DE102011108794B4

DE102011108794B4 - Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102011108794B4
Application number: DE102011108794A
Authority: DE
Inventors: Werner Möbius; Anton Kanand
Original assignee: WERNER MOEBIUS ENGINEERING GmbH; Werner Moebius Engineering GmbH
Current assignee: Werner Moebius Engineering GmbH
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-07-30
Also published as: DE102011108794A1

Abstract

Windenergieanlage, bei der ein eine Gondel mit Rotor tragender Turm auf einer Plattform aufgestellt ist, die am oberen Ende eines Schaftes einer Gründungskonstruktion angeordnet ist, wobei der Turm über ein Pendellager auf dem Schaft abgestützt ist und mit einem sich durch das Pendellager hindurch nach unten ragenden Abschnitt hineinerstreckt und kraftgetriebene Einstellmittel vorgesehen sind für die vertikale Ausrichtung des Turms.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windenergieanlage nach Patentanspruch 1.
Bei Windenergieanlagen besteht die Gefahr, dass sich im Bereich der Gründung Verformungen und Setzungen ergeben, insbesondere bei Offshore-Anlagen. Bei sehr großen Bauhöhen ergibt schon eine geringe Schiefstellung des Fundaments eine entsprechende Auslenkung von Turm und Gondel. Die Hersteller von Windenergieanlagen begrenzen die Auslenkung aus der Vertikalität auf minimale Winkelgrade. Bei Überschreiten wird die Anlage automatisch außer Betrieb genommen.
Insbesondere bei Offshore-Windenergieanlagen ist es schwierig oder kaum möglich, bei einer Schiefstellung der Gründungskonstruktion diese zu beseitigen.
Aus DE 10 2009 051 425 A1 ist ein Strömungskraftwerk bekannt geworden mit einer Gründungsstruktur, an der sich ein Tragelement an wenigstens einer Kopplungsvorrichtung abstützt, wobei im montierten Zustand ein Oberteil der Kopplungsvorrichtung, das Teil des Tragelements ist, mit einem Unterteil der Kopplungsvorrichtung, das Teil der Gründungsstruktur ist, in Wirkverbindung steht. Das Tragelement ist an die nach der Erstellung der Gründungsstruktur vorliegende Ausrichtung des Unterteils der Kopplungsvorrichtung individuell angepasst.
Aus DE 10 2008 000 382 A1 ist ein Richtungskorrekturelement zum Ausgleich von Schiefstellungen von Gründungen bei Windenergieanlagen bekannt geworden. Das Korrekturelement besteht aus mehreren, bevorzugt direkt übereinander angeordneten Elementen, die zueinander über schräge und waagerechte oder nur schräge Verbindungsflächen miteinander in Kontakt stehen. Durch Rotation um die schräge Verbindungsfläche wird ein einstellbarer Knick zwischen Zwischenstück und Gründung oder zwischen Zwischenstück und Mast erzeugt, der eine Schrägstellung der Gründung kompensiert.
Aus EP 1 691 073 A2 ist eine Flächen- oder Schwergewichtsgründung für eine Offshore-Windenergieanlage bekannt beworden. Auf dem Schwergewichtsfundament ist eine gelenkige Anordnung des Mastes der Windenergieanlage vorgesehen, um eine vertikale Ausrichtung des Mastes zu ermöglichen, wenn das Schwergewichtsfundament am Meeresboden eine geneigte Stellung einnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage zu schaffen, bei der eine Schiefstellung der Fundamentkonstruktion ausgeglichen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der Erfindung wird der Turm der Windenergieanlage über ein Pendellager auf dem Schaft abgestützt und mit einem sich durch das Pendellager nach unten ragenden Verlängerungsabschnitt in den Schaft hinein erstreckt. Ferner sind kraftgetriebene Einstellmittel vorgesehen für die vertikale Ausrichtung des Turms. Sie wirken zwischen Verlängerungsabschnitt und dem Schaft.
Wenn vorstehend und nachstehend von einem Schaft gesprochen wird, dann meint dies einen Teil der Gründungskonstruktion, auf den der Turm der Windenergieanlage aufgesetzt wird. Bei Offshore-Anlagen kann eine Mehrzahl von Stützen vorgesehen werden (Tripod usw.), auf denen die Plattform oder ein entsprechendes Stützgerüst angeordnet ist, auf dem dann der Turm aufsitzt. Es sind auch sogenannte Monopile-Gründungskonstruktionen bekannt. Schließlich sind weitverbreitet sogenannte Jacketlösungen, bei denen ein Schaft in Form einer Gitterkonstruktion Teil der Gründungskonstruktion ist und über den Meeresspiegel hinaussteht. Auf dem oberen Ende befindet sich eine Plattform, auf der der Turm der Windenergieanlage aufgestellt wird.
Das erfindungsgemäße Pendellager nimmt die Last des Turms auf, wobei das Pendellager so ausgebildet sein kann, dass die Lagerflächen auch eine Zugbelastung übertragen können, so dass der Turm nicht ungewollt angehoben werden kann.
Der nach unten ragende Abschnitt wird vorzugsweise mit einem Ballast versehen. Hierzu kann der Abschnitt als Rohr ausgeführt sein, das mit Wasser oder einem ähnlichen Ballastmittel aufgefüllt wird. Dadurch sorgt dieser Abschnitt als ein gedämpftes Pendel für wechselnde am Turm angreifende Kräfte.
Erfindungswesentlich ist ferner das Vorsehen von Einstellmitteln, um bei einer Schiefstellung der Fundamentkonstruktion den Turm in die Vertikalität zu bringen. Die Einstellmittel, vorzugsweise Hydraulikzylinder, können zwischen Plattform und dem Turm wirken. Vorzuziehen ist jedoch ihre Anordnung innerhalb des Schaftes, in dem sie an den Verlängerungsabschnitt angreifen. Es können ferner automatische Mittel vorgesehen werden, um bei einer Schiefstellung der Gründung diese zu kompensieren. Hierzu kann ein Neigungsmesser dem Turm zugeordnet werden, dessen Signale auf eine Steuervorrichtung gegeben wird. Die Steuervorrichtung vergleicht den gemessenen Winkel mit einem Sollwinkel und führt eine Verschwenkung des Turms herbei, bis der Sollwinkel erreicht ist.
Den Hydraulikzylindern können Dämpfungsmittel zugeordnet sein, um am Turm angreifende Kraftimpulse zu dämpfen.
Zwischen der schaftseitigen Lagerschale und der Plattform kann eine elastische Schicht angeordnet werden. Es versteht sich, dass diese außerordentlich steif ist und nur geringfügig nachgiebig. Sie muss naturgemäß in der Lage sein, die vorhandenen Lasten aufzunehmen.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die schaftseitige Lagerschale mit radialen Ansätzen versehen sein, um über diese an der Plattform befestigt zu werden. Zwischen diesen Ansätzen und der Plattform kann im Übrigen auch eine Hubeinrichtung angeordnet werden, um den Turm um ein gewisses Maß anzuheben, falls Reparaturarbeiten an der Lagerung notwendig werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Gründungskonstruktion mit einer Lagerung für den Turm einer Windenergieanlage nach der Erfindung.
2 zeigt vergrößert die Lagerung nach 1.
3 zeigt ein Pendellager für eine Windenergieanlage nach der Erfindung.
4 zeigt eine alternative Lagerung eines Turms einer Windenergieanlage nach der Erfindung.
In 1 hat ein Schwergewichtsfundament einen Ringkörper. Auf diesem stützt sich ein Schaft 12 in Form einer Gitterkonstruktion ab. Der Ringkörper 10 sitzt auf dem Meeresboden auf bzw. wird in diesen mehr oder weniger weit eingesenkt. Das obere Ende des Schaftes 12 steht dann ein gewisses Maß über den Meeresspiegel hinaus. Am oberen Ende des Schaftes 10 befindet sich eine Plattform 14, die auch ein Pendellager für einen Turmabschnitt 16 einer sonst nicht gezeigten Windenergieanlage enthält. Der Turmabschnitt 16 erstreckt sich über die Plattform 14 nach unten in den Schaft 12 mit einem Verlängerungsabschnitt 18. Zwischen dem Verlängerungsabschnitt 18 und Stützen des Turms sind mehrere im Umfangsabstand angeordnete, radiale Hydraulikzylinder 20 angeordnet. In 2 ist der Lagerabschnitt 14 nach 1 näher dargestellt. Man erkennt ein Pendellager 22, das auf der Plattform 14 über eine elastische Schicht 24 abgestützt ist. Die elastische Schicht 24 ist jedoch nicht unbedingt erforderlich bzw. weist eine sehr hohe Steifigkeit auf. Der Verlängerungsabschnitt 18 ist mit einem Ballast versehen, beispielsweise hohl ausgeführt und mit Wasser oder Sand gefüllt.
Das Pendellager 22, das nicht im Einzelnen in 2 dargestellt ist, ermöglicht eine Verschwenkung des Turmabschnitts 16 zu allen Seiten um einen sehr begrenzten Winkel. Hat der Schaft 12 aufgrund von Setzungen oder sonstigen Erseheinungen eine Schieflage, kann mit Hilfe der Hydraulikzylinder 20 eine Vertikalstellung des Turms bzw. des Turmabschnitts 16 erreicht werden. Die Hydraulikzylinder können ungedämpft oder gedämpft betrieben werden. Dies hängt vom Einsatzfall ab.
In 3 sind der Turmabschnitt 16 und der Verlängerungsabschnitt 18 nur angedeutet. Man erkennt eine erste Lagerschale 26, die den Turmabschnitt 16 umgibt und an diesem befestigt ist sowie eine zweite Lagerschale 28, die radiale Ansätze 30 aufweist, die über eine elastische Schicht 32 mit der Plattform 14 fest verbunden sind. Durch strichpunktierte Linien ist die Verschwenkungsmöglichkeit des Turmabschnitts 16 angedeutet. Zwischen der Plattform 14 und den Ansätzen 30 kann eine Hubvorrichtung 32 vorgesehen werden, um den Turm gegenüber der Plattform 14 anzuheben. Die Hubvorrichtung kann ebenfalls Hydraulikzylinder enthalten.
4 zeigt ein sogenanntes Monopile 40 als Schaft für eine Gründungskonstruktion. Am oberen Ende des Rohres 40 ist über eine elastische Schicht 42 die schaftseitige Lagerschale 44 angebracht. Die turmseitige Lagerschale 46 befindet sich radial innerhalb der schaftseitigen Lagerschale 44. Man erkennt, dass die Lagerflächen so ausgebildet sind, dass eine Zugkraft übertragen werden kann. Bei 48 ist eine Hubvorrichtung zu erkennen, die zwischen dem oberen Ende des Rohres 40 und der äußeren Lagerschale 44 wirkt, um gegebenenfalls den Turm eine gewisse Strecke anheben zu können. Ein nach unten ragender Verlängerungsabschnitt 18a ist nach unten konisch verjüngend dargestellt. Am unteren Ende greifen in gleichmäßigen Umfangsabständen Hydraulikzylinder 20 an, um die Vertikalität des Turms der Windenergieanlage einstellen zu können. Innerhalb des Rohrs 40 ist eine weitere Hubvorrichtung 50 abgestützt, die mit dem unteren Ende des Verlängerungsabschnitts 18a zusammenwirkt, um ein Anheben um eine gewisse Strecke zu bewerkstelligen.
Ein nicht gezeigter Neigungsmesser kann vorgesehen werden, um die Vertikalität des Turmabschnitts 16 bzw. des nicht gezeigten Turms der Windenergieanlage zu messen. Wird diese nicht erreicht, wird auf eine nicht gezeigte Steuervorrichtung ein Signal gegeben, die mit Hilfe der Hydraulikzylinder 20 die Vertikalität wieder herstellt. Dies kann somit automatisch erfolgen. Dadurch wird verhindert, dass Schief stellungen von Gründungskonstruktionen zum Ausfall einer Windenergieanlage führen.

Claims

Windenergieanlage, bei der ein eine Gondel mit Rotor tragender Turm auf einer Plattform aufgestellt ist, die am oberen Ende eines Schaftes einer Gründungskonstruktion angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm über ein Pendellager auf dem Schaft abgestützt ist und mit einem sich durch das Pendellager hindurch nach unten ragenden Abschnitt hineinerstreckt und kraftgetriebene Einstellmittel vorgesehen sind für die vertikale Ausrichtung des Turms und die Einstellmittel zwischen dem Verlängerungsabschnitt und dem Schaft wirken.
Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlängerungsabschnitt ballastiert ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel Hubzylinder aufweisen.
Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Hubzylindern Dämpfungsmittel zugeordnet sind.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schaftseitige Lagerschale des Pendellagers über eine elastische Lage auf der Plattform angeordnet ist.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerflächen der Lagerschalen des Pendellagers so ausgebildet sind, dass Zugkräfte übertragen werden können.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schaftseitigen Lagerschalen über ihren Umfang mit radialen Ansätzen versehen ist zwecks Befestigung an der Plattform.
Windenergieanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ansätzen und der Plattform Hubmittel vorgesehen sind zum Anheben des Turms.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft ein Rohr ist und der in das Rohr hinein sich erstreckende Verlängerungsabschnitt konisch nach unten verjüngt ist.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pendellager Begrenzungsmittel zugeordnet sind zur Begrenzung des Pendelausschlags um wenige Grad.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turm ein Neigungsmesser zugeordnet ist, dessen Signal auf eine Steuervorrichtung gegeben wird und die Steuervorrichtung den Neigungswinkel mit einem Neigungssollwert vergleicht und die Einstellmittel in Betrieb setzt, wenn der gemessene Neigungswinkel vom Sollwinkel abweicht.