DE102008016839A1

DE102008016839A1 - Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter

Info

Publication number: DE102008016839A1
Application number: DE102008016839A
Authority: DE
Inventors: Gernot Kloss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Bekannte Konvertersysteme wandeln nur die kinetische Energie der vertikal oder horizontal wirkenden Wellenkräfte in elektrische Energie um. Dadurch lässt sich nur ein Teil der möglichten Wellenenergie nutzen. Von diesem geht ein weiterer Teil durch äußere Einflüsse oder durch eingeschränkte Arbeitsweisen verloren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch eine neue Bau- und Arbeitsweise von Wellenenergie-Konvertern die Energie vertikal und horizontal wirkender Kräfte kleiner und großer Meereswellen gleichsam zu nutzen und durch einen selbst verstärkenden Schaukeleffekt zu erhöhen. Des Weiteren sollen Aufbau und Wirkungsweise vor fremden, Leistung mindernden Einflüssen schützen. Eine geschlossene Bauweise soll verhindern, dass Fremdstoffe in der Innere des Wellenenergie-Konverters dringen bzw. Stoffe aus ihm ins Meer gelangen können. Zudem soll ein einfacher Aufbau zu verringerten Bau- und Unterhaltskosten führen. Der leistungsoptimierte, geschlossene Wellenenergie-Konverter zur Umwandlung der kinetischen Energie von Meereswellen in elektrische Energie eignet sich auf Grund seiner überlegenen Vorteile für einen universellen Meereseinsatz.

Description

Die Erfindung betrifft einen leistungsoptimierten, geschlossenen Wellenenergie-Konverter zur Umwandlung der kinetischen Energie von Meereswellen in elektrische Energie.
Bei derartigen Konvertern ist es erforderlich, dass sie die vertikal und horizontal wirkenden Wellenkräfte hoher wie niedriger Meereswellen gleichsam nutzen und diese in elektrische Energie umwandeln. Des weiteren ist es erforderlich, dass sie robust und wartungsarm sind und selbst stärksten Stürmen widerstehen. Zudem sollen ihre Herstellungs- und Unterhaltskosten niedrig sein.
Es ist bekannt, zur Teilerfüllung dieser Forderungen Konvertersysteme zur Wandlung der Energie von Meereswellen in elektrische Energie einzusetzen. Dabei hängt die nutzbare Energiemenge von den vertikal und horizontal wirkenden Wellenkräften ab, die sich aus den Höhen, besonders aber aus den Geschwindigkeiten der Meereswellen ergeben.
Bekannte Konvertersysteme wandeln nur die Energie der vertikal oder horizontal wirkenden Wellenkräfte in elektrische Energie um. Dadurch lässt sich nur ein Teil der möglichen Wellenenergie nutzen. Von diesem geht ein weiterer Teil durch äußere Einflüsse oder durch eingeschränkte Arbeitsweisen verloren.
So können frei schwimmende Hubbojen bei Schräglage nur einen Teil der möglichen Leistung erbringen. Gleiches gilt für am Meeresboden befestigte Hubbojen, die auf Grund ihres eingeschränkten Hubs, die Energie hoher Meereswellen nur teilweise nutzen können. Ähnliches gilt für Wellenkonverter, die horizontale Kräfte von Meereswellen in elektrische Energie umwandeln. Stellvertretend hierfür steht das WaveDragon-System. Bei ihm geht ein Teil der gewonnenen Energie beim Umlenken der stärkeren, horizontal wirkenden Wellenkräfte in Vertikalkräfte verloren.
Eine Besonderheit stellt das PELAMIS-System dar. Hier führen begrenzte Knickwinkel der Schwimmkörper zu einem eingeschränkten Arbeitshub der Hydraulikpumpen, so dass auch hier die Wellenenergie nur zum Teil genutzt werden kann. Zudem können Hydrauliköle oder Schmierstoffe auslaufen und so die Umwelt schädigen.
Ein genereller Schwachpunkt bekannter Konverter-Systeme ist ihre offene Bauweise, die sie anfällig für Einwirkungen von außen macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch eine neue Bau- und Arbeitsweise von Wellenenergie-Konvertern die Energie vertikal und horizontal wirkender Kräfte kleiner und großer Meereswellen gleichsam zu nutzen und durch einen selbst verstärkenden Schaukeleffekt zu erhöhen. Des Weiteren sollen Aufbau und Wirkungsweise vor fremden, Leistung mindernden Einflüssen schützen.
Eine geschlossene Bauweise soll verhindern, dass Fremdstoffe in das Innere des Wellenenergie-Konverters dringen bzw. Stoffe aus ihm ins Meer gelangen können. Zudem soll ein einfacher Aufbau zu verringerten Bau- und Unterhaltskosten führen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wellenenergie- Konverter aus einem rohrförmigen Mittelteil mit darin befindlichen, beidseitig anströmbaren, gegenläufig arbeitenden Turbinen mit angeschlossenen Generatoren und aus zwei an den Enden des Mittelteils schräg zur Wasseroberfläche führenden, rohrförmigen Halsteilen besteht, an deren Enden sich schräg bis vertikal verlaufende Kopfstücke mit angeflanschten, geschlossenen Auftriebskammern befinden und der Wellenenergie-Konverter zum Teil mit einem flüssigen Arbeitsmittel gefüllt und seine Unterseite mit einem bis zwei Rundkielen versehen ist.
Damit der Innenbereich des Wellenenergie-Konverters vor Materialfraß geschützt ist, besteht das flüssige Arbeitsmittel aus Süßwasser oder dünnflüssigem, Umwelt verträglichen Öl.
Um den Kopfstücken zusätzlichen Auftrieb zu verschaffen, sind die Auftriebskammern mit Luft gefüllt.
Um den Mantel des Wellenenergie-Konverters zu versteifen, sind sein Mittelteil und beide Halsteile durch mindestens ein Versteifungsblech miteinander verbunden.
Damit der Wellenenergie-Konverter in Fließrichtung der Wellen positioniert werden kann, ist dieser durch ein Zugseil am Meeresboden verankert.
Um das elektrische Verbindungskabel zu schützen, ist dieses im Zugseil eingelassen.
Um das deichselartige Verbindungsstück aufzunehmen und den Unterbau zu versteifen, ist in den Rundkielen mindestens eine Traverse eingelassen.
Damit das Zugseil am Wellenenergie-Konverter befestigt werden kann, befindet sich zwischen ihm und dem Wellenenergie-Konverter ein deichselartiges Verbindungsstück.
Um sich den ständigen Bewegungen von Wellenenergie-Konverter und Zugseil anzupassen, ist das deichselartige Verbindungsstück drehbar in der Traverse gelagert.
Um auf flüssige Arbeitsmittel verzichten zu können, kann der Wellenenergie-Konverter auch mit einem Linear-Generator betrieben werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass sich bei der Umwandlung der kinetischen Energie von Meereswellen in elektrische Energie durch das gleichsame Nutzen der vertikal und horizontal wirkenden Wellenkräfte wesentlich höhere Leistungen ergeben. Durch die neue Form des Wellenenergie-Konverters, in Verbindung mit seinem unteren Drehpunkt, ergibt sich ein zusätzlicher Schaukeleffekt, der zu einer weiteren Steigerung der Leistung führt, so dass bereits kleine Meereswellen ergiebige Energiemengen liefern. Da der Wellenenergie-Konverter in Längsachse zur Meereswelle steht, können selbst Monsterwellen über ihn hinwegrollen ohne Schaden anzurichten. Auch dann kann ein Teil der Wellenkraft zur Energieumwandlung genutzt werden. Durch die geschlossene Bauweise des Wellenenergie-Konverters kann weder aggressives Meerwasser ins Innere dringen, noch können Schmiermittel nach außen gelangen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 Längsschnitt
2 Stirnansicht
3 Darstellung der Funktion
Der Wellenenergie-Konverter wird auf Grund seiner Formgebung von den Meereswellen überwiegend unterwandert. Dabei wird sein vorderer Bereich hochgedrückt. Durch seine tief liegende Drehachse, zusammen mit dem auf seine Stirnseite einwirkenden Wellendruck, wird dieser Effekt zusätzlich verstärkt, in dem der vordere Bereich noch weiter aus dem Wasser gehoben wird, während der hintere Bereich tiefer ins Wasser eintaucht. Wandert die Welle weiter nach hinten, drückt sie den getauchten Teil des Wellenenergie-Konverters wieder nach oben. Dieser Vorgang wird von der Auftriebskraft des getauchten Konverterteils und dem Drehmoment des aus dem Meerwasser ragenden, vorderen Konverterteils verstärkt.
Beim Auftauchen des hinteren Konverterbereichs wird die in seinem Inneren befindliche Flüssigkeit, unterstützt von der im Kopfstück befindlichen, komprimierten Luft in den eintauchenden, vorderen Konverterbereich gedrückt. Dies verstärkt die Schaukelbewegung des Wellenenergie-Konverters, die sich permanent wiederholt. Dabei durchläuft die Flüssigkeit jedes Mal zwei gegenläufig angeordnete, von beiden Seiten anströmbare Turbinen, die ihre Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln.
Wird die Luft im eintauchenden Konverterbereich durch die Flüssigkeit weiter in das zugehörige Kopfstück gedrückt und hier verdichtet, nimmt die Auftriebskraft des Konverters an dieser Stelle ab. Das Eintauchen wird erleichtert. Zudem dämpft die sich verdichtende Luft den Aufprall der in das Kopfstück einströmenden Flüssigkeit. Beim Einleiten des Auftauchvorgangs expandiert die hier verdichtete Luft. Dabei schiebt sie die Flüssigkeit vor sich her, wodurch sich der Auftrieb des getauchten Konverterteils beschleunigt.
Der Wellenenergie-Konverter besteht im einzelnen aus einem rohrförmigen Mittelteil 1 mit darin befindlichen, reaktionsschnellen Turbinen (System Kloss) 2, 3 mit angeschlossenen Generatoren 17 und aus zwei an den Enden des Mittelteils 1 schräg zur Wasseroberfläche führenden, rohrförmigen Halsteilen 4, 5, an deren Enden sich schräg bis vertikal verlaufende Kopfstücke 6, 7 mit angeflanschten, geschlossenen Auftriebskammern 8, 9 befinden. Der Wellenenergie-Konverter ist zum Teil mit einem aus Süßwasser oder Öl bestehendem, flüssigen Arbeitsmittel 10 und mit Luft gefüllt. An seiner Oberseite befindet sich mindestens ein Versteifungsblech 12. An der Unterseite befinden sich das Zugseil 13 mit eingelassenem Verbindungskabel 14 sowie die Rundkiele 11 mit mindestens einer Traverse 15 in der ein deichselartiges Verbindungsstück 16 drehbar gelagert ist.

Claims

Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem rohrförmigen Mittelteil 1 mit darin befindlichen, beidseitig anströmbaren, gegenläufig arbeitenden Turbinen 2, 3 mit angeschlossenen Generatoren 17 und aus zwei an den Enden des Mittelteils 1 schräg zur Wasseroberfläche führenden, rohrförmigen Halsteilen 4, 5 besteht, an deren Enden sich schräg bis vertikal verlaufende Kopfstücke 6, 7 mit angeflanschten, geschlossenen Auftriebskammern 8, 9 befinden und der Wellenenergie-Konverter zum Teil mit einem flüssigen Arbeitsmittel 10 gefüllt und seine Unterseite mit einem bis zwei Rundkielen 11 versehen ist.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Arbeitsmittel 10 aus Süßwasser oder dünnflüssigem, Umwelt verträglichem Öl besteht.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebskammern 8 und 9 mit Luft gefüllt sind
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil 1 und beide Halsteile 4 und 5 durch mindestens ein Versteifungsblech 12 miteinander verbunden sind.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch ein Zugseil 13 am Meeresboden verankert ist.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verbindungskabel 14 im Zugseil 13 eingelassen ist.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rundkielen 11 mindestens eine Traverse 15 eingelassen ist.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Wellen-Konverter und Zugseil 13 ein deichselartiges Verbindungsstück 16 befindet.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das deichselartige Verbindungsstück 16 drehbar in der Traverse 15 gelagert ist.
Leistungsoptimierter, geschlossener Wellenenergie-Konverter, nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Lineargenerator betrieben werden kann.