DE102009013014A1

DE102009013014A1 - Wellenkraftanlage

Info

Publication number: DE102009013014A1
Application number: DE102009013014A
Authority: DE
Inventors: Kolja Fricke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: DE102009013014B4

Abstract

Um bei einer Wellenkraftanlage zum Antrieb einer Fluidenergieanlage mit mindestens einem Hohlkörper, der einen wasserseitigen Bereich und einen luftseitigen Bereich aufweist, wobei am wasserseitigen Bereich mindestens eine Öffnung, die zum Ein- bzw. Ausströmen von Wasser in dem bzw. aus dem mindestens einen Hohlkörper ausgebildet ist, vorgesehen ist, einen möglichst einfachen Aufbau und guten Wirkungsgrad zu erhalten, wird im luftseitigen Bereich des mindestens einen Hohlkörpers eine Abführleitung zum Abführen von Luft aus dem mindestens einen Hohlkörper und eine Zuführleitung zum Zuführen von Luft in den mindestens einen Hohlkörper vorgesehen und ferner wird eine Hauptleitung vorgesehen, in der eine Fluidenergieanlage angeordnet ist und die ein erstes Ende, durch das Umgebungsluft in die Hauptleitung einströmen kann und ein zweiten Ende, durch das Luft aus der Hauptleitung in die Umgebung ausströmen kann, aufweist, wobei die Zuführleitung mit der Hauptleitung im Bereich zwischen dem ersten Ende und der Fluidenergieanlage und die Abführleitung mit der Hauptleitung im Bereich zwischen Fluidenergieanlage und zweitem Ende verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkraftanlage zum Antrieb einer Fluidenergieanlage, wie Turbine, Propeller, Rotor o. dgl., mit mindestens einem Hohlkörper, der einen wasserseitigen Bereich und einen luftseitigen Bereich aufweist, wobei im wasserseitigen Bereich mindestens eine Öffnung, die zum Ein- bzw. Ausströmen von Wasser in den bzw. aus dem mindestens einen Hohlkörper ausgebildet ist, vorgesehen ist.
Derartige Wellenkraftanlagen bzw. -werke sind aus dem Stand der Technik bekannt. Grundsätzlich wird mittels Wellenkraftanlage die Energie der Meereswellen zur Gewinnung elektrischen Stromes genutzt. Zum Betrieb von Wellenkraftanlagen der eingangs genannten Gattung wird das soge nannte „OWC-Prinzip” (oscillating water column) zugrundgelegt. Hierfür wird ein Hohlkörper vorgesehen, der mindestens eine Öffnung aufweist, in die von außen Meerwasser in den Hohlraum strömen kann. Der Hohlkörper ist derart in Bezug auf den Wasserspiegel bzw. die Wasserlinie angeordnet, dass sich ein Teil des Hohlraumes, der unterhalb des Wasserspiegels liegt, mit Wasser füllt, während der andere, oberhalb des Wasserspiegels liegende Hohlraumbereich mit Luft gefüllt bleibt. Hierdurch ergibt sich eine Art „pneumatische Kammer”, in der sich der Wasserspiegel durch die Verbindung zum Meer aufgrund des Wellenganges hebt und senkt. Durch diese oszillierende Bewegung der Wassersäule innerhalb des Hohlraumes wird die sich im Hohlraum befindende Luft wechselweise komprimiert und entspannt.
Unter dem Begriff „wasserseitiger Bereich” ist derjenige Bereich des Hohlkörpers zu verstehen, der im Betrieb dem Wasser zugewandt ist und in dieses hineinragt. Entsprechend ist der luftseitige Bereich derjenige, der aus dem Wasser herausragt. Anders ausgedrückt befindet sich der wasserseitige Bereich bei unbewegter See unterhalb und der luftseitige Bereich oberhalb des Wasserspiegels.
Es ist bekannt, dass für Wellenkraftwerke der genannten Art Hohlräume in Felsküsten genutzt werden, bzw. in Steilküstenabschnitte o. dgl. künstlich erzeugte Kammern vorgesehen werden, die eine Verbindung zum Meer unterhalb des Wasserspiegels aufweisen. Am oberen Ende dieser Hohlräume münden die Kammern bzw. Höhlen in Turbinen. Durch die oszillierende Bewegung der Wassersäule wird die Luft im Hohlraum wechselweise zur Turbine hingedrückt bzw. von dieser angesaugt. Dadurch entsteht im Auslassbereich, in dem die Turbine angeordnet ist, ein schneller Luftstrom mit wechselnder Strömungsrichtung. Entsprechend können bei derartigen Kraftwerken nur solche Turbinen genutzt werden, die auch bei wechselnder Anströmrichtung eine gleichbleibende Drehrichtung beibehalten. Üblicherweise werden hierfür die sogenannten „Wells-Turbinen” ge wählt, die die vorgenannten Voraussetzungen erfüllen, nämlich eine gleichbleibende Drehrichtung bei wechselnder Durchströmungsrichtung erzeugen. Allerdings haben derartige Turbinen einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad als herkömmliche Turbinen. Darüber hinaus fehlt dieser Turbinenart die Fähigkeit zum Selbstanlaufen, wodurch ein separater Motor zum Starten der Turbine vorgesehen werden muss.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkraftanlage der eingangs genannten Art anzugeben, die möglichst einfach aufgebaut ist, einen guten Wirkungsgrad aufweist und flexibel einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird mit der Wellenkraftanlage gemäß Anspruch 1 sowie mit dem Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
Eine der Kernideen der vorliegenden Erfindung ist, das im luftseitigen Bereich des Hohlkörpers eine Abführleitung zum Abführen von Luft aus dem Hohlkörper und zusätzlich eine Zuführleitung zum Zuführen von Luft in den Hohlkörper hinein vorgesehen sind.
Ferner ist eine Hauptleitung vorgesehen, in der die Fluidenergieanlage angeordnet ist. Diese Hauptleitung ist derart mit der Umgebungsluft verbunden, dass durch ein erstes Ende der Leitung Umgebungsluft in die Hauptleitung einströmen kann und durch ein zweites Ende der Leitung Luft aus der Hauptleitung in die Umgebung ausströmen kann. Die Abführ- und die Zuführleitung sind beide strömungstechnisch mit der Hauptleitung verbunden, so dass ein Austausch von Luft zwischen Hohlkörper und Hauptleitung ermöglicht wird. Wenn die Luft im Hohlkörper durch die oszillierende Wassersäule innerhalb des Hohlkörpers weggedrückt wird, wird diese durch die Abführleitung abgeführt und zur Hauptleitung geleitet. Diese aus dem Innenraum des Hohlkörpers abgeführte Luft ist nun der Hauptleitung in einem anströmseitigen Bereich in Bezug auf die Fluidenergiean lage zuzuleiten. Entsprechend mündet die Abführleitung in die Hauptleitung in einen Bereich zwischen dem ersten Ende und der Fluidenergieanlage. Die abgeführte Luft strömt somit auf der Anströmseite in die Hauptleitung ein und durchströmt die Fluidenergieanlage, wodurch diese in Drehbewegung versetzt wird. Wenn die Höhe der Wassersäule innerhalb des Hohlraumes wieder sinkt, saugt diese Luft aus der Zuführleitung an. Entsprechend ist die Zuführleitung mit einem Bereich der Hauptleitung verbunden, der sich zwischen der Fluidenergieanlage und dem zweiten Ende, d. h., stromabwärts in Bezug auf die Durchströmungsrichtung der Fluidenergieanlage, befindet. Somit kann die aus dem Hohlkörper abgeführte und durch die Fluidenergieanlage hindurchgeströmte Luft wieder über die Zuführleitung in den Hohlkörper einströmen. Der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich entsprechend bei jeder durchlaufenden Welle.
Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung, dass durch das erste und das zweite Ende strömungstechnische Verbindungen zur Umgebung geschaffen werden. Würde die Wellenkraftanlage als geschlossenes Strömungssystem ausgebildet sein, würde sich nur eine wechselweise Druckerhöhung und Verminderung einstellen. Durch die Verbindungen zur Umgebungsluft stellt sich jedoch eine kreislaufförmige Strömung ein, durch die die Fluidenergieanlage betrieben werden kann. Entsprechend wird die erfindungsgemäße Wellenkraftanlage bei Atmosphärendruck betrieben.
Unter dem Begriff „Leitung” kann sowohl für die Haupt- als auch für die Abführ- und Zuführleitung jedweder geeignete Körper verstanden werden, durch den eine Luftströmung geleitet werden kann. Insbesondere kann auch die Länge und Form der Leitungen den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
Vorteilhaft ist bei der vorliegenden Erfindung, dass reguläre Fluidenergieanlagen, beispielsweise eine Standardturbine, die im Betrieb nur aus einer Richtung anströmbar sind, verwendet werden können. Hierdurch wird der Wirkungsgrad gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen deutlich erhöht.
Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Wellenkraftanlage einfach aufgebaut und damit schnell und kostengünstig herstellbar.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zweckmäßigerweise werden in der Zuführ- und/oder der Abführleitung Mittel zur Regulierung bzw. zum Vorgeben der Strömungsrichtung vorgesehen. Bevorzugt können diese Mittel als Rückschlagventil, besonders bevorzugt als Kugelrückschlagventil, ausgebildet sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass durch die Abführleitung nur Luft aus dem Hohlkörper hinaus und durch die Zuführleitung nur Luft in den Hohlkörper hineinströmen kann, so dass sich nur der vorstehende beschriebene Strömungskreislauf einstellt.
In ähnlicher Weise werden vorzugsweise in der Hauptleitung im Bereich zwischen dem ersten Ende und der Fluidenergieanlage und/oder im Bereich zwischen der Fluidenergieanlage und dem zweiten Ende ebenfalls Mittel zur Vorgabe der Strömungsrichtung vorgesehen, so dass auch innerhalb der Hauptleitung die Strömungsrichtung der Luft eindeutig bestimmt ist. Besonders bevorzugt werden die Mittel zur Vorgabe bzw. Steuerung der Strömungsrichtung am ersten und/oder am zweiten Ende vorgesehen.
Grundsätzlich kann der mindestens eine Hohlkörper jede geeignete Form aufweisen, solange er einen Innenraum aufweist, der geeignet ist, die oszillierende Wassersäule sowie die wegzudrückende bzw. anzusaugende Luft aufzunehmen. Bevorzugterweise weist der Hohlkörper einen konstan ten Querschnitt über seinen Verlauf in Längsrichtung auf. Insbesondere ist es bevorzugt, derartige Hohlkörper als Zylinder auszubilden. Ferner ist es zweckmäßig, am stirnseitigen Ende des wasserseitigen Bereiches die mindestens eine Öffnung vorzusehen und am stirnseitigen Ende des luftseitigen Bereiches die Zu- und Abführleitungen vorzusehen. Insbesondere kann die gesamte Stirnseite des wasserseitigen Bereiches offen und damit als eine Öffnung ausgebildet sein. Durch die beschriebene Anordnung der Zu- und Abführleitung ergibt sich ein besonders homogener Strömungskreislauf.
Die erfindungsgemäße Wellenkraftanlage muss nicht, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, einen im Küstenbereich des Festlandes fest angeordneten Hohlkörper umfassen, sondern ist stattdessen besonders dazu geeignet, mit einem Hohlkörper verwendet zu werden, der mobil ist und im offenen Meer eingesetzt werden kann. Insbesondere eignet sich die vorliegende Wellenkraftanlage dazu, im Offshore-Bereich eingesetzt zu werden. Um einen Einsatz und Betrieb der Wellenkraftanlage im Meer zu ermöglichen ist es notwendig, die Lage der Wellenkraftanlage zu fixieren, d. h., die Wellenkraftanlage im Meer an einem festen Punkt zu verankern. Hierfür ist zweckmäßigerweise eine Verankerungseinrichtung vorgesehen, mittels derer die Lage des Hohlkörpers im Wesentlichen konstant haltbar ist. Insbesondere ist hierbei entscheidend, dass die Höhenlage der Wellenkraftanlage konstant bleibt, so dass sich ein im Wesentlichen gleichbleibender Abstand im Betrieb zwischen Meeresgrund und Wellenkraftanlage ergibt. Hierdurch wird gewährleistet, dass sich eine oszillierende Wassersäule im Innenraum des Hohlkörpers einstellt. Ebenso wirkt die Verankerungseinrichtung bevorzugterweise zur Lagefixierung in horizontaler Richtung.
Grundsätzlich kann die Verankerungseinrichtung in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein und am Meeresgrund oder an sonstigen, feststehenden Objekten im Meer befestigt sein. Bevorzugterweise umfasst die Ver ankerungseinrichtung Auftriebskörper, insbesondere Halbtaucher, die ihrerseits, insbesondere am Meeresgrund, fest verankert sind und mit geeigneten Befestigungsmitteln mit der Wellenkraftanlage zur Lagefixierung derselben verbunden sind. Unter dem Begriff „Halbtaucher” versteht man im Allgemeinen Auftriebskörper, die zu einem gewissen Teil unter Wasser liegen und dadurch relativ geringen Schwankungen durch den sich an der Wasseroberfläche einstellenden Seegang ausgesetzt sind. Sie tragen zur Lagefixierung und zur Stabilisierung der Wellenkraftanlage bei.
Der Innenraum bzw. der Hohlraum des Hohlkörpers ist in Horizontalrichtung, d. h. in Parallelrichtung zur Wasserlinie, insbesondere im wasserseitigen Bereich, derart dimensioniert, dass seine Ausdehnung bzw. Abmaße kleiner sind als eine mittlere Wellenlänge des Meeres. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich eine oszillierende Wassersäule einstellt. Bevorzugt beträgt die Abmessung des Hohlraumes des Hohlkörpers in Horizontalrichtung 5 bis 30% der mittleren Wellenlänge des Meeres, besonders bevorzugt 5 bis 15%.
Zweckmäßigerweise umfasst die Wellenkraftanlage ferner einen Generator, der mit der Fluidenergieanlage in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Welle, zur Kraftübertragung verbunden ist. Entsprechend kann mittels der Fluidenergieanlage, beispielsweise einer Turbine, die durch den Wellenhub erzeugte Rotationsbewegung der Turbine an den Generator zur Erzeugung elektrischen Stromes weitergeleitet werden. Der so erzeugte elektrische Strom kann dann beispielsweise in Hochseekabel, Batterien o. dgl. eingespeist werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellenkraftanlage eine Anzahl von Hohlkörpern umfasst. Der Begriff „Anzahl” ist derart zu verstehen, dass hiervon mindestens zwei Hohlkörper umfasst sind. Bevorzugterweise ist jedoch eine Vielzahl von Hohlkörpern vorgesehen. Ferner ist jeder der Hohlkörper mittels einer ei genen Zuführ- und Abführleitung mit der Hauptleitung verbunden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, mehr als eine Hauptleitung mit jeweils einer Fluidenergieanlage vorzusehen, wobei dann zweckmäßigerweise eine bestimmte Anzahl von Hohlkörpern mit der einen Hauptleitung und eine bestimmte Anzahl von Hohlkörpern mit der anderen Hauptleitung verbunden sind. Hierdurch wird erreicht, dass eine Fluidenergieanlage von den Luftströmungen, die von einer Anzahl von Hohlkörpern erzeugt werden, gespeist wird. Hierdurch kann ein kontinuierlicher Betrieb der Fluidenergieanlage mit einem guten Wirkungsgrad und hohen Leistungsdaten erreicht werden.
Bei dieser Ausführungsform ist es insbesondere zweckmäßig, eine Anzahl von Hohlkörpern, die in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, mittels eines Trägerrahmens o. dgl. zu einer Hohlkörperanordnung zusammenzufassen. Die einzelnen Hohlkörper werden innerhalb des Trägerrahmens lagefixiert, wohingegen der Trägerrahmen selbst wiederum im Bezug auf seine Anordnung im Meer lagefixiert wird, beispielsweise mittels einer Verankerungseinrichtung. Auch können mehrere dieser Hohlkörperanordnungen, die auch „packages” genannt werden, zu einer Gesamtwellenkraftanlage zusammengefasst werden.
Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidenergieanlage gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:

a.) Vorsehen mindestens eines Hohlkörpers mit mindestens einer Öffnung,
b.) Anordnen und Lagefixieren des mindestens einen Hohlkörpers im Meer derart, dass ein die mindestens eine Öffnung umfassender wasserseitiger Bereich des mindestens einen Hohlkörpers bei mittlerem Wellengang unterhalb des Wasserspiegels und ein luftseitiger Bereich oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist, so dass die durch den Wellengang oszillierende Wassersäule innerhalb des mindestens einen Hohlkörpers die Luft im mindestens einen Hohlkörper wechselweise wegdrückt und ansaugt,
c.) Abführen der weggedrückten Luft aus dem mindestens einen Hohlkörper zu einer Turbine,
d.) Zuführen der durch die Turbine geströmten Luft in den Hohlkörper.

Zweckmäßigerweise wird verfahrensgemäß ferner vorgesehen, dass der Fluidenergieanlage stromaufwärtsseitig bei Bedarf Umgebungsluft zugeleitet wird und die Luftströmung im stromabwärtsseitigen Bereich in Bezug auf die Fluidenergieanlage bei Bedarf in die Umgebung strömen kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich kein geschlossenes System ergibt und das beschriebene Verfahren bei Atmosphärendruck ausgeführt werden kann.
Ferner werden die Hohlkörper zweckmäßigerweise derart dimensioniert, dass ihre Ausdehnung in Längsrichtung, d. h., im Betrieb der Wellenkraftanlage in Vertikalrichtung, größer ist als die doppelte Amplitude der maximalen Welle und Ihr Mittelpunkt in Längsrichtung im Bereich des Wellennulldurchgangs angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Hohlkörper nicht von der Welle überspült wird und somit der gesamte Wellenhub ausgenutzt werden kann. Unter dem Begriff ”maximale Welle” ist die maximal erwartete Wasserspiegelauslenkung zu verstehen. Insbesondere kann die Länge der Hohlkörper 101% bis 150%, bevorzugt 110% bis 140%, besonders bevorzugt 120% bis 130% der doppelten Amplitude betragen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Seitenansicht einer Wellenkraftanlage mit einem Hohlkörper,
2 eine Draufsicht auf eine Wellenkraftanlage mit drei, parallel zueinander angeordneten Hohlkörpern,
3 eine Seitenansicht einer Anzahl von Hohlkörpern mit Verankerungseinrichtungen, und
4 eine Draufsicht auf mehrere, zu einem Gesamtsystem strömungstechnisch verbundene Hohlkörperanordnungen einer Wellenkraftanlage.
Bei den im Folgenden dargestellten verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Wellenkraftanlage 100, die einen zylindrisch ausgebildeten Hohlkörper 10 umfasst. Die Darstellung ist rein schematischer Natur, so dass die Größenverhältnisse der einzelnen Komponenten der Wellenkraftanlage 100 zueinander und in Bezug zur Wellenlänge nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen müssen. Die Stirnseite des Hohlkörpers 10 ist in seinem wasserseitigen Bereich 10a offen ausgebildet und bildet damit eine Öffnung 11. Der zylindrische Hohlkörper 10 ist im Bezug auf seine Längsachse vertikal ausgerichtet und mit dem wasserseitigen Bereich 10a unterhalb der Wasseroberfläche 14 angeordnet. Der luftseitige Bereich 10b ragt dagegen über die Wasserlinie 14 hervor. Im Innenraum im wasserseitigen Bereich 10a des Hohlkörpers 10 stellt sich durch die Wellenbewegung des Meerwassers eine Wassersäule ein, die eine wiederkehrende Auf- und Abbewegung durchführt. Diese Oszillationsbewegung der Wassersäule wird durch die Pfeile 16 veranschaulicht. An der Stirnseite des luftseitigen Bereiches 10b des Hohlkörpers 10 sind eine Abführleitung 12 und eine Zuführleitung 13 angeordnet. Beide Leitungen 12, 13 münden in eine Hauptleitung 18 und verbinden somit die Hauptleitung 18 strömungstechnisch mit dem Innenraum des Hohlkörpers 10. Die Abführleitung 12 mündet in einen Bereich der Hauptleitung 18, der zwischen dem ersten Ende der Hauptleitung 19 und der in der Hauptleitung 18 angeordneten Luftturbine 17 liegt, wohingegen die Zuführleitung 13 in einen Bereich der Hauptleitung 18 mündet, der zwischen der Luftturbine 17 und dem zweiten Ende 20 der Hauptleitung 18 liegt. Durch die offen ausgebildeten ersten und zweiten Enden 19, 20 ist die Hauptleitung 18 bzw. das ganze Strömungssystem der Wellenkraftanlage 100 strömungstechnisch mit der Umgebung verbunden. Durch in der Abführleitung 12, in der Zuführleitung 13 und in der Hauptleitung 18 angeordneten Rückschlagventile 15, wird in jeder der genannten Leitungen 12, 13, 18 nur jeweils eine Strömungsrichtung vorgegeben, die durch die Pfeile 21 gekennzeichnet ist. Es stellt sich somit ein Strömungskreislauf ein, der vom Innenraum des Hohlkörpers 16 über die Abführleitung 12 in die Hauptleitung 18 durch die Luftturbine 17 hindurch und über die Zuführleitung 13 wieder zurück in den Innenraum des Hohlkörpers 10 führt. Die Rückschlagventile 15 der Abführ- und Zuführleitung 12, 13 sind jeweils in Strömungsrichtung betrachtet am Anfang der beiden Leitungen vorgesehen. Ferner sind die beiden Rückschlagventile 15 der Hauptleitung 18 im Bereich des ersten bzw. des zweiten Endes 19, 20 vorgesehen.
2 stellt eine Draufsicht auf eine Wellenkraftanlage 100 dar, die drei parallel geschaltete Hohlkörper 10 umfasst. Die Hauptleitung 18 verläuft in etwa U-förmig, wobei die Luftturbine 17 in dem Querstrang der Hauptleitung 18 zwischen den beiden Leitungsschenkeln angeordnet ist. Die drei Hohlkörper 10 sind zwischen den beiden Schenkeln der Hauptleitung 18 angeordnet, wobei von jedem Hohlkörper 10 jeweils eine Abführleitung 12 zum einen Schenkel und eine Zuführleitung 13 zum anderen Schenkel hin verläuft. Auch hier kann durch das erste Ende 19 Luft in die Hauptleitung 18 hineinströmen und aus dem zweiten Ende 20 Luft aus der Hauptleitung 18 herausströmen. Die Turbine 17 ist ferner mittels einer geeigneten Welle 22 mit einem Generator 23 verbunden. In den einzelnen Leitungen 12, 13, 18 sind zweckmäßigerweise an geeigneter Stelle und in geeigneter Anzahl (hier nicht dargestellte) Rückschlagventile vorzusehen.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Wellenkraftanlage 100, die aus einer Anzahl, nebeneinander und (hier nicht dargestellt) hintereinander angeordneter, zylinderförmiger Hohlkörper 10 besteht. Die Hohlkörper 10 werden an ihren Außenseiten von Auftriebskörpern 26 eingefasst. Die Auftriebskörper 26 sind teilweise unter Wasser und teilweise über Wasser angeordnet, wobei die Höhe der Auftriebskörper 26 über der Wasserlinie 14 größer ist als diejenige der Hohlkörper 10. Mittels geeigneter Befestigungsmittel 28, wie Riemen, Seile, Stangen, Rahmenkonstruktionen, etc., sind die einzelnen Hohlkörper 10 fest miteinander und mit den Auftriebskörpern 26 verbunden, so dass eine feste Lagefixierung der Hohlkörper 10 im Hinblick auf den Abstand untereinander und zu den Auftriebskörpern 26 erfolgt. Ferner sind auf dem Meeresgrund 24 Fundamente 25 vorgesehen. Zwischen den Fundamenten 25 und den Auftriebskörpern 26 sind geeignete Verankerungsseile 27 vorgesehen, durch die die Auftriebskörper 26, und dadurch die durch sie lagefixierten Hohlkörper 10, in Position gehalten werden. Zur Installation einer solchen Wellenkraftanlage 100 im Offshore-Bereich werden zunächst die Fundamente 25 an der geeigneten Stelle eingebracht und dann die Hohlkörper 10 mit den Auftriebskörpern 26 zur vorgesehenen Stelle, beispielsweise mittels eines Schleppers o. dgl., gebracht. Dort werden die Auftriebskörper 26 geflutet, so dass diese unter den Meeresspiegel bzw. die Wasseroberfläche 14 absinken. In einem nächsten Schritt werden die Auftriebskörper 26 mit den Fundamenten 25 verbunden und anschließend leergepumpt, so dass ein Auftrieb erzeugt wird und die Auftriebskörper 26 durch den ihnen innewohnenden Auftrieb und die gleichzeitige Befestigung an den Fundamenten 25 für eine stabile Lagefixierung sorgen. In einem abschließenden Schritt werden die Hohlkörper 10 fest mit den Auftriebskörpern 26 verbunden.
4 zeigt in einer Draufsicht mehrere vorliegend vier Hohlkörperanordnungen 30, die jeweils aus einem in etwa quadratisch ausgebildeten Tragrahmen 29 bestehen, innerhalb dessen jeweils eine Anzahl von Hohlkör pern 10, im vorliegenden Beispiel zwölf pro Tragrahmen 29, angeordnet sind. Die einzelnen Hohlkörperanordnungen bzw. „packages” 30 können beispielsweise mittels eines in 3 dargestellten Verankerungssystems fest im offenen Meer installiert und lagefixiert werden. Innerhalb jeder Hohlkörperanordnung 30 sind mehrere Abführ- und Zuführsammelleitungen 31, 32 vorgesehen, wobei jede Abführleitung 12 eines jeden Hohlkörpers 10 zu einer Abführsammelleitung 31 und jede Zuführleitung 13 eines jeden Hohlkörpers 10 zu einer Zuführsammelleitung 32 führt. Zwischen den Hohlkörperanordnungen 30 ist eine Hauptleitung 18 mit einer Luftturbine 17 angeordnet. Die Abführ- und Zuführsammelleitungen 31, 32 münden jeweils in die Hauptleitung 18, wobei die Abführsammelleitungen 31 in den stromaufwärtsseitigen Bereich der Hauptleitung 18 und die Zuführsammelleitungen 32 in den stromabwärtsseitigen Bereich der Hauptleitung 18 münden. Mit einer derart ausgebildeten Wellenkraftanlage 100 ist es beispielsweise möglich, eine Luftturbine 17 durch eine Vielzahl von Hohlkörpern 10 zu speisen.

100: Wellenkraftanlage
10: Hohlkörper
10a: wasserseitiger Bereich
10b: luftseitiger Bereich
11: Öffnung
12: Abführleitung
13: Zuführleitung
14: Wasseroberfläche
15: Rückschlagventil
16: Oszillationsbewegung der Wassersäule
17: Turbine
18: Hauptleitung
19: erstes Ende Hauptleitung
20: zweites Ende Hauptleitung
21: Strömungsrichtung
22: Welle
23: Generator
24: Meeresgrund
25: Fundamente
26: Auftriebskörper
27: Verankerungsseile
28: Befestigungsmittel
29: Tragrahmen
30: Hohlkörperanordnungen
31: Abführsammelleitung
32: Zuführsammelleitung

Claims

Wellenkraftanlage (100) zum Antrieb einer Fluidenergieanlage, wie Turbine, Propeller, Rotor o. dgl., mit mindestens einem Hohlkörper (10), der einen wasserseitigen Bereich (10a) und einen luftseitigen Bereich (10b) aufweist, wobei im wasserseitigen Bereich (10a) mindestens eine Öffnung, die zum Ein- bzw. Ausströmen von Wasser in den bzw. aus dem mindestens einen Hohlkörper (10) ausgebildet ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im luftseitigen Bereich (10b) des mindestens einen Hohlkörpers (10) eine Abführleitung (12) zum Abführen von Luft aus dem mindestens einen Hohlkörper (10) und eine Zuführleitung (13) zum Zuführen von Luft in den mindestens einen Hohlkörper (10) vorgesehen sind, dass eine Hauptleitung (18) vorgesehen ist, in der eine Fluidenergieanlage angeordnet ist, und die ein erstes Ende (19), durch das Umgebungsluft in die Hauptleitung (18) einströmen kann und ein zweites Ende (20), durch das Luft aus der Hauptleitung (18) in die Umgebung ausströmen kann, aufweist, wobei die Zuführleitung (13) mit der Hauptleitung (18) im Bereich zwischen dem ersten Ende (19) und der Fluidenergieanlage und die Abführleitung (12) mit der Hauptleitung (18) im Bereich zwischen Fluidenergieanlage und zweitem Ende (20) verbunden sind.
Wellenkraftanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (13) und/oder die Abführleitung (12) Mittel zur Steuerung der Strömungsrichtung, insbesondere ein Rückschlagventil (15), besonders bevorzugt Kugelrückschlagventil, aufweisen.
Wellenkraftanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (18) im Bereich zwischen erstem Ende (19) und Fluidenergieanlage, insbesondere am ersten Ende (19), und/oder im Bereich zwischen Fluidenergieanlage und zweitem Ende (20), insbesondere am zweiten Ende (20), Mittel zur Steuerung der Strömungsrichtung (21), insbesondere ein Rückschlagventil (15), besonders bevorzugt Kugelrückschlagventil, aufweist.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (10) einen konstanten Querschnitt, insbesondere einen runden Querschnitt, über seinen gesamten Verlauf in Längsrichtung aufweist und das stirnseitige Ende des wasserseitigen Bereiches (10a) mit der mindestens einen Öffnung versehen ist und/oder die Zu- und Abführleitungen (12, 13) am stirnseitigen Ende des luftseitigen Bereiches (10b) angeschlossen sind.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidenergieanlage als Luftturbine (17), die zur Durchströmung von Luft aus nur einer Strömungsrichtung (21) ausgebildet ist, vorgesehen ist.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verankerungseinrichtung (27) zur Lagefixierung der Wellenkraftanlage (100) im Meer vorgesehen ist, mittels derer die Lage des mindestens einen Hohlkörpers (10) im Wesentlichen konstant haltbar ist.
Wellenkraftanlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungseinrichtung (27) Auftriebskörper (26), insbesondere Halbtaucher, umfasst, die am Meeresgrund (24) oder an sonstigem feststehenden Objekten verankert sind und die mit der Wellenkraftanlage (100) zur Lagefixierung derselben verbunden sind.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Hohlraumes des mindestens einen Hohlkörpers (10), insbesondere im wasserseitigen Bereich (10a), in Parallelrichtung zur Wasserlinie kleiner ist als eine mittlere Wellenlänge des Meeres.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Turbine (17) verbundener Generator (23) zur Erzeugung elektrischen Stromes vorgesehen ist.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkraftanlage (100) eine Anzahl von Hohlkörpern (10) umfasst, die jeweils mittels ihrer Zuführ- bzw. Abführleitung (12, 13) mit der Hauptleitung (18) verbunden sind.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlkörper (10) an einem Tragrahmen (29) befestigt sind und zusammen eine Hohlkörperanordnung (30) bilden und jede Hohlkörperanordnung (30) ein oder mehrere Abführ- und Zuführsammelleitungen (31, 32) umfasst, in die die einzelnen Abführ- bzw. Zuführleitungen (12, 13) der Hohlkörper (10) münden und die wiederum mit der Hauptleitung (18) verbunden sind.
Wellenkraftanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung in Längsrichtung des mindestens einen Hohlkörpers (10) größer ist als die doppelte Amplitude einer maximalen Welle.
Verfahren zum Betreiben einer Fluidenergieanlage, wie Turbine, Propeller, Rotor, o. dgl., umfassend folgende Schritte: a.) Vorsehen mindestens eines Hohlkörpers (10) mit mindestens einer Öffnung, b.) Anordnen und Lagefixieren des mindestens einen Hohlkörpers (10) im Meer derart, dass ein die mindestens eine Öffnung umfassender wasserseitiger Bereich (10a) des mindestens einen Hohlkörpers (10) bei mittlerem Wellengang unterhalb des Wasserspiegels und ein luftseitiger Bereich (10b) oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist, so dass die durch den Wellengang oszillierende Wassersäule (16) innerhalb des mindestens einen Hohlkörpers (10) die Luft im mindestens einen Hohlkörper (10) wechselweise wegdrückt und ansaugt, c.) Abführen der weggedrückten Luft aus dem mindestens einen Hohlkörper (10) zu einer Turbine (17), d.) Zuführen der durch die Turbine (17) geströmten Luft in den Hohlkörper (10).
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidenergieanlage in Anströmrichtung bedarfsweise Umgebungsluft zugeführt wird und in Abströmrichtung die durch die Fluidenergieanlage hindurchgeströmte Luft bedarfsweise an die Außenluft abgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlkörper (10) Offshore angeordnet und lagefixiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Wellenkraftanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.