DE102014013707A1

DE102014013707A1 - Mobiles Wind- und Wellenkraftwerk

Info

Publication number: DE102014013707A1
Application number: DE102014013707.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mobiles Wind- und Wellenkraftwerk, welches rechnergesteuert auf dem Meer herum fährt und dort die erneuerbaren Energien von Wind und Wellen einsammelt, ohne dass es verankert oder verkabelt werden muss. Es ist typischerweise ein Segelkatamaran mit zur Seite verschiebbaren Rümpfen, die sich durch Wellenkraft bewegen lassen, und die Bewegung der Rümpfe wird energetisch genutzt. Zusätzlich wird Windenergie aus dem Vortrieb des Segelschiffes gewonnen und genutzt, etwa mit einer Wasserturbine unter dem Schiff, oder indem ein Windrad als Segel dient und gleichzeitig Vortrieb und Strom erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Möglichkeit, die erneuerbare Energie von Wind und Wellen auf den Meeren einzusammeln, ohne dort ein Kraftwerk verankern oder verkabeln zu müssen.
Stand der Technik ist unter anderem ein besonderes Schiff, welches mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen von Wellenenergie ausgestattet ist. Dieses Schiff fährt aufs offene Meer und entfaltet dort seine Vorrichtung, wandelt damit Wellenenergie in elektrische Energie, speichert die elektrische Energie in Akkumulatoren. Dann kommt das Schiff zurück in einen Hafen und speist die elektrische Energie in ein Stromnetz ein. Diese Methode hat viele Vorteile: Man braucht keine teuren Stromleitungen auf dem Meeresboden, auch keine teuren Fundamente oder Verankerungen, die Energie wird zwischengespeichert, das Kraftwerk befindet sich meist außer Sicht- und Hörweite der Küstenbewohner. Das Schiff kann je nach Wetterlage immer die ergiebigsten Stellen aufsuchen, und es kann sich bei Sturm in den sicheren Hafen zurückziehen.
Die dort verwendete Vorrichtung zum Aufnehmen der Wellenenergie ist ein System von am Schiffsrumpf beweglich angebrachten Schwimmkörpern und Energiewandlern. Sie ist nach dem Stand der Technik nicht geeignet, die Wellenenergie bei fahrendem Schiff zu nutzen. Das Schiff ist also nicht produktiv während es ziemlich weite Wege zurücklegt.
Stand der Technik ist auch ein anderes, besonderes Schiff, welches mit Hilfe des Windes Strom erzeugt und diesen in Akkumulatoren speichert. Es wurde vorgeschlagen, dass ein Segelschiff, im weitesten Sinne, eine Wasserturbine hinter sich her schleppt, so dass sie, von der Fahrtströmung in Drehung versetzt, einen Stromgenerator antreibt. Dieses System hat dieselben Vorteile, wie das zuvor beschriebene. Es ist aber immer nur dann produktiv, wenn das Schiff fährt.
Es wäre jetzt naheliegend, die beiden zuvor beschriebenen Systeme zu kombinieren und deren Vorrichtungen zum Sammeln von Wind- und Wellenenergie in ein und demselben Schiff zu vereinen. So könnte das kombinierte System während der Fahrt die Windenergie nutzen, und bei Stillstand auf dem offenen Meer die Wellenenergie. Allerdings wäre dann immer jeweils eines der beiden Teilsysteme unproduktiv. Viel besser wäre es, wenn etwa der Wellenenergiesammler auch bei fahrendem Schiff arbeiten könnte, dann ließen sich beide Energiearten gleichzeitig nutzen.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die genannten Nachteile des Standes der Technik und bildet letzteren in vorteilhafter Weise weiter.
Das erfindungsgemäße mobile Wind- und Wellenkraftwerk ist nach Art eines Segelkatamarans aufgebaut, hat also zwei mit einer Brücke verbundene Schiffsrümpfe. Zur Aufnahme der Wellenenergie sind die beiden Rümpfe durch die Wasserkräfte verschiebbar, und zwar horizontal quer zur Fahrtrichtung. Ihre Längsachse bleibt dabei immer parallel zur Fahrtrichtung, so dass der Strömungswiderstand klein bleibt. In vertikaler Richtung sind die Rümpfe hingegen fest und tragen die Schiffsaufbauten. Die auf die Rümpfe übertragenen Wasserbewegungen werden durch geeignete Wandler in eine nützliche und speicherbare Energieform überführt.
Der erfindungsgemäße Katamaran kann also, während er fährt, die von der Seite kommenden Komponenten der Wasserbewegung energetisch nutzen.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Katamaran. Die Verbindungsbrücke (2) zwischen den zwei Schiffsrümpfen (1) besteht hier aus Zahnstangen (3) und einem Getriebe (4), welches die seitliche Bewegung der Rümpfe in eine Drehbewegung eines Stromgenerators (6) übersetzt. Rückstellfedern (5) halten die Anordnung nahe einer Ruheposition. Der Stromgenerator vollführt keine gleichförmige Drehbewegung, sondern ändert ständig, dem Rumpfabstand folgend, seine Geschwindigkeit und Drehrichtung. Der ungleichmäßig erzeugte Strom wird gleichgerichtet und in einem Akkumulator (7) gespeichert. Die Anordnung lässt sich beschreiben als ein durch Energieentnahme gedämpfter, nicht notwendigerweise harmonischer Oszillator, der durch die Wasserbewegung angeregt wird.
Die relative Bewegung der Katamaranrümpfe muss keine rein lineare Verschiebung sein. Geeignet wäre etwa auch ein Kippen um deren Längsachsen, oder eine Überlagerung von Verschieben und Kippen. Auch eine Drehung um die Querachsen der Rümpfe könnte man zulassen oder nutzen.
Der Katamaran wird vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Meereswellen möglichst senkrecht von einer Seite kommen, jedenfalls sofern eine bestimmte Ausbreitungsrichtung der Wellen erkennbar ist. Der Abstand der beiden Katamaranrümpfe wird vorzugsweise so gewählt, dass er der halben mittleren Länge der Meereswellen entspricht. So hat die Orbitalströmung an den Rümpfen jeweils entgegengesetzte Richtungen und die Kräfte sind maximal. Am besten wäre es, wenn der mittlere Rumpfabstand verstellbar ist und an die Wellensituation angepasst werden kann.
Um die Wellenenergie gut aufnehmen zu können, dürfen die Katamaranrümpfe nicht zu träge sein. Sie kommen daher nicht zur Unterbringung schwerer Akkumulatoren in Betracht. Die Akkumulatoren platziert man besser auf der Verbindungsbrücke. Die Katamaranrümpfe dürfen auch nicht zu lang sein, damit auch bei schräg eintreffenden Wellen an ihnen möglichst keine Phasenunterschiede auftreten. Große Wellenkraftwerke sollte man daher besser aus mehreren kleineren erfindungsgemäßen Katamaranen zusammensetzen.
Die Umwandlung der Rumpfbewegung in elektrische oder andere nützliche Energie kann auch auf andere Weise erfolgen, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch. Die gewonnene Energie muss nicht notwendigerweise gespeichert werden.
Ein fahrendes Wellenkraftwerk hat gegenüber einem ruhenden eine neue Eigenschaft: Das eintreffende Wellenspektrum wird je nach Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Wellenkraftwerks verschoben. So ergibt sich die Möglichkeit, durch geeignete Wahl von Kurs und Geschwindigkeit die Frequenz der Meereswellen auf die Eigenfrequenz des Wellenkraftwerks abzustimmen. Es ändert sich auch die Leistung der Wellen auf Kosten des Vortriebs. 4 soll dies veranschaulichen.
Der erfindungsgemäße Katamaran soll vorzugsweise nicht nur Wellenenergie sammeln, sondern vor allem auch Windenergie. Dazu ist der Katamaran mit Segeln ausgestattet, und er wird vom Wind über die Meeresoberfläche getrieben. Er schleppt etwa in bereits bekannter Weise eine Wasserturbine durch das Wasser, die aus der Fahrtströmung Energie gewinnt.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Katamaran von der Seite. Die Segel (8) sind hier Rotorsegel, etwa nach Flettner, die von kleinen Motoren im Wind schnell gedreht werden. Solche Segel sind zum einen besonders effizient, aber sie lassen sich auch sehr leicht von einem Rechner steuern. Der Katamaran bewegt sich vorzugsweise unbemannt und Rechnergesteuert über das Meer (10). Von der Verbindungsbrücke (2) zwischen den beiden Rümpfen (1) erstreckt sich nach unten ein Fortsatz mit einer Wasserturbine (9).
3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Katamaran, wobei ein gewöhnliches Windrad als Segel verwendet wird. Das Windrad wandelt, wie gewohnt, den Wind in elektrischen Strom, der zur weiteren Verwendung gespeichert wird. Gleichzeitig erzeugt das Windrad an dem Katamaran einen Vortrieb, ähnlich wie man das vom Rotor eines Tragschraubers kennt. Sobald und solange der Katamaran sich durch das Wasser bewegt, kann er die Gegenkraft für das Windrad dynamisch erzeugen und braucht nicht verankert zu werden. Zu diesem Zweck kann der Katamaran in bekannter Weise mit besonderen Stabilisierungsflossen oder Tragflächen ausgestattet sein. Selbstverständlich könnte man das Windrad so auch auf einem nicht erfindungsgemäßen Schiff als Segel verwenden, damit gleichzeitig Vortrieb und Strom gewinnen. Auch andere Arten von Windrädern wären dafür geeignet, zum Beispiel der Savonius-Rotor. Auch mit Windrad als Segel kann zusätzlich eine Wasserturbine in der Fahrtströmung betrieben werden.
Für den Fachmann sind ausgehend von der oben angegebenen Beschreibung zahlreiche Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, ohne dass er hierzu erfinderisch tätig werden muss.
Mit vorliegender Erfindung werden die folgenden Vorteile erreicht.
Das erfindungsgemäße Wind- und Wellenkraftwerk kann auf dem offenen Meer Wind- und Wellenenergie sammeln, auch weit abseits der Küsten, ohne dass es dort verankert oder installiert werden muss, und ohne an einer langen Stromleitung angeschlossen zu sein. So vermeidet es einen Großteil der Mühen und Kosten, die sonst bei der Energiegewinnung auf offenem Meer entstehen. Sein eingebauter Energiespeicher erlaubt es, die gewonnene Energie nach Bedarf abzugeben, an einem wählbaren Ort und zu einer wählbaren Zeit. Die Energiegewinnung erfolgt weit abseits der Menschen, die sich davon gestört fühlen und Widerstand leisten könnten, und sie verbraucht keinen kostbaren Platz auf dem Land.
Nachfolgend werden die Zeichnungen näher erläutert.
Die Ziffern bezeichnen: Rumpf (1), Verbindungsbrücke (2), Zahnstange (3), Getriebe (4), Rückstellfeder (5), Stromgenerator (6), Akkumulator (7), Rotorsegel (8), Wasserturbine (9), Wasseroberfläche (10).

Claims

Mobiles Wellenkraftwerk, aufgebaut mit wenigstens zwei Schiffsrümpfen, die horizontal quer zur Fahrtrichtung beweglich an einer Verbindungsbrücke gelagert sind und die von den Wellenkräften verschoben oder gekippt werden können, und mit weiteren Elementen zur Nutzbarmachung der Bewegung der Schiffsrümpfe, dadurch gekennzeichnet, dass es auch während es fährt die Wellenenergie nutzen kann.
Mobiles Wellenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses durch Windkraft angetrieben auf der Wasseroberfläche fährt.
Mobiles Wellenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses einen wesentlichen Teil der eingefangenen Wind- oder Wellenenergie speichert.
Mobiles Wellenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses durch Windkraft angetrieben auf der Wasseroberfläche fährt, und dass ein Windrad bekannter Bauart auch als Segel dient.
Mobiles Wellenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer weiteren, im Text genannten Spezialisierung.