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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Offshore-System zur Erzeugung regenerativer Energie, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung „Offshore-System“ als ein System verstanden werden soll, welches insbesondere in offenen Gewässern angeordnet und somit sowohl Strömungs- als auch Welleneinwirkung ausgesetzt ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Offshore-System, bei welchem synergetische Effekte zwischen Energiegewinnungselementen und energetisch passiven Hilfselementen unterschiedlicher Wirkprinzipien vorteilhaft ausgenutzt werden.
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Stand der Technik
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Offshore-Systeme zur Erzeugung regenerativer Energie werden beispielsweise als sogenannte Windfarmen oder Windparks seit einigen Jahren und in zunehmendem Maße erbaut, um in einem vorgegebenen Bereich, wie zum Beispiel einem küstennahen Meeresabschnitt, Windenergie zu ernten und dabei Synergien zu nutzen, die sich durch die räumlich nahe Anordnung der einzelnen Windenergieanlagen des Windparks ergeben. Hierzu zählen insbesondere geringe zurückzulegende Wege während Wartungsarbeiten an den einzelnen Anlagen sowie verminderte mittlere Längen der die Windenergieanlagen verbindenden Energieleitungen.
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Eine andere Form der Nutzung in Küstennähe anfallender regenerativer Energie bietet die Anordnung sogenannter Wellenkraftwerke oder Strömungskraftwerke. Für die Anordnung der einzelnen Instanzen dieser Kraftwerksfarmen oder -parks gelten im Wesentlichen dieselben Vorteile, wie zuvor in Verbindung mit Windkraftanlagen ausgeführt.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten ist jedoch, dass einerseits zu hohe auftretende Wellen oder Strömungsstärken die vorhandenen Energieerzeuger schädigen können, andererseits zu geringe Wellenhöhen bzw. Strömungsstärken dazu führen, dass die vorgesehenen Energiekonverter unterhalb ihrer Nennleistung betrieben werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schäden an den im Meer (offshore) vorgesehenen Energiekonvertern zu vermindern bzw. zu verhindern sowie die Auslastung der vorgesehenen Energiekonverter zu erhöhen, so dass sich die Betriebskosten rascher amortisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannten Aufgaben durch ein Offshore-System mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Als hydrodynamisch wirkende Hilfselemente seien im Zuge der vorliegenden Erfindung Elemente verstanden, welche zwar einen Einfluss auf die Meeresströmung und/oder den Wellengang haben, jedoch selbst keine elektrische Energie erzeugen. Es kann jedoch vorgesehen sein, mit Hilfe beispielsweise elektrischer Energie die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente in ihren Eigenschaften an eine bestimmte Betriebssituation anzupassen, so dass sie einen anderen Einfluss auf die Meeresströmung bzw. den Wellengang haben. Insbesondere kann hierunter eine Wellenformänderung fallen, durch welche die Höhe und/oder die in den Wellen enthaltenen Frequenzanteile sowie das unter der Oberfläche vorherrschende Strömungsfeld modifiziert werden. Findet auf diese Weise eine Erhöhung oder Abschwächung der Meeresströmung am Ort des Wasserkraftenergiewandlers und/oder eine Erhöhung oder Abschwächung der mittleren Wellenstärke am Ort des Wasserkraftenergiewandlers statt, so sorgt das hydrodynamisch wirkende Hilfselement ohne eigene Energiezugabe dafür, dass in den Wasserkraftenergiewandlern höhere elektrische Leistungen erzeugt werden können bzw. Elemente des Offshore-Systems vor übermäßiger Beanspruchung durch Wasserkraft geschützt werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Offshore-System weiter eine Anpassungseinrichtung zur Aufnahme der elektrischen Energie aus den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern und Windenergieanlagen auf. Die Anpassungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die von den Wasserkraftenergiewandlern oder Windenergieanlagen erzeugte elektrische Energie in eine andere Form von Energie umzuwandeln, um die Sammlung der erzeugten Energien und deren gemeinsame Abfuhr aus dem Offshore-System zu bewerkstelligen. Die Wandlung kann beispielsweise entweder in einer Frequenzanpassung elektrischer Energie bestehen oder aber eine Wandlung der elektrischen Energie in andere Energieformen umfassen. Beispielsweise könnte durch die erzeugten elektrischen Energien in einem Hydrolyseprozess Wasserstoff und Sauerstoff aus Meerwasser erzeugt werden, und beide Fluide flüssig oder gasförmig durch ein Leitungssystem aus dem Offshore-System abgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Pipeline die Fluide an das nahe gelegene Festland leiten. Alternativ kann die Anpassungseinrichtung beispielsweise Verflüssigungseinrichtungen umfassen, um beispielsweise die Fluide in flüssiger Form in im Offshore-System enthaltenen Speichereinrichtungen zu speichern. Um wirtschaftliche Wirkungsgrade der Anpassungseinrichtung zu ermöglichen, ist es insbesondere vorteilhaft, je Offshore-System eine Anpassungseinrichtung vorzusehen. Alternativ kann auch je eine Gruppe von Wasserkraftenergiewandlern und/oder Windenergieanlagen eine separate Anpassungseinrichtung aufweisen.
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Weiter bevorzugt sind die elektrischen Wasserkraftenergiewandler und/oder die Windenergieanlagen und/oder die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente eingerichtet, ihre Position zu verändern. Indem die Elemente veränderbare Positionen einnehmen können, bietet sich die Möglichkeit, Strömungsverhältnisse an den Wasserkraftenergiewandlern gezielt zu beeinflussen. Sofern es sich bei den Wasserkraftenergiewandlern um Wellenenergieanlagen handelt, bietet sich zudem die Möglichkeit, die Wellenhöhe dadurch zu beeinflussen, dass die Positionen der Wasserkraftenergiewandler zu den anderen Elementen des Offshore-Systems so verändert werden, dass sich Interferenzmuster der Wellen günstig auf die an den Wasserkraftenergiewandlern anliegenden Wellenenergien auswirken oder die Belastung z.B. der Struktur der Windenergieanlagen verringern. Insbesondere kann auch eine gezielte Abschaltung und/oder eine Defokussierung oder Fokussierung der Hilfselemente erfolgen, so dass sich eine günstige Auswirkung auf die an den Wasserkraftenergiewandlern anliegenden Wellenenergien ergibt, also die umgewandelte Energie ein Maximum annimmt oder die Belastung z.B. der Struktur der Windenergieanlagen verringert wird. Eine Veränderung der Positionen der Elemente des Offshore-Systems (als Elemente des Offshore-Systems seien die elektrischen Wasserkraftenergiewandler, die Windenergieanlagen sowie die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente verstanden) kann auch durch Kraftwirkungen gegenüber Verankerungen im Meeresboden und/oder durch Wasserkraftschub bewerkstelligt werden. Beispielsweise können Seilzugsysteme zwischen den Elementen für eine exakte und dauerhafte Veränderung ihrer Position zueinander vorgesehen werden und die Seile durch elektromotorisch angetriebene Winden bedarfsweise verkürzt bzw. verlängert werden.
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Vorzugsweise sind die Windenergieanlagen und/oder die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente und/oder die Wasserkraft-Energiewandler eingerichtet, ihre hydrodynamischen Eigenschaften zu verändern. Die hydrodynamischen Eigenschaften der Windenergieanlagen können beispielsweise durch statische Flügel und/oder Klappen an den (submarinen) Bereichen der unterhalb der Wasseroberfläche befindlichen Turmsegmente und/oder Fundamentteile verändert werden. Die hydrodynamischen Eigenschaften der hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente können ebenfalls durch Klappen und/oder Flügel sowie die Ausrichtung der hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente im Ganzen verändert werden. Werden die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente nahe der Wasserkraftenergiewandler angeordnet, können durch sie künstliche Untiefen erzeugt werden, über welchen einerseits erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten des Meerwassers, andererseits erhöhte Wellengänge entstehen können. Als Aktuatoren für die Veränderung der hydrodynamischen Eigenschaften bieten sich hierbei insbesondere hydraulische sowie elektromotorische Aktuatoren an. Die hydrodynamischen Eigenschaften der Wasserkraft-Energiewandler können beispielsweise durch Veränderung von Flügel-, Gelenk- und/oder Klappenstellung der Rotoren und/oder Statoren oder auch das Abschalten und Festbremsen oder Leerlaufenlassen verändert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Windenergieanlagen und/oder die elektrischen Wasserkraftenergiewandler und/oder die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente schwimmend gelagert sein. Eine solche schwimmende Lagerung basiert im Wesentlichen auf bekannten Schwimmkörpern oder sogenannten Pontons. Diese gewährleisten einerseits eine flexible Anordnung des Offshore-Systems im Ganzen und insbesondere auch eine hohe Flexibilität zur Veränderung der Positionen sowie des Abstandes der Elemente des Offshore-Systems zueinander.
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Weiter bevorzugt sind die elektrischen Wasserkraftenergiewandler und die Windenergieanlagen derart zueinander angeordnet, dass sich die auf die elektrischen Wasserkraftenergiewandler einfallenden Meereswellen entweder konstruktiv oder destruktiv überlagern, wobei im Falle geringen Wellenganges die elektrischen Wasserkraftenergiewandler ein höheres Maß elektrischer Energie bereitstellen können, wohingegen im Falle besonders hohen Wellenganges, beispielsweise durch eine Sturmflut, an den Orten der Windenergieanlagen ein geringerer Wellengang die Struktur der Windenergieanlagen beansprucht, mit anderen Worten die Windenergieanlagen geschützt werden.
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Alternativ können auch die elektrischen Wasserkraftenergiewandler und die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente so zueinander angeordnet sein, dass sich die auf die elektrischen Wasserkraftenergiewandler einfallenden Meereswellen konstruktiv überlagern und/oder die auf die Windenergieanlagen einfallenden Meereswellen destruktiv überlagern. Für den Fall, dass sowohl Windenergieanlagen als auch hydrodynamisch wirkende Elemente in dem Offshore-System vorgesehen sind, kann die räumliche Zuordnung aller drei Elementtypen entsprechend einer günstigen Interferenz der Meereswellen gewählt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente nicht notwendigerweise separate Einrichtungen darstellen müssen, sondern auch als integrierte Elemente in den submarinen Bereichen der Windenergieanlagen vorgesehen sein können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Offshore-System weiter Sensoren zur Erfassung von Eigenschaften des Seewassers, wie zum Beispiel Meeresströmung und/oder Welleneigenschaften, z.B. Wellenlänge, Wellenhöhe, Wellengeschwindigkeit. Die Sensoren können sowohl an den Elementen des Offshore-Systems als auch zwischen diesen im Gebiet des Offshore-Systems angeordnet sein. Die Sensoren können zum Erfassen verschiedener Messgrößen vorgesehen sein wie z.B. der (Wasser-)Druck an verschiedenen Punkten der unterseeischen Strukturen sowie insbesondere aus (Wasser-)Wechseldrücken resultierende Kraftwirkungen, Momente, Beschleunigungen, Auslenkungen (Schwingungsamplituden und -formen) an den Oberflächen sowie in den Strukturen der Elemente. Aus diesen Größen kann beispielsweise eine bedrohliche Betriebssituation erkannt werden und eine gezielte Ansteuerung der Elemente des Offshore-Systems als Gegenmaßnahme erfolgen. Weiter umfasst das Ausführungsbeispiel eine Steuerungseinrichtung zum Auswerten der Sensorsignale sowie der von den Wasserkraftenergiewandlern abgegebenen elektrischen Leistungen. Die Sensoren können entweder drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuerungseinrichtung verbunden sein. Die von den Wasserkraftenergiewandlern abgegebenen elektrischen Leistungen können beispielsweise direkt von an den elektrischen Generatoren vorgesehenen Signalisierungseinrichtungen an die Steuerungseinrichtung weitergeleitet werden. Auch diese Signalisierung kann entweder drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Steuerungseinrichtung ist weiter eingerichtet, die Sensorsignale sowie die von den Wasserkraftenergiewandlern abgegebenen elektrischen Leistungen auszuwerten und die elektrischen Wasserkraftenergiewandler und/oder die elektrischen Windenergieanlagen und/oder die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente entsprechend anzusteuern. Somit kann die Steuerungseinrichtung dafür sorgen, dass ein geänderter Betriebszustand der Elemente des Offshore-Systems, beispielsweise aufgrund eines sich verändernden Meereswellenbildes, als ein Trigger für die Änderung der hydrodynamischen Eigenschaften der Elemente des Offshore-Systems verwenden lässt. Auch können die Positionen der Elemente des Offshore-Systems im Ansprechen auf einen geänderten Betriebszustand dieser Elemente und/oder eines geänderten Meereswellenbildes verändert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Offshore-Systems mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst dabei den Schritt eines Erfassens der von den elektrischen Wasserkraft-Energiewandlern abgegebenen elektrischen Leistungen. Auch kann ein Erfassen weiterer Messgrößen vorgesehen sein wie z.B. der (Wasser-)Druck an verschiedenen Punkten der unterseeischen Strukturen sowie insbesondere aus (Wasser-)Wechseldrücken resultierende Kraftwirkungen, Momente, Beschleunigungen, Auslenkungen (Schwingungsamplituden und -formen) an den Oberflächen sowie in den Strukturen der Elemente. Aus diesen Größen kann beispielsweise eine bedrohliche Betriebssituation erkannt werden und eine gezielte Ansteuerung der Elemente des Offshore-Systems als Gegenmaßnahme erfolgen. Weiter umfasst das Verfahren den Schritt eines Ermittelns einer Veränderung in der von den elektrischen Wasserkraft-Energiewandlern abgegebenen elektrischen Leistungen über der Zeit. Im Ansprechen hierauf werden die elektrischen Wasserkraft-Energiewandler und/oder die elektrischen Windenergieanlagen und/oder die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente angesteuert, um die abgegebenen elektrischen Leistungen zu erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiter das Erfassen von Eigenschaften des Seewassers, wie zum Beispiel der Strömung und/oder der Welleneigenschaften. Im Ansprechen auf eine veränderte Meereswellenlänge und/oder Meeresströmung wird der Abstand der elektrischen Wasserkraftenergiewandler und/oder der elektrischen Windenergieanlagen und/oder der hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente voneinander optimiert. Dies kann beispielsweise darin bestehen, dass eine stark erhöhte Meeresströmung und/oder eine stark erhöhte Wellenbildung als Sturm erkannt werden und einerseits die hydrodynamischen Eigenschaften der Elemente des Offshore-Systems so verändert werden, dass auf die Elemente selbst möglichst wenig Energie einwirkt, andererseits die Elemente die Meeresströmung und/oder Meereswellenbildung derartig beeinflussen, dass auf andere Elemente des Offshore-Systems möglichst wenig Energie einfällt. Andererseits kann der Abstand der Elemente des Offshore-Systems dahingehend optimiert werden, dass im Falle geringer Meeresströmung und/oder geringer Wellenbildung ein erhöhtes Maß an Energie auf die elektrischen Energieerzeuger (Wasserkraftenergiewandler) einwirkt. Insbesondere das Optimieren des Abstandes der Elemente des Offshore-Systems hinsichtlich des Wellenbildes kann dabei nach an sich bekannten Gesetzmäßigkeiten der Welleninterferenz durch Beugung und/oder Reflexion am Gitter bzw. am Spalt erfolgen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Computerprogrammcode, enthaltend Programmcode, der, wenn er auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, das vorgenannte Verfahren zum Betrieb eines Offshore-Systems auszuführen. Hierbei kann das Computerprogrammprodukt entweder auf einem Speichermedium (CD, USB-Speicherstick o.Ä.) oder als Signalfolge existieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Offshore-System mit Wasserkraftenergiewandkern und Windenergieanlagen und sich in ihrer Nachbarschaft ausbildende Strömungsverhältnisse;
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2 einen Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung aus einem hydrodynamisch wirkenden Hilfselement und einem elektrischen Wasserkraftenergiewandler;
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3 einen Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Strömungsenergiekonverter und einem elektrischen Wasserkraftenergiewandler;
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4 einen Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung umfassend hydrodynamisch wirkende Hilfselemente und einen elektrischen Wasserkraftenergiewandler;
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5 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung aus Windenergieanlagen, elektrischen Wasserkraftenergiewandlern und einer Anpassungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Flussdiagramm veranschaulichend die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Offshore-Systems.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Anordnung von Windenergieanlagen 3. Die Windenergieanlagen 3 sind als sogenannter Offshore-Windpark angeordnet, wobei sich durch ihre submarinen Turmsegmente und/oder ihre Fundamente eine Veränderung der Meeresströmung entsprechend der Strömungslinien 10 ergibt. In dem gestrichelt hervorgehobenen Bereich nahe der Windenergieanlagen 3 führt die Umströmung der Windenergieanlagen 3 zu erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten, was durch eine Drängung der Strömungslinien 10 veranschaulicht wird. Die Fundamente der Windenergieanlagen 3 dienen dabei als hydrodynamisch wirkende Hilfselemente, welche Meereswellen und/oder Meeresströmungen gezielt beeinflussen. Im gestrichelt hervorgehobenen Bereich trägt das Wasser somit eine höhere spezifische kinetische Energie, weshalb dieser Bereich für die Anordnung von Wasserkraftenergiewandler 30, z.B. Gezeitenkraftwerken, Strömungsenergiekonvertern und dergleichen, zu bevorzugen ist. Zudem ergibt sich beim elektrischen Anschluss der Windenergieanlagen 3 und der elektrischen Wasserkraftenergiewandler 30 an das elektrische Netz der Vorteil, dass die mittlere Kabellänge zwischen den Elementen kürzer ausfüllt und somit Kosten gespart werden.
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2 zeigt einen Wellenenergiekonverter 6 an der Meeresoberfläche O. Unterhalb des Wellenenergiekonverters 6 ist ein verstellbares Element 7 als hydrodynamisch wirkendes Hilfselement auf dem Meeresboden B angeordnet. Das verstellbare Element 7 besteht im Wesentlichen aus einer schwenkbar gelagerten Platte, die entsprechend der dargestellten Pfeilrichtung gegen die Meeresströmung gestellt werden kann, wobei sich die dargestellten Strömungslinien 10 ausbilden. Mit anderen Worten stellt das verstellbare Element 7 eine künstliche Untiefe für die Meeresströmung dar, wodurch sich oberhalb des verstellbaren Elementes 7 höhere Wellen ausbilden und den Wellenenergiekonverter 6 mit mehr Energie versorgen. Dabei kann das verstellbare Element 7 zwar beispielsweise mittels elektrischer Aktuatoren gegen die Strömung gestellt werden, fügt dem Meereswasser bzw. der Meeresströmung jedoch selbst keine kinetische Energie hinzu. Seine Wirkung beschränkt sich darauf, vorhandene Energie im Meereswasser in eine Energieform zu transformieren, die von einem separat vorgesehenen elektrischen Wasserkraftenergiewandler in elektrische Energie gewandelt werden kann. In der dargestellten Anordnung sorgt das verstellbare Element 7 für eine höhere mittlere Wellenhöhe am Ort des Wellenenergiekonverters 6.
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3 zeigt eine gegenüber 2 dahingehend veränderte Anordnung, dass das verstellbare Element 7 durch einen Strömungsenergiekonverter 8 ersetzt wurde. Der Strömungsenergiekonverter 8 ist auf dem Meeresboden befestigt, und wandelt Meeresströmung nach Art eines Gezeitenkraftwerkes mittels einer Turbine in elektrische Energie um. Darüber hinaus bedeutet das Anordnen des Strömungsenergiekonverters 8 unterhalb des Wellenenergiekonverters 6 jedoch auch eine künstliche Untiefe des Meeres, welche bekanntermaßen den Wellengang beeinflusst und die mittlere Wellenhöhe lokal erhöht. Somit kann der dargestellte Wellenenergiekonverter 6 ein erhöhtes Maß an elektrischer Energie aus der Meereswellenkraft erzeugen.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung passiver Elemente 9, die als hydrodynamisch wirkende Hilfselemente 4 für einen erhöhten Wellengang am Aufstellort eines Wellenenergiekonverters 6 sorgen. Die beiden dargestellten passiven Elemente 9 bestehen aus (im Bild nach rechts) aufeinander zulaufenden Wällen bzw. Mauern. Durch diese Anordnung wird Wellen- und Strömungsenergie am Aufstellort des Wellenenergiekonverters 6 konzentriert, wodurch dieser mehr elektrische Energie aus Wasserkraft wandeln kann. Gestrichelt dargestellt ist die Höhe mittlerer Wellenspitzen h, wie sie ohne die passiven Elemente 9 am Ort des Wellenenergiekonverters 6 vorläge. Strichpunktiert dargestellt ist dem gegenüber die Höhe modifizierter Wellenspitzen H, wie sie aufgrund der Anordnung der passiven Elemente 9 vorliegt. Ein Vorteil der dargestellten Anordnung liegt somit darin, dass weitgehend wartungsfreie passive Elemente 9 die energetische Ausbeute eines Wellenenergiekonverters 6 deutlich verbessern.
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5 zeigt eine schematische Anordnung von Windenergieanlagen 3 und elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 eines Offshore-Systems 1 in Draufsicht. Pfeile deuten an, dass die Windenergieanlagen 3 schwimmend gelagert sind und ihre Positionen sowohl zueinander als auch in Relation zu den dargestellten elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 verändern können. Eine Anpassungseinrichtung 5 ist vorgesehen, über Energieleitungen 11 die in den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 und die in den Windenergieanlagen 3 erzeugten elektrischen Leistungen einzusammeln, zusammenzufassen und über eine Landleitung 12 in ein angeschlossenes (nicht dargestelltes) Energienetz abzuleiten. Die Anpassungseinrichtung 5 kann hierbei im einfachsten Fall einen elektrischen Knotenpunkt darstellen, kann jedoch auch elektrische Energiekonverter, wie beispielsweise Frequenzwandler und Transformatoren, umfassen, um eine Kombination verschiedener elektrischer Energieformen überhaupt erst zu ermöglichen. Zusätzlich ist ein elektrochemischer Energiekonverter im Gehäuse der Anpassungseinrichtung 5 vorzusehen. Dieser umfasst eine Hydrolyseeinrichtung mit anschließender Verflüssigungs- und Speichereinrichtung. Über eine Pipeline als Landleitung 12 werden die Fluide der Weiterverarbeitung bzw. dem Verbraucher zugeführt. Alternativ oder zusätzlich könnten im Anschluss an die Anpassungseinrichtung 5 vorgesehene Energiespeicher in regelmäßigen Abständen durch Transportschiffe geleert und die Energie dem Verbraucher in Form von Brennstoff oder chemisch gespeicherter elektrischer Energie (Akkumulator) zugeführt werden.
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Zur gezielten Anpassung des Abstandes d der Windenergieanlagen 3 voneinander sowie des Abstandes D der Windenergieanlagen 3 von den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 sind weiter Sensoren 13 vorgesehen, mit welchen das Wellenbild im Bereich des Offshore-Systems 1 aufgenommen wird. Die Sensoren 13 sind durch Signalleitungen mit einer (nicht separat dargestellten) Steuerungseinrichtung im Gehäuse der Anpassungseinrichtung 5 verbunden. Die Sensoren 13 ermitteln die Energie sowie die Frequenz und die mittlere Wellenlänge des im Bereich des Offshore-Systems vorherrschenden Wellengangs und leiten entsprechende Signale an die Steuerungseinrichtung weiter, welche die Sensorsignale auswertet und Veränderungen über der Zeit feststellt. Als weitere Eingangsgrößen liegen der Steuerungseinrichtung auch die elektrischen Leistungen der Windenergieanlagen 3 sowie der elektrischen Wasserkraftenergiewandler 2 vor. Auch aus diesen ermittelt die Steuerungseinrichtung etwaige Abweichungen in der Leistungsbilanz der Elemente über der Zeit. Sinkt im Ansprechen auf eine veränderte mittlere Wellenlänge die elektrische Leistungsabgabe der elektrischen Wasserkraftenergiewandler 2, veranlasst die Steuerungseinrichtung die Elemente des Offshore-Systems 1, ihre Positionen zu verändern. Hierbei kann sie sowohl den Abstand d der Windenergieanlagen voneinander als auch den Abstand D der Windenergieanlagen 3 von den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 verändern. Eine Veränderung des Abstandes der Elemente voneinander bewirkt dabei eine Veränderung im Interferenzmuster des Wellenbildes und kann somit gezielt eingesetzt werden, um den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 mehr Wellenenergie zuzuführen.
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Im Falle eines stark überhöhten Wellenaufkommens, beispielsweise im Zuge eines Sturms, können die Positionen der Windenergieanlagen 3 und/ oder die Positionen der Wasserkraftenergiewandler 2 derart verändert werden, dass die elektrischen Wasserkraftenergiewandler 2 für ein Interferenzmuster sorgen, bei welchem die Windenergieanlagen 3 jeweils in einem Bereich liegen, in welchem die Interferenzmuster geringe mittlere Wellenhöhen aufweisen. Somit werden die Windenergieanlagen 3 vor Sturmschäden geschützt.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm mit den Schritten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Offshore-Systems 1. In Schritt 100 werden Messgrößen des Wellenganges mittels der Sensoren 13 erfasst und Messgrößen für die in den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 erzeugten elektrischen Leitungen ermittelt.
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In Schritt 200 wird ein Vergleich der erfassten Messgrößen mit zurückliegend gespeicherten Messgrößen durchgeführt und daraus ermittelt, ob eine Anpassung der Stellgrößen für die Windenergieanlagen 3, die elektrischen Wasserkraftenergiewandler 2 und die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente 4 die Energieausbeute an den elektrischen Wasserkraftenergiewandlern 2 positiv beeinflussen würde. In Schritt 200 können hierzu in einem Speicher hinterlegte Datensätze repräsentierend die zu erwartenden Interferenzmuster der Meereswellen als Funktion der Meereswellenlänge sowie des Abstandes d sowie des Abstandes D abgerufen werden. Ebenso können Schwellwerte für die Klassifikation einer Wettersituation als Sturm bzw. allgemein als anormaler Betriebszustand, abgerufen und mit den gemessenen Messgrößen verglichen werden.
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In Schritt 300 findet die Parameterfestlegung für die Anpassung der Elemente des Offshore-Systems 1 zur Optimierung des Betriebsverhaltens statt. Basierend auf dem Vergleich 200 werden erforderliche Stellgrößen ermittelt, aufgrund welcher die hydrodynamisch wirkenden Hilfselemente 4, die Windenergieanlagen 3 sowie die elektrischen Wasserkraftenergiewandler 2 zueinander angeordnet und/oder in ihren hydrodynamischen Eigenschaften verändert werden.
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In Schritt 400 erfolgt die Anpassung der Elemente des Offshore-Systems 1 aufgrund der in Schritt 300 erfolgten Parameterfestlegung. Über Aktuatoren (beispielsweise mittels Seilzügen) werden die hydrodynamischen Eigenschaften der Elemente und/oder ihr Abstand voneinander angepasst und somit das Welleninterferenzmuster modifiziert. Für den Fall, dass die so modifizierte Konfiguration des Offshore-Systems 1 mehr Energie als zuvor erzeugt, wird dies erneut in Schritt 100 im Zuge einer darauf folgenden Messgrößenerfassung erkannt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren als selbstlernender Prozess ausgeführt werden kann, indem ein Mikroprozessor die Vergleichswerte zeitlich aufeinanderfolgend erfasster Messgrößen mit den daraufhin ermittelten Parametern zur Veränderung der Konfiguration des Offshore-Systems 1 überprüft und Parametersätze erfolgreicher Regelungsvorgänge in einem Datenspeicher ablegt. Für den Fall, dass eine Änderung der erfassten Messgrößen zu einem früheren Zeitpunkt bereits erfolgreich durch das System korrigiert worden ist, können in Schritt 300 aus dem Speicher abgerufene Werte als Ausgangspunkt bzw. zur Plausibilisierung einer erneut vorgenommenen Parameterfestlegung verwendet werden.
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Die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung. Die veranschaulichten Merkmale der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich zwischen den gezeigten Ausführungsbeispielen ausgetauscht und/oder umeinander ergänzt werden. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie er ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, wird durch die diskutierten Ausführungsbeispiele nicht begrenzt.
