DE10036314A1 - Mobiles Unterwasserkraftwerk - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserkraftwerk zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit in elektrischen Strom. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Unterwasserströmungen, wie sie in den Meeren, aber auch in großen Flüssen, anzutreffen sind. Zur Vermeidung der Nachteile der gattungsgemäßen Lösungen, insbesondere zur Schaffung eines solchen Kraftwerks mit geringen Investitionen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, unter Verzicht auf feste Fundamente oder Gründungskörper am Meeresgrund ein auf einem oder mehreren Energieumwandlungsmodulen basierendes Unterwasserkraftwerk, zumindest bestehend aus einem Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäuse untergebracht ist, einer im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse ragenden Getriebewelle sowie einem axial angeströmten Turbinenrad, das ein Drehmoment auf die Getriebewelle überträgt, mittels Auftriebskörpern, deren Auftriebskraft das Gewicht des Unterwasserkraftwerks zumindest kompensiert sowie von in fixen Lagern arretierten Zugmitteln in einer im wesentlichen ortsunveränderlichen Lage in der Strömung zu halten. DOLLAR A Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die fixen Lager Anker oder Grundgewichte auf dem Meeresgrund, die über längenverstellbare Zugseile das Unterwasserkraftwerk halten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserkraftwerk zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit in elektrischen Strom. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Unterwasserströ­ mungen, wie sie in den Meeren, aber auch in grossen Flüssen, anzutreffen sind. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Ausnutzung von Unterwasser­ strömungen in küstennahen Bereichen der Meere, insbesondere Meerengen.

Meeresströmungen bilden sich hauptsächlich aufgrund von Erdrotations- und Gravi­ tationskräften sowie Temperatur- und Konzentrationspotentialen heraus, die in mächtigen interkontinentalen Strömen nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren die Weltmeere durchziehen. Allein die wohl bekannteste Meeresströmung - der Golfstrom - transportiert Wassermassen von mehr als 10⁸ m³/s mit Geschwin­ digkeiten von teilweise über 2 m/s.

In küstennahen Bereichen sind insbesondere die Auswirkungen des Einflusses der Gravitationskräfte von Sonne und Mond auf die Meere in Form der Gezeiten zu spü­ ren, die regional unterschiedlich erhebliche Wassermassen auf die Küste zu- und von ihr wegfördern.

Diese enormen Ressourcen zur regenerativen Energiegewinnung werden bislang nur in sehr geringem Umfang genutzt, im wesentlichen beschränkt auf die Ausnutzung der Tidewasserkraft in Gezeitenkraftwerken.

Der gravierende Nachteil der Gezeitenkraftwerke sind jedoch deren hohe Investiti­ ons- und Betriebskosten für zu errichtende Dämme und Stauwerke. Darüber hinaus gehen mit einigen dieser Projekte vielfältige Eingriffe in die Natur einher, so dass eine Reihe an sich geeigneter Küstenlandschaften aus Gründen des Naturschutzes von vornherein als Standort ausscheidet.

Des weiteren sind aus überwiegend theoretischen Untersuchungen Unterwasser­ kraftwerke zur Energiegewinnung aus Meeresströmungen bekannt. Derartige Kraft­ werke, die keinerlei Dämme oder kanalisierender Massnahmen bedürfen, umfassen im wesentlichen eine Einrichtung zur Umwandlung der Strömungsenergie in eine Rotationsbewegung und einen daran gekoppelten Generator, um aus der Rotations­ bewegung Strom zu erzeugen. Das Energieumwandlungsaggragat ist in geeigneter Weise mit einem ortsfesten Träger, beispielsweise einem Fundament oder einem am Meeresgrund verankerten Gestell, verbunden.

Im Vergleich zu Gezeitenkraftwerken haben Unterwasserkraftwerke eine Reihe von Vorteilen. Sie erfordern geringere Investitionskosten, ihre Leistung unterliegt weit weniger starken Schwankungen und schädliche Auswirkungen auf natürliche ökolo­ gische Systeme sind kaum zu erwarten.

Unter dem Titel "Underwater turbine operated by ocean currents" ist in US 4026587 ein solches Unterwasserkraftwerk beschrieben. An der Spitze eines am Meeres­ grund verankerten turmartigen Trägers ruht auf einem Drehkranz ähnlich einer Windkraftanlage ein um die vertikale Achse frei bewegliches Gehäuse, in dessen Inneren ein Generator angeordnet ist. Auf der annähernd horizontal aus dem Ge­ häuse ragenden Generatorwelle sitzt ein Turbinenrad mit verstellbaren Blättern. Die Meeresströmung versetzt das Rad in eine Rotationsbewegung, die über ein Getriebe auf den Generator übertragen wird. Der erzeugte Strom wird über Grundkabel in eine ufernahe Station an Land übertragen, die die notwendigen peripheren Einrichtungen beherbergt.

Ein Nachteil dieses Unterwasserkraftwerks ist, dass es als ein fest im Meer veran­ kertes Bauwerk konzipiert ist. Der bautechnische Aufwand zu dessen Erstellung, insbesondere dessen Gründungskörper, ist immer noch vergleichsweise hoch. Un­ erlässliche Wartungs- und Reparaturarbeiten an Turbine und Generator können nur vor Ort in erheblicher Tiefe vorgenommen werden. Dies erfordert besonders ausge­ bildetes Personal und spezielle Unterwasserfahrzeuge.

In Greenpeace-Magazin 6/98 wird von einem Pilotprojekt eines Unterwasserkraft­ werks im küstennahen Bereich berichtet. Ein am Meeresgrund verankerter Mast trägt einen Generator, der von einem Rotor mit einem Durchmesser von knapp 20 Metern angetrieben wird und 300 kW Strom erzeugen soll. Auch diese Vorrichtung hat den Nachteil des hohen baulichen Aufwandes zur Erstellung eines Gründungskörpers am Meeresgrund. Vielerorts verbietet allein die Beschaffenheit des Untergrundes die Errichtung einer solchen Anlage.

Darüber hinaus ist der Einsatzbereich dieser stationären Anlagen auf küstennahe Bereich der Meere mit Wassertiefen bis zu 100 m beschränkt, da mit zunehmender Tiefe der Aufwand zur Erstellung entsprechender Gründungskörper unverhältnismä­ ssig ansteigt.

Gerade der hohe Aufwand für Errichtung, Betrieb und Wartung solcher Anlagen steht einer wünschenswerten breiteren Anwendung dieser umweltfreundlichen Technologie entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterwasserkraftwerk zur Umwand­ lung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Mee­ resströmung, in elektrischen Strom bereitzustellen, das mit geringen Investitionen erstellt werden kann, sich durch niedrige Betriebskosten auszeichnet und sehr flexi­ bel einsetzbar ist.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch ein Unterwasserkraftwerk nach den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen geben die Unteransprüche wieder.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein Unterwasserkraftwerk unter Ver­ zicht auf feste Fundamente oder Gründungskörper am Meeresgrund bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch realisiert, dass ein auf einem oder mehreren Modulen zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Meeresströmung, in elektrische Energie basierendes Unterwas­ serkraftwerk, zumindest bestehend aus einem Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäuse 3 untergebracht ist, einer im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse 3 ragenden Getriebewelle sowie einem axial ange­ strömten Turbinenrad 2, das ein Drehmoment auf die Getriebewelle überträgt, von Auftriebskörpern, deren Auftriebskraft das Gewicht des Unterwasserkraftwerks zu­ mindest kompensiert sowie von in fixen Lagern arretierte Zugmittel, insbesondere Zugseile, in einer im wesentlichen ortsunveränderlichen Lage in der Strömung ge­ halten wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die die fixen Lager An­ ker oder Grundgewichte auf dem Meeresgrund, die über längenverstellbare Zugseile das Unterwasserkraftwerk halten.

Als Auftriebskörper fungieren sowohl in die Gehäuse integrierte Hohlkörper als auch externe mit dem Kraftwerk zusammenwirkende Auftriebstanks.

Eine erste besonders bevorzugte und mit geringem Aufwand zu realisierende Aus­ führungsvariante eines erfindungsgemässen Unterwasserkraftwerks basiert auf ei­ nem von der Anmelderin entwickelten Modul zur Umwandlung der kinetischen Ener­ gie von Meeresströmungen in elektrischen Strom, der sich dadurch auszeichnet, dass das axial angeströmte Turbinenrad innerhalb eines strömungsgünstig ausgebil­ deten Mantelgehäuses untergebracht ist.

Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dieses Mantelgehäuse als Auftriebskörper auszubilden, beispielsweise durch Anordnung einer Mehrzahl gasgefüllter Kammern im oberen Gehäusebereich. Gleichzeitig ist der untere Gehäusebereich mit einer Plattform verbunden, die das Unterwasserkraftwerk in einer im wesentlichen ortsun­ veränderlichen Lage hält. Zu diesem Zweck steht die Plattform über längenverstell­ bare Zugseile mit festen Punkten auf dem Gewässergrund in Wirkverbindung. Das sich einstellende Kräftegleichgewicht zwischen Auftriebskraft, Staudruck und Anker­ zugkraft lässt das Unterwasserkraftwerk in der Strömung schweben.

Eine zweckmässige Weiterbildung der Erfindung zielt auf den kombinierten Einsatz einer Mehrzahl von Energieumwandlungsmodulen innerhalb einer Kraftwerksanlage. Dies wird ereicht durch Anordnung mehrerer Module innerhalb eines Traggerüsts.

Die Anzahl integrierter Module hängt dabei massgeblich von der gewünschten Lei­ stung ab, das Anordnungsprinzip in erster Linie von den örtlichen Gegebenheiten, insbesondere der zur Verfügung stehenden Tiefe und Breite des Gewässers. Grund­ sätzlich können ein oder mehrere Module in einer oder in mehreren Ebenen ange­ ordnet sein.

In das Traggerüst eingebundene Auftriebskörper sowie am Grund verankerte Zug­ seile halten das Unterwasserkraftwerk stabil in der Strömung, wie an anderer Stelle noch näher auszuführen sein wird.

Die nach der Erfindung ausgeführten Unterwasserkraftwerke bieten gegenüber den Lösungen des Standes der Technik zahlreiche Vorteile.

Die herausragenden Vorteile solcher Kraftwerke sind sicherlich die Fähigkeit zur Mo­ dulbauweise sowie die geringen Investitionskosten und ihre Mobilität durch die Mög­ lichkeit des Verzichts auf jegliche Gründungskörper. Die Modulbauweise erlaubt eine hohe Flexibilität in der Anpassung an Leistungserfordernisse sowie an die geografi­ schen Gegebenheiten des oder der Einsatzorte. Das Unterwasserkraftwerk kann bei Bedarf ohne grosse Vorbereitungsarbeiten von den Grundgewichten getrennt und von einem Schiff aufgenommen werden und entweder durch Hochhieven an Bord oder schwimmend im Schlepptau an wechselnde Einsatzorte verbracht werden. Ortsveränderungen können unter diesen Umständen mit relativ geringem Aufwand vollzogen werden.

Darüber hinaus erleichtert diese Ausführungsform die Instandhaltung. Für Wartungs- oder Reparaturzwecke wird die Kraftwerksanlage durch Verlängern der Zugseile bis nahe an die Wasseroberfläche gehievt.

Die Eingriffe in die Umwelt, insbesondere die sensible Küstenregion, bleiben auf ein Minimum beschränkt.

Das Einsatzgebiet ist aber nicht nur auf Meeresregionen beschränkt. So können ent­ sprechend kombinierte Module, natürlich in einer adäquaten Auslegung und Dimen­ sionierung, auch in grossen langsam fliessenden Flüssen mit wirtschaftlich nutzba­ ren Geschwindigkeiten bis hinab zu 1,5 m/s eingesetzt werden.

Ein weiteres vorteilhaftes Einsatzgebiet sind auch schmale und tiefe Fjorde oder Meerengen, vorzugsweise mit starker Gezeitenströmung, die den eingangs erwähn­ ten stationären Anlagen aufgrund ihrer Tiefe verschlossen bleiben.

Es ist denkbar, in diesen beiden letztgenannten Fällen das Unterwasserkraftwerk zumindest zu einem Teil an den Ufern zu verankern.

Ausgehend von den genannten Vorteilen bieten sich solche Anlagen als variable, lautlose und umweltfreundliche Alternative zur Stromerzeugung mittels dieselelektri­ scher Aggregate in weit abgelegenen Küstenorten oder dünn besiedelten Küstenre­ gionen, aber auch auf Bohrinseln oder Baustellen in Meeresnähe an. Mit der zuneh­ menden Verknappung fossiler Energieträger werden sie langfristig auch als Einspei­ ser in die Netze von Interesse sein.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Erläute­ rung mehrerer Ausführungsformen anhand der Zeichnungen zu entnehmen. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmale wiedergegeben. Gleiche oder einander entsprechende Elemente figurieren unter demselben Bezugs­ zeichen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Modul eines Unterwasserkraftwerks

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Drehplattform

Fig. 3 Vorderansicht eines Unterwasserkraftwerks gem. Fig. 1 (in Strömungsrichtung)

Fig. 4 Schema einer Verankerung mittels dreier Grundgewichte

Fig. 5 Vorderansicht eines Unterwasserkraftwerks auf Basis von fünf Modulen

Fig. 6 Seitenansicht desselben

Fig. 7 Schema einer alternativen Verankerung mit zwei Grundgewichten

Fig. 8 Darstellung eines in einen Gittermast integrierten Auftriebskörpers

Fig. 1 stellt in schematischer Weise ein Unterwasserkraftwerk auf der Basis eines Energieumwandlungsmoduls (1), bestehend aus einem Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäuse (3) untergebracht ist, einer im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse (3) ragenden Getriebewelle sowie einem axial angeströmten Turbinenrad (2), das ein Drehmoment auf die Getriebewelle überträgt, und einem axial offenen Mantelgehäuses (4), innerhalb dessen das Turbi­ nenrad (2) konzentrisch angeordnet ist, dar. Über den Aussenumfang des zentralen Teils des Mantelgehäuses (4) sind als Auftriebskörper 5 fungierende luftgefüllte Kammern (6) installiert. Um in der Gesamtkonstruktion stets ein aufrichtendes Mo­ ment gegen die Strömung (25) aufrechtzuerhalten und das Kraftwerk somit automa­ tisch im Raum parallel zur Strömungsrichtung (25) zu halten, sind Auftriebsschwer­ punkt A und Masseschwerpunkt M nicht deckungsgleich. Sie weichen in ihrer axialen Lage geringfügig voneinander ab, dergestalt, dass der Auftriebsschwerpunkt A hinter dem Masseschwerpunkt M liegt.

Die Ausrichtung nach der Strömung (25) geschieht automatisch durch die Wirkung des sich diffusorartig erweiternden Mantelgehäuses (4). Zur Gewährleistung der frei­ en Bewegung um die vertikale Achse ist das Gehäuse (4) in einer Drehplattform (7) gelagert. Die Plattform (7) ist zweigeteilt aufgebaut, bestehend aus einem Oberteil (7.1), das mit dem zentralen Gehäuseteil (4) durch Schweissung fest verbunden ist und einem mit einer Verankerung verbundenen Unterteil (7.2), beide über einen Drehzapfen (7.3) eine Rotationsbewegung um die Vertikale zulassend miteinander gekoppelt. Das Unterteil (7.2) ist über Seile (8) und Grundgewichte (9) am Grund verankert.

Der vorn sitzende, alle Kräfte des Systems aufnehmende Drehzapfen (7.3) befindet sich lotrecht im Masseschwerpunkt M der Anlage und vor dem Auftriebsschwerpunkt A und vor dem Angriffspunkt S der Staukräfte. Diese Massnahmen gewährleisten eine selbsttätige Ausrichtung des Kraftwerks nach den jeweils herrschenden Strö­ mungsrichtungen in stabilem Gleichgewicht.

Um eine Überbeanspruchung der Ableitungskabel durch Aufwickeln zu vermeiden, kann der Freiheitsgrad der Drehbewegung mittels Endnocken auf einen Drehsektor von 180° beschränkt werden.

Es versteht sich von selbst, dass der Drehzapfen (7.3) auch durch ein anderes gleichwirkendes Drehlager, beispielsweise einen Drehkranz mit innen geführten Ka­ beln und einer eine Rotation zulassenden Kabelverbindung ersetzt werden kann. In diesem Falle erübrigt sich eine Einschränkung des Freiheitsgrades der Drehbewe­ gung.

Die Fig. 2-4 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsvariante einer Veranke­ rung des erfindungsgemässen Unterwasserkraftwerks mittels dreier verlängerbarer Zugseile (8). Das Unterteil (7.2) der Drehplattform (7) weist ein Haltekreuz (10), vor­ zugsweise ein 120°-Haltekreuz mit drei abgehenden Auslegern (11) auf. Die von den Auslegern (11) abgehenden Seile (8) sind mit drei ausreichend dimensionierten Grundgewichten (9), wie schweren Ankern oder Betonklötzen, verbunden. Die Aus­ stattung der genannten Ausleger (11) mit Seilwinden (12) gestattet es, die gesamte montierte Kraftwerkseinheit von der Wasseroberfläche (24) in die Betriebsstellung hinabzuziehen und in einer optimalen Lage zu justieren bzw. Deformationen der Be­ triebslage im Gefolge von Verwerfungen eines Grundgewichts (9) jederzeit korrigie­ ren zu können.

Die Kabel zur Ansteuerung der Seilwinden (12), weitere Versorgungsleitungen für Mess-Steuer- und Regeleinrichtungen sowie die Generatorableitung sind in einem Strang (22) über die Drehplattform (7), eines der Zugseile (8) entlang bis zu einem der Grundgewichte (9) hinabgeführt und von dort als Grundkabel (23) bis zu einer stationären oder mobilen die Schaltungstechnik, Umrichtereinheit und Netzeinspei­ sungseinrichtung aufnehmenden Station an Land geführt.

Die Umrichtereinheit dient der Erhöhung der Flexibilität der Anlage. Sie ermöglicht es, einen grossen Bereich unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten zur Stromerzeugung nutzen zu können. Zwangsstillsetzungen der Anlage bei einen Ma­ ximalwert übersteigender Strömungsgeschwindigkeit, wie bei Windkraftanlagen üb­ lich, sind damit nicht erforderlich.

Es wurde an anderer Stelle bereits darauf hingewiesen, dass die Leistungsfähigkeit eines erfindungsgemässen Unterwasserkraftwerks in vorteilhafter Weise modulartig erweitert werden kann. Zur Anpassung der Leistungsfähigkeit eines solchen Kraft­ werks an den Bedarf, auch zur Anpassung an geografische Gegebenheiten des Ein­ satzortes können den Anforderungen entsprechend dimensionierte Einzelanlagen modulartig zu Einheiten grösserer Leistungsfähigkeit zusammengesetzt werden. Eine beispielhafte Ausführungsvariante mit fünf Energieumwandlungsmodulen (1) auf zwei Ebenen ist in den Fig. 5-8 wiedergegeben.

Ein Modul (1) besteht, wie vorstehend dargelegt, aus dem Mantelgehäuse (4), in dem konzentrisch die gekapselte Generator-/Getriebeeinheit (3) mit dem mehrflüge­ ligen Turbinenrad (2) angeordnet ist. Die konzentrische Fixierung der aus Genera­ torgehäuses (3) und Turbinenrad (2) bestehenden Einheit innerhalb des Mantelge­ häuses (4) erfolgt über Rippen (21), die auch die Kabel (22) aufnehmen. Ein Schutz­ gitter (19) schützt die Bauteile vor Beschädigungen durch Treibgut.

Über mindestens zwei aussen mit dem zentralen Teil des Mantelgehäuses (4) ver­ schweisste Streben (20) ist jeder Modul (1) mit einem benachbarten Modul (1) ver­ windungssteif in einem solchen Abstand verbunden, dass eine gegenseitige strö­ mungstechnische Beeinträchtigung ausgeschlossen ist. Die gebildete Moduleinheit ist steif mit einem Traggerüst in Form eines vertikalen Gittermast (13) verbunden. In den freien Querschnitt des Mastfachwerks (29) sind Auftriebstanks (15) formschlüs­ sig eingebunden (Fig. 8), um dem Kraftwerk eine sichere Schwimmlage zu verleihen. Die Länge des Mastes (13) ist so bemessen, dass er in Betriebsstellung sichtbar aus dem Wasser ragt. An der Mastspitze (14) signalisiert ein Leuchtfeuer den Standort des Kraftwerks. Zur Gewährleistung einer stabilen, das heisst, sich selbst in die Ver­ tikale aufrichtenden Schwimmposition liegt der Auftriebsschwerpunkt über, aber hinter dem Lot des gemeinsamen Massenschwerpunkts M der Module (1). Eine schmale strömungsgünstige Formgebung der Auftriebstanks (15) hält den Strö­ mungswiderstand niedrig und dämpft den Einfluss der Wellenbewegung, so dass die gesamte Anlage eine vertikale träge Betriebslage einnimmt. Ein Teil der unteren Tanks (15) ist wahlweise flutbar. Dies erleichtert es, durch Ausblasen dieser Tanks (15) das gesamte Kraftwerksaggregat zu Inspektions- oder Wartungszwecken näher an die Wasseroberfläche (24) zu heben. Indem die unteren Tanks (15.2) ausgebla­ sen werden, gleichzeitig aber ein Teil der oberen als Auftriebskörper (5) fungieren­ den Tanks (15.1) geflutet wird, gelingt es in vorteilhafter Weise, das gesamte Unter­ wasserkraftwerk schwimmend in eine nahezu horizontale Lage zu manövrieren. Ge­ genüber den zitierten Lösungen des Standes der Technik resultiert aus dieser Mög­ lichkeit eine erhebliche Vereinfachung von Wartungsarbeiten.

Die Verankerung der Moduleinheit erfolgt wiederum vorzugsweise über Grundge­ wichte (9) am Meeresboden (28). Zugseile (16), (17) greifen an mehren Punkten der Anlage an. Von den äusseren Modulen (1) sowie vom Mast (13) abgehende Seile (16) und (17) werden im Abstand vor der Anlage im Knoten (27) zusammengeführt und über einen Strang (18), der gleichzeitig auch die elektrischen Versorgungskabel (22) enthält, zu dem ausreichend schweren Grundgewicht (9) geführt. Ein Anstell­ winkel von bis zu 30° sowie die direkte Anlenkung am Angriffspunkt des Gesamt­ staudrucks S gewährleisten in optimaler Weise die Beibehaltung der vertikalen Be­ triebsstellung auch bei unterschiedlich wirkenden oder schwankenden Staudruck­ kräften an einzelnen Modulen (1). Die Seillänge ist vorzugsweise variabel einstellbar über eine oder mehrere Seilwinden (12) an geeigneter Stelle an den Zugseilen (16), (17) und/oder (18), um die Tauchtiefe wechselnden Strömungen anzupassen oder zu Wartungszwecken variieren zu können. Federspanner (26) halten die Seile gespannt. Die bevorzugte Ausführungsform gemäss Fig. 5 erlaubt es, mit Hilfe der Seilwinden (12) die Neigung der Anlage zu korrigieren, indem das Längenverhältnis der Seile (17) zum Mast (13) und der Seile (16) zu den Modulen (1) leicht verändert wird.

Nach einer alternativen Ausführungsform sind die am Grund (28) verankerten Zug­ seile (16) und (17) nicht an ihren Angriffspunkten am Mast (13) und an den Ener­ gieumwandlungsmodulen (1) fixiert. Über Umlenkrollen und Führungslaschen wer­ den die Seile (16) und (17) stattdessen bis zur aus dem Wasser ragenden Mastspit­ ze (14) weitergeführt. Diese Ausführung gestattet es, die Seilwinden (12) zur Positio­ nierung des Unterwasserkraftwerks in der Mastspitze (14) und damit leicht erreichbar oberhalb der Wasseroberfläche (24) anzuordnen.

Der gemeinsam mit dem Zugseilbündel (18) zum Grundgewicht (9) geführte Kabel­ strang (22) ist von dort über Grund (28) bis zum Ufer verlegt.

Um ein Aufwickeln der Kabel bei wechselnden Strömungsrichtungen zu verhindern, ist in vorzugsweiser Weiterbildung der Erfindung - entsprechend der Darstellung in Fig. 7 - beabstandet von dem ersten Grundgewicht (9) ein zweites Grundgewicht (9) angeordnet, dessen Seil (18.1) zum Knoten (27) den Schwenkbereich der schwim­ menden Einheit auf etwa 180° beschränkt.

Diese Zweipunktverankerung eignet sich insbesondere für die Aufstellung in ausrei­ chend tiefen Flussläufen und an engen tiefen Buchten, wie Fjorden, wo ein querver­ laufendes Spannseil den Anlenkpunkt für das Kraftwerk übernimmt.

Bezugszeichenliste

1

Energieumwandlungsmodul

2

Turbinenrad

3

Generator-/Getriebeeinheit

4

Mantelgehäuse

5

Auftriebskörper

6

Luftkammer

7

Drehplattform

7.1

Drehplattform - Oberteil

7.2

Drehplattform - Unterteil

7.3

Drehzapfen

8

Zugseil

9

Grundgewicht, Anker

10

Haltekreuz

11

Ausleger

12

Seilwinde

13

Gerüstmast

14

Mastspitze

15

Auftriebstank

15.1

obere Tanks

15.2

untere Tanks

16

Zugseil

17

Zugseil

18

Zugseilbündel

19

Schutzgitter

20

Streben

21

Rippen

22

Kabelstrang

23

Grundkabel

24

Wasseroberfläche

25

Strömung

26

Federspanner

27

Seilknoten

28

Gewässergrund

29

Fachwerk des Gittermasts

13

A Auftriebsschwerpunkt
M Masseschwerpunkt
S Angriffspunkt des resultierenden Gesamtstaudrucks

Claims (17)

1. Mobiles Unterwasserkraftwerk zur Umwandlung der kinetischen Energie einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Meeresströmung, in elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Energieumwandlungs­ modul (1), zumindest bestehend aus einem Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäuse (3) untergebracht ist, einer im wesentli­ chen horizontal aus dem Gehäuse (3) ragenden Getriebewelle sowie einem axial angeströmten Turbinenrad (2), das ein Drehmoment auf die Getriebewelle über­ trägt, von mindestens einem Auftriebskörper (5), dessen Auftriebskraft das Ge­ wicht des Unterwasserkraftwerks zumindest kompensiert, sowie in fixen Lagern arretierte Zugmittel, insbesondere Zugseile (8), in einer im wesentlichen ortsun­ veränderlichen Lage in der Strömung (25) gehalten wird.

2. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fixen Lager Anker oder Grundgewichte (9) auf dem Gewässergrund (28) sind.

3. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug­ mittel, insbesondere Zugseile (8), in ihrer Länge verstellbar sind.

4. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Auf­ triebskörper (5) in die Gehäuse (3), (4) des oder der Energieumwandlungsmodule (1) integrierte luftgefüllte Hohlräume (6) und/oder externe mit dem Kraftwerk zu­ sammenwirkende Auftriebstanks. (15) fungieren.

5. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieumwandlungsmodul (1), bestehend aus einem Generator, der zusammen mit einem Getriebe wasserdicht in einem Gehäuse (3) untergebracht ist, einer im wesentlichen horizontal aus dem Gehäuse (3) ragenden Getriebewelle sowie ei­ nem axial angeströmten Turbinenrad (2), konzentrisch von einem Mantelgehäuse (4) umgeben ist, wobei dieses Mantelgehäuse (4) zumindest in seinem oberen Gehäusebereich als Auftriebskörper (5) ausgebildet ist, und im unteren Gehäu­ sebereich um die vertikale Achse schwenkbar mit einer Drehplattform (7) verbun­ den ist, welche Drehplattform (7) über längenverstellbare Zugseile (8) mit Ankern oder Grundgewichten (9) auf dem Grund (28) des Gewässers verankert ist.

6. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mantel­ gehäuse (4) zumindest in seinem oberen Bereich mit einer Mehrzahl gasgefüllter Kammern (6) ausgerüstet ist.

7. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Un­ terseite der Drehplattform (7) mit einem Haltekreuz (10) mit drei Auslegern (11) ausgerüstet ist, wobei die Ausleger (11) Seilwinden (12) zur Längenveränderung der Zugseile (8) aufnehmen.

8. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seil­ winden (12) voneinander unabhängig ansteuerbar sind.

9. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass minde­ stens zwei Energieumwandlungsmodule (1) verwindungssteif mit einem als Trag­ gerüst fungierenden Gittermast (13) verbunden sind, wobei der Gittermast (13) mit Auftriebstanks (15) ausgerüstet ist, und längenveränderliche, am Meersgrund verankerte Zugseile (16) und (17) derart an den Gittermast (13) und zumindest einen Teil der verbundenen Energieumwandlungsmodule (1) angreifen, dass eine wenigstens annähernd vertikale Betriebslage des Mastes (13) gewährleistet ist.

10. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf­ triebstanks (15) formschlüssig in das Fachwerk des Gittermastes (13) eingebun­ den sind.

11. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumin­ dest ein Teil der oberen Auftriebstanks (15.1) flutbar ist.

12. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Modulen (1) abgehenden Zugseile (16) und die vom Mast (13) abgehenden Zugseile (17) sich im Abstand vor dem Unterwasserkraftwerk zu einem Zugseil­ bündel (18) vereinigen, das am Gewässergrund (28) fest verankert ist.

13. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseilbündel (18) an einem Grundgewicht (9) verankert ist.

14. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der An­ stellwinkel des Zugseilbündels (18) 20° bis 40°, vorzugsweise 30° beträgt.

15. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugseile (16) und (17) mittels unabhängig voneinander ansteuerbarer Seilwinden (12) in ihrer Länge verstellbar sind.

16. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug­ seile (16) und (17) über ihre Angriffspunkte am Gittermast (13) und an den Ener­ gieumwandlungsmodulen (1) hinaus verlängert sind und über Umlenkrollen und Führungslaschen bis in die Mastspitze (14) geführt sind.

17. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinden (12) in der Spitze (14) des Gittermastes (13) angeordnet sind.