DE102013005029A1

DE102013005029A1 - Unterwasser-Strömungskraftwerk

Info

Publication number: DE102013005029A1
Application number: DE102013005029.4A
Authority: DE
Inventors: Klaus Sommerkorn
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-09-25
Also published as: WO2014154377A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterwasser-Strömungskraftwerk, umfassend die folgenden Merkmale: – eine Wasserturbine; – einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator; – eine Gondel mit einem Gehäuse zum Aufnehmen von Wasserturbine und Generator; – eine auf dem Gewässerboden stehende Tragkonstruktion; – die Tragkonstruktion sowie die Gondel weisen jeweils ein Teil einer Kupplung zum Zusammenkoppeln dieser beiden auf; – an der Gondel greift mittelbar oder unmittelbar wenigstens ein Zykloidalpropeller zum Erzeugen gerichteter Wasserstrahlen an.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk für den Offshore- oder Onshore-Betrieb, somit in Meeren oder in Flüssen, umfassend als wesentliche Bauteile eine Wasserturbine, einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator sowie eine auf dem Gewässerboden stehende Tragkonstruktion. Turbine und Generator befinden sich in einem torpedoförmigen Gehäuse. Auf DE 10 2013 001 212 sowie DE 10 2012 025 127 wird verwiesen.
Turbine, Generator und Gehäuse bilden die sogenannte Gondel. Diese ist von einer Tragkonstruktion getragen. Diese steht auf dem Gewässerboden, beispielsweise auf dem Meeresboden. Sie kann in den Boden mehrere Meter tief eingelassen sein. Auch gibt es Schwergewichtskonstruktionen, zum Beispiel aus Beton, die kein Anbohren des Bodens verlangen. Die Tragkonstruktion kann aus einem Pfahl bestehen.
Turbine und Generator bedürfen von Zeit zu Zeit der Wartung. Auch außerplanmäßige Reparaturarbeiten sind notwendig. Solche Arbeiten können nicht unter Wasser vorgenommen werden, sondern auf einem Schiff oder an Land. Die Gondel muss somit von der Tragkonstruktion abgekoppelt und auf ein Schiff gehoben werden. Dies geschieht im Allgemeinen mittels eines Schiffskrans sowie mit einer Seilkonstruktion.
Nach Durchführen der genannten Arbeiten muss die Gondel an der Tragkonstruktion wieder angedockt werden. Dieser Vorgang ist weit schwieriger, als das Abnehmen der Gondel von der Tragkonstruktion und deren Hochziehen auf ein Schiff. Werden die Arbeiten an Land vorgenommen, so muss die Gondel wieder an den Ort der Tragkonstruktion verbracht werden. Werden die Arbeiten auf dem Schiff durchgeführt, so muss sichergestellt werden, dass sich die Gondel vor dem Ablassen möglichst genau senkrecht oberhalb der Tragkonstruktion befindet. Diese Grobpositionierung ist wegen der Strömung schwierig, beispielsweise im Meer durch die Tidenströmung, und in einem Fluss durch dessen Strömung. Dabei lässt sich das Schiff wegen der Trägheit seiner großen Masse noch einigermaßen zuverlässig und während einer gewissen Zeitspanne konstant über dem Bereich der Tragkonstruktion halten. Anders sieht es jedoch aus mit der Gondel, sobald diese ins Wasser abgelassen wurde. Sie unterliegt dabei der Strömung im Wasser. Die Strömung ist im Allgemeinen keineswegs konstant, und zwar bezüglich Stärke als auch Richtung. Man muss somit versuchen, die Gondel in die richtige Position zu bringen, das heißt senkrecht oberhalb der Tragkonstruktion, und, was noch schwieriger ist, sie während des Absenkvorganges in dieser Position während einer gewissen Zeitspanne zu halten, damit der Ankoppelvorgang der Gondel an die Tragkonstruktion zuverlässig vorgenommen werden kann. Dieses Ankoppeln kann beispielsweise manuell vorgenommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterwasser-Strömungskraftwerk der genannten Bauart derart zu gestalten, dass die Gondel während des Andockens an. die Tragkonstruktion während des Absenkens über eine ausreichend große Zeitspanne möglichst genau senkrecht zu positionieren, sodass ein Ankoppeln rasch möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Der Erfinder hat erkannt, dass das beste Mittel zum zuverlässigen und leichten Positionieren der Gondel wenigstens zwei Zykloidalpropeller sind. Damit lässt sich die Gondel zentimetergenau feinfühlig positionieren. Bisher hat man bereits versucht, die Gondel mit Strahlpropellern zu positionieren. Jedoch ist die Geschwindigkeit der Nachführung der Strahlpropeller aus technischen Gründen begrenzt.
Es kann auf jeder Längsseite der Gondel ein Strahlpropeller angeordnet werden. die Außenhaut der Gondel kann mit strömungsgünstigen Ausbindungen versehen sein, die die Strahlpropeller umgeben.
Gemäß der Erfindung weisen die Gondel und die Tragkonstruktion jeweils ein Teil einer Kupplung zum Zusammenkoppeln von Gondel und Tragkonstruktion auf. Als besonders effektive Strahlpropeller kommen die bekannten Zykloidalpropeller in Betracht. Siehe zum Beispiel DE 10 2004 020 522 . Ein solcher Propeller umfasst einen Rotor, der eine Anzahl von Flügeln aufweist. Die Flügel führen im Betrieb eine schwingende Bewegung um eine Schwenkachse aus. Die Schwenkachsen der Flügel verlaufen parallel zur Drehachse des Rotors. Zykloidalpropeller wurden bisher nur bei Bugsiertreckern in Häfen angewandt.
Gemäß einer besonders interessanten Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin folgendes vorgesehen: Eine Einrichtung zum Erfassen der Positionen der beiden Kupplungsteile sowie eine zentrale Prozesseinheit (CPU) zum Steuern der Propeller bezüglich Größe und/oder Richtung der von diesem erzeugten Wasserstrahlen in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der Kupplungsteile. Die Einrichtung zum Erfassen der Positionen der beiden Kupplungsteile ist meist eine optische Einrichtung.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 zeigt in einem Teilschnitt zwei Offshore-Energieerzeugungsanlagen eines Offshore-Energieparks.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Offshore-Energieerzeugungsanlage in Seitenansicht auf die Gondel mit einem Bergungsschiff.
3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine Gondel mit ein- und ausschwenkbaren Zykloidalpropellern.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Unterwasser-Strömungskraftwerk mit einem die Energieeinheit ergreifenden Tragrahmen.
5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Gegenstand von 4.
Der in 1 gezeigte Offshore-Energiepark umfasst zwei Strömungskraftwerke gemäß der Erfindung. Die beiden Strömungskraftwerke sind baugleich. Sie umfassen jeweils eine Energieeinheit, umfassend eine Turbine 1 sowie einen Generator, der hier nicht gezeigt ist. Turbine und Generator befinden sich in einer torpedoförmigen Gondel.
Auf dem Meeresboden steht jeweils eine Tragkonstruktion 2. Sie kann im Meeresboden durch Einlassen von Pfählen verankert sein. Sie kann aber auch durch entsprechendes Eigengewicht mit dem Meeresboden genügend fest verbunden sein. Die Tragkonstruktion 2 umfasst einen Turm 2.1 sowie Stäbe 2.2.
Das in 2 gezeigte Strömungskraftwerk umfasst eine torpedoförmige Gondel mit einer Turbine 1 und einem mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator 3. Die Gondel ist auf einer Tragkonstruktion 2 gelagert, ähnlich wie bei 1. Über der Energieerzeugungsanlage befindet sich ein Bergungsschiff 4. Dieses weist einen Ausleger 4.1 mit einem Zugseil 4.2 und einem Lasthaken 4.3 auf. Der Lasthaken 4.3 ist nur stellvertretend für alle anderen möglichen Greiforgane gezeigt. Der Lasthaken 4.3 kann in eine Öse 5.1 an der Gondel 5 eingreifen. Am Lasthaken 4.3 kann ein Tragrahmen angebracht sein, der seinerseits die Gondel 5 ergreift.
Die Gondel 5 ist mit zwei Schuberzeugern 6 ausgestattet. Auf jeder Längsseite befindet sich ein solcher Schuberzeuger jeweils um einen Zykloidalpropeller der oben beschriebenen Art.
Aus 3 erkennt man in einem schematischen Querschnitt durch die Gondel 5 die Anordnung der beiden Zykloidalpropeller 6, 6. Sie können derart gestaltet und angeordnet sein, dass sie aus dem Innenraum der Gondel 5 ausfahrbar und in deren Innenraum auch wieder einfahrbar sind. Auch ein Einklappen ist denkbar. Sie werden somit nur zur Arbeitsleistung, das heißt zum Positionieren ausgefahren, sodass die Strömung um die Gondel herum nicht beeinträchtigt wird.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt einer Gondel 5 mit Tragrahmen 7. Tragrahmen 7 ist über Gurte 7.1 sowie teleskopierbare Stangen 7.2 an den Lasthaken 4.3 gemäß 2 anhängbar. Siehe 5. Die Strahlpropeller 6 können auch am Tragrahmen 7 fixiert werden, zusätzlich zu jenen an der Gondel 5, oder statt dieser.
Bezugszeichenliste

1: Turbine
2: Tragkonstruktion
2.1: Turm
2.2: Stäbe
3: Generator
4: Bergungsschiff
4.1: Ausleger
4.2: Zugseil
4.3: Lasthaken
5: Gondel
5.1: Öse
6: Schuberzeuger
7: Tragrahmen
7.1: Gurt
7.2: Teleskopstäbe

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 102013001212 [0001]
DE 102012025127 [0001]
DE 102004020522 [0009]

Claims

Unterwasser-Strömungskraftwerk, umfassend die folgenden Merkmale: 1.1 eine Wasserturbine; 1.2 einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator (3); 1.3 eine Gondel (5) mit einem Gehäuse zum Aufnehmen von Wasserturbine und Generator (3); 1.4 eine auf dem Gewässerboden stehende Tragkonstruktion (2); 1.5 die Tragkonstruktion (2) sowie die Gondel (5) weisen jeweils ein Teil einer Kupplung zum Zusammenkoppeln dieser beiden auf; 1.6 an der Gondel (5) greift mittelbar oder unmittelbar wenigstens ein Zykloidalpropeller (6) zum Erzeugen gerichteter Wasserstrahlen an.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zykloidalpropeller (6) vorgesehen sind, die auf einander gegenüberliegenden Längsseiten der Gondel (5) angeordnet sind.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 3.1 eine Einrichtung zum Erfassen der Position der beiden Kupplungsteile; 3.2 eine zentrale Prozesseinheit zum Steuern der Zykloidalpropeller (6) bezüglich Größe und/oder Richtung der von ihnen erzeugten Wasserstrahlen in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der Kupplungsteile.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Positionen eine optische Einrichtung ist.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloidalpropeller (6) aus dem Gehäuse ausschwenkbar und in das Gehäuse einziehbar sind.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tragrahmen (7) vorgesehen ist, der einerseits an das Gehäuse und andererseits an die Hubeinrichtung eines Manövrierschiffes (4) ankoppelbar ist.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloidalpropeller (6) an den Tragrahmen angeschlossen sind.