angeordnet, über die
das Hubseil 21 des Turmkrans 7 entlang der Längsachse
des Auslegers sowie auf- und abbewegbar ist. Am unteren Ende des
Hubseils 21 weist dieses einen Kranhaken 23 auf.
Turmkran 7 sowie die ersten und zweiten Träger 9, 11 sind
auf Basis einer Gitterkonstruktion aus Stahl konfektioniert.
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In 3 ist
eine Situation dargestellt, in der ein Segment 31 eines
Stahlrohrturmes durch den Turmkran 7 angehoben wird. Hierzu
ist das Segment 31 über
Stahlseile 27 an den Kranhaken 23 gehängt. Das
Segment 31 ist das unterste Segment eines auf dem Betonturm 3 zu
errichtenden Stahlrohrturms 25 (siehe 4–6).
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4 zeigt
den fertig errichteten Hybridturm 29 der zu errichtenden
Windkraftanlage, wobei der Hybridturm 29 in seinem unteren
Abschnitt aus dem Betonturm 3 und in seinem oberen Abschnitt
als Stahlrohrturm 25 ausgebildet ist. Der Stahlrohrturm 31 besteht
vier einzelnen Segmenten 31, 33, 35, 37. Das
unterste Segment 31 ist auf dem Betonturm angeordnet und
die weiteren Segmente 33, 35, 37 nachfolgend übereinander
auf dem untersten Segment 31. Der Stahlrohrturm 25 weist – ebenso
wie die Segmente 31, 33, 35, 37 – einen
im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt auf und verjüngt
sich nach oben leicht konisch.
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Auf
dem obersten Segment 37 des Stahlrohrturms 25 ist
die Gondel 39 der Windkraftanlage angeordnet.
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Zur
Errichtung des als Stahlrohrturm 25 ausgebildeten Abschnitts
des Hybridturms 29 hat der Turmkran 7, wie in 3 dargestellt,
die einzelnen Segmente 31, 33, 35, 37 des
Stahlrohrturms 25 angehoben und an die jeweils vorgegebene
Position oberhalb des Betonturms 3 bewegt, wo sie anschließend montiert
wurden.
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Anschließend wurde
durch den Turmkran 7 der untere Teil der Gondel 39 mit
dem Maschinenträger
angehoben und auf das oberste Segment 37 aufgesetzt. Daraufhin
wurden Triebstrang, Generator, Transformator und schließlich der
obere Teil der Abdeckung der Gondel 39 durch den Turmkran 7 angehoben
und an die vorgegebene Position gesetzt.
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Wie
in 4 dargestellt, wird schließlich der Rotor 41 durch
den Turmkran 7 angehoben und an die vorgegebene Position
an der Gondel 39 bewegt, wo der Rotor 41 montiert
wird, wie in 5 dargestellt.
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Nachdem
die Windkraftanlage 43 insoweit errichtet ist, wird der
Turmkran 7 einschließlich
der Träger 9, 11 wieder
abmontiert. Die Verbindungselemente 10, 12, über die
die Träger 9, 11 lösbar am
Betonturm 3 befestigt sind, sind fest am Betonturm 3 angeordnet
und verbleiben an diesem, so dass der Turmkran 7 zu einem
späteren
Zeitpunkt, beispielsweise zu Reparaturzwecken oder für Rückbaumaßnahmen,
wieder einfach und sicher am Betonturm 3 angeordnet werden
kann. 6 zeigt die errichtete Windkraftanlage 43 mit
abgebautem Turmkran 7 und den am Betonturm 3 verbliebenen
Verbindungselementen 10, 12.
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In 7 ist,
gegenüber
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
nach den 1 bis 6, eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Träger 9, 11 des
Turmkrans 7 über
ein zusätzliches
Stützelement 45,
das auf dem Untergrund 5 steht, abgestützt.