DE102021130303A1 - ocean current power plant - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Meeresströmungskraftwerk 1, das einen elektrischen Generator 22 und eine Turbine mit einem Stator 30 und einem um den Stator herum rotierbaren Rotor 10 zum Antreiben des elektrischen Generators 22 umfasst. Der Rotor weist dabei eine Mehrzahl an Rotorarmen 11 auf, die jeweils eine Trägereinrichtung 12 und mehrere an der Trägereinrichtung verschwenkbar gelagerte Rotorblätter 14 aufweisen.A marine current power plant 1 is disclosed, which comprises an electric generator 22 and a turbine with a stator 30 and a rotor 10 rotatable around the stator for driving the electric generator 22 . The rotor has a plurality of rotor arms 11, each of which has a carrier device 12 and a plurality of rotor blades 14 pivotably mounted on the carrier device.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meeresströmungskraftwerk mit einem elektrischen Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom sowie mit einer Turbine, die einen Stator und einen um den Stator herum rotierbaren Rotor zum Antreiben des elektrischen Generators umfasst.The present invention relates to a marine current power plant with an electrical generator for generating electrical power and with a turbine, which includes a stator and a rotor, which can be rotated around the stator, for driving the electrical generator.
Mit der Zielsetzung einer möglichst umweltfreundlichen Erzeugung und zugleich zuverlässigen Bereitstellbarkeit von elektrischem Strom wurden und werden verschiedene Ansätze verfolgt und zugehörige Technologien (weiter)entwickelt. Neben der jeweiligen Energie beispielsweise von Sonne, Wind, Erdwärme und Flüssen können damit auch die durch Wellen und Gezeiten bedingten Meeresbewegungen zur Gewinnung elektrischen Stroms nutzbar gemacht werden.Various approaches have been and are being pursued and associated technologies (further) developed with the aim of generating electricity as environmentally friendly as possible and at the same time reliably providing it. In addition to the respective energy, for example from the sun, wind, geothermal energy and rivers, the sea movements caused by waves and tides can also be used to generate electricity.
So erzeugen Meeresströmungskraftwerke mittels einer in der natürlichen Meeresströmung angeordneten Turbine Elektrizität. Zu den entscheidenden Vorteilen derartiger Kraftwerke zählt die Tatsache, dass Meeresströmungen kontinuierlich fließen und ein jeweiliges Meeresströmungskraftwerk demgemäß zuverlässig elektrischen Strom liefern kann. So lässt sich auch die Qualität eines jeweiligen Standortes gut einschätzen. Darüber hinaus benötigen Meeresströmungskraftwerke im Vergleich zu Windkraftanlagen nur relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten, weil die Dichte von Wasser wesentlich größer ist als diejenige von Luft.Ocean current power plants, for example, generate electricity using a turbine positioned in the natural ocean current. One of the decisive advantages of such power stations is the fact that ocean currents flow continuously and a respective ocean current power station can accordingly reliably supply electricity. This also allows the quality of a particular location to be assessed well. In addition, marine current power plants only require relatively low flow speeds compared to wind power plants because the density of water is significantly greater than that of air.
Um eine Durchmischung des Wassers mit Luft, damit ein Sinken der Dichte des strömenden Fluids und so einen Leistungseinbruch zu verhindern, werden Meeresströmungskraftwerke häufig so installiert, dass sie vollständig in das umgebende Wasser eintauchen; auf diese Weise werden zugleich korrosionsbedingte Probleme reduziert.In order to prevent the water from being mixed with air, thus preventing the density of the flowing fluid from falling and thus preventing a drop in output, marine current power plants are often installed in such a way that they are completely immersed in the surrounding water; in this way, corrosion-related problems are reduced at the same time.
Die Installation derartiger Anlagen ist jedoch wasser- und stahlbautechnisch aufwendig, weil Bauarbeiten auf offener See oder in Flussmündungen anspruchsvoll sind und die jeweils eingesetzten Baumaterialien unterwassertauglich und gegen Salzangriff gerüstet sein müssen. Zudem ist die Wartung solcher unter Wasser befindlichen Kraftwerke aufgrund der schwierigen Erreichbarkeit aufwendig.However, the installation of such systems is complex in terms of water and steel construction, because construction work on the open sea or in estuaries is demanding and the building materials used in each case must be suitable for underwater use and protected against salt attack. In addition, the maintenance of such underwater power plants is expensive due to the difficult accessibility.
Andere Kraftwerke, die Meeresbewegungen in elektrische Energie umwandeln, sind mindestens teilweise an oder über der Wasseroberfläche angeordnet und dazu eingerichtet, neben der Meeresströmung auch Wellenbewegungen auszunutzen.Other power plants that convert ocean movements into electrical energy are at least partially arranged on or above the water surface and are set up to utilize wave movements in addition to ocean currents.
Beispielsweise ist aus der
Zudem ist im deutschen Patent
Weiterer Stand der Technik ist unter www.slimlife.eu/wellengenerator.html zu finden sowie aus der Druckschrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik für ein alternatives Meeresströmungskraftwerk bereitzustellen, die insbesondere einen vergrößerten Leistungsbereich und eine vereinfachte Installation ermöglicht.The present invention is based on the object of providing a technique for an alternative marine current power plant which, in particular, enables an increased power range and simplified installation.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Meeresströmungskraftwerk gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.The object is achieved by an ocean current power plant according to
Ein erfindungsgemäßes Meeresströmungskraftwerk weist einen elektrischen Generator und eine Turbine auf, die einen Stator und einen um den Stator herum rotierbaren Rotor umfasst.A marine current power plant according to the invention has an electric generator and a turbine, which includes a stator and a rotor which can be rotated around the stator.
Eine zentrale Längsachse des Stators bildet dabei vorzugsweise die Rotationsachse des Rotors; in einer vorgesehenen Verwendungsausrichtung des Meeresströmungskraftwerks hat die Rotationsachse des Rotors vorzugsweise eine vertikale Richtungskomponente, insbesondere kann sie vertikal oder zumindest annähernd vertikal (beispielsweise vertikal +/- 15°) verlaufen. Der Rotor ist dazu eingerichtet, den elektrischen Generator anzutreiben, beispielsweise durch Drehen eines Zahnrades an einer Antriebswelle des Generators, der dann die Rotation der Antriebswelle in elektrische Energie umwandelt.A central longitudinal axis of the stator preferably forms the axis of rotation of the rotor; In an intended orientation of use of the marine current power plant, the axis of rotation of the rotor preferably has a vertical directional component, in particular it can run vertically or at least approximately vertically (for example vertically +/-15°). The rotor is configured to drive the electric generator, for example by rotating a gear on a drive shaft of the generator, which then converts the rotation of the drive shaft into electrical energy.
Der Rotor umfasst eine Mehrzahl an Rotorarmen, die jeweils eine Trägereinrichtung und mehrere an der Trägereinrichtung (relativ zu dieser) verschwenkbar gelagerte Rotorblätter aufweisen.The rotor comprises a plurality of rotor arms, each of which has a carrier device and a plurality of rotor blades pivotably mounted on the carrier device (relative to it).
Die Rotorarme dienen somit der Erzeugung des Schubs, durch den der Rotor zum Rotieren gebracht wird. Die Mehrzahl an Rotorblättern ermöglicht dabei eine besonders große Energieaufnahme. Insbesondere kann die Effizienz der Rotorblätter aufgrund ihrer Verschwenkbarkeit durch eine jeweilige Ausrichtung optimiert werden, was auch den Einsatz besonders langer Rotorarme erlaubt. So ermöglicht ein erfindungsgemäßes Meeresströmungskraftwerk einen besonders großen Leistungsbereich und ist auch in Bereichen effizient einsatzbar, in denen die Meeresströmung nur relativ geringe Geschwindigkeiten erreicht. Dabei weist das Meeresströmungskraftwerk einen einfachen Aufbau mit einer relativ geringen Anzahl an Komponenten auf und ist damit besonders gut zu installieren und annähernd zu warten.The rotor arms thus serve to generate the thrust that causes the rotor to rotate. The large number of rotor blades makes it possible to absorb a particularly large amount of energy. In particular, the efficiency of the rotor blades can be optimized due to their pivotability through a respective alignment, which also allows the use of particularly long rotor arms. Thus, a marine current power plant according to the invention enables a particularly large power range and can also be used efficiently in areas where the Ocean currents only reach relatively low speeds. The marine current power plant has a simple structure with a relatively small number of components and is therefore particularly easy to install and to maintain.
Die Rotorarme eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks weisen vorzugsweise alle dieselbe Anzahl an Rotorblättern auf, beispielsweise mindestens zwei, mindestens drei oder mindestens vier Rotorblätter und/oder höchstens sechs, höchstens fünf oder höchstens vier Rotorblätter.The rotor arms of an ocean current power plant according to the invention preferably all have the same number of rotor blades, for example at least two, at least three or at least four rotor blades and/or at most six, at most five or at most four rotor blades.
Insbesondere sind mindestens zwei oder sogar alle Rotorarme eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks vorzugsweise einander (im Wesentlichen, insbesondere in Bezug auf ihre technischen Aspekte) gleich ausgebildet.In particular, at least two or even all of the rotor arms of an ocean current power plant according to the invention are preferably designed to be identical to one another (essentially, in particular with regard to their technical aspects).
Die Trägereinrichtung eines, mehrerer oder aller Rotorarme kann beispielsweise einen Rahmen ausbilden. Ein solcher Rahmen kann eines oder mehrere der an ihm gelagerten Rotorblätter mindestens teilweise umlaufen. Zur Lagerung der jeweiligen Rotorblätter kann die Trägereinrichtung Lagerungsbuchsen und/oder Lagerzapfen aufweisen, die vorzugsweise jeweils dazu eingerichtet sind, mit jeweiligen Lagerzapfen bzw. Lagerungsbuchsen an den Rotorblättern in Wirkverbindung zu stehen. Dies ermöglicht einen besonders einfachen und soliden Aufbau.The carrier device of one, several or all rotor arms can form a frame, for example. Such a frame can at least partially encircle one or more of the rotor blades mounted on it. In order to mount the respective rotor blades, the carrier device can have bearing bushes and/or bearing journals, which are preferably each set up to be operatively connected to the respective bearing journals or bearing bushes on the rotor blades. This enables a particularly simple and solid construction.
Für eines, mehrere oder alle der Rotorblätter eines, mehrerer oder aller Rotorarme kann die jeweilige Schwenkachse (um die das jeweilige Rotorblatt verschwenkbar ist) vorzugsweise geneigt, insbesondere orthogonal zur Längserstreckung des jeweiligen Rotorarms verlaufen; insbesondere kann der Rotor so ausgebildet sein, dass die Schwenkachse/n eines oder mehrerer der Rotorblätter bei Verwendung des Meeresströmungskraftwerks vertikal verläuft.For one, several or all of the rotor blades of one, several or all rotor arms, the respective pivot axis (about which the respective rotor blade can be pivoted) can preferably run inclined, in particular orthogonally, to the longitudinal extent of the respective rotor arm; In particular, the rotor can be designed in such a way that the pivot axis(s) of one or more of the rotor blades runs vertically when the marine current power plant is used.
Vorzugsweise sind die Rotorarme so ausgebildet, dass ihre jeweilige Trägereinrichtung bei Verwendung des Meeresströmungskraftwerks waagerecht im Wesentlichen (beispielsweise +/- 15cm oder +/- 10cm) an der Wasseroberfläche liegt.The rotor arms are preferably designed in such a way that their respective carrier device lies essentially horizontally (for example +/- 15 cm or +/- 10 cm) on the water surface when the marine current power plant is used.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der Rotor eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks beispielsweise vier, fünf, sechs, sieben oderacht Rotorarme.According to advantageous embodiments of the present invention, the rotor of a marine current power plant according to the invention comprises, for example, four, five, six, seven or eight rotor arms.
Eines, mehrere oder alle Rotorblätter mindestens eines der Rotorarme weist/weisen vorzugsweise eine elliptische Blattform, insbesondere im Querschnitt ein NACA-Profil auf. Derartige Rotorblätter sind insbesondere hinsichtlich ihrer Durchbiegung vorteilhaft.One, several or all of the rotor blades of at least one of the rotor arms preferably has/have an elliptical blade shape, in particular a NACA profile in cross section. Such rotor blades are particularly advantageous with regard to their deflection.
Ein Rotorblatt oder mehrere Rotorblätter wenigstens eines der Rotorarme kann/können zumindest teilweise hohl, insbesondere beispielsweise mit Luft oder sonstigem Gas gefüllt sein. Dabei kompensiert ein Ballastgewicht des/der jeweiligen Rotorblatts/Rotorblätter bei Verwendung des Meeresströmungskraftwerks vorzugsweise seinen/ihren Auftrieb im Wasser. Insbesondere sind die Rotorblätter wenigstens eines Rotorarmes vorzugsweise auftriebslos ausbalanciert an der Trägereinrichtung des Rotorarmes gehaltert.A rotor blade or several rotor blades of at least one of the rotor arms can be at least partially hollow, in particular filled with air or other gas, for example. A ballast weight of the respective rotor blade(s) preferably compensates for its/their buoyancy in the water when the marine current power plant is used. In particular, the rotor blades of at least one rotor arm are preferably held in a balanced manner on the carrier device of the rotor arm without lift.
Die Verschwenkbarkeit der Rotorblätter ist vorzugsweise beschränkt; ausgehend von einer Ausrichtung orthogonal zu einer Längserstreckung eines jeweiligen Rotorarmes (als unverschwenkte Stellung) kann so insbesondere eine Verschwenkung (in beide Verschwenkungsrichtungen, also zu jeder Seite) auf je höchstens 45°, je höchstens 40° oder je höchstens 30° beschränkt sein. Die Beschränkung bedeutet eine vorteilhafte Stabilisierung einer jeweiligen Rotorblattstellung bei extremaler Verschwenkung, und die genannten Winkel ermöglichen für die Effizienz der Turbine besonders vorteilhafte Ausrichtungen der Rotorblätter.The pivotability of the rotor blades is preferably limited; Starting from an alignment orthogonal to a longitudinal extent of a respective rotor arm (as a non-pivoted position), pivoting (in both pivoting directions, i.e. to each side) can be limited to a maximum of 45°, a maximum of 40° or a maximum of 30°. The limitation means an advantageous stabilization of a respective rotor blade position in the event of extreme pivoting, and the angles mentioned enable orientations of the rotor blades that are particularly advantageous for the efficiency of the turbine.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks umfasst/umfassen einer, mehrere oder jeder der Rotorarme eine Schwenkeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, mehrere oder alle Rotorblätter des jeweiligen Rotorarms simultan zu verschwenken. Im Falle, dass mehrere der Rotorarme eine Schwenkeinrichtung umfassen, sind die jeweiligen Schwenkeinrichtungen vorzugsweise gleich ausgebildet. Die Verschwenkbarkeit mehrerer Rotorblätter durch eine gemeinsame Schwenkeinrichtung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des jeweiligen Rotorarms.According to advantageous embodiments of an ocean current power plant according to the invention, one, several or each of the rotor arms includes/have a pivoting device which is set up to pivot several or all of the rotor blades of the respective rotor arm simultaneously. If several of the rotor arms include a pivoting device, the respective pivoting devices are preferably of identical design. The pivotability of a plurality of rotor blades by a common pivoting device enables a particularly simple construction of the respective rotor arm.
Insbesondere kann die jeweilige Schwenkeinrichtung vorzugsweise rein mechanisch ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise mindestens eine Schubstange umfassen, die an den jeweiligen Rotorblättern, insbesondere mindestens einem daran vorzugsweise ausgebildeten Steuerzapfen angreift.In particular, the respective pivoting device can preferably be designed purely mechanically. It can, for example, comprise at least one push rod, which acts on the respective rotor blades, in particular at least one control pin preferably formed thereon.
Eine solche Schwenkeinrichtung kann vorzugsweise in Abhängigkeit von einer jeweils aktuellen Umlaufposition (relativ zum Stator) des jeweiligen Rotorarmes einstellbar sein, so dass also an mindestens zwei verschiedenen Umlaufpositionen des Rotorarmes voneinander verschiedene Verschwenkungen eingestellt werden; die Umlaufposition kann dabei beispielsweise durch einen jeweiligen Winkel zu einer festgelegten Ausgangsposition des Rotorarmes gegeben sein. Auf diese Weise lassen sich die jeweiligen Rotorblätter insbesondere geeignet in Bezug auf die jeweilige Richtung ausrichten, aus der das strömende Meerwasser auf sie trifft. Vorzugsweise umfasst das Meeresströmungskraftwerk mindestens eine Schwenkeinstellungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Schwenkeinrichtung/en entsprechend einzustellen.Such a pivoting device can preferably be adjustable as a function of a respective current rotational position (relative to the stator) of the respective rotor arm, so that pivotings that are different from one another are set at at least two different rotational positions of the rotor arm; the circulation position can, for example, by a respective angle be given to a fixed starting position of the rotor arm. In this way, the respective rotor blades can be aligned in a particularly suitable manner in relation to the respective direction from which the flowing seawater hits them. Preferably, the marine current power plant comprises at least one swivel adjustment device that is set up to adjust the swivel device(s) accordingly.
Die Einstellung der Schwenkeinrichtung und damit der Rotorblätter des zugehörigen Rotorarmes erfolgt bei derartigen Ausführungsformen also entsprechend einer (mathematischen) Funktion, die jeder Umlaufposition (als Variable) des jeweiligen Rotorarmes einen Winkel zuordnet, um den ein jeweiliges, zum Rotorarm gehöriges Rotorblatt in Bezug auf eine Ausgangsstellung verschwenkt wird. Vorzugsweise ist diese Funktion kontinuierlich. Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen ist die Funktion 2n-periodisch (also zyklisch) bzw. periodisch mit Periode 360°, so dass also wiederkehrende Umlaufpositionen für den Rotorarm immer wieder dieselbe Schwenkstellung nach sich ziehen.In such embodiments, the pivoting device and thus the rotor blades of the associated rotor arm are adjusted according to a (mathematical) function that assigns an angle to each rotational position (as a variable) of the respective rotor arm, by which a respective rotor blade belonging to the rotor arm is set in relation to a Starting position is pivoted. Preferably this function is continuous. According to advantageous embodiments, the function is 2n-periodic (that is to say cyclic) or periodic with a period of 360°, so that recurring rotational positions for the rotor arm always entail the same pivoting position.
In Ausführungsformen mit mehreren Schwenkeinrichtungen können diese vorzugsweise durch eine gemeinsame solche Schwenkeinstellungseinrichtung simultan einstellbar sein. Vorzugsweise führen dabei gleiche Umlaufpositionen der Rotorarme zu gleichen Einstellungen der zugehörigen Schwenkeinrichtungen, ist also eine jeweilige Verschwenkung der Rotorblätter unabhängig vom jeweils an einer Umlaufposition befindlichen Rotorarm, zu dem sie gehören.In embodiments with a plurality of pivoting devices, these can preferably be adjusted simultaneously by such a common pivoting adjustment device. Preferably, the same rotational positions of the rotor arms result in the same settings of the associated pivoting devices, ie a respective pivoting of the rotor blades is independent of the rotor arm that is in a respective rotational position and to which they belong.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsvarianten ist die mindestens eine Schwenkeinstellungseinrichtung rein mechanisch ausgebildet; dies ermöglicht eine besonders einfache Bauweise. Die mindestens eine Schwenkeinstellungseinrichtung kann beispielsweise eine Schiene und/oder Rinne umfassen, mit der die jeweilige Schwenkeinrichtung in Wirkverbindung stehen, in die sie beispielsweise eingreifen kann. Im Folgenden wird eine solche Schiene als „Steuerungsschiene“ bzw. eine solche Rinne als „Steuerungsrinne“ bezeichnet.According to advantageous embodiment variants, the at least one pivot adjustment device is purely mechanical; this enables a particularly simple design. The at least one pivot adjustment device can, for example, comprise a rail and/or channel, with which the respective pivot device is operatively connected, in which it can engage, for example. In the following, such a rail is referred to as a "control rail" and such a trough as a "control trough".
Insbesondere kann eine solche Steuerungsschiene bzw. Steuerungsrinne vorzugsweise um die Rotationsachse des Rotors herum verlaufen. Dabei kann sie im Umlauf einen sich verändernden Abstand zur Rotationsachse haben, also Stellen mit voneinander verschiedenem Abstand zur Rotationsachse aufweisen. So kann auf besonders einfache und robuste Weise die Einstellung besonders vorteilhafter Winkel der Rotorblattflächen zur Anströmrichtung abhängig von der jeweils aktuellen Umlaufposition realisiert werden.In particular, such a control rail or control channel can preferably run around the axis of rotation of the rotor. In this case, it can have a changing distance from the axis of rotation as it rotates, that is to say have points at different distances from one another from the axis of rotation. In this way, particularly advantageous angles of the rotor blade surfaces relative to the direction of flow can be set in a particularly simple and robust manner, depending on the respective current rotational position.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen umfasst ein erfindungsgemäßes Meeresströmungskraftwert eine Verstelleinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Rotor an mit Gezeitenwechsel alternierende Anströmrichtungen anzupassen. In entsprechenden Ausführungen mit Schwenkeinstellungseinrichtung/en, wie sie u.a. oben beschrieben sind, kann eine solche Verstelleinrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, die Schwenkeinstellungseinrichtung/en alle sechs Stunden um 180° um die Rotationsachse des Rotors zu drehen und dort zu arretieren. So kann das Meeresströmungskraftwerk sowohl bei auflaufendem als auch bei ablaufendem Wasser optimal eingestellt werden.According to advantageous embodiments, an ocean current force value according to the invention includes an adjusting device that is set up to adapt the rotor to flow directions that alternate with a tide change. In corresponding designs with pivot adjustment device(s) as described above, such an adjustment device can be set up in particular to rotate the pivot adjustment device(s) by 180° about the axis of rotation of the rotor every six hours and to lock it there. In this way, the marine current power plant can be optimally adjusted for both incoming and outgoing water.
Die Verstelleinrichtung kann dabei elektrisch angetrieben werden, beispielsweise mittels eines Bordstromnetzes; das Meeresströmungskraftwerk kann dazu dann eine Batterie und/oder einen Akkumulator zur Versorgung der Verstelleinrichtung umfassen. So kann die Verstellung mit bei Tidenwechsel unbetriebenem Generator erfolgen.The adjusting device can be driven electrically, for example by means of an on-board power supply; For this purpose, the marine current power plant can then comprise a battery and/or an accumulator for supplying the adjusting device. In this way, the adjustment can be made with the generator not in operation when the tide changes.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks ist einer, mehrere oder jeder der Rotorarme an einem zentralen Element des Rotors befestigt, beispielsweise eingehängt; das zentrale Element wird im Folgenden hier auch als „Rotator“ bezeichnet.According to advantageous embodiments of a marine current power plant according to the invention, one, several or each of the rotor arms is attached to a central element of the rotor, for example suspended; the central element is also referred to as “rotator” in the following.
Vorzugsweise weist die Trägereinrichtung mindestens eines der Rotorarme in ihrer Längserstreckung vom Stator weg.The carrier device preferably has at least one of the rotor arms in its longitudinal extension away from the stator.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen sind die Rotorarme gleichmäßig um den Stator bzw. - in entsprechenden Ausführungsformen - um den Rotator herum angeordnet, weisen die Rotorarme also einen einheitlichen Abstand voneinander auf. Insbesondere kann der Rotor sternförmig mit vom Stator bzw. vom Rotator nach radial außen verlaufenden Rotorarmen ausgebildet sein; die Angabe „radial“ bezieht sich in dieser Schrift stets auf die vorgesehene Rotationsachse des Rotors.According to advantageous embodiments, the rotor arms are arranged uniformly around the stator or--in corresponding embodiments--around the rotator, ie the rotor arms are at a uniform distance from one another. In particular, the rotor can be designed in a star shape with rotor arms running radially outwards from the stator or from the rotator; the term "radial" in this document always refers to the intended axis of rotation of the rotor.
Vorzugsweise ist mindestens einer der Rotorarme in Richtung parallel zur vorgesehenen Rotationsachse des Rotors um einen (maximalen) Ausschlagswinkel φ ausschwenkbar.Preferably, at least one of the rotor arms can be swiveled out by a (maximum) deflection angle φ in a direction parallel to the intended axis of rotation of the rotor.
Eine zugehörige Schwenkachse liegt dabei vorzugsweise an einem radial inneren Ende des jeweiligen Rotorarmes. Beim montierten Meeresströmungskraftwerks, bei dem die vorgesehene Rotationsachse vorzugsweise vertikal verläuft, sind dann die Rotorarme nach oben/unten ausschwenkbar. Die Ausschwenkbarkeit kann begrenzt sein, beispielsweise mittels mindestens eines hydraulischen Dämpfers. Sieermöglicht, dass der Rotor Wellenbewegungen aufnimmt. Dadurch können eine Auslastung des Rotors verbessert und auftretende Belastungen verringert werden, zudem kann damit insbesondere bei an der Wasseroberfläche schwimmendem Rotor sichergestellt werden, dass der Rotorarm zumindest annähernd permanent von oberhalb der Wasseroberfläche identifizierbar ist, was die Vermeidung von Kollisionen mit Wasserfahrzeugen erleichtert.An associated pivot axis is preferably located at a radially inner end of the respective rotor arm. In the case of the installed marine current power plant, in which the intended axis of rotation preferably runs vertically, the rotor arms can then be swung out upwards/downwards. The ability to swing out can be limited, for example by means of at least one hydraulic damper. It allows the rotor to movements. As a result, utilization of the rotor can be improved and occurring loads can be reduced. In addition, it can be ensured, particularly when the rotor is floating on the water surface, that the rotor arm can be identified at least approximately permanently from above the water surface, which makes it easier to avoid collisions with watercraft.
Insbesondere gilt für den maximal möglichen Ausschlagswinkel φ vorzugsweise φ ≥ arcsin(2/A) oder φ ≥ arcsin(3/A) oder sogar φ ≥ arcsin(5/A); dabei ist A die betragsmäßige Länge des mindestens einen Rotorarms in Metern. Derartige Winkel ermöglichen die Aufnahme von Wellen mit Wellenhöhen von 2m, 3m bzw. 5m.In particular, for the maximum possible deflection angle φ, preferably φ≧arcsin(2/A) or φ≧arcsin(3/A) or even φ≧arcsin(5/A); where A is the absolute length of the at least one rotor arm in meters. Such angles enable waves with wave heights of 2m, 3m or 5m to be recorded.
Ein Meeresströmungskraftwerk derartiger Ausführungsformen kann mindestens einen Wellengenerator in Form einer Hydraulikanlage umfassen, die dazu eingerichtet ist, durch jeweilige Ausschwenkungen des Rotorarms/der Rotorarme bedrückt zu werden und damit eine jeweilige Wellenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Damit kann die Leistung Effizienz des Meeresströmungskraftwerks zusätzlich gesteigert werden.An ocean current power plant of such an embodiment can comprise at least one wave generator in the form of a hydraulic system, which is set up to be pressed by respective swinging out of the rotor arm(s) and thus to convert a respective wave energy into electrical energy. In this way, the performance efficiency of the marine current power plant can be additionally increased.
Ein erfindungsgemäßes Meeresströmungskraftwerk kann einen oder mehrere Auftriebskörper umfassen, der/die dazu eingerichtet ist/sind, ein oder mehrere Element/e des Meeresströmungskraftwerks an einer Wasseroberfläche schwimmend zu halten. Insbesondere kann auf diese Weise eine jeweilige Position des Rotors automatisch an den sich mit den Gezeiten ändernden Wasserspiegel angepasst werden. Damit kann zum einen immer eine optimale Effizienz des Meeresströmungskraftwerks gewährleistet werden, zum anderen ermöglicht das Schwimmen eine ständige Sichtbarkeit des Meeresströmungskraftwerks von oberhalb der Wasseroberfläche und damit eine erhöhte Sicherheit in Bezug auf die Schifffahrt. Insbesondere kann der Auftriebskörper beispielsweise dazu eingerichtet sein, am installierten Meeresströmungskraftwerk bei Ruhelage des Rotors höchstens mit 80%, höchstens mit 65% oder mit höchstens 50% seines Volumens ins Wasser einzutauchen. Er kann beispielsweise als hohler Körper ausgebildet sein, der mindestens teilweise aus Schiffbaustahl gefertigt ist.A marine current power plant according to the invention can comprise one or more buoyancy bodies which are/are set up to keep one or more elements of the marine current power plant floating on a water surface. In particular, in this way a respective position of the rotor can be automatically adjusted to the water level changing with the tide. In this way, on the one hand, optimal efficiency of the marine current power plant can always be guaranteed, and on the other hand, swimming enables the marine current power plant to be constantly visible from above the water surface and thus increased safety with regard to shipping. In particular, the buoyancy body can be set up, for example, to immerse at most 80%, at most 65% or at most 50% of its volume in the water on the installed marine current power plant when the rotor is in the rest position. For example, it can be designed as a hollow body that is at least partially made of shipbuilding steel.
Der Stator wirkt in derartigen Ausführungsformen vorzugsweise als Führung für den schwimmenden, mit sich änderndem Wasserstand also jeweils aufsteigenden oder absinkenden Rotor.In such embodiments, the stator preferably acts as a guide for the floating rotor, ie the rotor that rises or sinks as the water level changes.
Der Auftriebskörper bzw. - im Falle, dass das Meeresströmungskraftwerk mehrere Auftriebsköper umfasst - mindestens einer der Auftriebskörper kann vorzugsweise als Teil des Rotors ausgebildet sein, also dazu eingerichtet sein, um den Stator rotieren. Er kann insbesondere ringförmig um den Stator herum ausgebildet sein. In entsprechenden Ausführungsformen mit Rotator (wie oben erwähnt) kann ein solcher Auftriebskörper insbesondere am Rotator fixiert sein.The buoyancy body or - in the case that the marine current power plant comprises several buoyancy bodies - at least one of the buoyancy bodies can preferably be formed as part of the rotor, so be set up to rotate around the stator. In particular, it can be designed in the shape of a ring around the stator. In corresponding embodiments with a rotator (as mentioned above), such a buoyant body can be fixed in particular on the rotator.
Alternativ oder zusätzlich kann der Auftriebskörper bzw. mindestens ein solcher Auftriebskörper an einer Trägereinrichtung eines (jeweiligen) der Rotorarme und/oder an mindestens einem der Rotorblätter fixiert sein, insbesondere eine Komponente des Rotorarms darstellen. In Ausführungsformen, bei denen mindestens einer der Rotorarme (wie oben beschrieben) in Richtung parallel zur Rotationsachse des Rotors ausschwenkbar an einem Rotator (als einem zentralen Element) des Rotors befestigt ist, kann so der Auftriebskörper das Ausschwenken bewirken oder zumindest unterstützen. Vorzugsweise ist der jeweilige Auftriebskörper bei derartigen Ausführungsvarianten mindestens zum Teil an einem radial äußeren Ende des zugehörigen Rotorarms angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere eine Wahrnehmbarkeit dieses Endes von oberhalb des Wasserspiegels und damit eine Erfassbarkeit der Dimension des Meeresströmungskraftwerks in seinem vollen Umfang. Insbesondere kann vorzugsweise an jedem der Rotorarme ein eigens ihm zugehöriger Auftriebskörper fixiert sein.Alternatively or additionally, the buoyancy body or at least one such buoyancy body can be fixed to a support device of one (respective) of the rotor arms and/or to at least one of the rotor blades, in particular represent a component of the rotor arm. In embodiments in which at least one of the rotor arms (as described above) is attached to a rotator (as a central element) of the rotor so that it can swing out in a direction parallel to the axis of rotation of the rotor, the buoyant body can cause or at least support the swinging out. In such embodiment variants, the respective buoyant body is preferably arranged at least partially on a radially outer end of the associated rotor arm. In particular, this allows this end to be seen from above the water level and thus allows the dimensions of the ocean current power plant to be fully ascertained. In particular, a buoyancy body specifically associated with it can preferably be fixed to each of the rotor arms.
Insbesondere vorteilhaft sind Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks, bei denen je mindestens ein Auftriebskörper an jedem Rotorarm und an einem Rotator fixiert ist, an dem die Rotorarme befestigt sind. Dies sichert eine Schwimmfähigkeit dieser Bauteile, auch wenn sich ihre Verbindung untereinander lösen sollte.Embodiments of an ocean current power plant according to the invention are particularly advantageous in which at least one buoyancy body is fixed to each rotor arm and to a rotator to which the rotor arms are attached. This ensures that these components can float, even if their connection to one another should become detached.
Der Stator eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks kann einen (ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise mindestens teilweise hohlen und/oder mindestens teilweise massiven) Mast umfassen. Ein solcher Mast kann starr ausgebildet sein; alternativ kann er ein, zwei oder mehr Gelenke aufweisen. Derartige Gelenke ermöglichen ein vorteilhaftes Aufnehmen eines Kippmoments, das insbesondere bei Hochwasser aus der auf der Anlage liegenden kinetischen Energie der Anströmfläche resultieren kann.The stator of an ocean current power plant according to the invention can comprise a (single-piece or multi-piece, preferably at least partially hollow and/or at least partially solid) mast. Such a mast can be rigid; alternatively, it may have one, two or more joints. Joints of this type allow an advantageous absorption of a tilting moment, which can result from the kinetic energy of the inflow surface lying on the system, particularly in the case of high water.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen besteht ein solcher Mast zumindest teilweise aus Schiffbaustahl. Mindestens in einem Bereich kann der Stator vorzugsweise an seiner Umfangsfläche eine Zahnradstruktur aufweisen; insbesondere in Ausführungsformen mit einer Verstelleinrichtung (wie oben beschrieben) kann der Stator so als Widerlager für mindestens ein vorzugsweise zur Verstelleinrichtung gehöriges Zahnrad dienen.According to advantageous embodiments, such a mast consists at least partially of shipbuilding steel. At least in one area, the stator can preferably have a gear wheel structure on its peripheral surface; In particular in embodiments with an adjustment device (as described above), the stator can thus serve as an abutment for at least one gear wheel that preferably belongs to the adjustment device.
Vorzugsweise umfasst der Stator einen Fuß zur Verankerung am Meeresboden oder auf einer dort installierten bzw. zu installierenden Gründung (beispielsweise mindestens teilweise aus Stahlbeton), die ebenfalls zum Stator gehören kann. Ein solcher Fuß kann beispielsweise sternartig und/oder als Flansch (z.B. eines Mastes wie oben genannt) ausgebildet sein. Sofern der Stator einen Mast mit einem oder mehreren Gelenken umfasst (wie oben erwähnt), kann ein solches Gelenk an der Gründung und/oder ein (ggf. anderes) solches Gelenk an einem der Gründung zugewandten Seite der Zentraleinheit montiert sein.The stator preferably includes a foot for anchoring to the seabed or to a foundation installed or to be installed there (for example at least partially made of reinforced concrete), which can also belong to the stator. Such a foot can, for example, be star-shaped and/or designed as a flange (for example of a mast as mentioned above). If the stator comprises a mast with one or more joints (as mentioned above), such a joint can be mounted on the foundation and/or such a joint (possibly another) can be mounted on a side of the central unit facing the foundation.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen umfasst ein erfindungsgemäßes Meeresströmungskraftwerk mindestens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung
- a) von meteorologischen Daten (wie z.B. einer jeweils aktuellen Windstärke, Windrichtung, Lufttemperatur, Wassertemperatur, Wellenhöhe und/oder Wellenrichtung),
- b) von Schiffssicherheitsdaten (z.B. einer GPS-Position, einer jeweils aktuellen Wasserstandshöhe (entspricht einer Neigung der Tragarme), Lagerichtung (Kompass), eines jeweils aktuellen Krängungswinkels (entspricht einer Querneigung) und/oder von Daten einer Wassereinbruchssensorik),
- c) von Leistungsdaten des elektrischen Generators (z.B. eines jeweils aktuellen Drehmoments pro Rotor, und/oder einer jeweils aktuellen Drehzahl pro Rotor, einer errechneten mechanischen Leistung pro Rotor und/oder einer elektrischen Leistung pro Rotor),
- d) von Strömungsdaten (wie Anströmungsdaten und/oder Anströmungsstärke) und/oder
- e) - in entsprechenden Ausführungsformen mit mindestens einem Wellengenerator wie oben erwähnt - von Leistungsdaten des Wellengenerators (wie z.B. umgesetzter Kraft pro Wellengenerator, elektrischer Leistung pro Wellengenerator und/oder umgesetzter Kraft pro ggf. umfasstem hydraulischem Dämpfer).
- a) meteorological data (such as current wind strength, wind direction, air temperature, water temperature, wave height and/or wave direction),
- b) ship safety data (e.g. a GPS position, a current water level (corresponds to an inclination of the support arms), position direction (compass), a current heeling angle (corresponds to a transverse inclination) and/or data from a water inrush sensor system),
- c) performance data of the electrical generator (e.g. a current torque per rotor and/or a current speed per rotor, a calculated mechanical power per rotor and/or an electrical power per rotor),
- d) flow data (such as flow data and/or flow strength) and/or
- e) - in corresponding embodiments with at least one shaft generator as mentioned above - from performance data of the shaft generator (such as converted force per shaft generator, electrical power per shaft generator and/or converted force per optionally included hydraulic damper).
Vorzugsweise umfasst das Meeresströmungskraftwerk eine Steuerungselektronik mit mindestens einem Bordrechner sowie mindestens einem Sender zur Übermittlung von Daten des Bordrechners an mindestens eine Empfangsstation an Land. Derart zu übermittelnde Daten können in entsprechenden Ausführungsformen insbesondere z.B. jeweils erfasste Werte der mindestens einen Sensoreinrichtung umfassen, die ebenfalls zur Steuerungselektronik gehören kann.The marine current power plant preferably includes control electronics with at least one on-board computer and at least one transmitter for transmitting data from the on-board computer to at least one receiving station on land. In corresponding embodiments, data to be transmitted in this way can in particular include, for example, respectively detected values of the at least one sensor device, which can also belong to the control electronics.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen umfasst ein Meeresströmungskraftwerk gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektrische Leitung mit Seekabelanschluss; über ein damit anzuschließendes Seekabel kann die Einspeisung durch das Meeresströmungskraftwerk erzeugten elektrischen Stroms in ein Netz an Land erfolgen. Die elektrische Leitung kann außen am Stator entlang verlegt und/oder durch ein Inneres des Stators verlaufen; vorzugsweise führt sie durch eine/die Gründung des Stators.According to advantageous embodiments, a marine current power plant according to the present invention comprises an electric line with submarine cable connection; The electric power generated by the marine current power plant can be fed into a grid on land via a sea cable to be connected with it. The electrical line can be routed along the outside of the stator and/or through an interior of the stator; preferably it passes through a/the foundation of the stator.
Der Stator kann insbesondere Teil einer Zentraleinheit des Meeresströmungskraftwerks sein, die weiterhin eine Elektronik sowie - jeweils in entsprechenden Ausführungsformen - die oben genannte Schwenkeinstellungseinrichtung (zum Einstellen der Schwenkeinrichtung/en), den oben genannten Rotator (an dem mindestens einer der Rotorarme befestigt sein kann) und/oder die Verstelleinrichtung (zum Anpassen des Meeresströmungskraftwerks an alternierende Anströmrichtungen), insbesondere einen vorzugsweise dazu gehörigen Verstellmotor und ein Eigenstromnetz mit Batterie/ Akkumulator zu dessen Versorgung umfassen kann. Zu der Elektronik gehört bei solchen Ausführungsformen beispielsweise der elektrische Generator (vorzugsweise mit einer zugehörigen Über- und/oder Untersetzung); darüber hinaus kann die Elektronik in entsprechenden Ausführungsformen vorzugsweise die oben genannte Steuerungselektronik und/oder den oben genannten Seekabelanschluss jeweils mindestens teilweise umfassen.The stator can in particular be part of a central unit of the marine current power plant, which also has electronics and - each in corresponding embodiments - the above-mentioned swivel adjustment device (for adjusting the swivel device/s), the above-mentioned rotator (to which at least one of the rotor arms can be attached) and/or the adjusting device (for adapting the marine current power plant to alternating directions of flow), in particular a preferably associated adjusting motor and an internal power supply system with a battery/accumulator for supplying it. In such embodiments, the electronics include, for example, the electrical generator (preferably with an associated step-up and/or step-down); In addition, the electronics in corresponding embodiments can preferably include the above-mentioned control electronics and/or the above-mentioned submarine cable connection, in each case at least in part.
Vorzugsweise umfasst die Zentraleinheit in derartigen Ausführungsformen ein Gehäuse, das die Elektronik vorzugsweise vollständig umgibt. Dabei gewährleistet das Gehäuse vorzugsweise Wasserdichtigkeit zur Elektronik.In such embodiments, the central unit preferably comprises a housing which preferably completely surrounds the electronics. The housing preferably ensures that the electronics are watertight.
Das Gehäuse ist dabei vorzugsweise dazu eingerichtet, mindestens teilweise aus der Wasseroberfläche herauszuragen. In Ausführungsformen mit einem oder mehreren Auftriebskörpern kann mindestens ein solcher Auftriebskörper in einem vom Gehäuse umgebenden Raum angeordnet sein.The housing is preferably set up to at least partially protrude from the water surface. In embodiments with one or more buoyancy bodies, at least one such buoyancy body can be arranged in a space surrounded by the housing.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen ist die Zentraleinheit schwimmfähig ausgebildet. Sie hat dann also einen eigenen Auftrieb und eine vorgesehene Wasserlinie. Vorzugsweise ist die vorgesehene Wasserlinie dabei so, dass die mechanisch drehenden Teile, insbesondere der Rotator, auf gleicher Ebene knapp unter der Wasserlinie bleiben.According to advantageous embodiments, the central unit is designed to be able to float. It then has its own buoyancy and an intended waterline. The waterline provided is preferably such that the mechanically rotating parts, in particular the rotator, remain on the same level just below the waterline.
Insbesondere kann es in entsprechenden Ausführungsformen fest mit der Schwenkeinstellungseinrichtung verbunden sein, an der vorzugsweise mindestens ein Schwimmkörper befestigt ist. In Ausführungsformen mit sowohl einer Verstelleinrichtung als auch einer einen Seekabelanschluss aufweisenden elektrischen Leitung weist die elektrische Leitung vorzugsweise in dem Gehäuse eine Kabelwendel auf, die für die wechselseitigen Verstellungen um 180° ausgelegt ist.In particular, in corresponding embodiments, it can be firmly connected to the pivot adjustment device, to which at least one floating body is preferably attached. In embodiments with both an adjustment device and an electrical line having a submarine cable connection, the electrical line preferably has a cable in the housing Coiled cable, which is designed for mutual adjustments by 180 °.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings. It goes without saying that individual elements and components can also be combined differently than shown. Reference symbols for elements that correspond to one another are used throughout the figures and may not be described anew for each figure.
Es zeigen schematisch:
-
1 : eine exemplarische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks in einer Schnittansicht von einer Seite; -
2 : eine Zentraleinheit eines exemplarischen erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks aus einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse. -
3 : eine Zentraleinheit eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks im Bereich des Rotators in einer Schnittdarstellung orthogonal zur Rotationsachse des Rotors; -
4 : einen Rotorarm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks mit einer Schwenkeinrichtung; -
5 : ein Rotorblatt eines exemplarischen erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks mit Rotorblattaufhängung an einem Rotorarm; -
6a : den Rotor eines exemplarischen erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse; -
6b : eine Illustration der Funktionsweise einer Schwenkeinstellungseinrichtung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks; und -
7 : einen Teil eines exemplarischen erfindungsgemäßen Meeresströmungskraftwerks mit Wellengenerator.
-
1 : an exemplary embodiment of a marine current power plant according to the invention in a sectional view from one side; -
2 : a central unit of an exemplary marine current power plant according to the invention from a direction perpendicular to the axis of rotation. -
3 1: a central unit of an exemplary embodiment of a marine current power plant according to the invention in the area of the rotator in a sectional view orthogonal to the axis of rotation of the rotor; -
4 : a rotor arm of an embodiment of a marine current power plant according to the invention with a pivoting device; -
5 : a rotor blade of an exemplary ocean current power plant according to the invention with a rotor blade suspension on a rotor arm; -
6a : the rotor of an exemplary marine current power plant according to the invention viewed along the axis of rotation; -
6b : an illustration of the functioning of a swivel adjustment device of an embodiment of a marine current power plant according to the invention; and -
7 : part of an exemplary marine current power plant according to the invention with a shaft generator.
In
Das Meeresströmungskraftwerk 1 umfasst einen elektrischen Generator, der vorliegend in einem Gehäuse 21 einer Zentraleinheit 100 angeordnet und in der
Vorzugsweise weist der Mast 30a mindestens bereichsweise an seiner Umfangsfläche eine Zahnradstruktur auf, ist dort also als eine Zahnwelle ausgebildet (in der Figur nicht sichtbar).The
Bei einem montierten Meeresströmungskraftwerk 1 ist eine (in Richtung der Rotationsachse X gemessene) Länge des Mastes 30a vorzugsweise an die Verlegungsstelle angepasst, insbesondere an eine dort vorliegende Wassertiefe bei Seekartennull, einen dort auftretenden Tidenhub, einen vorbestimmten Sicherheitsfaktor. Diese Parameter bestimmen zudem eine erforderliche Länge des Mastes 30a im Vergleich zu einer Höhe des Gehäuses 21.In a mounted marine
Insbesondere kann eine Länge des Mastes 30a mindestens 7m, mindestens 8m oder mindestens 9m und/oder höchstens 15m, höchstens 13m oder höchstens 11m betragen. Damit kann vorteilhaft eine Montage an verschiedenen geeigneten Verlegungsstellen ermöglicht werden. Ein Durchmesser des Mastes 30a orthogonal zur Längsachse kann vorzugsweise mindestens 30cm oder mindestens 40cm betragen und/oder höchstens 70cm oder höchstens 60cm.In particular, a length of the
Der Mast 30a kann insbesondere aus Schiffbaustahl hergestellt sein. Die Gründung 30c ist vorzugsweise mindestens teilweise aus Stahlbeton ausgebildet. Am Meeresgrund G weist sie vorzugsweise einen Durchmesser von 4m bis 8m, insbesondere von 5m bis 7m auf. In ihr kann ein Seekabelanschluss eingebettet sein.The
Der Rotor 10 des Meeresströmungskraftwerks 1 umfasst mehrere Rotorarme 11, beispielsweise vier, fünf, sechs, sieben oder acht Rotorarme. In der
Die Rotorarme 11 umfassen dabei jeweils eine Trägereinrichtung 12, die vorliegend in ihrer Längserstreckung vom Stator 30 weg weist; insbesondere verläuft ihre Längserstreckung im dargestellten Fall radial (bezogen auf die vorgesehene Rotationsachse X des Rotors 10). An der Trägereinrichtung 12 ist jeweils ein Auftriebskörper 13 fixiert, der in Verwendung des Meeresströmungskraftwerks 1 an der Wasseroberfläche W schwimmt, so den jeweiligen Rotorarm 10 auf einer gleichbleibenden Wassertiefe hält und insbesondere für die Schifffahrt sichtbar ist. Die Auftriebskörper 13 sind jeweils beweglich an der Zentraleinheit 100 befestigt, beispielsweise aufgehängt.The
Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Auftriebskörper 13 jeweils über die Länge des jeweiligen Rotorarms 10 bis an einen radial äußeren Bereich und zeigt damit eine Ausdehnung des Meeresströmungskraftwerks 1 an. Zur besseren Sichtbarkeit kann mindestens einer der Auftriebskörper 13 farblich markiert sein, beispielsweise mittels einer (z.B. gelben) Markierung. Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen ist mindestens einer der Auftriebskörper als ein geschlossener schiffbaulicher Körper ausgebildet. Er kann beispielsweise aus einem konischen Flachovalrohr hergestellt sein. Zur Verbindung mit der Trägereinrichtung 12 kann er mindestens einen Befestigungsflansch aufweisen (in der Figur nicht dargestellt).In the exemplary embodiment shown, the
Die Trägereinrichtungen 12 der Rotorarme 11 sind vorliegend jeweils als ein Rahmen ausgebildet, der die ebenfalls zum jeweiligen Rotorarm 11 gehörigen mehreren (vorzugsweise mindestens drei und/oder höchstens acht oder höchstens sechs) Rotorblätter 14 umläuft; im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jeder Rotorarm 11 vier Rotorblätter 14 auf.The
Die Rotorblätter 14 sind jeweils um eine jeweilige Verschwenkungsachse verschwenkbar, die in Längsrichtung des jeweiligen Rotorblatts verläuft. Zur Stabilisierung der Blattlagerungen weisen die Trägereinrichtungen 12 jedes Rotorarmes 10 neben jedem Rotorblatt 14 Verbindungsstreben 12a auf.The
Die Trägereinrichtung 12, der Auftriebskörper 13 und/oder die Rotorblätter 14 bestehen vorzugsweise mindestens teilweise aus Schiffbaustahl. Die Lagerungen für die Rotorblätter 14 sind vorzugsweise wenigstens zum Teil aus Edelstahl.The
Die
Der elektrische Generator 22 wandelt die Rotation einer Antriebswelle 22a, die über ein Zahnrad 23 von einem Rotator 16 als zentralem Element des Rotors angetrieben wird, in elektrische Energie um, die dann vorzugsweise mittels einer nicht dargestellten elektrischen Leitung mit Seekabelanschluss und ein angeschlossenes Seekabel in ein Netz eingespeist werden kann. Der Rotator 16 wird dabei durch in der
Die Zentraleinheit 100 umfasst weiterhin eine Schwenkeinstellungseinrichtung 24 (vorliegend in Form einer Steuerscheibe) zur Einstellung jeweiliger Schwenkeinrichtungen der Rotorarme in Abhängigkeit von deren jeweils aktueller Umlaufposition, wie es insbesondere mit Bezug auf die
Ebenfalls vom Gehäuse 21 umgeben ist ein Verstellmotor 25a einer Verstelleinrichtung 25, die vorliegend zudem eine Welle 25b und ein Zahnrad 25c umfasst und dazu eingerichtet ist, das Meeresströmungskraftwerk auf mit Gezeitenwechsel alternierende Anströmrichtungen einzustellen, also entsprechend anzupassen. Dazu greift das über die Welle 25b durch den Verstellmotor 25a zur Rotation gebrachte Zahnrad 25c in eine Zahnstruktur in der (radial inneren Oberfläche der Schwenkeinstellungseinrichtung 24 ein, wobei eine Zahnstruktur an einer radial äußeren Oberfläche des Masts 30a des Stators 30 als Widerlager dient. Auf diese Weise wird die Schwenkeinstellungseinrichtung 24 und mit dieser der darauf fixierte Rotator 16 um den Stator 30 gedreht, und zwar vorzugsweise um 180°. Wie insbesondere mit Bezug zu den
Ein weiteres Zahnrad 27 ist im Leerlauf und dient lediglich der Stabilisierung der Schwenkeinstellungseinrichtung 24. Ähnlich ist ein Zahnrad 28 im Leerlauf und dient dabei lediglich einer Stabilisierung des Rotators 16.Another
Die Zentraleinheit 100 umfasst vorliegend weiterhin einen ringförmigen Auftriebskörper 26, auf dem die Schwenkeinstellungseinrichtung 24 befestigt ist und der dazu eingerichtet ist, diese an einer Wasseroberfläche W schwimmend zu halten. Alternativ oder zusätzlich zum ringförmigen Auftriebskörper 26 kann in dem vom Gehäuse 21 umgebenden Raum ein Auftriebslörper angeordnet sein (nicht dargestellt).In the present case, the
Die
An seiner der Rotationsachse X zugewandten Randfläche weist der Rotator 16 eine (in der Figur nicht dargestellte) Zahnstruktur in Form eines Zahnkranzes auf, der in das Zahnrad 23 eingreift und so den (nicht gezeigten) elektrischen Generator über dessen Antriebswelle antreibt.On its edge surface facing the axis of rotation X, the
Die als Scheibe ausgebildete Schwenkeinstellungseinrichtung 24 weist ebenfalls an ihrer der Rotationsachse X zugewandten Randfläche eine (in der Figur nicht gezeigte) Zahnstruktur in Form eines Zahnkranzes auf. Das Zahnrad 25c der Verstelleinrichtung 25 greift in diese Zahnstruktur und zudem in eine Zahnstruktur an der Außenfläche des Masts 30a ein. Bei einer durch den Verstellmotor 25a (siehe
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen umfasst der Rotator 16 einen Stahl-Schmiedering. Im Betrieb des Meeresströmungskraftwerks wird er vorzugsweise durch Auftriebskörper 13 der Rotorarme 11, wie sie die in der
Die
Die Verschwenkung kann dabei simultan für alle Rotorblätter 14 des Rotorarms 11 mittels einer vorliegend als Schubstange ausgebildeten Schwenkeinrichtung 15 bewerkstelligt werden, die an einem jeweiligen Steuerzapfen 14b jedes der Rotorblätter 14 angreift. Durch eine Verschiebung der Schubstange in Richtung ihrer Längsachse, wie sie in der
Die Bedienung der Schwenkeinrichtung 15 erfolgt dabei vorzugsweise über einen Steuerkopf 15a an ihrem dem (nicht gezeigten) Rotator zugewandten Ende, der in eine als Schwenkeinstellungseinrichtung fungierende Schiene oder Rinne eingreift; dies ist weiter unten anhand der
Die
Insbesondere ist in der
Eine Schwenkeinrichtung 15 vorliegend in Form einer senkrecht zur Bildebene der
Das Rotorblatt 14 weist vorliegend eine vorteilhafte Blattform mit einem NACA-Profil auf. Insbesondere hat es einen elliptischen Querschnitt (senkrecht zur Längsausrichtung). Seine Blattflächen sind vorzugsweise als Oberflächen einer hohlen, Spante aufweisenden schiffbaulichen Schweißkonstruktion ausgebildet, an deren Enden die Lagerzapfen 14a, 14c vorzugsweise aufgeschweißt sind.In the present case, the
Die Blattflächen haben eine Länge L und eine durch den Abstand einer Anströmkante 14d von einer Abströmkante 14e des Rotorblatts 14 gegebene Breite B. Das Rotorblatt hat weiterhin eine in Richtung senkrecht zur Länge L und zur Breite B gemessene (maximale) Dicke D. Die Blattbreite B ist dabei ebenso wie die Anzahl der Rotorblätter und der maximale erreichbare Schwenkwinkel γ vorzugsweise abhängig von einer jeweiligen Länge des zugehörigen Rotorarms gewählt; diese kann beispielsweise mindestens 8m, mindestens 10m oder mindestens 12m betragen und/oder höchstens 16m oder höchstens 13m.The blade surfaces have a length L and a width B given by the distance between a
In diesen Fällen kann die Breite B der Rotorblätter 14 beispielsweise zwischen Im bis 3m, insbesondere im Bereich von 1,5m bis 2,5m liegen, und/oder die Dicke D im Bereich von 20cm bis 60cm, insbesondere im Bereich von 30cm bis 50cm.In these cases, the width B of the
Die Länge L der Blattflächen (und damit die Eintauchtiefe) ist vorzugsweise auf eine an der (vorgesehenen) Verlegungsposition vorliegende nutzbare Wassertiefe (bei Niedrigwasser) abgestimmt; sie kann beispielsweise 1m bis 2m kleiner sein als diese Wassertiefe. Ausführungsformen, bei denen die Länge L im Bereich von 6m bis 10m, insbesondere im Bereich von 7m bis 9m liegt, erlauben vorteilhaft die Montage des Meeresströmungskraftwerks 1 an vielen geeigneten Verlegungspositionen.The length L of the blade surfaces (and thus the immersion depth) is preferably matched to a usable water depth (at low water) at the (envisaged) laying position; it can, for example, be 1m to 2m less than this water depth. Embodiments in which the length L is in the range from 6 m to 10 m, in particular in the range from 7 m to 9 m, advantageously allow the marine
Für einen Abstand B1 der Lagerzapfen 14a, 14c von der Abströmkante 14e gilt vorzugsweise 0,2B ≤ B1 ≤ 0,3B. Alternativ oder zusätzlich kann für einen Abstand B2 des Steuerzapfens 14b von der Abströmkante 14e vorzugsweise 0,6B ≤ B2 ≤0,9B gelten oder sogar 0,7B ≤ B2 ≤0,8B.For a distance B 1 of the bearing
Die
Mittels in der
Jeweilige Winkel β (von denen in der
In der
Die Schwenkeinstellungseinrichtung 24 weist dazu eine Steuerungsrinne 24a mit einem rotations-asymmetrischen Verlauf um die Rotationsachse X auf, von der in der
Die
Der Rotorarm 11 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung parallel zur Rotationsachse X (vorliegend nach oben und unten) um einen Ausschlagswinkel verschwenkbar, was in der
Die Ausschwenkbarkeit des Rotorarms ist vorliegend mittels einer einen hydraulischen Dämpfer umfassenden Hydraulikanlage 17 beschränkt, beispielsweise in beide Richtungen (nach oben und unten) auf je höchstens 20° oder höchstens 15°. Die Hydraulikanlage 17 wird durch jeweilige Ausschwenkungen des Rotorarms 11 bedrückt und kann so auftretenden Seegang in elektrische Energie umwandeln.In the present case, the ability of the rotor arm to swing out is limited by means of a
Offenbart ist ein Meeresströmungskraftwerk 1, das einen elektrischen Generator 22 und eine Turbine mit einem Stator 30 und einem um den Stator herum rotierbaren Rotor 10 zum Antreiben des elektrischen Generators 22 umfasst. Der Rotor weist dabei eine Mehrzahl an Rotorarmen 11 auf, die jeweils eine Trägereinrichtung 12 und mehrere an der Trägereinrichtung verschwenkbar gelagerte Rotorblätter 14 aufweisen.An ocean
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Meeresströmungskraftwerk ocean current power plant
- 1010
- Rotorrotor
- 1111
- Rotorarmrotor arm
- 1212
- Trägereinrichtungcarrier device
- 12a12a
- Verbindungsstrebeconnecting brace
- 12b12b
- Aufhängungsuspension
- 12c, 12d12c, 12d
- Lagerungsbuchsebearing bush
- 1313
- Auftriebskörperbuoyancy body
- 1414
- Rotorblattrotor blade
- 14a, 14c14a, 14c
- Lagerzapfenbearing journal
- 14b14b
- Steuerzapfencontrol pivot
- 14d14d
- Anströmkanteleading edge
- 14e14e
- Abströmkantetrailing edge
- 1515
- Schwenkeinrichtungswivel device
- 15a15a
- Steuerkopfcontrol head
- 1616
- zentrales Element/ Rotatorcentral element/ rotator
- 16a16a
- Anschlagattack
- 1717
- Hydraulikanlage hydraulic system
- 2121
- GehäuseHousing
- 2222
- elektrischer Generatorelectric generator
- 22a22a
- Antriebswelledrive shaft
- 2323
- Zahnradgear
- 2424
- Schwenkeinstellungseinrichtungswivel adjustment device
- 2525
- Verstelleinrichtungadjusting device
- 25a25a
- Verstellmotorvariable motor
- 25b25b
- WelleWave
- 25c25c
- Zahnradgear
- 2626
- Auftriebskörperbuoyancy body
- 27, 2827, 28
- Zahnrad gear
- 3030
- Statorstator
- 30a30a
- Mastmast
- 30b30b
- FußFoot
- 30c30c
- Gründung founding
- 100100
- Zentraleinheit central unit
- BB
- Rotorblattbreiteblade width
- B1B1
- Abstand der Lagerzapfen von der AbströmkanteDistance of the bearing journals from the trailing edge
- B2B2
- Abstand des Steuerzapfens von der AbströmkanteDistance of the control pin from the trailing edge
- DD
- Rotorblattdickeblade thickness
- EE
- Wirkungsbereicharea of effect
- GG
- Meeresgrundseabed
- LL
- Rotorblattlängeblade length
- RR
- Umdrehungsrichtungdirection of rotation
- SS
- Anströmrichtungflow direction
- VV
- Schwenkachsepivot axis
- WW
- Wasseroberflächewater surface
- XX
- Rotationsachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- GB 2431437 A [0007]GB 2431437A [0007]
- DE 102013019229 B4 [0008]DE 102013019229 B4 [0008]
- US 2004/0007881 A1 [0009]US 2004/0007881 A1 [0009]
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