DE102009016387A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen mit mindestens einem an dem Meeresgrund verankerten Träger und mit mindestens einem Schwimmkörper, wobei der Träger und der Schwimmkörper jeweils im Bereich der Wasseroberfläche angeordnet sind, mit einem Gestänge, mittels dessen der Schwimmkörper jeweils an dem Träger angelenkt ist, wobei das Gestänge eine dem Träger zugewandte Stange aufweist, die über eine Kupplungseinrichtung mit einem Generator koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger als ein Schwimmträger ausgebildet ist, der um eine Vertikale derart schwenkbar gehalten ist, so dass sich der Schwimmträger selbststätig quer zur Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen ausrichtet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen mit mindestens einem an dem Meeresgrund verankerten Träger und mit mindestens einem Schwimmkörper, wobei der Träger und der Schwimmkörper jeweils im Bereich der Wasseroberfläche angeordnet sind, mit einem Gestänge, mittels dessen der Schwimmkörper jeweils an dem Träger angelenkt ist, wobei das Gestänge eine dem Träger zugewandte Stange aufweist, die über eine Kupplungseinrichtung mit einem Generator koppelbar ist.
  • Aus der DE 195 15 138 C2 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen bekannt, die zum einen einen an einem Meeresgrund verankerten Träger und zum anderen eine Mehrzahl von mit demselben Träger über ein Gestänge gekoppelte Schwimmkörper aufweist. Die Schwimmkörper erstrecken sich im Wesentlichen unterhalb des als eine Plattform ausgebildeten Trägers. Das Gestänge umfasst eine Stange, über die die einzelnen Schwimmkörper in vertikaler Richtung verschiebbar zu dem plattformähnlichen Träger angeordnet sind. Da die Stange als eine Zahnstange ausgebildet ist, kann sie mit einem Zahnrad in Eingriff gebracht werden, so dass die entsprechende vertikale Hin- und Herbewegung, die sich aufgrund der Wellenbewegung des Meeres auf den Schwimmkörper auswirkt, über eine mit Zahnrädern versehene Kupplungseinrichtung an eine Welle eines Generators übertragen werden. Da der plattformähnliche Träger im Wesentlichen ortsfest angeordnet ist, muss die vertikale Zahnstange um eine vertikale Achse verdrehbar sein, damit stets eine Ausrichtung der Schwimmkörper auf die Wellenbewegung bzw. die Wellenausbreitungsrichtung erfolgen kann. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass aufgrund der großen Dimension des Trägers bei extremen Wetterbedingungen, beispielsweise bei Sturm, die Gefahr einer den Betrieb beeinträchtigenden dauerhaften Störung besteht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen derart weiterzubilden, dass durch eine Anzahl von Schwimmkörpern ein effektiver Abgriff der Wellenenergie ermöglicht wird, dass die Vorrichtung kostengünstig und wartungsarm ist, ohne dass sie bei extremen Wetterbedingungen Schaden nimmt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Träger als ein Schwimmträger ausgebildet ist, der um eine Vertikale derart schwenkbar gehalten ist, so dass sich der Schwimmträger selbsttätig quer zur Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen ausrichtet.
  • Nach der Erfindung ist ein Schwimmkörper mit einem um zumindest eine vertikale Achse schwenkbar gehaltenen Schwimmträger gekoppelt, so dass die Ausrichtung des Schwimmkörpers auf die Wellenausbreitung durch den Schwimmträger und nicht durch den Schwimmkörper erfolgt. Der Schwimmträger weist somit eine solche Beweglichkeit auf, dass die Energiegewinnung relativ wartungsarm und kostengünstig erfolgen kann. Extreme Wetterbedingungen, wie beispielsweise Stürme, wirken sich nicht negativ auf das Betriebsverhalten aus.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schwimmträger in einem Bugbereich desselben mit dem Meeresboden verankert. Der Schwimmkörper ist in einem Heckbereich des Schwimmträgers mit demselben gekoppelt. Vorzugsweise ist lediglich ein einziger Schwimmkörper dem Schwimmträger zugeordnet, so dass eine Zwillingsbaueinheit gebildet wird, die optimal aufeinander abgestimmt sein kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schwimmkörper als ein Hohlkörper ausgebildet, wobei das Volumen des Hohlkörpers im Arbeitszustand zumindest zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist. Der Schwimmkörper weist vorzugsweise in einem oberen Bereich eine Luftkammer auf, so dass er stets schwimmfähig ist und somit die Wellenbewegung des Meeres nachvollziehen kann. Allerdings befindet sich der Schwimmkörper zum großen Teil unterhalb der Wasseroberfläche, was die Robustheit der Vorrichtung fördert.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schwimmkörper über ein solches Gestänge mit dem Schwimmträger gekoppelt, dass sowohl in einer lotrechten Arbeitsebene des Schwimmkörpers sowohl eine Vertikalkompo nenten als auch eine Horizontalkomponente der Schwimmkörperbewegung aufnehmbar und übertragbar ist. Vorteilhaft kann somit die Effektivität der Energiegewinnung erhöht werden, da auch die Schwenkbewegung um eine parallel zur Wasserwelle verlaufende Schwenkachse erfasst wird.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Schwenkstellung A und einer zweiten Schwenkstellung Z,
  • 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Schwenkstellung A und
  • 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Schwenkstellung Z.
  • Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen besteht zum einen aus einem mit dem Meeresgrund verankerten Träger 1 und zum anderen aus einem über ein Gestänge 2 mit demselben gekoppelten Schwimmkörper 3. Der Träger 1 und der Schwimmkörper 3 bilden eine Zwillingsbaueinheit, von denen die Vorrichtung zur Bildung eines Wellenkraftwerks eine Mehrzahl aufweist. Die einzelnen Zwillingsbaueinheiten oder eine Mehrzahl von Zwillingsbaueinheiten kann über eine nicht dargestellte Kupplungseinrichtung mit einem nichtdargestellten Generator gekoppelt sein zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Bewegung der Wasserwellen.
  • Der Träger 1 ist als ein Schwimmträger ausgebildet, der nach Art eines Schiffs ohne eigenen Antrieb auf dem Wasser positioniert ist. An einem nicht dargestellten Bug des Schwimmträgers 1 ist derselbe über einen Anker an dem Meeresboden festgelegt. Der Schwimmträger 1 ist somit in der Lage, sich selbsttätig um eine Vertikale quer zu einer Ausbreitungsrichtung der Wasserwellen auszurichten.
  • Der Schwimmkörper 3 ist über das Gestänge 2 an einem Heck 4 des Schwimmträgers 1 gelenkig befestigt. Zum einen weist der Schwimmkörper 3 eine senkrecht von einem Deck 5 des Schwimmkörpers 3 abragende Stange 6 auf, die gelenkig über einen Hydraulikzylinder 7 mit einem Aufnehmer 8 des Schwimmträgers 1 gekoppelt ist. An gegenüberliegenden Stirnseiten 9 des Schwimmkörpers 3 ist jeweils eine Stange 6 angeordnet, die über den entsprechenden Hydraulikzylinder 7 mit entsprechend parallel versetzt angeordneten Aufnehmern 8 des Schwimmträgers 1 gekoppelt sind.
  • In einem mittleren Bereich zwischen den Stangen 6 ist ein Schlitz 10 in dem Deck 5 des Schwimmkörpers 3 vorgesehen, so dass eine Strebe 11 gelenkig an einem Boden 12 des Schwimmkörpers 3 angelenkt sein kann. Diese Strebe 11 erstreckt sich vom Boden 12 des Schwimmkörpers 3 in einem Bereich außerhalb des Schwimmkörpers 3 und ist über eine Verbindungsstange 13 mit einem Hydraulikzylinder 14 gekoppelt, der an einem unteren Endbereich 15 einer vertikal von dem Schwimmträger 1 abragenden Aufnehmerstange 16 ge lenkig gekoppelt ist. In einem oberen Endbereich 17 der Aufnehmerstange 16 ist dieselbe über einen weiteren Hydraulikzylinder 14 mit einem oberen Ende der Strebe 11 gelenkig verbunden. Die Verbindungsstange 13 ist gelenkig in einem mittleren Bereich der Strebe 11 und in einem mittleren Bereich der Aufnehmerstange 16 befestigt.
  • Das so gebildete Gestänge 2 ermöglicht, dass in einer lotrechten Arbeitsebene (Blattebene in 1) der Schwimmkörper 3 der Bewegung der Wellen nachfolgen kann. Wie aus 1 ersichtlich ist, erfolgt zwischen einer Stellung A und einer weiteren Stellung Z nicht nur eine Bewegung des Schwimmkörpers 3 in vertikaler Richtung, sondern auch eine Schwenkbewegung um eine parallel zur Wasserwelle verlaufende Schwenkachse S. Die Schwenkachse S verläuft durch den Gelenkpunkt zwischen der Strebe 11 und dem Boden 12 des Schwimmkörpers 3. Die Schwenkachse S verläuft somit senkrecht zu der Vertikalen V und senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung W.
  • Es ist ersichtlich, dass der Schwimmkörper 3 bei der Bewegung sowohl eine Vertikalkomponente als auch eine Horizontalkomponente aufweist.
  • Der Schwimmkörper 3 ist als ein Hohlkörper ausgebildet, der überwiegend mit Wasser geflutet ist. Lediglich in einem oberen Bereich weist der Schwimmkörper 3 eine Luftkammer 18 auf. Der Schwimmkörper 3 ist somit im Wesentlichen unterhalb einer Wasserlinie angeordnet, weist jedoch noch so viel Auftrieb auf, dass er als Schwimmkörper die Wellenbewegung nachvollziehen kann.
  • Beispielsweise kann der Schwimmkörper 3 als ein Hohlzylinder ausgebildet sein, der teilweise geflutet ist. Die Luftkammer 18 ist vorzugsweise abgedichtet ausgebildet, so dass kein Wasser eindringen kann.
  • Der Schwimmkörper 3 weist ein Volumen VK', das zwischen 60% und 80% des Volumens VT des Schwimmträgers 1 liegt. Vorteilhaft können hierdurch die Rollbewegungskräfte durch die hydraulische Kopplung (Hydraulikzylinder 7, 14) auf den Schwimmträger 1 übertragen werden.
  • Wie aus den Figuren zu ersehen ist, erstreckt sich der Schwimmkörper 3 in einem Abstand zu dem Schwimmträger 1 an dessen Heckseite. Der Schwimmkörper 3 weist eine Länge L auf, die mindestens so groß ist wie eine Breite B des Schwimmträgers 1.
  • Im Falle von extremen Wetterbedingungen, beispielsweise bei einem Sturm, kann der Schwimmkörper 3 durch Betätigen der Hydraulikzylinder 7 in eine Position oberhalb der Wasserlinie verbracht werden. Gegebenenfalls kann der Schwimmkörper 3 zusammen mit dem Schwimmträger 1 dann in einen schützenden Hafen geschleppt werden. An dem Boden 12 weist der Schwimmkörper 3 eine nicht dargestellte Ablauföffnung auf, so dass das Wasser entweichen kann.
  • Die Kupplungseinrichtung zu dem Generator hin ist als eine hydraulische Kupplungseinrichtung ausgebildet. Der Generator kann auf dem Schwimmträger 1 oder an einem anderen Ort angeordnet sein. Auf den Schwimmträger 1 kann zusätzlich ein Windrad montiert oder eine Photovoltaikanlage angeordnet sein.
  • Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Träger 1 auch als ein Anlegesteg an einer Steilküste ausgebildet sein, der mit einer Seilwinde anhebbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19515138 C2 [0002]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Wasserwellen mit mindestens einem an dem Meeresgrund verankerten Träger und mit mindestens einem Schwimmkörper, wobei der Träger und der Schwimmkörper jeweils im Bereich der Wasseroberfläche angeordnet sind, mit einem Gestänge, mittels dessen der Schwimmkörper jeweils an dem Träger angelenkt ist, wobei das Gestänge eine dem Träger zugewandte Stange aufweist, die über eine Kupplungseinrichtung mit einem Generator koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) als ein Schwimmträger ausgebildet ist, der um eine Vertikale (V) derart schwenkbar gehalten ist, so dass sich der Schwimmträger (1) selbsttätig quer zur Ausbreitungsrichtung (W) der Wasserwellen ausrichtet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmträger (1) in einem Bugbereich desselben mit dem Meeresboden verankert ist und dass der Schwimmkörper (3) in einem Heckbereich (4) des Schwimmträgers (1) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heckbereich (4) des Schwimmträgers (1) ein einziger Schwimmkörper (3) positioniert ist, so dass der Schwimmkörper (3) und der Schwimmträger (1) eine Zwillingsbaueinheit bilden.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (3) als ein Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Volumen im Arbeits zustand desselben mindestens zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (3) ein Volumen (VK) aufweist, das zwischen 60% und 80% eines Volumens (VT) des Schwimmträgers (1) beträgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (2) derart ausgebildet ist, dass in einer lotrechten Arbeitsebene eine eine Vertikalkomponente (v) und eine Horizontalkomponente (h) der Bewegung des Schwimmkörpers (3) übertragbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Teil des Gestänges (2) an einem Boden (12) des Schwimmkörpers (3) angelenkt ist, derart, dass ein Verschwenken des Schwimmkörpers (3) um eine parallel zur Wasserwelle verlaufende Schwenkachse (S) aufgenommen und übertragen wird.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung als eine hydraulische Kupplungseinrichtung ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (3) eine Länge (L) aufweist, die mindestens so groß ist wie eine Breite (B) des Schwimmträgers (1).
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (3) als ein Hohlzylinder ausgebildet ist.
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