Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Absenken einer auf einem Gewässer schwimmenden, einen gasgefüllten Auftriebskörper aufweisenden Windenergieanlage von einer Transportposition in eine Arbeitsposition. Die Erfindung betrifft auch eine

schwimmende Windenergieanlage mit einem auf einem Gewässer schwimmenden als Hohlkörper ausgebildeten Fundament, das mittels einer Pumpe zur Aufnahme und mittels eines Kompressors zur Abgabe von Ballastwasser eingerichtet ist.

Nach dem Boom der Windenergie an Land („ onshore“) und später auf See („ offshore“), sind zunehmend schwimmende Windenergieanlagen für tiefere Gewässer in der Entwicklung. Hierfür werden verschiedene Bauweisen vorgeschlagen, wobei es für die Schwimmstabilität derartiger Anlagen grundsätzlich vorteilhaft ist, viel Gewicht unter Wasser in der

Fundamentstruktur zu haben. Andererseits besteht der Wunsch, dass die schwimmenden Windenergieanlagen im Hafen bei oftmals nur geringen Wassertiefen zusammengebaut und in Betrieb genommen werden können. So wären Tauchtiefen von schwimmenden

Windenergieanlagen von 5 m bis 7 m vorteilhaft, weil dann viele Häfen in den infrage kommenden Ländern genutzt werden können. Es besteht daher grundsätzlich die Anforderung an schwimmende Windenergieanlagen, einen geringen Tiefgang im Hafen und beim

Rausschleppen zum Standort in einer Transportposition mit geringem Tiefgang nutzen zu können, und die Windenergieanlage am Standort durch Ballstieren der Hohlräume mit Seewasser bis zu einer vorbestimmten Tauchtiefe auf eine Arbeitsposition abzusenken.

Eine besonders bevorzugt ausgestaltete Windenergieanlage, die diesen Anforderungen prinzipiell gerecht wird, ist beispielsweise aus der EP 3 019 740 Bl bekannt. Diese schwimmende Windenergieanlage weist ein als Hohlkörper ausgebildetes Fundament auf, in das beispielsweise mittels Pumpen Wasser aufgenommen werden und folglich die

Eintauchtiefe des Fundaments reguliert werden. So ist beispielsweise vorgesehen, dass das Fundament ohne Ballastwasser mitzuführen eine Eintauchtiefe von etwa 2,80 m aufweist, wohingegen das Fundament durch Fluten des Fundaments, also durch Aufnahme von

Ballastwasser auf etwa 15 m unterhalb der Wasserlinie abgesenkt werden kann. Gleichermaßen wird das Fundament dieser bekannten Anlage auch zu deren Trimmung verwendet. Speziell wird dort eine Steuereinheit vorgeschlagen, die mit einem

Neigungsmesssystem verbunden ist, das die horizontale Ausrichtung des Fundaments erfasst, wobei der Füllstand einzelner Tanks mittels Pumpen und/oder Kompressoren und

entsprechend vorgesehener Ablassventile gesteuert wird.

Bekannt ist es auch, beispielsweise aus der DE 10 2016 1 18 078 A 1 , das schwimmende Fundament der schwimmenden Windenergieanlage zur Erhöhung der Stabilität des

Gesamtsystems durch Bereitstellen eines hohen Gewichts unter der Wasseroberfläche aus Betonhohlkörpern aufzubauen. Diese sind dann während des Schleppvorganges vom

Montagehafen zum Standort bevorzugt ausschließlich mit Luft gefüllt. Die erforderliche Wassertiefe zum Schleppen ist dadurch gering, wobei das schwimmende Fundament - wie oben genannt - zum späteren Betrieb mit Ballastwasser gefüllt werden muss.

Problem ist jedoch, dass bei der Verwendung eines als Hohlkörper ausgebildeten Fundaments beim Absenken mit zunehmender Wassertiefe auch der auf die gesamte Struktur wirkende Wasseraußendruck zunimmt, der den Hohlkörper zusammendrücken will. Praktische

Versuche und theoretische Überlegungen haben gezeigt, dass das schwimmende Fundament bereits bei 20 kPa (entspricht 0,2 bar) so hoch belastet wird, dass dieses kollabieren kann. Um eine Beschädigung der Fundamentstruktur zu verhindern, müssten daher arbeits-, material- und kostenintensive Versteifungen eingebaut oder die Wandstärke erhöht oder durch eine Annierung verstärkt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schwimmende Windenergieanlage und ein Verfahren zu schaffen, die bzw. das Beschädigungen an der Anlage aufgrund des auf das Fundament der schwimmenden Windenergieanlage wirkenden hydrostatischen Außendrucks verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und die schwimmende Windenergieanlage mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder. Grundgedanke der Erfindung ist es, den Innendruck innerhalb eines als Hohlkörper ausgebildeten Fundaments beim Befüllen mit Ballastwasser und dem damit verbundenen Absenkungsvorgang auf einem Niveau zu halten, das dem jeweils auf das Fundament wirkenden mittleren Außenwasserdruck entspricht, um damit die mechanische

Strukturbelastung in den Wandungen des als Hohlkörper ausgebildeten Fundaments zu minimieren.

Die schwimmende WEA verfügt entsprechend über eine Energiequelle, beispielsweise einen Dieselgenerator, eine Wasserpumpe zum Befüllen des Hohlraums des Auftriebskörpers beispielsweise mit Seewasser, einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft, sowie besonders bevorzugt Neigungs-, Füllstand- und Drucksensoren sowie einer Regelungseinheit.

Vor Beginn des Absenkungsprozesses werden alle Hohlräume mit einem gewissen Luftdruck von z.B. 0, 1 bar beaufschlagt. Danach wird die Wasserpumpe eingeschaltet und Wasser mit einem gewissen Überdruck in die Hohlräume verbracht. Dabei beginnt der Absenkvorgang. Drucksensoren an der Ober- und Unterseite des Fundamentes messen den Wasserdruck und übergeben diese Werte an die Steuerung. Ein Regler sorgt dafür, dass der Innendruck über den Lauf des Kompressors auf einen gemittelten Wasseraußendruck geregelt wird. Somit ergibt sich ein minimaler Differenzdruck zwischen dem umgebenen Wasser und dem

Hohlrauminnendruck. Das führt zu einer geringen Strukturbelastung, sodass keine

Strukturverstärkungsmaßnahmen getroffen werden müssen.

Mit zunehmender Wasserbefüllung steigt auch der Luftdruck durch das verringerte

Luftvolumen an. Für den Fall, dass dadurch der Innendruck größer wird als der das

Fundament umgebende (mittlere) Außendruck des Wassers, wird Luft über ein Regelventil abgelassen bis sich wieder ein im Mittel gleich großer Druck einstellt wie der

Wasseraußendruck.

Sind die Hohlräume voll mit Wasser befällt, also das Fundament vollständig entlüftet und die bevorzugt vorgesehene Tauchtiefe erreicht, wird bevorzugt eine freie Verbindung zwischen den Hohlräumen und dem umgebenen Wasser hergestellt. Dadurch wird dauerhaft ein permanenter Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Fundaments und dem das Fundament umgebenden Wasser erreicht. Die Struktur wird also nicht mit Kräften aus Differenzdrücken zwischen Innen und Außen belastet.

Damit die Befüllung der Tanks gleichmäßig erfolgt und die Anlage in horizontaler

Ausrichtung abgesenkt wird sind zusätzliche Ventile vorhanden die den Wasserstrom in die einzelnen Tanks reguliert. Dieses geschieht über einen (zweiachsigen) Neigungsmesser der von der Steuerungseinheit gemessen und ausgewertet wird. Entsprechend der Abweichung wird dann mehr oder weniger Wasser in die einzelnen Tanks befördert um im mittel eine horizontale Lage in beiden Richtungen zu erreichen.

Für das Wiederauftauchen der Anlage wird unter Verdrängung des Wassers nach außerhalb der Auftriebskörper ein Gas, bevorzugt Luft, in die vollständig mit Wasser gefüllten

Auftriebskörper eingeleitet. Hierfür sind die Ventile so geschaltet, dass das Wasser bei Beaufschlagung mit Druckluft nach Außen gedrückt werden, nicht aber nach innerhalb der Auftriebskörper gelangen kann. Bevorzugt zusätzlich zum passiven Evakuieren des Wassers mittels Luft werden die Pumpen umgeschaltet, die das Wasser nun aus den Auftriebskörpem in das die Auftriebskörper umgebende Gewässer pumpt. Auch beim Auftauchvorgang wird darauf geachtet, dass der lnnendruck auf einen gemittelten Wasseraußendruck geregelt wird, sodass während des Auftauchens nur geringe Strukturbelastungen auftreten.

Beansprucht wird entsprechend ein Verfahren zum Absenken einer auf einem Gewässer schwimmenden, einen gasgeföllten Auftriebskörper aufweisenden Windenergieanlage von einer Transportposition in eine Arbeitsposition, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Fluten des Auftriebskörpers mit Wasser des Gewässers, b) Erfassen des auf den Auftriebskörper wirkenden hydrostatischen Drucks, und c) Erzeugen eines dem erfassten hydrostatischen Außendruck entgegenwirkenden pneumatischen Innendrucks im Auftriebskörper.

Bei dem Auftriebskörper der schwimmenden Windenergieanlage handelt es sich insbesondere um das schwimmende Fundament der schwimmenden Windenergieanlage. Dieses kann einen ungeteilten Hohlraum aufweisen oder in Kammern eingeteilt bzw. in Tanks untergliedert sein. Das Fluten des Auftriebskörpers erfolgt insbesondere durch aktives Pumpen des Wassers in den Auftriebskörper, wobei der Auftriebskörper besonders bevorzugt unter Verdrängung des Gases vollständig mit Wasser geflutet wird.

Der Betrag des während des Flutens erzeugten pneumatischen Innendrucks entspricht insbesondere dem Betrag des zum jeweiligen Zeitpunkt erfassten mittleren hydrostatischen Außendrucks.

Alternativ ist vorgesehen, dass der Betrag des erzeugten pneumatischen Drucks dem

Mittelwert des an der geringsten Eintauchtiefe des Auftriebskörpers erfassten hydrostatischen Drucks und des an der größten Eintauchtiefe des Auftriebskörpers erfassten hydrostatischen Drucks entspricht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor dem Fluten des Auftriebskörpers ein Überdruck im Auftriebskörper erzeugt wird. Der Überdruck beträgt bevorzugt etwa 10 kPa (entspricht 0,1 bar).

Das Erzeugen bzw. Einstellen des dem erfassten hydrostatischen Außendruck

entgegenwirkenden pneumatischen Innendrucks umfasst dabei auch das Entlüften des Auftriebskörpers. Dieses Vorgehen ist dem Umstand geschuldet, dass der lnnendruck aufgrund der Kompression des Gasraums bei in den Auftriebskörper einströmendem

Ballastwasser einen Wert übersteigen wird, der größer als der von außen auf den

Auftriebskörper wirkende Wasserdruck ist. Entsprechend wird der lnnenraum des

Auftriebskörpers geregelt entlüftet werden bis dieser vollständig mit Wasser gefüllt ist und sich die Struktur druckausgeglichen in der Arbeitsposition befindet.

Schließlich wird auch eine schwimmende Windenergieanlage beansprucht, mit einem auf einem Gewässer schwimmenden als Hohlkörper ausgebildeten Fundament, das mittels einer Pumpe zur Aufnahme und mittels eines Kompressors zur Abgabe von Ballastwasser eingerichtet ist, wobei die schwimmende Windenergieanlage wenigstens einen Drucksensor zum Erfassen eines auf das Fundament wirkenden hydrostatischen Außendrucks, und eine mit der Pumpe, dem Kompressor und dem wenigstens einen Drucksensor verbundenen Steuerung zum Erzeugen eines dem auf das Fundament wirkenden hydrostatischen Druck entgegenwirkenden pneumatischen Drucks im Fundament aufweist.

Bevorzugt sind ein erster Drucksensor auf der Oberseite des Fundaments und ein zweiter Drucksensor auf der Unterseite des Fundaments angeordnet. Aus den Messwerten dieser zwei oder mehr Drucksensoren kann ein Mittelwert berechnet werden, der dem auf das Fundament wirkenden mittleren hydrostatischen Druck entspricht. Alternativ kann auch nur ein in der Mitte zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fundaments angeordneter Drucksensor vorgesehen sein, der den mittleren auf das Fundament wirkenden hydrostatischen Druck erfasst.

Des Weiteren ist ein den im lnnenraum des Fundaments herrschenden Gasdruck erfassender, mit der Steuerung verbundener weiterer Drucksensor vorgesehen. Dieses ist insbesondere sinnvoll, um zu verhindern, dass der Innendruck einen Wert übersteigt, der zu

Beschädigungen des Fundaments, z.B. Rissen in der Wandung des Fundaments, fuhren kann. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, den im Fundament herrschenden

Innendruck nicht allein rechnerisch oder tabellarisch zu bestimmen, sondern den tatsächlich herrschenden Innendruck zu erfassen und einen möglichst genauen Druckausgleich zwischen Innen und Außen einzustellen.

Weiter bevorzugt ist ein Entlüftungsventil zum Verringern eines im Fundament herrschenden pneumatischen Innendrucks vorgesehen.

Schließlich weist die schwimmende Windenergieanlage zusätzlich wenigstens einen mit dem Fundament verbundenen Schwimmkörper auf. Dieser zusätzliche Schwimmkörper ist besonders bevorzugt so ausgebildet, dass dieser nicht geflutet werden kann und daher rein dazu eingerichtet ist, der schwimmenden Windenergieanlage bei abgesenktem Fundament für die schwimmende Windenergieanlage im Betrieb erforderlichen Auftrieb zu verleihen.

Die Erfindung wird anhand eines in den beigefugten Zeichnungen dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten schwimmenden Windenergieanlage in der Transportposition;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der schwimmenden Windenergieanlage aus Fig. 1 in der Arbeitsposition;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der zuvor dargestellten Windenergieanlage; und

Fig. 4 ein gemäß eines besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels ausgeführtes Blockschaltbild zur Durchführung eines bevorzugt beanspruchten Verfahrens bzw. zur Ausgestaltung einer bevorzugt beanspruchten Windenergieanlage.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer von einem Schlepper 300 gezogenen, besonders bevorzugte ausgestalteten schwimmenden Windenergieanlage 100 in der

Transportposition. Die Windenergieanlage 100 taucht mit ihrem Fundament 1 10 aufgrund der in diesem Zustand (nahezu) vollständig gasgefüllten nur wenig ein und kann so mit geringem Widerstand zum Ort der Installation verbracht werden. lst die schwimmende Windenergieanlage 100 mit dem Gewässerboden am Ort der Installation verankert, wird diese in die in Fig. 2 gezeigte Arbeitsposition verbracht, in der die

Windenergieanlage 100 Energie liefert. Hierfür wird das Fundament 1 10 bevorzugt vollständig mit dem die Windenergieanlage 100 umgebenden Wasser des Gewässers geflutet, wobei die Schwimmkörper SK der Windenergieanlage 100 genügend Auftrieb verleihen, um in der gewünschten Eintauchtiefe zu verbleiben.

Besondere Bedeutung kommt bei der bevorzugt ausgebildeten Windenergieanlage dem den Turm der Windenergieanlage 100 aufnehmenden Sockel zu, der in dem in Fig. 3 mit X gekennzeichneten Bereich die drei Arme des Fundaments 1 10 verbindet. Hier lässt sich eine Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem in Fig. 4 gezeigten besonders bevorzugt ausgestalteten Blockschaltbild realisieren. Die in diesem bevorzugten Beispiel dargestellte Anlage ist für die in den vorherigen Figuren dargestellte schwimmende Windenergieanlage 100 ausgelegt, die ein Y-fÖrmiges Fundament 1 10 aufweist. Das schwimmende Fundament 1 10 ist insgesamt als Auftriebskörper ausgebildet und dabei in drei Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c unterteilt, die jeweils als ein Arm des Fundaments 1 10 ausgebildet sein können. Die Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c können disjunkt oder miteinander kommunizierend verbunden sein. Eine voneinander getrennte Ausführung bietet sich jedoch an, um durch eine unterschiedliche Behandlung der Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c auch eine Trimmung der Windenergieanlage 100 bewirken zu können.

Die Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c weisen jeweils einen ersten Drucksensor 160a auf der Oberseite des jeweiligen Auftriebskörpers 1 lOa, 1 10b, 1 10c und ein zweiter Drucksensor 160b auf der Unterseite des jeweiligen Auftriebskörpers 1 10a, 1 10b, 1 10c angeordnet. Des Weiteren befindet sich in jedem Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c ein den jeweils im

Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c herrschenden Gasdruck erfassender weiterer Drucksensor 170.

Zum Fluten bzw. zum Entleeren der Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c ist eine Pumpe 120 zur Aufnahme und/oder Abgabe von Ballastwasser vorgesehen wobei ein Kompressor 130zur Aufnahme und/oder Abgabe von Gas in die bzw. aus den Auftriebskörpern 1 10a, 1 10b, 1 10c vorgesehen ist.

Zusätzlich ist die Aufnahme von Ballastwasser und Abgabe von Ballastwasser aus den Auftriebskörpem 1 10a, 1 10b, 1 10c bei Beaufschlagung der Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 l Oc mit Druckluft über das Ventil 180 möglich. Das Entlüften der Auftriebskörper 1 10a, 1 10b,

1 10c erfolgt bevorzugt über das Entlüftungsventil 190.

Die Drucksensoren 160a, 160b, der weitere Drucksensor 170, die Pumpe 120 und der Kompressor 130 (sowie die Ventile 180, 190 [nicht dargestellt]) sind mit einer Steuerung 140 verbunden, die dazu eingerichtet ist, dass das Fluten der Auftriebskörper 1 lOa, 1 10b, 1 10c mit Wasser des Gewässers, das Erfassen des auf die Auftriebskörper 1 10a, 1 10b, 1 10c wirkenden hydrostatischen Außendrucks, und das Erzeugen eines dem erfassten hydrostatischen Außendruck entgegenwirkenden pneumatischen Innendrucks in den Auftriebskörpem 1 10a, 1 10b, 1 10c geregelt erfolgt.

Dabei sorgen die ebenfalls mit der Steuerung 140 verbundenen Neigungssensoren 200, die einen zweiachsigen Neigungsmesser ausbilden, für die Trimmung der schwimmenden

Windenergieanlage 100, insbesondere für eine horizontale Ausrichtung des schwimmenden Fundaments 1 10 der schwimmenden Windenergieanlage 100 während des Absenkens oder Auftauchens. Da die Windenergieanlage 100 beim Verbringen von der Transportposition in die

Arbeitsposition noch keinen Strom erzeugt, ist eine Energiequelle 150 zur Versorgung der vorgenannten Komponenten mit elektrischer Energie notwendig. Diese Energiequelle 150 kann beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine sein, die insbesondere als von der Windenergieanlage mitgeführter Teil der Windenergieanlage ist.