-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wellenenergieanlage zur Umwandlung von Energie aus einer Wellenbewegung eines Fluids in eine andere Energieform, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie einen Wellenenergieanlage.
-
Stand der Technik
-
Wellenenergieanlagen (auch als Wellenenergiekonverter oder Wellenkraftwerke bezeichnet) wandeln die Energie von Meereswellen in eine andere Energieform, z.B. zur Gewinnung elektrischen Stromes. Neuere Konstruktionsansätze verwenden dabei rotierende Einheiten (Rotoren), die die Wellenbewegung in ein Drehmoment wandeln. Diese können einen oder mehrere Hebelarme mit daran befestigten Kopplungskörpern aufweisen. Hydrodynamische Auftriebskörper (d.h. Körper, die bei Umströmung einen Auftrieb erzeugen, wie zum Beispiel Auftriebsprofile und/oder Flettner-Rotoren mit Nutzung des Magnus-Effekts) können als Kopplungskörper zum Einsatz kommen, mittels derer aus der anströmenden Welle Auftriebskräfte und durch die Anordnung der Kopplungskörper an dem Hebelarm ein Drehmoment erzeugt wird, das in eine Rotationsbewegung des Hebelarms um eine Rotordrehachse umsetzbar ist. Durch eine überlagerte Anströmung aus der Orbitalströmung der Wellenbewegung und der Eigendrehung des Rotors ergeben sich Auftriebskräfte an den Kopplungskörpern, wodurch ein Drehmoment in den Rotor eingeleitet wird. Beispielsweise aus der
DE 10 2011 105 177 A1 ist ein Anlagenkonzept bekannt, bei dem der Auftrieb eines umströmten Auftriebskörpers in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird.
-
Der Rotor mit seinen Kopplungskörpern soll vorteilhafterweise weitgehend wellensynchron, d.h. mit einer mittleren Drehgeschwindigkeit, die der der Wellenorbitalbewegung entspricht oder proportional hierzu ist, orbitieren. Entspricht beispielsweise die Rotationsfrequenz des Rotors der Wellenfrequenz, ergeben sich weitgehend stationäre Anströmbedingungen an den Kopplungskörpern, die zu einem weitgehend kontinuierlichen Drehmoment an der Rotorwelle führen. Dieses kann direkt in einen Generator gespeist werden. Übermäßige mechanische Belastungen und/oder Ungleichmäßigkeiten in der Ausgangsleistung der Wellenenergieanlage werden hierdurch vermieden.
-
Insbesondere im offenen Meer existieren jedoch sehr unterschiedliche Wellenzustände. Hierzu gehören neben sogenannten Altseen, bei denen die Wellen sehr regelmäßig auftreten, auch Wellenzustände, bei denen sich die Wellencharakteristik durch Überlagerung verschiedener Wellen kontinuierlich ändert. Der erste Wellenzustand wird im Rahmen dieser Anmeldung als "monochromatisch", der zweite Wellenzustand als "multichromatisch" bezeichnet. Vollständig monochromatische Wellenzustände kommen in der Natur kaum vor, so dass unter den Begriff "monochromatisch" auch Wellen mit einer gewissen, jedoch geringen, Multichromatik fallen.
-
Wenngleich sich die Wellenzustände in der Regel nicht schlagartig ändern und zudem relativ gut prädizierbar sind, kann in der Praxis die Rotationsgeschwindigkeit eines entsprechenden Rotors häufig nicht hinreichend rasch angepasst werden. Dies gilt insbesondere für multichromatische Wellenzustände. In der
DE 10 2012 012 096.6 wird daher eine Synchronität nur im zeitlichen Mittel pro Umdrehung gefordert. Auch diese Betriebsart liefert jedoch in realen Gewässern, insbesondere im Meer, nicht in allen Situationen optimale Ergebnisse.
-
Die Erfindung will den Betrieb von gattungsgemäßen Wellenenergieanlagen bei multichromatischen Wellenzuständen verbessern.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Wellenenergieanlage zur Umwandlung von Energie aus einer Wellenbewegung eines Fluids in eine andere Energieform, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie ein Wellenenergieanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die Erfindung schafft die Möglichkeit, eine Wellenenergieanlage mit einer möglichst hohen Energieausbeute zu betreiben. Dies wird erreicht, indem von einem im Wesentlichen synchronen ersten Betriebsmodus (d.h. Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entspricht im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung der Orbitalgeschwindigkeit der Wellenbewegung) in einen asynchronen zweiten Betriebsmodus (d.h. Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entspricht im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung nicht der Orbitalgeschwindigkeit der Wellenbewegung) gewechselt wird, wenn eine eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe (z.B. Wellenhöhe oder Strömungsgeschwindigkeit selbst) am Ort der Wellenenergieanlage einen unteren Schwellwert unterschreitet.
-
In multichromatischen Wellen (auch irreguläre Welle genannt) kann es zu einem plötzlichen Umspringen der welleninduzierten Orbitalströmung kommen, da es Zeitpunkte gibt, an denen die Strömung nahezu verschwindet. Für solche Fälle ist es energetisch außerordentlich ungünstig, den Rotor diesen Sprüngen nachzuführen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in solchen Situationen verschwindend gering, weshalb ein Energiegewinn aufgrund von hydrodynamischen Verlusten meist ohnehin nicht gegeben ist. Diese Erfindung stellt eine Lösung vor, mit der sich auch in multichromatischen Wellen mit der Wellenenergieanlage effektiv Energie gewinnen lässt.
-
Durch die Erfindung wird ein energetisch sinnvoller Betrieb einer Wellenenergieanlage in multichromatischen Wellen ermöglicht. Dazu wird auf Grundlage der Strömungsinformation, welche durch geeignete Sensorik direkt oder indirekt gewonnen werden kann, entschieden, ob es zum aktuellen Zeitpunkt im Hinblick auf die hydrodynamischen Verluste energetisch sinnvoll ist, den Rotor aktiv der Strömungsrichtung nachzuführen (d.h. im ersten Betriebsmodus zu betreiben) oder nicht (d.h. im zweiten Betriebsmodus zu betreiben). Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung findet in den Betriebsmodi auch eine geeignete Vorgabe eines die Stärke der Kopplung beeinflussenden Verstellparameters (z.B. eines Pitchwinkels bei Strömungskörpern oder einer Eigenrotationsgeschwindigkeit bei Flettnerrotoren) von hydrodynamischen Kopplungskörpern statt.
-
Im Meer auftretende Wellen bestehen gemäß linearer Wellentheorie zum Großteil aus mehreren Frequenzkomponenten. Diese Komponenten überlagert ergeben ein mehr oder weniger regelmäßiges Wellenfeld mit bestimmten Wellenhöhen (siehe 3). Durch die zugrundeliegende Wellenmechanik ist bekannt, dass es bei kleiner Wellenhöhe auch nur eine Strömung mit geringer Geschwindigkeit darunter gibt. Abhängig von dieser Strömungsgeschwindigkeit ist es nun energetisch nicht immer sinnvoll, auf einer synchronen Bewegung des Rotors mit der Orbitalbewegung zu bestehen, da es zu häufigen kleinen Umkehrungen in der Wellenhöhe kommt, die sich als Sprünge im Verlauf der Strömungsrichtung darstellen.
-
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Wellenenergieanlage, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
-
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Figurenbeschreibung
-
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wellenenergieanlage in perspektivischer Ansicht.
-
2 zeigt die Wellenenergieanlage gemäß 1 in einer Seitenansicht und veranschaulicht den Pitchwinkel αP und den Phasenwinkel Δ zwischen Rotor und Orbitalströmung.
-
3 zeigt eine Abhängigkeit einer Wellenhöhe von der Zeit für eine multichromatische Welle aus zwei Frequenzen.
-
4–7 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten für die Steuerung der Drehwinkelstellung des Rotors über der Zeit für Situationen mit zu geringer Strömungsgeschwindigkeit.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
-
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben. Auf eine wiederholte Erläuterung wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
-
Die vorgestellte Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von rotierenden Anlagen zur Gewinnung von Energie aus bewegten Fluiden, beispielsweise aus dem Meer. Das Funktionsprinzip solcher Anlagen wird im Folgenden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert.
-
1 zeigt eine Wellenenergieanlage 1 mit einer Rotorbasis 2, einem Gehäuse 7 und vier jeweils über Hebelarme 4 an der Rotorbasis 2 befestigte Kopplungskörper 3. Die Wellenenergieanlage 1 ist zum Betrieb unterhalb der Wasseroberfläche eines welligen Gewässers – beispielsweise eines Ozeans – vorgesehen. Die Kopplungskörper 3 sind im gezeigten Beispiel profiliert ausgeführt, können jedoch ebenso als Flettner-Rotoren, d.h. Zylinder mit zusätzlich Eigenrotation, ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise steht für jeden der Kopplungskörper 3 eine Verstelleinrichtung 5 mit mindestens einem Freiheitsgrad zur Verfügung, um die Ausrichtung (z.B. "Pitchwinkel", d.h. der Winkel zwischen Profilsehne und Tangentialgeschwindigkeit) des jeweiligen Kopplungskörpers zu verändern und damit die Wechselwirkung zwischen Fluid und Kopplungskörper zu beeinflussen. Der Freiheitsgrad der Verstelleinrichtungen wird hier durch Verstellparameter (Pitchwinkel) beschrieben. Alternativ kann im Fall von Flettnerrotoren als Kopplungskörper auch die Rotationsgeschwindigkeit der Flettnerrotoren angepasst werden. Bei den Verstelleinrichtungen handelt es sich vorzugsweise um hydraulische (oder elektromotorische oder pneumatische) Verstelleinrichtungen. Vorzugsweise steht auch eine Sensorik 6 zum Erfassen der aktuellen Verstellung bereit. Die Komponenten 2, 3, 4, 5, 6 sind Bestandteile eines Rotors 11, welcher um eine Rotordrehachse x rotiert.
-
Das Gehäuse 7 ist Bestandteil eines Rahmens 12. Der Rotor 11 ist relativ zum Rahmen 12 drehbar gelagert. Der Rahmen 12 ist im gezeigten Beispiel drehfest mit einem Ständer eines direktgetriebenen Generators zur Stromerzeugung verbunden, der Rotor 11 (hier die Rotorbasis 2) ist drehfest mit einem Läufer dieses direktgetriebenen Generators verbunden. Es kann ebenso ein Getriebe oder ein hydrostatischer Triebstrang zwischen Rotorbasis und Generatorläufer vorgesehen sein. Eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, ist innerhalb des Gehäuses 7 angeordnet und dient zur Steuerung des Betriebs der Wellenenergieanlage 1. Nicht dargestellt ist eine vorgesehene Befestigung der Wellenenergieanlage 1 am Meeresgrund, die beispielsweise durch ein Mooringsystem, insbesondere ein Monopile, erfolgen kann.
-
2 zeigt eine Seitenansicht der Anlage mit um 90° zu der in 1 gezeigten Stellung verdrehten Hebelarmen. Die Verstellparameter sind als Pitchwinkel αP,i zwischen der Profilsehne der Kopplungskörper 3 und der Tangente (mit einem Pfeil dargestellt) an der Kreisbahn durch den Aufhängepunkt (Drehpunkt) der Kopplungskörper erkennbar. Vorzugsweise sind die Kopplungskörper 3 an ihrem Druckpunkt aufgehängt, um im Betrieb auftretende Rotationsmomente auf die Kopplungskörper und damit die Anforderungen an die Halterung und/oder die Verstelleinrichtungen zu reduzieren.
-
Die Darstellung der Kopplungskörper in 2 und in den weiteren Figuren erfolgt nur beispielhaft zur Definition der unterschiedlichen Maschinenparameter. Zusätzlich kann auch eine Krümmung der Kopplungskörper an die Kreisbahn vorteilhaft sein.
-
Der Wellenenergieanlage 1 ist von einem Strömungsvektorfeld v → umgeben. Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Anströmung um die Orbitalströmung von Meereswellen, deren Richtung sich kontinuierlich ändert, handelt. Im dargestellten Fall ist die Drehung der Orbitalströmung entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert, die dazugehörige Welle breitet sich also von rechts nach links aus. Im monochromatischen Fall ändert sich die Anströmungsrichtung an der Rotordrehachse (x in 1) dabei mit der Winkelgeschwindigkeit Ω = 2πf = const., wobei f die Frequenz der monochromatischen Welle darstellt. In multichromatischen Wellen unterliegt Ω dagegen einer zeitlichen Änderung, Ω = f(t), da die Frequenz f eine Funktion der Zeit ist, f = f(t). Durch die Anströmung entstehen Kräfte an den Kopplungskörpern. Dadurch verändert sich der Winkel ψ1 ("Rotorwinkel") der Rotorbasis 2 gegenüber der Horizontalen mit der Drehgeschwindigkeit ω1 = ψ .1 (ψ . bezeichnet die Ableitung der zeitabhängigen Größe ψ1 nach der Zeit). Dementsprechend bezeichnet Ψ den Winkel zwischen der Strömungsrichtung und der Horizontalen, welcher im Folgenden als "Strömungswinkel" bezeichnet wird.
-
Es ist vorgesehen, dass der Hebelarm 4 im ersten Betriebsmodus im zeitlichen Mittel synchron zur Orbitalströmung der Wellenbewegung mit ω1 rotiert. Hierbei gilt beispielsweise Ω ≈ ω1. Ein Wert oder ein Wertebereich für eine Winkelgeschwindigkeit ω1 des Rotors wird also auf Grundlage einer Winkelgeschwindigkeit Ω der Orbitalströmung vorgegeben oder an diese angepasst. Hierbei kann eine konstante Steuerung oder eine kurzzeitige bzw. kurzfristige Anpassung erfolgen.
-
Am Rotor 11 wirkt ein veränderbares Lastmoment ML zwischen der Rotorbasis 2 und dem Gehäuse 7 bzw. Rahmen 12. Das Lastmoment kann in positiver Richtung (entgegen der Rotationsgeschwindigkeit ω1) aber auch in negativer Richtung (also antreibend) wirken. Das Lastmoment wird beispielsweise durch eine Stromerzeugung im Generator verursacht.
-
Ein Winkel zwischen der Rotororientierung, die durch eine untere gestrichelte Linie veranschaulicht ist, die durch die Rotordrehachse und die Mitte der beiden Verstelleinrichtungen
5 verläuft, und der Richtung der Orbitalströmung, die durch eine obere gestrichelte Linie veranschaulicht ist, die durch einen der Geschwindigkeitspfeile v → verläuft, wird als Phasenwinkel Δ = Ψ – Ω bezeichnet, dessen Betrag durch die Einstellung des Antriebsmoments und/oder des Lastmoments beeinflusst werden kann. Dabei erscheint ein Phasenwinkel an der Rotordrehachse von –25° bis 25°, vorzugsweise von –10° bis 10° und besonders bevorzugt von etwa 0° zur Erzeugung des Antriebsmoments als besonders vorteilhaft, da hierbei die Orbitalströmung und die Anströmung aufgrund der Eigenrotation weitgehend senkrecht zueinander orientiert sind, was zu einer Maximierung des Betrags der resultierenden Anströmung führt. Hinsichtlich näherer Details zum Betrieb einer solchen Wellenenergieanlage wird auf die bereits einleitend genannten der
DE 10 2011 105 177 A1 und
DE 10 2012 012 096 A1 verwiesen.
-
In 3 ist zur Veranschaulichung der Erfindung eine sich an einer Stelle, insbesondere oberhalb einer Wellenenergieanlage 1, ergebende Wellenhöhe H, welche sich aus der Überlagerung von zwei Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen ergibt, über der Zeit t dargestellt. Insgesamt entsteht eine sogenannte Schwebungswelle, deren Wellenhöhe H, wie anschaulich dargestellt, über der Zeit variiert.
-
In 3 können insbesondere drei in der Figur mit einem Rahmen gekennzeichnete Bereiche identifiziert werden, in denen die Wellenhöhe H und damit die unterhalb der Wasseroberfläche vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit sehr gering werden und sich für einen energieerzeugenden Betrieb der Wellenenergieanlage 1 nicht mehr eignen.
-
Im Falle von stationären multichromatischen Wellen (Wellen mit mehreren, unterschiedlichen Frequenz- und Amplitudenanteilen, diese Anteile sind jedoch konstant) oder multichromatischen Wellen (die Frequenz- und Amplitudenanteile sind zeitveränderlich) kann als lokale Orbitalströmung ein sich effektiv ergebender Wert, z.B. ein Mittelwert oder ein Wert des Hauptanteils, verwendet werden. Die lokale Orbitalströmung kann gemessen oder berechnet werden. Beispielsweise kann die Wellenhöhe oberhalb der Wellenenergieanlage oder an einem Ort, an welchem die Welle zeitlich vor der Wellenenergieanlage vorbeikommt, gemessen werden. Daraus kann die Orbitalströmungsgeschwindigkeit berechnet werden. Eine Möglichkeit zur Prognose ist in der
DE 10 2013 002 127.8 beschrieben. Demnach wird vorzugsweise die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe am Ort der Wellenenergieanlage gemessen wird oder am Ort der Wellenenergieanlage aus einer Messung an einem vom Ort der Wellenenergieanlage verschiedenen Ort berechnet.
-
Im Rahmen der Erfindung wird daher die Wellenenergieanlage in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben, wobei die Entscheidung, welcher Betriebsmodus zu verwenden ist, von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig gemacht wird. Insbesondere wird dazu eine die Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe gemessen, hier vorzugsweise die Wellenhöhe H und/oder die Strömungsgeschwindigkeit selbst, und mit einem oder mehreren Schwellwerten verglichen. Es bietet sich an, den Wechsel zwischen den Betriebsmodi in Abhängigkeit von unterschiedlichen Schwellwerten (hier als unterer Schwellwert und oberer Schwellwert bezeichnet) durchzuführen, um auf diese Weise eine Hysterese zwischen den Betriebsmoduswechseln einzuführen und die Wechselhäufigkeit auf ein notwendiges bzw. geeignetes Maß zu reduzieren. Im Rahmen der Erfindung wird daher vorzugsweise von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus gewechselt, wenn die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe einen unteren Schwellwert unterschreitet, und von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus zurückgewechselt, wenn die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe einen oberen Schwellwert überschreitet. Es sei lediglich der Vollständigkeit halber angemerkt, dass der untere Schwellwert und der obere Schwellwert auch identisch sein können.
-
In den 4 bis 7 werden nun unterschiedliche Ausführungsformen für den zweiten Betriebsmodus erläutert. In den Figuren ist dabei in der oberen Hälfte jeweils ein Verlauf des Strömungswinkels Ψ und des Rotorwinkels ψ1. In der unteren Hälfte ist jeweils die dabei erzeugte Leistung P gegen die Zeit t dargestellt. Im ersten Betriebsmodus findet ein im Wesentlichen synchroner Betrieb statt, so dass auch die Winkel Ψ und ψ1 synchron verlaufen. Die Rotationsgeschwindigkeit ω1 des Rotors entspricht demnach im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung der Orbitalgeschwindigkeit Ω.
-
In den 4 bis 7 wird jeweils angenommen, dass etwas zum Zeitpunkt t = t0 die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe unter den unteren Schwellwert fällt und somit in den zweiten Betriebsmodus gewechselt wird. In 4 beinhaltet der zweite Betriebsmodus keine Vorgabe bzw. Beeinflussung der Rotationsgeschwindigkeit, wohingegen in den 5–7 die Rotationsgeschwindigkeit bzw. der Rotorwinkelverlauf weiterhin auf die ein oder andere Weise beeinflusst wird.
-
In 4 ist dargestellt, dass zum Zeitpunkt t = t0 eine Regelung des Rotorwinkels ψ1 beendet wird, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit bzw. der Rotorwinkelverlauf werden nicht mehr beeinflusst. Dies führt dazu, dass von diesem Zeitpunkt an keine Energie gewonnen werden kann, jedoch auch keine Energie aufgewendet werden muss. Der Rotor wird trägheitsbedingt weiter rotieren, wobei die Rotationsgeschwindigkeit leicht abnimmt. Zweckmäßigerweise werden dazu die Verstellparameter der Kopplungskörper so gewählt, dass diese einen möglichst geringen Strömungswiederstand verursachen, so dass der Rotor seine Rotationsgeschwindigkeit möglichst beibehält. Alternativ ist denkbar, die Verstellparameter so einzustellen, dass die Kopplungskörper einen möglichst großen Strömungswiederstand verursachen, um so als Wiederstandläufer möglichst früh mit kinetischer Energie beaufschlagt zu werden.
-
In 4 wird etwa zu einem Zeitpunkt t = t1 durch die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe der obere Schwellwert überschritten, so dass wieder in den ersten Betriebsmodus gewechselt wird. Hier muss nun zunächst Energie aufgewendet werden, um die synchrone Rotation zwischen ψ1 und Ψ wieder herzustellen.
-
In 5 ist dargestellt, dass gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform im zweiten Betriebsmodus der Rotor mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit Ω weiterbewegt wird. Dies dient dazu, große Beschleunigungen und dadurch hervorgerufenen große Energieverluste zu vermeiden. In Übereinstimmung mit 4 ist auch hier nach dem erneuten Wechsel in den ersten Betriebsmodus (nach Überschreiten des oberen Schwellwerts durch die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe) mehr oder weniger Energie aufzuwenden, um den Synchronbetrieb wiederherzustellen.
-
In 6 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der der Rotor im zweiten Betriebsmodus im Wesentlichen angehalten wird. Dies bedeutet, dass als Sollwert für den Rotorwinkel ψ1 nicht mehr der Strömungswinkel Ψ (ggf. ± Phasenwinkel ∆), sondern ein fester Winkel vorgegeben wird. Dieser feste Winkel kann ein zuvor definierter fester Winkel oder ein Winkel sein, der sich aus der bisherigen Bewegung des Rotors ergibt. Zweck dieses Betriebsmodus ist es, den Rotor so zu positionieren, dass für das Wiederanlaufen des Rotors Energie aus der Welle benutzt werden kann und nicht, wie bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen, eine aktive und damit energieverbrauchende Beschleunigung notwendig ist. Die Verstellparameter der Kupplungskörper werden hier zweckweiße so gewählt, dass während des Stillstands ein möglichst geringer Strömungswiederstand herrscht und zum Wiederanlaufen ein möglichst großer Strömungswiederstand erzeugt wird, um einen schnellen und energetisch günstigen Wiederanlauf des Rotors zu ermöglichen.
-
In 7 ist schließlich eine weitere bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der im zweiten Betriebsmodus eine vorgegebene Trajektorie abgefahren wird. Als Trajektorie wird hier eine Abhängigkeit des Rotorwinkels ψ1 von der Zeit definiert. Dies lässt sich vorteilhat mit einer zeitlichen Vorhersage der Wellenbewegung kombinieren, so dass eine energetisch optimale Bahn über die Zeit geplant werden kann, um den Rotor so wenig wie möglich beschleunigen zu müssen, ihn aber dennoch zum idealen Zeitpunkt an die richtige Position mit der richtigen Geschwindigkeit zu führen. Die Verstellparameter der Kopplungskörper werden vorzugsweise so gewählt, dass die Kupplungskörper einen möglichst geringen Strömungswiederstand erzeugen, um einen energieeffizienten Weiterlauf des Rotors sicher zu stellen. Alternativ können die Verstellparameter während des Weiterlaufs auch an die jeweilig vorliegende Strömungsrichtung angepasst werden, um während des Weiterlaufs möglichst viel Energie wandeln zu können.
-
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 102011105177 A1 [0002, 0030]
- DE 102012012096 [0005]
- DE 102012012096 A1 [0030]
- DE 102013002127 [0033]
