Wasserfahrzeug zum Versorgen einer Offshore-Windenergieanlage Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug zum Versorgen ei- ner Offshore-Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches."Versorgen"wird dabei als Oberbegriff für alle Wartungs-und Instandhaltungsarbeiten, die ein Betrei- ber an Windenergieanlagen durchführen muß, verwendet. Bei Offshore-Anlagen, die wesentlich schlechter als an Land auf- gestellte Anlagen erreicht werden können, ergeben sich hier- bei neue Problemstellungen.

Diese Problemstellungen werden in naher Zukunft große Bedeu- tung erlangen, denn die Windenergienutzung hat in Europa be- reits einen beachtlichen Anteil an der gesamten regenerati- ven Energienutzung erreicht. Um aber auch in Zukunft die po- litischen Vorgaben der EU bezüglich des weiteren Ausbaus der Windenergienutzung zu realisieren, werden nun die Offshore- Potentiale in einem erheblichen Maße genutzt werden müssen.

Dieses wird dazu führen, daß Offshore-Windparks in großem Umfang in Europa errichtet werden, wobei die Aufstellung der Anlagen aus Kostengründen bevorzugt in Bereichen mit bis zu 20 m Wassertiefe stattfinden wird. Die Aufgabe der Wartung und Instandhaltung der Anlagen wird dabei auch unter rauhen Umweltbedingungen bspw. im Winter zu ermöglichen sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wasserfahrzeug zu schaffen, das zur Wartung und Instandhaltung von Offshore- Windenergieanlage unter möglichst geringer Beeinträchtigung des Wartungspersonals durch die rauhe Umwelt eingesetzt wer- den kann.

Ein Wasserfahrzeug muß dabei in der Lage sein, sich auch bei größeren Wellenhöhen der Anlage zu nähern und Personal und Material vom Schiff auf die Anlage überzusetzen. Bei übli- chen Wasserfahrzeug besteht dabei das Problem, daß diese durch die Wellen starke Bewegungen ausführen und damit nicht ohne Kollisionsgefahr an die Offshore-Windenergieanlage her- angebracht werden können, sowie ein Übersteigen von Personen ab gewissen Wellenhöhen erheblich erschwert ist und durch Arbeitsschutzbestimmungennicht mehr zulässig ist.

Für umfangreichere Reparaturen muß zudem das Wasserfahrzeug ortsfest positioniert werden können, um z. B. Container mit wichtigen Funktionskomponenten der Anlage austauschen zu können. Während der Wartungs-und Instandhaltungsarbeiten, die durchaus mehrere Tage andauern können, sollte das Schiff weiterhin als Unterkunft für das Personal dienen können. Für diese Anforderungen gibt es z. Zt. keine praktikablen Lösun- gen.

Durch stets gewährte Erreichbarkeit mit einem geeigneten Wasserfahrzeug wird die Stillstandszeit der Windenergieanla- gen minimiert, so daß der jährlich Energieertrag und damit die Wirtschaftlichkeit verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe indes durch ein Wasser- fahrzeug mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben dabei vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Das Wasserfahrzeug besteht aus einem Schiffskörper, an des- sen Unterseite wenigstens zwei Auftriebstanks angeordnet sind. Diese Auftriebstanks können mit Hilfe eines Druckluft- aggregates gelenzt werden und durch geeignete Ventile mit Wasser geflutet werden. Eine zusätzliche Trimmeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform kann mehrere Kammern in den Tanks (vorn und hinten) sowie links und rechts separat ansteuern, so daß die Neigungslage des Schiffes aktiv beein- flußt werden kann.

Die Tragsäulen sind dabei verschieblich zum Schiffskörper an diesem gelagert, und können über Hub/Senkeinrichtungen in wesentlichen in vertikaler Richtung verfahren und fixiert werden.

Neigungsmeßeinrichtungen bestimmen dabei die Ausrichtung des Schiffes gegenüber der Horizontalen. Eine entsprechende Ver- arbeitung der Meßdaten durch eine Steuerung bewirkt eine Ju- stierung der Schiffsausrichtung mit Hilfe des Flutens oder Lenzens der verschiedenen Auftriebstanks. Dabei kann das Wasserfahrzeug schon vor dem endgültigen"Andocken"durch Absenken der Auftriebstanks im Wasser und Lenzen der Tanks soweit aus dem Wasser gehoben werden, das die Wellen nicht mehr den Bootskörper erreichen, sondern lediglich die im Vo- lumen nicht mehr ins Gewicht fallenden Tragsäulen zu den Auftriebstanks.

Da die Auftriebstanks aber bevorzugt tief genug unterhalb der Wasseroberfläche verbleiben, um ebenfalls ruhig ohne Wellenbeeinflußung zu liegen, ergibt sich für die Annäher- ungsphase beim Andocken eine bisher bei stärkerem Wind nicht erreichte Positioniermöglichkeit für das Wasserfahrzeug.

Die letzten Meter könnten nun durch Verkürzen einer bereits hergestellte Leinenverbindung zurückgelegt werden, bevorzugt werden jedoch Hilfsantriebe an den Auftriebskörpern nach Art verdrehbarer elektrischer Propellerantriebe die Manövrier- barkeit des mit dem Schiffsrumpf aus dem Wasser gehobenen Wasserfahrzeugs herstellen.

Nach dem Andocken kann das Wasserfahrzeug durch weiteres Ausfahren der Tragsäulen fest auf den Meeresgrund gestellt werden. Die am unteren Ende der Tragsäulen befindlichen Auf- triebstanks ergeben dabei eine genügend große Fläche, um ein tiefes Eindringen in den Boden zu vermeiden und anderseits stets einen sicheren Stand zu gewähren.

Zusätzlich sind die Auftriebstanks an der Unterseite mit Ab- standssensoren bestückt, die die Distanz der Auftriebstanks zum Meeresboden messen. Dadurch kann die Betätigung der Hub/Senkeinrichtung der Tragsäulen und die Trimmeinrichtung gesteuert werden.

Falls die Wassertiefen zu groß sind, um Tragsäulen mit prak- tikablen Dimensionen ausführen zu können, ist es möglich, an dem Gründungsteil des Turm eine"Landeplattform"zum Aufset- zen der Auftriebstanks zu befestigen. Diese Ausführung ist ebenfalls sinnvoll, wenn der Meeresboden Unebenheiten oder größere Steine aufweist.

Eine bevorzugte Ausführung weist Gelenkverbindungen zwischen den unteren Enden der Tragsäulen und den Auftriebstanks auf, um für den Fall eines unebenen Meeresbodens einen Winkelaus- gleich zu schaffen. Dabei kann ein Meßsystem die Hub/Senk- vorrichtungen einzeln ansteuern, um einen Ausgleich vor dem Aufsetzen auf den Boden vornehmen zu können. Durch Messung der Neigung des Schiffskörpers kann eine Feinkorrektur noch danach erfolgen.

Für die Stabilität des Fahrzeugs kann es vorteilhaft sein, daß die Tragsäulen nicht genau senkrecht ausfahren, sondern derart geneigt sind, daß sich der Abstand zwischen den Auf- triebstanks bei Ausfahren vergrößert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß die Auftriebstanks im großen Abstand zum Gründungsteil aufsetzen und somit die Kollisionsgefahr weiter vermindert wird.

Insbesondere ist vorteilhaft, daß eine Andockzone des Was- serfahrzeuges zum Andocken an dem Turm mit einer U-förmigen Ausnahme ausgebildet ist und weiter eine Plattform auf dem Wasserfahrzeug vorgesehen ist, auf der der jeweils neu anzu- bringende, wie auch der abgenommene Container aufgenommen werden können.

Dabei kann die Andockzone mit einem aufblasbaren Kragen- element versehen sein, wobei die innere Weite der Andockzone ein wenig größer als der U-Durchmesser des Gründungsteils des Turms der Windenergieanlage in dem Bereich des Andockens ist, und durch Aufblasen des Kragenelementes der Spalt über- brückt wird und dadurch auch eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden kann.

Eine auf dem Wasserfahrzeug vorgesehene Plattform kann zum schnellen Wechseln von Containern zur Aufnahme von wenig- stens zwei Containern ausgelegt sein und drehbar ausgebildet sein, so daß nach dem Absenken des Containers auf die Platt- form diese Plattform nur verdreht werden muß, um einen neuen Container in exakt die gleiche Lage zu bringen, in der der erste Container sich nach dem Absenken befand.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einiger bevorzugter Beispiele an- hand beigefügter Zeichnung. Dabei zeigt Fig. la eine schematische Darstellung einer Offshore-Windenergieanlage mit außen an- gebrachtem Container, Fig. lb eine perspektivische Ansicht der Fig. la, Fig. 2a das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug für Wartungs-und Instandhaltungsarbeiten perspektivisch dargestellt in normaler Fahrposition, Fig. 2b eine Ansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 2a von der Steuerbordseite, Fig. 2c eine Ansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 2a von vorn, Fig. 2d eine Ansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 2a von oben, Fig. 3a das Wasserfahrzeug beim Absenkvorgang der Auftriebstanks, Fig. 3b eine perspektivische Ansicht der Fig.

3a, Fig. 4a das Anheben des Schiffskörpers des Was- serfahrzeugs aus dem Wasser durch das Lenzen der Auftriebstanks, Fig. 4b eine perspektivische Ansicht der Fig.

4a, Fig. 5a das Andocken des Wasserfahrzeugs an die Offshore-Windenergieanlage, Fig. 5b eine perspektivische Ansicht der Fig.

5a, Fig. 6a das Absetzen des Wasserfahrzeugs auf dem Meeresgrund durch Fluten der Auftrieb- stanks und/oder Ausschieben der Tragsäu- len, Fig. 6b eine perspektivische Ansicht der Fig.

6a, Fig. 7a das Anbringen der Aufstiegsleiter und das Ablassen eines zu tauschenden Con- tainers, Fig. 7b eine perspektivische Ansicht der Fig.

7a, Fig. 8a das Drehen der zu tauschenden Container auf der Drehplattform, Fig. 8b eine perspektivische Ansicht der Fig.

8a, Fig. 9a das Anheben des neuen funktionsfähigen Containers, Fig. 9b eine perspektivische Ansicht der Fig.

9a, Fig. 10a eine Variante, bei der eine Landeplatt- form am Gründungsteil der Anlage ange- bracht ist, Fig. 10b eine perspektivische Ansicht der Fig.

10a, Fig. lla die Anordnung von Gelenken zwischen Tragsäulen und Auftriebstanks um einem Ausgleich von Unebenheiten des Meeresbo- dens zu ermöglichen, Fig. llb eine perspektivische Ansicht der Fig. lla, Fig. 12a die seitlich nach außen gespreizte An- ordnung der Tragsäulen, um die Stabili- tät des Wasserfahrzeugs zu erhöhen und den Abstand der Auftriebstanks zum Grün- dungsteil der Windenergieanlage zu ver- größern, und Fig. 12b eine perspektivische Ansicht der Fig.

12a.

In Fig. 1 ist die im Meeresboden 12 mit einem Gründung- bauteil 22 stehende Windenergieanlage mit ihren Rotor- blättern 16 an dem Maschinenkopf 18 dargestellt. Die Wasseroberfläche 14 der See 10 mit ihrer Wellenbewegung ist im Bereich des Gründungsbauteils schematisch darge- stellt. Oberhalb des Gründungsteil 22 befindet sich der eigentliche, innen hohle Turm 20 der Windenergieanlage, an dem sich zwei Container 24 mit störanfällige Einhei- ten der Windenergieanlage (z. B. Trafostation oder Wech- selrichter) befinden. Eine Arbeitsplattform 26 und die Einstiegtür 28 in den Turm sind ebenfalls dargestellt.

Fig. lb stellt insbesondere den Rotor 16 nochmals per- spektivisch dar.

Fig. 2 stellt das Wasserfahrzeug ist mit den einzelnen Komponenten dar. Der Schiffskörper 32 ist über vier Tragsäulen 36 mit zwei parallel zur Fortbewegungsrich- tung verlaufenden Auftriebstanks 34 versehen, die je- weils an den Enden der Tragsäulen 36 angesetzt sind.

Hub-und Senkeinrichtungen 38 für die Tragsäulen 36 kön- nen die Auftriebstanks 34 in ihrer Lage zum Schiffskör- per 32 vertikal verfahren. Über Abstandssensoren 40 kann der Abstand der Auftriebstanks 34 zum Meeresboden 12 be- stimmt werden.

Die Tragsäulen 36 werden dabei eine ausfahrbare Länge besitzen, die wenigstens der erwarteten Wassertiefe un- ter den Enden der aufgeholten Tragsäulen zuzüglich der Eintauchtiefe des Schiffskörpers und der Wellenhöhe am Ort der Windenergieanlage entspricht.

Weiter sind Antriebe 42 vorgesehen, über die die Positi- on und die Ausrichtung des Wasserfahrzeugs auch dann be- wirkt werden, wenn der eigentliche Rumpf schon aus dem Wasser gehoben ist.

Der Schiffrumpf des Wasserfahrzeugs verfügt zudem über eine Andockzone 44, die mit einer U-förmigen Aussparung 44 versehen ist, die dem Durchmesser des Gründungsteils 22 angepaßt ist.

Weiter ist in der Fig. 2a auf dem Deck des Schiffskörper 32 eine verdrehbare Plattform 46 angeordnet, die zur Aufnahme von wenigstens zwei Containern 24 vorgesehen ist. Mit Bezugszeichen 48 ist das Brückenhaus des Was- serfahrzeugs bezeichnet.

Während Fig. 2b und 2c nur Ansichten von der Seite und von vorne zeigen, ist in Fig. 2d ein aufblasbares Krage- nelement 45 in der U-förmigen Andockzone zu erkennen, daß den Spalt nach dem Andocken im aufgeblasenen Zustand überbrückt und den Schiffskörper 32 weiter fixiert indem inniger Kontakt hergestellt wird.

Da der Schiffskörper 32 mit einer in Draufsicht auf die- sen U-förmig ausgebildeten Andockzone 44 versehen ist, deren innere Weite dem Außendurchmesser eines Gründung- teil 22 des Windenergieanlagenturms 20 der zu versorgen- den Windenergieanlage angepaßt, muß in diesem Fall für das Kragenelement 45 und ein mittleres Maß an Ausdehnung Platz gelassen werden.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich das Wasserfahrzeug der Offshore-Windenergieanlage annähert und dabei durch Ausfahren der Tragsäulen 36 die Auftriebstanks 34 abge- senkt werden. Dabei ist der Schiffskörper 32 im Wasser und erzeugt den erforderlichen Auftrieb.

In Fig. 4 sind die Auftriebstanks 34 in einem geringeren Abstand zum Meeresboden 12 ausgefahren worden. Der Ab- stand wird durch die Sensoren 40 bestimmt. Durch das Lenzen der Auftriebstanks 34 mit Hilfe der Trimmeinrich- tung wird der Schiffskörper 32 aus dem Wasser 10 geho- ben. Dadurch ist eine sehr stabile Lage des Wasserfahr- zeugs gegeben.

In der Fig. 5 ist das Wasserfahrzeug durch die Antriebe 42 mit dem Schiffskörper 32 an das Gründungsteil 22 der Offshore-Windenergieanlage angedockt worden. Die Andock- zone 44 umschließt dabei das zylindrische Gründungsteil 22.

Die Fig. 6 zeigt das Wasserfahrzeug in abgesenktem Zu- stand, wobei die Auftriebstanks 34 auf den Meeresboden 12 aufgesetzt haben, der Schiffskörper 23 ist weiterhin oberhalb der Wasseroberfläche 14. Dadurch steht das ge- samte Wasserfahrzeug fest auf dem Meeresboden 12.

Fig. 7 zeigt die Anbringung einer Aufstiegsleiter 50 an den Turm 20, über die das Personal die Arbeitsplattform 26 und die Einstiegstür 28 erreichen kann. Ferner wird das Ablassen eines Container 24 über ein Seilsystem 52 auf das Drehgestell 46 gezeigt. Fig. 8 zeigt dann den Vorgang, wie die auszutauschenden Container 24 auf der um eine vertikale Achse verdrehbaren Plattform 46 in ih- rer Position getauscht werden, um den defekten Container durch einen funktionstüchtigen zu ersetzen.

Fig. 9 zeigt, wie der funktionstüchtige Container 24 über das Seilsystem 52 wieder in die vorgesehene Positi- on gebracht wird. Der Container mit dem defekten Kompo- nenten verbleibt auf dem Wasserfahrzeug zwecks Abtrans- port zum Reparaturbetrieb.

Fig. 10 stellt eine Ausführungsvariante dar, wobei an dem Gründungsteil 22 eine separate, sich im wesentlichen rechtwinklig zum Gründungsbauteil, horizontal er- streckende"Landeplattform"54 vorgesehen ist, auf der sich das Wasserfahrzeug mit sein seinen Auftriebstanks 34 absetzen kann und damit unabhängig von der Beschaf- fenheit des Meeresbodens 12 ausgebildet sein kann. Wei- ter zeigt Fig. 11 eine Ausführungsvariante, die beson- ders geeignet ist, Neigungen des Meeresboden 12 auszu- gleichen. Dabei sind zwischen den Tragsäulen 36 und den Auftriebstanks 34 Gelenke 56 angebracht, die einen Aus- gleich der Schrägstellung der Auftriebstanks 34 ermögli- chen.

Fig. 12 stellt schließlich eine weitere Ausführungsvari- ante dar, bei der die Tragsäulen 36 nicht senkrecht, sondern nach außen geneigt in den Schiffskörper 32 ein- gebracht sind. Dieses Anwinkeln um 5-20° gegen die Vertikale mit den unteren Enden nach außen führt dazu, daß die Auftriebstanks 34 auf dem Boden einen größeren Abstand voneinander haben und damit die Stabilität des Fahrzeugs im stehenden Zustand weiter erhöht wird. Deut- lich sind weiter die Anbringungsorte der Mehrzahl das Wasserfahrzeug antreibender Propellerantriebe 42 zu er- kennen.