DE102010035056A1 - Drive unit for wave power plant, has hydraulic cylinder or linear generator driven and moved by natural force - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Abtriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Abtriebseinheit.The invention relates to an output unit according to the preamble of
Bei Abtriebseinheiten sind folgende prinzipielle Ansätze bekannt, um die Energie von wellenförmig bewegtem Wasser in nutzbare Energie zu wandeln:
- • Nutzung von ein- und ausströmender Luft in einer pneumatischen Kammer, in der sich der Wasserspiegel (durch eine Verbindung zum Meer) hebt und senkt.
- • Nutzung der potenziellen Energie auflaufender Wellen auf eine Rampe.
- • Nutzung der Relativbewegung von Schwimmkörpern zueinander oder zum Ufer oder zum Meeresgrund.
- • Nutzung der Wellenbewegung unter der Wasseroberfläche durch mitgenommene Widerstandselemente.
- • Use of incoming and outgoing air in a pneumatic chamber in which the water level rises and falls (through a connection to the sea).
- • Exploiting the potential energy of incoming waves on a ramp.
- • Use of the relative movement of floats to each other or to the shore or the seabed.
- • Use of undulations under the water surface by dragged resistance elements.
Die Bewegung der letztgenannten Schwimmkörper bzw. Widerstandselemente wird meist über hydraulische Systeme umgesetzt, die einen Generator antreiben. Diese Bewegung kann auch auf verschiedene Abtriebseinheiten übersetzt werden, z. B. Linear-Generatoren oder direkt gekoppelte Generatoren.The movement of the latter float or resistance elements is usually implemented by hydraulic systems that drive a generator. This movement can also be translated to different output units, z. B. linear generators or directly coupled generators.
In der Druckschrift
Nachteilig an derartigen Abtriebseinheiten ist, dass bei unterschiedlich starker Naturkraft (z. B. Wellenbewegung) das in Schwenkrichtung oder Drehrichtung des Widerstandselements wirkende Drehmoment unterschiedlich sein kann. Somit ist auch die Abtriebskraft (insbesondere der Druck im Hydraulikzylinder) oder die Bewegung des Linear-Generators der Abtriebseinheiten nicht konstant.A disadvantage of such output units is that with different degrees of force (eg wave motion), the torque acting in the pivoting direction or the direction of rotation of the resistance element can be different. Thus, the output force (in particular the pressure in the hydraulic cylinder) or the movement of the linear generator of the output units is not constant.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Abtriebseinheit zu schaffen, die eine weitgehend konstante Abtriebskraft bereitstellt.In contrast, the invention is based on the object to provide an output unit which provides a substantially constant output force.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abtriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Abtriebseinheit gemäß Patentanspruch 14.This object is achieved by an output unit having the features of
Die erfindungsgemäße Abtriebseinheit hat einen ersten Hydraulikzylinder oder einen „Linear-Generator” und ist an eine von einer Naturkraft (insbesondere Meeresenergie) getriebenen Bewegung gekoppelt. Die Abtriebseinheit hat eine verstellbare Kinematik, über die eine konstante Abtriebskraft (z. B. Druck im Hydraulikzylinder) bereit gestellt werden kann.The output unit according to the invention has a first hydraulic cylinder or a "linear generator" and is coupled to a movement driven by a natural force (in particular ocean energy). The output unit has adjustable kinematics, which can provide a constant output force (eg pressure in the hydraulic cylinder).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abtriebseinheit ist an eine Wellenenergieanlage vom Typ Terminator (Wave Roller), Punkt Absorber (Wave Star) oder Attenuator (Pelamis) gekoppelt, über die die Bewegung umgesetzt wird.A preferred embodiment of the output unit according to the invention is coupled to a wave energy turbine of the type Terminator (wave roller), point absorber (Wave Star) or Attenuator (Pelamis), via which the movement is implemented.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abtriebseinheit ist die Wellenenergieanlage vom Typ Terminator (Wave Roller), die ein Widerstandselement hat, das um eine Drehachse drehbar oder schwenkbar ist, wobei ein Abstand eines Anlenkpunktes des Hydraulikzylinders von der Drehachse einstellbar ist. Damit kann die erfindungsgemäße Abtriebseinheit derart betrieben werden, dass ein weitgehend konstanter Druck vom Hydraulikzylinder erzeugt wird. So kann z. B. eine an den Hydraulikzylinder angeschlossene hydraulische Vorrichtung vorrichtungstechnisch vereinfacht werden, da sie keinen Druckspitzen standhalten muss. Oder die Abtriebseinheit hat einen verbesserten Wirkungsgrad, da bei heftigem Wellengang die hydraulische Vorrichtung nicht über ein Druckbegrenzungsventil entlastet werden muss.In a particularly preferred embodiment of the output unit according to the invention, the wave energy plant of the type Terminator (Wave Roller), which has a resistive element which is rotatable or pivotable about an axis of rotation, wherein a distance of a pivot point of the hydraulic cylinder is adjustable from the axis of rotation. Thus, the output unit according to the invention can be operated such that a substantially constant pressure is generated by the hydraulic cylinder. So z. B. a device connected to the hydraulic cylinder hydraulic device can be simplified device technology, since it does not have to withstand pressure peaks. Or the output unit has improved efficiency, since in heavy waves, the hydraulic device does not have to be relieved via a pressure relief valve.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abtriebseinheit ist das Widerstandselement ein im Wesentlichen unter Wasser angeordnetes flächiges Element, z. B. eine Klappe oder ein Flügel. Dabei kann auch das unterschiedliche Drehmoment, das durch die Orbitalbahn der Wasserteilchen an das Widerstandselement abgegeben wird, egalisiert werden.In a preferred embodiment of the output unit according to the invention, the resistance element is a substantially submerged planar element, for. B. a flap or a wing. In this case, the different torque, which is delivered by the orbital trajectory of the water particles to the resistive element, can be equalized.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das flächige Element der Wellenenergieanlage fest mit einem Hebelarm der Abtriebseinheit verbunden, wobei die Drehachse zwischen dem flächigen Element und dem Hebelarm angeordnet ist.In a preferred embodiment, the planar element of the wave energy plant is fixedly connected to a lever arm of the output unit, wherein the axis of rotation between the planar element and the lever arm is arranged.
Gemäß einer ersten Variante ist eine Verstellvorrichtung zum Einstellen des Abstandes vorgesehen, die ein Spindeltrieb ist.According to a first variant, an adjusting device for adjusting the distance is provided, which is a spindle drive.
Gemäß einer zweiten Variante ist eine Verstellvorrichtung zum Einstellen des Abstandes vorgesehen, die eine Zahnstange und ein Zahnrad hat. According to a second variant, an adjusting device for adjusting the distance is provided, which has a rack and a gear.
Bei beiden Varianten kann die Verstellvorrichtung einen Elektromotor aufweisen.In both variants, the adjusting device may comprise an electric motor.
Gemäß einer dritten Variante ist der Abstand über einen zweiten Hydraulikzylinder einstellbar. Dieser kann mit dem ersten Hydraulikzylinder des Abtriebs in Druckmittelverbindung stehen und von diesem mit Druckmittel versorgt werden.According to a third variant, the distance is adjustable via a second hydraulic cylinder. This can be in fluid communication with the first hydraulic cylinder of the output and be supplied by this with pressure medium.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat die Verstellvorrichtung vier Koppelelemente – insbesondere Koppelstangen –, die ein verstellbares Parallelogramm bilden.In a preferred embodiment, the adjusting device has four coupling elements - in particular coupling rods - which form an adjustable parallelogram.
Vorzugsweise ist ein Hydromotor vom ersten Hydraulikzylinder über einen hydraulischen Kreislauf antreibbar.Preferably, a hydraulic motor from the first hydraulic cylinder via a hydraulic circuit can be driven.
Dabei wird es bevorzugt, wenn an den hydraulischen Kreislauf ein Hydrospeicher angeschlossen ist. Dieser kann Druckmittelüberschuss speichern und später wieder abgeben, um so z. B. Druckunterschiede auf Grund von unterschiedlichen Drehmomenten während der Schwenkbewegung des flächigen Widerstandselements zu egalisieren. Durch diesen Ausgleich der Druckspitzen ist es möglich einen kleineren Hydromotor als beim Stand der Technik zu verwenden.It is preferred if a hydraulic accumulator is connected to the hydraulic circuit. This can store pressure surplus and release it later, so as to B. pressure differences due to different torques during the pivoting movement of the sheet resistance element to equalize. By this balancing of the pressure peaks, it is possible to use a smaller hydraulic motor than in the prior art.
Bei einer bevorzugten symmetrischen Ausführungsform sind das flächige Element und der Hebelarm in einer mittleren Grundstellung etwa vertikal bzw. senkrecht zu einer geglätteten Oberfläche des Wassers angeordnet. Dabei ist das flächige Element oberhalb des Hebelarms angeordnet. Somit sind die Schwenkwege der verschiedenen Bereiche des flächige Elements optimal an die verschiedenen Orbitalbahnen der entsprechenden Wasserteilchen angepasst, da die Schwenkwege im unteren Bereich des flächigen Elements und die Orbitalbahnen mit zunehmender Wassertiefe kleiner werden.In a preferred symmetrical embodiment, the planar element and the lever arm are arranged in a central basic position approximately vertically or perpendicular to a smoothed surface of the water. In this case, the planar element is arranged above the lever arm. Thus, the pivoting paths of the different areas of the sheet element are optimally adapted to the different orbital paths of the corresponding water particles, since the pivoting paths in the lower region of the sheetlike element and the orbital paths become smaller with increasing water depth.
Abweichend kann die Verbindung der Abtriebseinheit oberhalb des Drehpunkts sein.Deviating, the connection of the output unit may be above the fulcrum.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Abtriebseinheit mit den vorgenannten Merkmalen wird der Abstand des Anlenkpunkts von der Drehachse (gemäß einem ersten Fall) bei abnehmendem Drehmoment des Widerstandselements um die Drehachse verkürzt oder (gemäß einem zweiten Fall) bei zunehmendem Drehmoment des Widerstandselements um die Drehachse verlängert. Damit kann ein weitgehend konstanter Druck vom Hydraulikzylinder erzeugt werden. So kann z. B. eine an den Hydraulikzylinder angeschlossene hydraulische Vorrichtung vorrichtungstechnisch vereinfacht werden, da sie weniger Druck standhalten muss. Oder die Abtriebseinheit hat einen verbesserten Wirkungsgrad, da bei heftigem Wellengang die hydraulische Vorrichtung nicht über ein Druckbegrenzungsventil entlastet werden muss.In the method according to the invention for operating an output unit having the aforementioned features, the distance of the point of articulation from the axis of rotation (according to a first case) is shortened around the axis of rotation with decreasing torque of the resistive element or (according to a second case) with increasing torque of the resistive element about the axis of rotation extended. Thus, a largely constant pressure can be generated by the hydraulic cylinder. So z. B. a device connected to the hydraulic cylinder hydraulic device can be simplified device technology, since it has to withstand less pressure. Or the output unit has improved efficiency, since in heavy waves, the hydraulic device does not have to be relieved via a pressure relief valve.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens nimmt allgemein die Wellenbewegung der Wasseroberfläche und damit des Wassers (gemäß dem ersten Fall) ab oder (gemäß dem zweiten Fall) zu.In a preferred development of the method, the wave movement of the water surface and thus of the water (according to the first case) generally decreases or (according to the second case) increases.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens bewegt sich das Widerstandselement (gemäß dem ersten Fall) von der mittleren Grundstellung weg oder es bewegt sich (gemäß dem zweiten Fall) auf die mittlere Grundstellung zu.In a preferred embodiment of the method, the resistance element moves (according to the first case) away from the average home position or it moves (according to the second case) to the average home position.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:In the following, various embodiments of the invention will be described in detail with reference to FIGS. Show it:
Wasserteilchen, die sich an der Wasseroberfläche
Der Durchmesser der Orbitalbahnen ist an der Wasseroberfläche
Das flächige Element
An einem von der Drehachse
Da sich das flächige Element
Diese Leistung PKlappe wird über den Hebelarm
Erfindungsgemäß ist ein Abstand
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung kann diese Anpassung des Abstandes L2 auch in Abhängigkeit der derzeitigen Wellenstärke und damit der Größe und Geschwindigkeit der Wasserteilchen auf ihren Orbitalbahnen
Es gelten folgende Formeln: vKolben = ωKlappe × L2 und FKolben = MKlappe/L2.The following formulas apply: v piston = ω damper × L2 and F piston = M damper / L2.
Die (nicht näher gezeigte) Verstellvorrichtung zur Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Anlenkpunkten
Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist an ihrem flächigen Element
Am flächigen Element
Offenbart ist Abtriebseinheit – insbesondere für eine Wellenenergieanlage – mit einem ersten Hydraulikzylinder oder mit einem Lineargenerator die an eine von einer oszillierenden Naturkraft – insbesondere Meeresenergie – getriebenen Bewegung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebseinheit eine verstellbare Kinematik hat.Disclosed output unit - in particular for a wave power plant - with a first hydraulic cylinder or with a linear generator which is coupled to one of an oscillating force of nature - especially ocean energy - driven movement, characterized in that the output unit has an adjustable kinematics.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Abtriebseinheit offenbart.Furthermore, a method for operating such an output unit is disclosed.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wasseroberflächewater surface
- 1a1a
- WellenbergWellenberg
- 1c1c
- Wellentaltrough
- 22
- Orbitalbahnorbital path
- 44
- Ausbreitungsrichtungpropagation direction
- 6; 2066; 206
- flächiges Elementflat element
- 8; 2088th; 208
- Drehachseaxis of rotation
- 10; 11010; 110
- Hebelarmlever arm
- 11; 21111; 211
- Anlenkpunktarticulation
- 1212
- Kolbenstangepiston rod
- 1414
- Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
- 14a, 14b14a, 14b
- Anschlussconnection
- 1616
- LanglochLong hole
- 118118
- Parallelogrammparallelogram
- 120120
- Anlenkpunktarticulation
- 122122
- Doppelpfeildouble arrow
- 124124
- Koppelstangecoupling rod
- 110a110a
- Abschnitt des HebelarmsSection of the lever arm
- L2L2
- Abstanddistance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2006/100436 A1 [0004] WO 2006/100436 A1 [0004]
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---|---|---|---|---|
WO2006100436A1 (en) | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Aquamarine Power Limited | Apparatus and control system for generating power from wave energy |
-
2010
- 2010-08-21 DE DE102010035056A patent/DE102010035056A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2006100436A1 (en) | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Aquamarine Power Limited | Apparatus and control system for generating power from wave energy |
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Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |