GLADE, Joachim (Brockeswalder Weg 38A, Cuxhaven, 27476, DE)
WEBER, Klaus (Langenwiesen 51, Balingen, 72336, DE)
GLADE, Joachim (Brockeswalder Weg 38A, Cuxhaven, 27476, DE)
| TITEL Onshore-Produktionsanlage für Offshore-Windenergieanlagen und Verfahren zum Erstellen von mindestens teilgefertigten Offshore-Windenergieanlagen ANSPRÜCHE 1 . Onshore-Produktionsanlage (1 ) für Offshore-Windenergieanlagen (1 1 ) am Rand eines schiffbaren Gewässers oder im Hafen mit einer Aufgliederung in einzelne Produktionsbereiche zur abschnittsweisen Vorfertigung der Windenergieanlagen (1 1 ) - unterteilt in einen Bereich als Produktionsstation (I) zur Fundamentherstellung, eine Produktionsstation (II) zur Herstellung eines Mastes, vorzugsweise Spannbetonmastes, eine Produktionsstation (III) zur Endmontage und einer Übergabestation als Produktionsstation (IV) am Gewässerrand, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens folgende Vorrichtungen aufweist: - an den Stationen örtlich Pallungen (8) als lastabtragende Montageeinrichtungen, - Schwerlast-Modultransporter (4) auf Fahrstraßen (3) ohne Schienenbindung für den Transport zwischen den einzelnen Produktionsstationen (I, II, III, IV) und gegebenenfalls Zwischenlagerstätten (IIb, llld). 2. Produktionsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Übergabe einer fertiggestellten Windenergieanlage (1 1 ) an ein Installationsschiff (18) - an der Übergabe- Station - eine speziell auf das Installationsschiff (18) abgestimmte Fingerpier (2) vorhanden ist. 3. Verfahren zum Herstellen von mindestens teilgefertigten Offshore- Windenergieanlagen (1 1 ) in einer Onshore-Produktionsanlage (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung an den einzelnen Produktionsstationen (I - IV) auf Pallungen (8) erfolgt, die von den Schwerlast- Modultransportern (4) direkt unterfahren werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabe der fertiggestellten Windenergieanlage (1 1 ) an ein Installationsschiff (18) an der Übergabestation als Produktionsstation (IV) an einer speziell auf das Installationsschiff (18) abgestimmten Fingerpier (2) erfolgt, indem diese von dem Installationsschiff (18) überfahren wird und die Windenergieanlage (1 1 ) als Baueinheit mit zentrischer Lastaufnahme übernommen wird. |
Onshore-Produktionsanlage für Offshore-Windenergieanlagen und Verfahren zum Erstellen von mindestens teilgefertigten Offshore-Windenergieanlagen
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Onshore-Produktionsanlage für Offshore- Windenergieanlagen am Rand eines schiffbaren Gewässers oder im Hafen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 . Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von zumindest teilgefertigten Offshore- Windenergieanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 3.
Stand der Technik
Hinsichtlich der Umweltbelastung der Meeresfauna durch Lärmemission infolge von Rammarbeiten bei Pfahlgründungen und auch der Möglichkeiten zum Rückbau hat sich die Flachgründung von Offshore-Windenergieanlagen gegenüber anderen Gründungsarten als vorteilhaft erwiesen. In EP 1 691 073 A1 und der älteren Patentanmeldung DE 10 2009 055 175.1 ist ein flächiges Gründungselement beschrieben. Auch der Grundgedanke, die Offshore- Windenergieanlage komplett an Land zu fertigen und per Schiff an den plan- mäßigen Aufstellort zu verbringen, ist bereits in der ebenfalls älteren Patentanmeldung DE 10 2008 046 360.4 enthalten. Dort ist der Vorteil einer witterungsunabhängigen Montage unter gleichbleibenden Randbedingungen erwähnt. Neben diesem Vorteil bietet eine Produktionsstätte, die eine Montage in Fertigungsstraßen - die derer in Automobilwerken ähnelt - umfasst, den Vorteil einer gleichbleibend hohen Qualität des Endproduktes. Erreicht wird dies durch standardisierte Abläufe in werksmäßigem Umfeld. Zugleich kann der Kostenaufwand im Herstellprozess reduziert werden. Aus der POWER Offshore Wind Mini-Conference, 1 1 . September 2007: "The Offshore Wind Energy Market in Germany" von Jan Rispens, Managing Direc- tor - Wind Energy Agency Bremerhaven/Bremen (siehe dort Seiten 12 - 17) ist eine Onshore-Produktionsanlage für Offshore-Windenergieanlagen am Rand eines schiffbaren Gewässers bzw. Hafen mit einer Aufgliederung in einzelne Produktionsbereiche zur abschnittsweisen Vorfertigung der Windenergieanlagen bekannt. Die Produktionsanlage ist in mehrere Bereiche unterteilt (s. dort S. 17), unter anderem in einen Bereich zur Fundamentherstellung (S. 14 u. 17), eine Produktionsstation zur Herstellung des Mastes (S. 17„Tower production"), eine Station zur Endmontage und eine Übergabestation am Gewässerrand (S. 17).
Im Hinblick auf die Bedeutung erneuerbarer Energien und die der Windenergie im Besonderen kann davon ausgegangen werden, dass die Anzahl der Offshore-Windenergieanlagen stetig zunimmt. Mit steigendem Bedarf an die- sen Anlagen besteht auch die Notwendigkeit, bei schwierigen Wetterlagen und hohem Wellengang zu installieren.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Produktionsanlage vorzugeben, in der Offshore-Windenergieanlagen mit Gründung werksmäßig nach hohen Qualitätsanforderungen vollständig vor- oder teilgefertigt und so in Serienproduktion hergestellt werden können, wobei eine kostengünstige und vor allem flexible Herstellung ermöglicht werden soll. Weiter besteht die Aufgabe darin, ein ent- sprechendes Verfahren anzugeben.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Produktionsanlage durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im An- spruch 3 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 und 4 angegeben.
Hierzu sieht die Erfindung vor, in industriellen Produktionslinien gegebenenfalls parallel zueinander eine oder mehrere Flachgründungen herzustellen, diese mit Maststücken - vorzugsweise aus vorgespanntem Beton - zu ergän- zen und optional die komplette Windenergieanlage mit einem Turm aus Stahl oder anderem geeigneten Material - beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff -, Gondel und Rotorblättern zu montieren. Auch eine Abnahme- prüfung mit probeweiser Stromproduktion kann auf dem Areal realisiert werden.
Auf dem Produktionsgelände sind Lagerplätze für fertig- oder teilfertiggestellte Baueinheiten vorgesehen. Bedarfsabhängig kann so auf die Nachfrage rea- giert werden und in mehreren Fertigungslinien auch auf Abruf produziert werden. Die industrielle Fertigung bietet den Vorteil, kostengünstig ein gleichbleibend hohes Qualitätsniveau im Endprodukt zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil der Fertigung onshore ist der, dass nahezu witterungsunabhängig gebaut werden kann und somit der Zeitraum zur Herstellung fast uneinge- schränkt ist. Die Anlagen werden am Produktionsstandort gefertigt und mit einem Installationsschiff zum Aufstellort verbracht und dort installiert.
In einer vorteilhaften Ausbildung des Produktionsstandortes gibt es für jeden Bauabschnitt einen Produktionsbereich, der zum Teil in Werkshallen unterge- bracht ist. Nachgelagert sind Bereiche vorgesehen, die als Zwischenlager dienen können und somit einen Puffer zwischen den einzelnen Produktionseinheiten bilden. Ein Bauteil - wie beispielsweise das Fundament mit Schaft - kann aus diesem Zwischenlager jederzeit zur weiteren Bearbeitung - der Montage des oberen Maststückes - entnommen werden. Damit können die einzelnen Produktionsabschnitte besser aufeinander abgestimmt und Stillstandzeiten in der Produktion minimiert werden.
Zwischen den einzelnen Produktions- und Lagerstätten befinden sich befestigte, in ihrem Aufbau den großen Belastungen angepasste Fahrstraßen. Der Transport der extrem schweren Baueinheiten mit einem Eigengewicht von bis zu 8.000 t erfolgt auf Schwerlast-Modultransportern, wie sie bislang nur aus dem Kraftwerks- oder Anlagenbau bekannt sind. Diese sind selbstfahrend und miteinander koppelbar; durch einen hydrostatischen Fahrantrieb ist ein stufenloses und ruckfreies Fahren sichergestellt. Mit diesen Modultransportern ist - im Gegensatz zur Schienenbindung - ein völlig flexibles Verschieben beispielsweise auf Lagerflächen oder zur weiteren Fertigung der Baueinheiten möglich.
Um Aufnahme und Absetzen der Baueinheiten an den einzelnen Produktionsstationen umsetzen zu können, wird an den Produktionsstätten auf soge- nannten Pallungen gearbeitet, die von den Modultransportern unterfahren werden können. Diese Pallungen sind entsprechend der erfolgenden Belastung gegründet. Weiter gibt es zu den einzelnen Produktionsstationen Andienmöglichkeiten für Materialien wie zum Beispiel Beton, Bewehrung und Spannstahl. In einem Bereich des Geländes ist eine Einrichtung zur Bewehrungsvorfertigung und zur Reparatur von Schalungselementen vorgesehen; auch Lagerflächen für Bau- materialien und Massengut sind auf dem Gelände eingerichtet.
Die Herstellung des bevorzugt hohlkastenartigen Fundamentes erfolgt in Spannbetonweise, der Mastschaft wird vorzugsweise mit je einem Innen- und Außenschalungsring schrittweise nach dem Kletterschalungsprinzip herge- stellt und ebenfalls vorgespannt. Alternativ ist auch die Herstellung im Gleitschalungsverfahren oder mit Betonfertigteilen realisierbar.
Zum Verbringen an den Aufstellort wird die fertiggestellte Windkraftanlage an die Verladepier transportiert. Diese ist in Fingerform ausgebildet und kann von einem geeigneten Installationsschiff in Katamaranbauweise angefahren werden. Das Anfahren erfolgt so, dass das Schiff die Pier überfährt, wobei auf beiden Seiten des .Fingers' Schwimmkörper des Katamarans im Wasser liegen. Die montierte Windkraftanlage wird mittig vom Schiff aufgenommen, so dass kein zusätzlicher Hebevorgang oder eine exzentrische Lastaufnahme notwendig ist.
Die Fertigung des Fundamentkörpers erfolgt auf einem absenkbaren Schaltisch, der von den Modultransportern unterfahren werden kann. An den jeweiligen Arbeitsstationen werden die Baugruppen auf Pallungen abgestellt - hierbei handelt es sich um tiefgegründete Arbeitsplattformen, die in einer Ausführungsvariante mittels eingebauter Pressen höhenverstellbar sind. Die Schwerlast-Modultransporter sind höhenverstellbar, so dass alternativ auch auf festen, unverstellbaren Pallungen gearbeitet werden kann. Die Übernahme der Baugruppe von den Modultransportern auf die Pallung und umgekehrt erfolgt dann über eine Höhenänderung der Modultransporter.
Die Unterseite des Flachgründungskörpers liegt direkt auf den Pallungen oder Modultransportern auf, örtlich sind Unterfütterungen möglich. Lastverteilende Zwischenschichten sind im Allgemeinen nicht nötig, aber ebenfalls möglich. Prinzipiell kann eine temporäre Lagerung der teilgefertigten Baueinheiten auch auf den Schwerlast-Modultransportern erfolgen. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Produktionsanlage und des Verfahrens zur Herstellung von Offshore-Windenergieanlagen ist nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Dargestellt sind in den Zeichnungen: Fig. 1 : die schematische Darstellung einer Onshore-Produktionsanlage für Offshore-Windenergieanlagen
Fig. 2: die Produktion von Fundamenten als Flachgründungen
Fig. 3: die Fertigung eines aus Spannbeton bestehenden Maststückes auf einer Flachgründung
Fig. 4: die Montage des oberen Mastelementes
Fig. 5: die fertig montierte Windenergieanlage an der Fingerpier zur Übernahme durch das Installationsschiff
In Fig. 1 ist eine Produktionsanlage 1 für Offshore-Windenergieanlagen 1 1 gezeigt, wobei diese in Produktionsstationen (I, II, III, IV) unterteilt ist, in de- nen jeweils bestimmte Fertigungsschritte erfolgen. Zudem befinden sich auf dem Gelände Lagerplätze für Windenergieanlagen 1 1 in Zwischenbauzustän- den: nach der Fertigstellung des Fundamentkörpers (Hohlkastenfundament) 12 mit Mastschaft 13 (IIb) und nach der Komplettmontage der Windenergieanlage 1 1 (llld) sind Zwischenlagerplätze für die auftretenden Lasten ausge- legt. Zwischen den einzelnen Produktionsstätten verlaufen befestigte Flächen - sogenannte Fahrstraßen 3 -, die für den Transport der Baueinheiten mit Modultransportern 4 ausgelegt sind.
An der Produktionsstation I werden - bevorzugt in Werkshallen, die mit Brückenkränen 5 ausgestattet sind - die Fundamentkörper 12 auf absenkbaren Schaltischen 7 in mehreren Arbeitsstätten parallel zueinander gefertigt. Alle hierfür erforderlichen Arbeiten wie Schal- und Bewehrungsarbeiten, Vorspannen der Spannglieder mit anschließendem Verpressen und Ausschalarbeiten finden hier statt. Zur Weiterbearbeitung erfolgt ein Aufnehmen des fertigen Fundamentkörpers 12 auf Modultransportern 4, die diesen auf der Fahrstaße 3 zur Produktionsstation IIa verfahren. Alternativ kann eine Zwischenlagerung auf einer der dafür vorgesehenen Flächen erfolgen. Vorteilhaft ist auch in diesem Zusammenhang die äu ßerst flexible Mobilität der Schwerlast- Modultransporter 3. An Produktionsstation IIa wird das bereits hergestellte Gründungselement, der Fundamentkörper 12, auf sogenannten Pallungen 8 abgestellt und auf dem hohlkastenartigen Fundamentkörper 12 ein Mastschaft 13 aus vorgespannten Beton erstellt. Die Betonage erfolgt unter Einsatz von Kränen 6 mittels Kletterschalung 9 in mehreren Takten 10 bis zum Erreichen der Endhöhe. Auch hier wird parallel an mehreren Baueinheiten gearbeitet. Der so gefertigte Unterbau - Fundamentkörper 12, Mastschaft 13 - der Windenergieanlage 1 1 wird erneut von Modultransportern 4 aufgenommen und zur Produktionsstation lila verfahren oder alternativ auf dem Reserveplatz IIb geparkt.
Nach dem Absetzen des aus Fundamentkörper 12 und Mastschaft 13 bestehenden Unterbaus auf den Pallungen 8 der Station lila wird dort der Stahlturm 14, die Stahlanbauteile 15 (wie Bootsanleger und andere Ausrüstung) und Gondel 16 mit Rotorblättern 17 installiert. Mit Modultransportern 4 erfolgt im Anschluss ein Transport zur Produktionsstation lllb - dem Commissioning- Platz - zum Einbau und Test der Verkabelung der Anlage und weiter zur Produktionsstation Nie zur Abnahme beziehungweise zum Langzeit- Inbetriebnahmetest. Auch hier besteht die Möglichkeit, die fertiggestellte An- läge 1 1 anschließend auf einem Reserveplatz llld zu parken.
Auch für die Produktionsstationen lila - llld sind jeweils mehrere Arbeitsstätten vorhanden, so dass eine parallele Fertigung von Windenergieanlagen 1 1 erfolgen kann - wie auch durch das flexible Transportsystem der Schwerlastmodultransporter 4 in Kombination mit dem Vorhalten von Lagerstätten IIb, llld jederzeit eine Zwischenlagerung und damit Steuerung des Produktionsmengen-Zeit-Ergebnisses möglich ist.
Produktionsstation IV dient der Aufnahme der Windenergieanlage 1 1 durch ein geeignetes Installationsschiff 18. Die Baueinheit der Windenergieanlage 1 1 wird erneut von Modultransportern 4 aufgenommen und auf die Fingerpier 2 verfahren, wo bereits das Installationsschiff 18 in Form eines Katamaran- Schiffes wartet. Das Installationsschiff 18 überfährt die Fingerpier 2 und nimmt mittels Winden die komplette Windenergieanlage 1 1 direkt von den Modultransportern 4 auf. Von dort erfolgt das Verbringen an den Bestimmungsort, wo die Installation erfolgt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Produktionsstation I, der Produktionsstätte zur Herstellung der Fundamentkörper 12 in Form von Flachgründungskörpern. In vorgefertigten Schalelementen mit verfahrbarem Schalboden - absenkbarem Schaltisch 7 - wird der Stahlbeton-Fundamentkörper 12 hergestellt. Nach dem Ausschalen erfolgt der Einbau von Stahlzuggliedern, die vorgespannt und anschließend verpresst werden. Alternativ kann der Einbau der Spannglieder direkt mit dem Bewehren erfolgen. Die Andienung erfolgt mit Brückenkränen 5 bevorzugt innerhalb einer Einhausung.
Fig. 3 zeigt die Fertigung eines aus Spannbeton bestehenden Mastschaftes 13 auf einem Flachgründungs-Fundamentkörper 12 an der Produktionsstation IIa. Nach dem Kletterschalungsprinzip wird der Mastschaft 13 taktweise errichtet: Zunächst wird die Innenschalung am Boden abgestellt, es folgen Bewehrungsarbeiten und das Verlegen der Hüllrohre für die Spannglieder. Mit Hilfe eines beispielsweise gleisgeführten Kranes 6 wird die Innenschalung samt Bewehrung eingehoben, nach dem anschließenden Einheben der Außenschalung wird das Schalungssegment geschlossen. Es folgt der Betoniervorgang und das Einbauen, Vorspannen und Verpressen der Spannglieder.
Produktionsstation III - in Fig. 4 dargestellt ist Station lila zum Zeitpunkt nach der Montage der Rotorblätter 17 - ist unterteilt in Stationen zur Turm-, Gondel- und Rotormontage lila, zum Einbau und Test der Verkabelung lllb und zur Abnahmeprüfung Nie, bei der probeweise über mehrere Stunden Strom erzeugt wird. Zur Montage ist jeweils ein Kran 6 vorgesehen. Eine Teilstation ist ein Reserveplatz llld zur Lagerung der fertiggestellten Windenergieanlage 1 1 .
In Fig. 5 ist die fertiggestellte Windenergieanlage 1 1 auf der Fingerpier 2 zur Übernahme durch das Installationsschiff 18 dargestellt. Wie vorstehend beschrieben, bietet die Onshore-Produktionsanlage die Möglichkeit, mit hohem Automatisierungsgrad gewaltige technische Bauwerke zu realisieren. Anders als im Bauwesen üblich, handelt es sich bei den errichteten Bauwerken nicht um Einzelstücke, die vorort unter spezifischen Randbedingungen gebaut werden, sondern um automatisierte - unter gleichbleiben- den Randbedingungen gebaute - Serienprodukte. Diese der Industrie verwandte Serienfertigung ermöglicht das Einhalten hoher Qualitätsstandards in Verbindung mit witterungsunabhängigem Bauen. Gerade auf hoher See herrschen häufig Wetterbedingungen vor, die eine starke Einschränkung hinsichtlich der Montagemöglichkeit erzwingen. Die nahezu wetterunabhängige und flexible Fertigung in Zusammenhang mit einem hohen Automatisierungsgrad ermöglicht infolgedessen auch das Erstellen kostengünstiger Windenergieanlagen. Ein besonderer Vorteil der Produktionsstätte ist die spezifizierte Ausgestaltung der einzelnen Produktionsstationen und das sehr flexible Transportsystem mit Schwerlast-Modultransportern.
Bezugszeichenliste
1 Produktionsanlage
2 Fingerpier
3 Fahrstraßen
4 Schwerlast-Modultransporter
5 Brückenkran
6 Kran
7 absenkbarer Schaltisch
8 Pallung
9 Kletterschalung mit Arbeitspodest
10 Betonier-Takt
1 1 Windenergieanlage
12 Fundamentkörper
13 Mastschaft
14 (Stahl-)Turm
15 (Stahl-)Anbauteile
16 Gondel
17 Rotorblätter
18 Installationsschiff
I Produktionsstation
II Produktionsstation
III Produktionsstation
IV Produktionsstation
IIb, llld, ... Zwischenlagerstätten