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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenkrafteinheit zur Umwandlung von Wellenbewegungen in elektrische Energie sowie ein Wellenkraftwerk mit wenigstens einer solchen Wellenkrafteinheit.
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Wellenkraftwerke nutzen die Energie von Wellen, insbesondere Meereswellen zur Gewinnung elektrischen Stroms und zählen damit zu den erneuerbaren Energien. Ein bekanntes Prinzip eines Wellenkraftwerks, das als „Pelamis” bezeichnet wird, besteht aus mehreren Schwimmkörpern, die über Gelenke gekoppelt sind. An den Gelenken sind hydraulische Pumpen vorgesehen, die einen Generator antreiben. Dieses Prinzip ist beispielsweise aus der
EP-A-1 115 976 oder der
WO-A-2004/088129 bekannt. Um einen ausreichenden Hub der Hydraulikpumpen und damit ein vergleichweise effektiv arbeitendes System zu schaffen, müssen jedoch die Gelenkverbindungen zwischen den zwei Segmenten so gestaltet sein, dass die geringe Relativbewegung der Segmente in einen großen Hub der jeweiligen Hydraulikpumpen umgesetzt wird und die Einzelsegmente sollten lang dimensioniert werden. Damit ergibt sich ein Platz raubendes und komplex aufgebautes Wellenkraftwerk. Darüber hinaus ist die Hydraulikflüssigkeit bei derartigen Wellenkraftwerken regelmäßig zu wechseln, was zu einem erhöhten Wartungsaufwand einer solchen Anlage führt.
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Auch weisen solche Systeme das Problem auf, dass sie gegenüber starkem Wellengang beschädigungsanfällig sind.
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Ein im Vergleich zu den obigen Systemen alternatives Prinzip ist aus der
EP-A-1 196 691 bekannt. Hier wird ein Turm auf dem Meeresgrund errichtet, der den Ständer eines Linearmotors trägt. Der Läufer des Linearmotors ist ferner mit einem Schwimmkörper verbunden. Bei Wellengang hebt und senkt sich der Schwimmkörper, wodurch der Läufer linear in Vertikalrichtung bewegt wird, um elektrischen Strom zu erzeugen. Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist einerseits der voluminöse Aufbau des Turms sowie dessen Verankerung im Meeresboden sowie die Problematik, dass bei geringem Wellengang die Vertikalbewegung des Schwimmkörpers und damit des Läufers nur klein ist, wodurch die Effizienz des Systems bei geringem Wellengang abnimmt.
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Basierend auf den obigen Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin eine Wellenkrafteinheit zur Umwandlung von Wellenbewegungen in elektrisch Energie sowie ein entsprechendes Wellenkraftwerk zu schaffen, die vergleichsweise einfach aufgebaut sind, einen geringen Wartungsaufwand mit sich bringen und darüber hinaus kostengünstig herstellbar und sturmbeständig sind.
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Diese Aufgabe wird mit einer Wellenkrafteinheit gemäß Anspruch 1 oder einem Wellenkraftwerk mit einer solchen Wellenkrafteinheit gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde einen Lineargenerator derart in einen Schwimmkörper zu integrieren, dass die Linearbewegungen des Läufers durch welleninduzierte Kippbewegungen des Schwimmkörpers und des Linearwegs des Lineargenerators um eine Horizontalachse ausgelöst werden.
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Dementsprechend schlägt die vorliegende Erfindung eine Wellenkrafteinheit zur Umwandlung von Wellenbewegungen in elektrische Energie vor, die einen Schwimmkörper und wenigstens einen Lineargenerator umfasst. Unter einem Schwimmkörper ist diesbezüglich ein beliebiger Gegenstand zu verstehen, der aufgrund seines Auftriebs durch Verdrängung selbstständig schwimmfähig ist. Bei einem Lineargenerator handelt es sich um einen Generator, der eine geradlinige, nicht an einer Drehachse anfallende Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Zu diesem Zweck weist der Lineargenerator einen Ständer (auch Stator), den feststehenden, nicht beweglichen Teil des Generators, und einen „Rotor” oder Läufer, den linear beweglichen Teil des Generators, auf. Erfindungsgemäß sind sowohl der Läufer als auch der Ständer von dem Schwimmkörper aufgenommen, d. h. der Schwimmkörper trägt beides, den Läufer und den Ständer, des Lineargenerators. Hierdurch wird eine einfach aufgebaute Einheit geschaffen, die in ihren Dimensionen prinzipiell flexibel an die entsprechenden Gegebenheiten (durchschnittlicher zu erwartender Wellengang, Wind, Strömung, etc.) angepasst werden kann, die wartungsarm und beschädigungsunanfällig ist, kostengünstig hergestellt werden kann und darüber hinaus effizient betreibbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schwimmkörper eine Wasserlinie auf, d. h. die Linie, die sich aus dem Schnitt der Wasseroberfläche mit der Wand des Schwimmkörpers ergibt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass der Läufer des Lineargenerators im Wesentlichen parallel zur Wasserlinie des Schwimmkörpers linear beweglich ist. Unter „im Wesentlichen parallel” ist hier auch zu verstehen, dass der Läufer in einer gewissen Neigung zur Wasserlinie (vorzugsweise in einem Winkelbereich zwischen 0° und 15°) linear beweglich ist. Auch umfasst dieser Begriff einen Bewegungsweg des Läufers entlang einer Krümmung, die jedoch im Wesentlichen parallel zur bzw. entlang der Wasserlinie verläuft. Die obige Ausführungsform führt zu einer optimalen Ausnutzung der Wellen induzierten Kippbewegung des Schwimmkörpers und damit einem maximalen Bewegungsweg des Läufers. Daraus resultiert wiederum eine effiziente Energiegewinnung.
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Bevorzugterweise weist der Schwimmkörper zu diesem Zweck eine längliche Form auf, d. h. der Schwimmkörper ist in einer Dimension größer als in den beiden verbleibenden, und der Läufer ist in Längsrichtung des Schwimmkörpers beweglich. Vorzugsweise liegt die Mitte des Linearwegs des Lineargenerators auf einer Vertikalen durch den Schwerpunkt oder im Schwerpunkt des Schwimmkörpers, wobei eine maximale Auslenkung durch die Kippbewegung unterstützt wird. Des Weiteren ist es bevorzugt den Schwimmkörper als Knickspannter, Rundspanter, ederscher DG-Null, tillerscher Wellenbinder 1 oder 2 auszugestalten. Auch kann der Schwimmkörper zylindrisch und vorzugsweise mit domförmigen Enden ausgestaltet sein. Ferner liegt eine Länge des Schwimmkörpers beispielsweise bei bis zu 6 m und der Durchmesser kann bis zu 2 m betragen. Bevorzugt sind jedoch kleinere Dimensionen sowie die Kombination mehrere Einheiten zu einem Wellenkraftwerk (siehe später). Auch kann die zylindrische Ausgestaltung durch einen kreisrunden Zylinder oder aber durch ein Mehreck (Sechseck, Mehreck, etc.) gebildet sein. Auch ist es denkbar den zylindrischen Teil des Schwimmkörpers in einem zusätzlichen Schwimmkörper zu lagern.
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Zur weiteren Förderung der Effektivität des Systems ist es bevorzugt an wenigstens einem Ende des Linearwegs des Läufers, d. h. dort wo der Läufer an einen Endanschlag fährt (stößt), vorzugsweise an beiden Enden, Dämpfer bzw. Rückstoßelemente, z. B. elastische Elemente, anzuordnen, die zumindest in Richtung des Linearwegs elastisch verformbar sind. Bei diesen Dämpfern kann es sich z. B. um beliebige Arten von Federn (wie beispielsweise eine Schraubenfeder, Kegelfeder, Gummifeder, Gasdruckfeder, Hydraulikfeder, etc.) oder um Magnete (bevorzugt aus Neodym) handeln. Trifft der Läufer am Ende seines Linearwegs auf diese Dämpfer wird das Element in Richtung des Linearwegs, d. h. in der Richtung, in der der Läufer auf den Dämpfer trifft, verformt und gibt nach der Dämpfung des Läufers die aufgenommene Energie als kinetische Energie wieder an den Läufer ab. Diese Ausgestaltung führt damit zu einem effektiveren System, in dem das System in Schwingung versetzt wird, so dass dieses selbst bei geringem Wellengang relativ lange in Bewegung bleibt.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung, wie erwähnt, ein Wellenkraftwerk umfassend wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere Wellenkrafteinheiten, wie sie oben beschrieben wurden.
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Um das Wellenkraftwerk vor Sturmschäden zu schützen, ist es darüber hinaus bevorzugt eine oder mehrere Wellenkrafteinheiten bevorzugt an den Außenelementen über ein biegeschlaffes Element im Meeresboden zu verankern. Dabei ist in dem biegeschlaffen Element mindestens ein Auftriebskörper zwischengeschaltet. Dieser Auftriebskörper soll das Gewicht des biegeschlaffen Elements, z. B. eine Seils oder vergleichbarer Elemente, kompensieren. Dabei liegt der Auftriebskörper vorzugsweise unter Wasser und wird von einem ersten Teil des biegeschlaffen Elements, das im Meeresboden verankert ist, unter Nasser gehalten. Zwischen der Anbindung des biegeschlaffen Elements an der Wellenkrafteinheit und dem Auftriebskörper hängt das biegeschlaffe Element durch und ist im Gegensatz zu dem zwischen Verankerung und Auftriebskörper vorhanden biegeschlaffen Element nicht gespannt. Dadurch (lose hängendes biegeschlaffes Element) wird der Freiheitsgrad der Schwingungen der Wellenkrafteinheit bzw. der Wellenkrafteinheiten begrenzt. Je nachdem wie lange das lose hängende Seil ist, sind größere oder kleinere Schwingungen bzw. Bewegungen zugelassen. Dadurch ist der Freiheitsgrad je nach Anordnung des Auftriebskörpers einstellbar. Bei hohem Wellengang wird ein Mitschwingen der Wellenkrafteinheit daher nur soweit zugelassen bis das biegeschlaffe Element zwischen Auftriebskörper und Wellenkrafteinheit gleichfalls gespannt ist, wodurch z. B. ein Umkippen der Wellenkrafteinheit bzw. Wellenkrafteinheiten zuverlässig verhindert wird.
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Es ist bevorzugt, dass das Wellenkraftwerk einen Knotenpunkt aufweist, mit dem die mehreren Wellenkrafteinheiten elektrisch in Verbindung stehen. Unter einem Knotenpunkt ist der Punkt bzw. das Element zu verstehen, an dem alle Wellenkrafteinheiten zusammenlaufen und über den ggf. die erzeugte elektrische Energie weiterverarbeitet und/oder weitergeleitet werden kann.
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Bei einer solchen Konstellation ist es bevorzugt, dass die Wellenkrafteinheiten entweder untereinander und/oder mit dem Knotenpunkt über flexible (elastische), biegeschlaffe Verbindungen verbunden sind. Unter einer flexiblen, biegeschlaffen Verbindung ist dabei eine Verbindung zu verstehen, die beispielsweise durch ein Seil oder eine Seil ähnliche Konstruktion bewirkt wird. Durch diese Art der Verbindung wird ein System geschaffen, in dem die Wellenbewegungen von einer Einheit an die anderen weitergegeben werden, ohne dass jedoch eine komplexe gelenkige Verbindung entsteht. Durch die Weitergabe der Wellenbewegung von einer Einheit zur anderen Einheit wird darüber hinaus ein „schwingfähiges” System erzeugt, das selbst bei geringem Wellengang lange in Bewegung bleibt. Ferner ist die Zahl der Wellenkrafteinheiten über die Anbindung an den Knotenpunkt sehr flexible an den erforderlichen zu erzeugenden Energiebedarf sowie die entsprechenden Gegebenheiten anpassbar. Je nach Bedarf können mehr oder weniger Wellenkrafteinheiten vorgesehen werden, die entweder jeweils an den Knotenpunkt oder indirekt über andere Wellenkrafteinheiten an dem Knotenpunkt angebunden sind.
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Bei einem besonders bevorzugten Aufbau ist der Knotenpunkt zentral zu den Wellenkrafteinheiten angeordnet, wobei die Wellenkrafteinheiten jeweils radial zum Knotenpunkt verlaufen und mit diesem direkt oder indirekt verbunden sind.
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Weiter ist es bevorzugt, dass zwischen zwei in unterschiedlichen Radialrichtungen radial angeordneten Wellenkrafteinheiten eine weitere Wellenkrafteinheit angeordnet ist, die über eine, bevorzugterweise ebenfalls flexible biegeschlaffe Verbindung entweder mit der Verbindung zwischen zwei Wellenkrafteinheiten und/oder einer Wellenkrafteinheit selbst verbunden ist. Besonders bevorzugt ist hier ein spinnennetzartig um den Knotenpunkt angeordneten Aufbau an Wellenkrafteinheiten. Es sind aber auch andere Anordnungen wie beispielsweise Dreiecke oder Vierecke denkbar.
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Wie es eingangs erwähnt wurde, sind Wellenkraftwerke in der Regel für einen gemäßigten Wellengang ausgelegt und können bei hohem Seegang z. B. bei Sturm, Schaden nehmen. Um dieses Risiko bei dem vorliegenden System weiter oder alternativ zu dem obigen Sturmschutz zu reduzieren, ist der Knotenpunkt mit einer Verankerungseinheit verbunden, die den Knotenpunkt in dem Meeresgrund verankert und die Verbindung zwischen dem Knotenpunkt und der Verankerungseinheit erfolgt derart, dass der Abstand von der Verankerungseinheit zum Knotenpunkt, insbesondere in Abhängigkeit vom Seegang und/oder den Windverhältnissen und/oder Strömungen, etc., variabel ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Verbindung zwischen Knotenpunkt und Verankerungseinheit über ein Seil und eine Winde erfolgt, wobei die Winde entweder im Knotenpunkt oder in der Verankerungseinheit vorgesehen sein kann. Bei starker Seegang oder Sturm kann über eine Steuerungseinheit der Abstand verringert werden und das Wellenkraftwerk mit seinen Wellenkrafteinheiten schirmartig unter Wasser gezogen werden. Bei großen Systemen mit vielen Wellenkrafteinheiten ist es auch denkbar, dass zusätzlich zur Verbindung des Knotenpunktes mit der Verankerungseinheit auch Verbindungen zwischen Wellenkrafteinheiten oder Wellenkrafteinheiten selbst mit der Verankerungseinheit und/oder der Verbindung zwischen der Verankerungseinheit und dem Knotenpunkt verbunden sind.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt den Knotenpunkt als Schaltanlage auszugestalten, in der elektrische Energie umgespannt und ggf. verteilt wird. Hierfür kann der Knotenpunkt Gleichrichter, Umrichter, etc. enthalten.
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Zu Wartungszwecken und um eine leichte Zugänglichkeit zu gewährleisten, ist es insbesondere dann bevorzugt auch den Knotenpunkt als Schwimmkörper auszugestalten, wenn dieser als Schaltanlage ausgebildet ist oder die erwähnte Winde aufnimmt. Er ist damit von Wasser aus zugänglich.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung, die alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der obigen oder folgenden Aspekte zum Einsatz kommen können, sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen zeigt:
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1 einen Längsschnitt, der schematisch eine Wellenkrafteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2a einen Querschnitt durch die Wellenkrafteinheit aus 1 entlang der Linie 2-2; 2b einen Querschnitt einer alternativen Ausgestaltung, 2c einen Querschnitt einer weiteren alternativen Ausgestaltung;
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3 die Draufsicht auf ein Wellenkraftwerk mit mehreren Wellenkrafteinheiten aus den 1 und 2 in einer ersten Konfiguration;
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4 die Draufsicht auf ein Wellenkraftwerk mit mehreren Wellenkrafteinheiten aus den 1 und 2 in einer zweiten Konfiguration;
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5 eine Seitenansicht des Wellenkraftwerks aus 4;
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6 eine Seitenansicht eines Wellenkraftwerks ähnlich dem aus 4, jedoch mit einem alternativen Sturmschutz;
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7 eine Draufsicht auf ein Wellenkraftwerk mit mehreren Wellenkrafteinheiten aus den 1 und 2 in einer dritten Konfiguration; und
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8 eine Draufsicht auf ein Wellenkraftwerk mit mehreren Wellenkrafteinheiten aus den 1 und 2 in einer vierten Konfiguration.
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In den Figuren kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Elemente.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer Wellenkrafteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Wellenkrafteinheit umfasst einen Schwimmkörper 10. Der Schwimmkörper 10 weist einen kreisrunden, zylindrischen Hauptkörper 11 mit domförmigen Endabschnitten 12 auf. Der im Wasser W schwimmend dargestellte Schwimmkörper 10 weist am Schnitt der Wasseroberfläche mit der Wand des Hauptkörpers 11 eine Wasserlinie 13 auf.
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Im Inneren des Schwimmkörpers 10 ist ferner ein Lineargenerator 20 vorgesehen. Es versteht sich, dass obwohl in der dargestellten Ausführungsform nur ein Lineargenerator dargestellt ist, in einem Schwimmkörper 10 mehrere Lineargeneratoren vorgesehen sein können, die darüber hinaus unterschiedliche, d. h. sich schneidende Linearwege des Läufers aufweisen können. Der dargestellte Lineargenerator 20 umfasst als relativ zum Schwimmkörper 10 feststehenden Teil einen Ständer 21, der sich in den 1 und 2 aus einem oberen und unteren Teil zusammensetzt.
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Zwischen dem oberen und unteren Teil des Ständers 21 ist in einer Richtung A hin und her beweglich der Läufer 22 gelagert. Der Läufer 22 ist damit parallel zur Wasserlinie 13 linear bewegbar.
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Alternativ zu dieser Ausgestaltung und wie es in 2b dargestellt ist, ist es auch denkbar den Läufer 22 als Mehreck, z. B. Sechseck auszugestalten und den Ständer durch mehrere Ständerelemente 21, die sich entsprechend der Seiten des Mehrecks um den Läufer anordnen auszugestalten.
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An den jeweiligen Enden des Linearwegs des Läufers 22 sind elastische Elemente 23 – hier Schraubenfedern – angeordnet, die in Richtung des Linearwegs A elastisch bzw. federnd sind.
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Alternativ sind jedoch auch Magnete denkbar (aus Neodym), die den Läufer jeweils ohne Kontakt mit dem Läufer abstoßen. Dies hat gegenüber den Schraubenfedern den Vorteil einer geringeren Beanspruchung von Läufer und Dämpfern, einer sanfteren Abfederung und eines geringeren Geräuschaufkommens.
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Im Folgenden wird die Funktion der in den 1 und 2 dargestellten Wellenkrafteinheit erläutert.
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Herrscht Seegang – hier ist auch nur ein geringer Wellengang ausreichend – kippt der Schwimmkörper 10 in 1 z. B. um zumindest eine Achse senkrecht zur Blattebene der 1. Aufgrund der Schwerkraft wird sich der Läufer 22 daher nach links und rechts bewegen. Diese Bewegung ist von der Wellenbewegung induziert. Durch die Linearbewegung des Läufers 22 wird im Ständer 21 des Lineargenerators 20 eine Spannung erzeugt und damit die Wellenbewegung in elektrische Energie umgewandelt. Um das Kippen des Schwimmkörpers weiter positiv zu beeinflussen, ist es sinnvoll ein möglichst „instabiles” System für die Wellenkrafteinheit zu wählen. Dies kann vorteilhafterweise durch ein zusätzliches Schwimmkörperelement 35 (siehe 2c) geschaffen werden. Dadurch erfolgt selbst bei geringem Wellengang eine ausreichende Kippbewegung und somit eine zuverlässige Linearbewegung des Läufers. Besonders bevorzugt ist hier eine Konfiguration ähnlich einem tillerschen Wellenbinder 2, wobei der Lineargenerator im tiefsten Punkt liegt.
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Trifft der Läufer 22 auf eines der elastischen Elemente 23 am Ende des Linearwegs so komprimiert sich das elastische Element 23 und speichert die vom Läufer 22 übertragene Energie, welche im Anschluss von dem elastischen Element 23 wieder an den Läufer 22 abgegeben wird, so dass dieser sich in der entgegengesetzten Richtung bewegt und Energie erzeugt wird. Durch die elastischen Elemente 23 bleibt das System selbst bei geringem Wellengang ständig in Bewegung.
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Vorzugsweise kommen mehrere der zuvor beschriebenen Wellenkrafteinheiten in einem Wellenkraftwerk zum Einsatz. Eine mögliche Anordnung mehrerer Wellenkrafteinheiten ist in 3 dargestellt. Hierfür ist ein Knotenpunkt 30 vorgesehen, der beispielsweise als Schaltanlage ausgestaltet sein kann und z. B. einen Gleichrichter und/oder Umrichter, etc. enthalten kann. Auch der Knotenpunkt 30 ist durch einen Schwimmkörper gebildet ist. An diesem Knotenpunkt 30 sind die mehreren Wellenkrafteinheiten elektrisch angebunden, wobei die Anbindung direkt oder über eine andere Wellenkrafteinheit erfolgen kann. Die Wellenkrafteinheiten sind über ein flexibles, biegeschlaffes Verbindungselement 14, z. B. ein Seil, miteinander und/oder mit dem Knotenpunkt verbunden. Bei der Darstellung in 3 sind jeweils zwei Wellenkrafteinheiten über ein Verbindungselement 14 miteinander verbunden. Eine der zwei verbundenen Wellenkrafteinheiten ist wiederum über ein Verbindungselement 14 mit dem Knotenpunkt 30 verbunden. Dabei erfolgt die Anordnung derart, dass die zwei miteinander verbundenen Wellenkrafteinheiten 10 in Radialrichtung zum zentral angeordneten Knotenpunkt 30 angeordnet sind. Mit anderen Worten ergibt sich eine sternförmige Anordnung der Wellenkrafteinheiten zum Knotenpunkt. Es versteht sich jedoch, dass viele andere Anordnungen, z. B. eine kreuzförmige oder eine lineare Anordnung, denkbar sind. Die Anordnung hängt dabei von einer Vielzahl von Faktoren, z. B. dem durchschnittlichen Seegang, dem zur Verfügung stehenden Platz, etc. ab. Durch diese Anordnung ergibt sich ein System, das unabhängig von der Wellenrichtung stets in Bewegung kommt. Wird einer der „Strahlen” der sternförmigen Anordnung in Bewegung versetzt, so wird über die Verbindung der Wellenkrafteinheiten miteinander und über dem Knotenpunkt 30 die Bewegung von einer zur anderen weitergegeben und dadurch das gesamte System in Bewegung (Schwingung) versetzt. Durch die Anordnung der elastischen Elemente 23 wird diese Schwingung verstärkt, so dass selbst bei geringem Wellengang eine relativ große Bewegung des Systems erzielbar und damit eine effiziente Energiegewinnung realisierbar ist. Der in den Wellenkrafteinheiten erzeugte Strom kann dann über die Verankerung 31 und ein Seekabel an Land gebracht werden.
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Um dieses System andererseits relativ stabil und damit auch bei hohem Wellengang einsetzbar zu gestalten, ist es bevorzugt die einzelnen Strahlen durch weitere Wellenkrafteinheiten, die gleichfalls über flexible, biegeschlaffe Verbindungselemente 14 miteinander und mit den jeweiligen Strahlen verbunden sind, zu verbinden, wie es in 4 dargestellt ist. Dadurch ergibt sich eine spinnennetzartige Konfiguration mit einem oder mehreren zueinander konzentrischen Kreisen aus mehreren Wellenkrafteinheiten, um den zentral angeordneten Knotenpunkt 30 sowie mehreren Wellenkrafteinheiten, die radial zum Knotenpunkt 30 und damit dem Mittelpunkt der konzentrischen Kreise angeordnet sind.
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Es versteht sich, dass die Anordnungen in den 3 und 4 nur beispielhafte und bevorzugte Ausgestaltungen sind und beliebige andere Varianten gewählt werden können. So können in Radialrichtung mehr oder weniger als zwei Wellenkrafteinheiten angeordnet sein. Wie es beispielsweise in den 7 und 8 dargestellt ist, sind auch dreieckige und viereckige bzw. parallele Anordnungen der einzelnen Einheiten 10 auch ohne Verwendung eines Knotenpunkts denkbar. Als kleinste Einheit wäre beispielsweise eine dreieckige Anordnung mit drei Wellenkrafteinheiten 10 denkbar.
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Des Weiteren ist es bevorzugt ein Sicherheitssystem bei hohem Seegang, z. B. Sturm, vorzusehen. Hierzu ist es bevorzugt den Knotenpunkt 30 über eine Verankerungseinheit 31 und ein die beiden Elemente 30 und 31 verbindendes Element 32, z. B. ein Seil, am Meeresgrund zu verankern. Bevorzugterweise ist eine Steuerung vorgesehen, die über z. B. einen Sensor, den Seegang, die Windstärke, etc. auf eine Gefahrensituation schließt. Wird auf eine Gefahrensituation geschlossen, so besteht die Möglichkeit die Länge des Verbindungselements 32, d. h. den Abstand zwischen dem Knotenpunkt 30 und der Verankerungseinheit 31 zu reduzieren. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass eine Motor betriebene, nicht dargestellte Winde im Knotenpunkt 30 vorgesehen ist. In einer Gefahrensituation wird ein Ende des Verbindungselements 32 auf die Winde gewickelt. Das Verbindungselement 32 ist anderen Endes fest mit der Verankerungseinheit 31 verbunden. In der Gefahrensituation wird das Seil 32 damit verkürzt, so dass der Knotenpunkt 30 näher zur Verankerungseinheit 31 unter Wasser W gezogen wird. Dadurch werden die über die Verbindungselemente 14 miteinander und mit dem Knotenpunkt 30 verbundenen Wellenkrafteinheiten 10 ähnlich einem „Regenschirm” unter Wasser gezogen, wie dies in 5 gestrichelt dargestellt ist. Damit sind die Wellenkrafteinheiten dem erhöhten Seegang und Wellengang nicht mehr ausgesetzt und eine Beschädigung kann verhindert werden. Bei großen Systemen ist es selbstverständlich denkbar nicht nur den Knotenpunkt 30 über ein solches System mit der Verankerungseinheit 31 zu verbinden, sondern ggf. auch weitere Schwimmkörper 10 um weiter außen liegende Elemente gleichfalls unter Wasser ziehen können. Dies kann auch dann notwendig sein, wenn die Wassertiefe ein vollständiges unter Wasser ziehen über nur den Knotenpunkt 30 nicht gestattet.
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Alternativ oder zusätzlich zu diesem System ist es auch denkbar einen Sturmschutz vorzusehen, wie er in 6 näher dargestellt ist. Dabei werden vorzugsweise die Außenelemente eines Wellenkraftwerks aus mehreren Wellenkrafteinheiten 10 über ein biegeschlaffes Element 32, 34 und eine Verankerung 31 im Meeresboden verankert. Das biegeschlaffe Element ist bei der dargestellten Ausführungsform in ein erstes Element 32 und ein zweites Element 34 unterteilt, wobei zwischen dem ersten Element 32 und dem zweiten Element 34 ein Auftriebskörper 33 angeordnet ist. Die Länge des ersten Abschnitts 32 des biegeschlaffen Elements ist dabei derart gestaltet und mit der Verankerungseinheit 31 verbunden, dass der Auftriebskörper 33 im Normalfall unter Wasser liegt. Der zweite Abschnitt 34 des biegeschlaffen Elements der den Auftriebskörper 33 mit einer außen liegenden Wellenkrafteinheit 10 verbindet, hängt hingegen zwischen dem Auftriebskörper 33 und der Wellenkrafteinheit 10 im Wesentlichen lose. Dabei kompensiert der Auftriebskörper 33 das Gewicht des ersten Abschnitts 32 des biegeschlaffen Elements und gewährt den Wellenkrafteinheiten 10 einen gewissen Freiheitsgrad, um sich entsprechend der Wellenbewegungen mitbewegen zu können. Bei einem ausreichend hohen Wellengang, wie er in 6 gestrichelt dargestellt ist, spannt sich der zweite Abschnitt 34 des biegeschlaffen Elements und begrenzt ab einem gewissen Wellengang eine Weiterbewegung und damit ein Umkippen der Wellenkrafteinheiten 10. Auch durch dieses System, das beliebig viele Verankerungspunkte, wenigstens aber einen Verankerungspunkt aufweisen kann, können Schäden bei hohem Wellengang gleichfalls verhindert werden. Zusätzlich kann das in 5 dargestellte System eingesetzt werden.
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Es versteht sich, dass die obige Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen nur beispielhaft ist und verschiedenartige Modifikationen im Lichte der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. So ist es beispielsweise und wie bereits erwähnt möglich in einem Schwimmkörper 10 mehrere Lineargeneratoren 20 vorzusehen. Auch ist es denkbar den Schwimmkörpern in einer anderen Form als einer länglichen und/oder kreisrunden, zylindrischen Form auszugestalten. Schließlich sind für das Wellenkraftwerk verschiedenartige modulare Konfigurationen der Wellenkrafteinheiten zum Knotenpunkt denkbar. Auch ist es diesbezüglich möglich statt der flexiblen, biegeschlaffen Verbindungselemente 14 torsionssteife Gelenkverbindungen zu verwenden, die eine Torsion in Längsrichtung der Wellenkrafteinheiten verhindern. Des Weiteren ist es möglich an den Schwimmkörpern Kielkonstruktionen und Strömungselemente vorzusehen, die eine optimale Übertragung der Wellenbewegung auf den Schwimmkörper bewirken. Auch die Materialwahl ist in Bezug auf den Schwimmkörper nicht wesentlich. Sie können aus Metall oder beliebigen Kunststoffen bestehen. Hinsichtlich des Lineargenerators sind verschiedenartige Konstruktionen, die auf dem Markt erhältlich sind, denkbar. Dabei muss der Ständer nicht, wie dargestellt, aus einem oberen und unteren Teil aufgebaut sein, sondern kann sich zylindrisch um den Linearweg des Läufers erstrecken. In diesem Fall könnte der Läufer ebenfalls im Querschnitt kreisrund gestaltet sein. Hinsichtlich der Dimensionen sind verschiedenartige Varianten denkbar, die jeweils an den Strombedarf und die Umweltbedingungen angepasst sein können. Hierbei sind Durchmesser des Schwimmkörpers von bis zu 2 m, vorzugsweise bis zu 1 m, vorzugsweise jedoch geringer und Längen in Längsrichtung von bis zu 6 m, vorzugsweise bis zu 5 m, jedoch bevorzugt unter 5 m denkbar. Hier es besonders bevorzugt eher kürzere, aber mehrere Elemente bzw. Einheiten einzusetzen statt wenige lange.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1115976 A [0002]
- WO 2004/088129 A [0002]
- EP 1196691 A [0004]
