DE20209000U1

DE20209000U1 - Windkraftanlage für den Offshorebereich

Info

Publication number: DE20209000U1
Application number: DE20209000U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2012-06-12

Description

Dipl.-Ing. Kristian Kusan - Naval Architect

Ingenieurbüro & Unternehmensberatung Tel.: 02631 -344810

auf dem Gebiet: Fax: 02631 -344811

Maritime Produktentwicklung & Konstruktion E-Mail: Kristian.Kusan@t-online.de

Dipl.-Ing. K. Kusan ■ Theodor-Heuss-Str. 26 · D-56564 Neuwied

GEBRAUCHSMUSTERANMELDUNG

Bezeichnung der Erfindung: Windkraftanlage für den Offshorebereich

Anmelder:

Dipl.-Ing. Kristian Kusan Theodor-Heuss-Str. 26 D-56564 Neuwied

Erfinder:

gleich Anmelder

HF VM

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage für den Offshorebereich.

Obwohl es heute bekannt ist, daß die Zukunft der Energieversorgung auf dem Meer liegt und man mit einer durchschnittlichen Einspeisevergütung von ca. 7 Cent/kWh rechnen kann, sind die geplanten Windparks im Offshorebereich mit einer Nennleistung von 60.000 MW schwer zu verwirklichen.

Auch wenn eine Offshore-Windkraftanlage für Wassertiefen von 30 m weniger kompliziert ist als manch andere maritimen Produkte - wie beispielsweise eine Fregatte, ein U-Boot oder eine Bohrinsel - ist die Projektierung von Offshore-Windkraftanlagen eine risikoreiche Unternehmung. Das liegt daran, daß bei den erwähnten traditionellen maritimen Produkten die evolutionäre Entwicklungszeit bis zu hundert Jahre dauerte und für Offshore-Windkraftanlagen so gut wie keine Zeit für die evolutionäre Entwicklung zur Verfügung steht.

Bis jetzt hat man nur mit Windkraftanlagen in küstennahen Gewässern Erfahrung, wo Welleneinflüsse keine große Rolle spielen, so daß die dort gesammelten Erfahrungen auf Wassertiefen von 30 bis 40 m nicht übertragbar sind. Nach einer Studie des VDMA wurden für einen 450 MW Windpark - 30 bis 40 km von der Küste entfernt - Stromgestehungskosten von 7,4 bis 8,1 Cent/kWh errechnet, so daß sich Investitionen in solche Projekte für Investoren nicht rentieren. Man ging bei den Berechnungen von den zur Zeit lieferbaren Zwei-Megawatt-Anlagen aus. Bei den gegenwärtigen Berechnungen ist allerdings überwiegend der Einsatz von Vier- bis Fünf-Megawatt-Anlagen vorgesehen, was voraussichtlich zu einer Senkung der Gestehungskosten führen wird.

Seit einem Jahr investieren Anleger in Deutschland sehr verhalten in Windenergie-Unternehmen, so daß alle deutschen an der Börse notierten Windenergie-Projektierer seit einem Jahr Aktienkursverluste haben. Aktionäre und andere Investoren kann man nicht mehr wie früher durch Prognosen zum Investieren animieren, sondern nur durch die Demonstration einer Pilot-Windkraftanlage, welche nicht nur technisch einwandfrei funktioniert, sondern auch eine für Investoren interessante Rentabilität nachweist. Eine gut funktionierende Technik bei Windkraftanlagen ist durch Dimensionierung mit hohem Sicherheitsfaktor erreichbar, wie es bei Ölbohrplattformen der Fall ist. Nur Ölbohrplattformen haben einen vielfach höheren Ertrag pro

Zeiteinheit als Windkraftanlagen, so daß sie trotz hoher Baukosten eine hohe Rentabilität haben, was bei Windkraftanlagen nicht der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine herkömmliche Windkraftanlage so nachzurüsten, daß sich der Energieertrag vervielfacht und sich die Rentabilität stark erhöht. Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreichbar, daß eine schwimmende Windkraftanlage, welche sich aus abgesenkten Auftriebskörpern und auftriebsfähigen Trägerkonstruktionen mit mindestens zwei Windturbinen zusammensetzt, mit Hilfe eines geteilten Dreh- und Schwenklagers um den Turm einer herkömmlichen mit dem Seebett verbundenen Windkraftanlage drehbar gelagert ist. Auf diese Weise ist ein hoher Rationalisierungseffekt möglich, weil man auf weitere Fundamente und aufwendige Drehkränze und Giermotoren-Steuerung verzichten kann. Der schwimmende Teil der Windkraftanlage positioniert sich selbsttätig zum Wind.

Ein weiterer Rationalisierungseffekt liegt in der Möglichkeit, die schwimmende Windkraftanlagen-Komponente auf einer Werft komplett herzustellen, &ldquor;auf eigenem Kiel" zu schleppen und mit Hilfe geteilter Lager drehbar zu verbinden. Im geteilten Lager sind Schleifringe für die Übertragung des elektrischen Stromes und die Drehverbindung, um auf dem schwimmenden Teil hergestellten Wasserstoff über die Pipeline zu fördern, angeordnet.

Nach Meinung von Experten wird es zur Ressourcenverknappung nicht zuerst bei der Stromversorgung, sondern bei den mobilen Energieträgern kommen. Deswegen würde es sich auch dann, wenn man auf die Einspeisevergütung verzichtet, mehr lohnen Wasserstoff als nur Strom zu produzieren. Auf diese Weise kann auf aufwendige Netzanbindung verzichtet werden. So braucht man sich nur auf Rohrleitungen für Wasserstoff zu beschränken, was viel preiswerter ist. Der Vorteil von der erfindungsgemäßen Windkraftanlage liegt u.a. in der Möglichkeit, auf der Plattform eine Anlage zur Meerwasserentsalzung und Elektrolyse anzuordnen. Wasserstoff kann in den Auftriebskörpern wie auch in auf der Plattform angeordneten Behältern gespeichert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine im Seebett gegründete Windkraftanlage, um welche eine schwimmende Windkraftanlage drehbar gelagert ist, in der Seitenansicht;

Fig. 2 Vorderansicht auf die Fig. 1;

Fig. 3 Draufsicht auf die Fig. 1;

Fig. 4 Dreh- und Schwenklager im Querschnitt;

Fig. 5 zum Schleppen vorbereitete drehbare Komponente der Windkraftanlage gemäß Erfindung;

Fig. 6 eine Onshore-Windkraftanlage mit einer schwimmenden Windkraftanlage nachgerüstet;
Fig. 7 Versuchstank zum Testen von Windpark-Modellen auf Wassertiefeneignung, Wellenverträglichkeit, Abschattungseffekte und Windpark-Wirkungsgrad mit

Lüfterbatterie in Hauptwindrichtung;
Fig. 8 Versuchstank gemäß Fig. 7 mit Lüfterbatterie in Neben windrichtung.

Fig. 1 bis 3: Mit 1 ist der Mast mit Einpfahlgründung, Dreibeinstrukturen 2 und Windturbine 3 bezeichnet. Mit Hilfe des Dreh- und Schwenklagers 4 ist die Plattform 5 mit abgesenkten Auftriebskörpern 6, auftriebsfähiger Trägerkonstruktion 28, Masten 7, 8 u. 9 und Windturbinen 10 drehbar gelagert. Mit 29 ist Meerwasserentsalzungs- und Elektrolyseanlage bezeichnet.

Fig. 4: Das Dreh- und Schwenklager 4 setzt sich zusammen aus dem mit Mast 1 verbundenen Ring 13 und Drehring 14 mit Schleifbürsten und Schleifringen 15 u. 16 zur Stromübertragung von der drehbaren auf die stehende Windkraftanlage. Im Drehring 14 ist auch die Drehverbindung 17 zur Übertragung von Wasserstoff von der drehbaren auf die stehende Windkraftanlage und weiter zur Pipeline zum Transport an Land angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine transportfähige, auf einer Werft komplett hergestellte schwimmende Windkraftanlagen-Komponente. Der Auftriebskörper 10 wird nur während des Transports bzw. Schleppens auf dem Seeweg aus Stabilisierungsgründen verwendet. Nachdem die Drehverbindung durch den geteilten Ring 4 hergestellt ist, wird der Auftriebskörper 10 abgebaut.

Fig. 6: Die Rentabilität von Onshore-Windkraftanlagen kann durch Nachrüsten mit schwimmenden Windkraftanlagen gemäß Erfindung maßgebend erhöht werden. In diesem Fall soll ein runder Kanal 11 ausgegraben werden, in welchem Verdrängerrümpfe 11 angeordnet sind. Während Repowering können Onshore-Standorte ihren Ertrag vervielfachen.

Fig. 7 u. 8: Mit 19 ist das Wasserbecken mit veränderbaren Wassertiefen bezeichnet. Um das Wasserbecken sind Schienen 20 u. 21 verlegt, auf welchen eine Lüfterbatterie 22 positioniert

wird. Mit einem Windgenerator 23 können Wellen jeder denkbaren Höhe in entsprechendem Maßstab erzeugt werden. Mit 24 sind komplette Windkraftanlagen gemäß Erfindung bezeichnet. Um Abschattungseffekte auch praktisch nachweisen zu können, sind auch die Insel 25 und die Bauwerke 26 maßstäblich aufgebaut. Mit der Versuchsanlage gemäß Erfindung ist es möglich, jede Windpark-Konstellation in der Hauptrichtung, Nebenrichtung und jeder anderen Windrichtung auf Wassertiefeneignung, Wellenverträglichkeit, Abschattungseffekte und Windpark-Wirkungsgrad mit Hilfe eines Sensoren-Systems und einer speziellen Software zu testen. So können Windparks mit optimaler Konstellation ermittelt werden.

Claims

1. Windkraftanlage für den Offshorebereich dadurch gekennzeichnet, daß auf abgesenkten Auftriebskörpern (6) angeordnete Windturbinen (3) mit Hilfe von Masten (7, 8, 9) und Plattform (5) um eine herkömmliche mit dem Seebett verbundene Windkraftanlage drehbar gelagert sind.

2. Windkraftanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich das Dreh- und Schwenklager (4) aus dem mit dem Windkraftanlagen-Mast verbundenen Ring (13), dem mit schwimmender Windkraftanlage verbundenen Ring (14) mit Schleifbürsten und Schleifringen (15, 16) und mit Drehverbindung (17) und Schwenklager (30) zusammensetzt.

3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskörper (10) mit der Plattform (5) verschraubt ist.

4. Windkraftanlage nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Modelle von Windkraftanlagen (24), Bauwerken (27) und Insel (25) im Becken (19), um welche sich auf Schienen (20) und (21) die Lüfterbatterie (22) befindet, angeordnet sind.