DE19900614A1

DE19900614A1 - Wellenkraftwerk

Info

Publication number: DE19900614A1
Application number: DE19900614A
Authority: DE
Inventors: Andreas Goettfert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2001-08-02

Abstract

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die Haupt-Energie des Wassers, speziell des Meeres-Wassers, bislang nicht zur Energiegewinnung genutzt wird. Die Haupt-Energie des Wassers ist die kinetische Energie der Wasserteilchen, die in Wasser-Wellen auftritt. DOLLAR A Die Wasserteilchen bewegen sich von einem Wellental zum anderen in einer Kreisbewegung praktisch auf der Stelle. DOLLAR A Zur Energiegewinnung wird diese Bewegung über einen Auftriebskörper/Schwimmer auf einen fest mit dem Auftriebskörper verbundenes Gestänge übertragen. Die Gestänge übertragen die vertikale Bewegung auf die Übertragungs-Welle, diese gibt die Energie als Drehbewegung weiter. Die Gestänge sind mit der Übertragungs-Welle mittels einer Ratschen-Vorrichtung verbunden, so daß der Antrieb der Übertragungs-Welle nur in eine Richtung erfolgen kann. Über ein Getriebe wird die Bewegungs-Energie an einen Generator weitergegeben, dieser wandelt die Energie der Drehbewegung in elektrischen Strom um. DOLLAR A Die Erfindung eignet sich zur Stromgewinnung an Küstengebieten.

Description

Es ist bekannt, Elektrizität aus Wasser-Energie zu gewinnen. Hierbei wird entweder die kine tische Energie des Wassers ausgenützt (Wasser-Kraftwerke unterhalb von Stauseen) oder die Strömungs-Energie des Meeres genutzt, die durch den Gezeitenwechsel von Ebbe und Flut entsteht (Gezeiten-Kraftwerke).

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die Haupt- Energie des Wassers, speziell des Meeres-Wassers bislang nicht zur Energiegewinnung ge nutzt wird. Die Haupt-Energie des Wassers ist die kinetische Energie der Wasserteilchen, die in Wasser-Wellen auftritt.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale folgendermaßen gelöst:

Die Wasserteilchen in den Wellen bewegen sich kreisförmig. Das bedeutet, daß die Welle kein Wasser weiter transportiert, vielmehr bewegen sich die Wasserteilchen in geschlossenen Kreisen. Man kann diese Tatsache gut an einem Korken beobachten, der in unruhigem Was ser auf und ab tanzt: Er steigt an der Vorderseite der Welle nach oben (Zeichnung 8.1 und 8.2) und gleitet dann über den Rücken des Wellenkammes nach unten (Zeichnung 8.3 und 8.4). Die Wasserteilchen vollführen also von einem Wellental zum anderen eine Kreisbewegung praktisch auf der Stelle.

Zur Energiegewinnung wird diese Bewegung über einen Auftriebskörper/Schwimmer 1 auf einen fest mit dem Auftriebskörper verbundenes Gestänge/Schwimmer-Arm 2 übertragen. Die Schwimmer-Arme übertragen die vertikale Bewegung auf die Übertragungs-Welle 4, die gibt die Energie als Drehbewegung weiter. Die Schwimmer-Arme sind mit der Übertragungs- Welle mittels einer Ratschen-Vorrichtung 3 verbunden, so daß der Antrieb der Übertragungs- Welle nur in eine Richtung erfolgen kann. Auf der Übertragungs-Welle sitzt ein großes Zahn rad 5 mit 500 Zähnen.

(Anmerkung: Im hier aufgeführten Beispiel handelt es sich um ein mittelgroßes Wellenkraft werk zur Gewinnung von Elektrizität aus der Bewegungsenergie von Wasser-Wellen. Die Größe und Anzahl der Schwimmer und Schwimmer-Arme sowie die Größe und die Überset zungsverhältnisse der Zahnräder des Getriebes 8 und des Generators 9 variieren, abhängig von den örtlichen Gegebenheiten des Standortes des Wellenkraftwerks bzw. der gewünschten Kapazität der Stromgewinnung.)

Das große Zahnrad überträgt die Bewegungsenergie auf ein kleines Zahnrad 7 mit 25 Zähnen, das wiederum mit dem Getriebe 8 verbunden ist. Im Getriebe wird die Drehzahl um das 40 fache übersetzt. Auf der hinteren Seite ist das Getriebe mit dem Generator 9 verbunden, dieser wandelt die Energie der Drehbewegung in elektrischen Strom um.

Die Welle des Generators ist fest mit dem Schwungrad 10 verbunden. Das Schwungrad dient zur Drehzahlstabilisierung des Generators. Hierzu ist am großen Zahnrad 5 der Übertragungs- Welle eine Ratsche 6 angebracht, damit im Falle einer negativen Drehzahldifferenz zwischen Übertragungs-Welle und Getriebe/Generator-Einheit, die Getriebe/Generator-Einheit nicht durch die Übertragungs-Welle abgebremst wird.

Um einen möglichst gleichmäßigen Antrieb zu gewährleisten, sind Auftriebskör pern/Schwimmer auf beiden Seiten der Plattform 15 montiert. Außerdem gibt es zwei Arten von Auftriebskörpern/Schwimmern 1. Die mit A gekennzeichneten Schwimmer sind reine Auftriebskörper, d. h. sie übertragen die Bewegungsenergie bei der Aufwärtsbewegung der Wellen. Die mit B gekennzeichneten Schwimmer sind mit Gewichten gefüllte Auftriebskör per; sie sind so an der Übertragungs-Welle angebracht, daß sie bei der Abwärtsbewegung der Wellen die Bewegungsenergie übertragen. Somit ist gewährleistet, daß bei jeder Bewegung der Welle, ob aufwärts oder abwärts, die Übertragungs-Welle angetrieben wird.

Das Wellenkraftwerk ruht auf einer Plattform 1, diese trägt das Getriebe und den Generator samt Schwungrad. Desweiteren ist an der Plattform die Übertragungs-Welle 4 in den innere Aufhängungen 23 befestigt. Die äußeren Aufhängungen 20 verbinden die über die Plattform überstehenden Teile der Übertragungs-Welle mit der oberen Aufhängung 18. Diese ist über die Aufhängungs-Stützen 19 mit der Plattform verbunden.

Um den, sich durch Ebbe und Flut, verändernden Meeresspiegel auszugleichen wird die Platt form mit Elektromotoren 12 an den Zahnstangen 14 der vier Plattform-Stützen 13 auf und ab bewegt. Die Steuerung dieser Bewegung wird durch die automatische Niveau-Regulierung 11 vorgenommen. Die Plattform-Stützen sind an Fundamenten 16 befestigt, die fest im Meeres boden verankert sind.

Der Generator wird über Solarzellen mit dazugehörigen Pufferbatterien gestartet.

Die Weiterführung der gewonnen Elektrizität geschieht per Kabel, das auf dem Meeresboden verlegt wird und an die Küste zur sich dort befindlichen Trafostation geführt wird.

Bei Sturmwarnung wird die Plattform ganz nach oben gefahren und die Schwimmer-Arme samt Schwimmern nach oben oder nach unten geklappt (Zeichnung 4) um den Wassermassen keine Angriffsmöglichkeit zu geben.

Der optimale Standort des Wellenkraftwerks liegt vor der Brandung in der sogenannten Dü nung/Swell, möglichst nahe an der Küste (Zeichnung 7). In der Dünung sind die Wellen aus reichend hoch, ohne daß sich auf den Wellenkronen bereits Wasserschaum bildet, der die Auftriebskraft vermindert, wie es in der Brandung vorkommt.

Drehzahlberechnung

Die durchschnittliche und sehr konstante Wellenfrequenz auf dem Meer beträgt 7 Sekunden pro Welle. D. h., daß pro Minute (60/7) ca. 8,57 Wellen vorkommen.

Die durchschnittliche Wellenhöhe variiert stark, abhängig vom Standort. Am häufigsten sind Wellenhöhen zwischen 0,8 Meter und 3,0 Meter anzutreffen. Eine glatte Wasseroberfläche irgendwo auf dem Meer vorzufinden ist nicht möglich selbst auf ruhigem Meer beträgt die Wellenhöhe ca. 0,8 Meter.

Bei einer Wellenhöhe von einem Meter erzielt das Wellenkraftwerk im hier beschriebenen Beispiel folgende Drehbewegung/Drehzahl (Zeichnung 6.1):

2 × Schwimmer-Arme á 3,0 m Länge = 19,47 Grad × 2 =	38,97 Grad
2 × Schwimmer-Arme á 4,5 m Länge = 12,84 Grad × 2 =	25,68 Grad
2 × Schwimmer-Arme á 6,0 m Länge = 9,59 Grad × 2 =	19,18 Grad
Gesamt	83,80 Grad

83,80 Grad × 8,57 Wellen pro Minute = 718,16 Grad = 1,99 Umdrehungen pro Minute Bei dem im vorliegenden Beispiel angenommen Übersetzungsverhältnis: großes Zahnrad (500 Zähne) auf kleines Zahnrad (25 Zähne) auf Getriebe (40fach) ergibt sich eine Überset zung von 500/25 × 40 = 800fach.
Bei einem Meter Wellenhöhe wird der Generator also mit 1.592 Umdrehungen angetrieben.

Bei einer Wellenhöhe von zwei Metern erzielt das Wellenkraftwerk im hier beschriebenen Beispiel folgende Drehbewegung/Drehzahl (Zeichnung 6.2):

2 × Schwimmer-Arme á 3,0 m Länge = 41,81 Grad × 2 =	83,62 Grad
2 × Schwimmer-Arme á 4,5 m Länge = 26,39 Grad × 2 =	52,78 Grad
2 × Schwimmer-Arme á 6,0 m Länge = 19,47 Grad × 2 =	38.94 Grad
Gesamt	175,34 Grad

175,34 Grad × 8,57 Wellen pro Minute = 1.502,66 Grad = 4,17 Umdrehungen pro Minute Bei dem im vorliegenden Beispiel angenommen Übersetzungsverhältnis: großes Zahnrad (500 Zähne) auf kleines Zahnrad (25 Zähne) auf Getriebe (40fach) ergibt sich eine Überset zung von 500 / 25 × 40 = 800fach.
Bei zwei Metern Wellenhöhe wird der Generator also mit 3.336 Umdrehungen angetrieben.

Die Kapazität der Stromgewinnung ist abhängig von der Größe und Art des Generators und der Anzahl und Größe der Auftriebskörpern/Schwimmer.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, die alternative Energiequelle Wasser insbesondere in Meereswellen als Stromlieferanten zu nutzen. Das bedeutet, es kann 24 Stun den pro Tag kostenlos die Energie der Wellen in Strom umgewandelt werden. Es entstehen keine Energieträger-Kosten, keine Abgase, keine Umweltverschmutzung und keine Gefah renquellen wie z. B. bei der Kernkraft. Jeder Küstenstreifen kann mit dem Bau der Erfindung zur Stromgewinnung genutzt werden; ebenso große Binnenseen. Durch den einfachen techni schen Aufwand entstehen nur geringe Wartungs- und Betriebskosten. Desweiteren ist Anzahl des benötigten Bedienungspersonals minimal. Mit einer einzigen mittelgroßen Version der Erfindung kann bereits der Strombedarf einer Kleinstadt abgedeckt werden.

Bezugszeichenliste

Es zeigen:
Zeichnung 1 die Vorder-Ansicht
Zeichnung 2 die Seiten-Ansicht
Zeichnung 3 die Ansicht von oben
Zeichnung 4 Vorder-Ansicht eingezogen
Zeichnung 5 Funktions-Schema
Zeichnung 6 Auslenkungs-Diagramm der Schwimmer-Arme
Zeichnung 7 Standort
Zeichnung 8 Wellenbewegung

1

Auftriebskörper (Schwimmer)

2

Gestänge (Schwimmer-Arm)

3

Ratsche am Schwimmer-Arm

4

Übertragungs-Welle

5

großes Zahnrad (500 Zähne)

6

Ratsche am großen Zahnrad

7

kleines Zahnrad (25 Zähne)

8

Getriebe

9

Generator

10

Schwungrad

11

automatische Niveau-Regulierung

12

Elektromotor zum Heben und Senken der Plattform

13

Plattform-Stützen

14

Zahnstange

15

Plattform

16

Fundament

17

Sicherungs-Führung

18

obere Aufhängung

19

Aufhängungs-Stützen

20

äußere Aufhängung der Übertragungs-Welle

21

Abschlußblech

22

Verstrebungen

23

innere Aufhängung der Übertragungs-Welle

Claims

1. Wellenkraftwerk zur Gewinnung von Elektrizität aus der Bewegungs-Energie von Wasser- Teilchen in Wellen durch Umsetzung von Hub-Energie in geeignete Dreh-Energie zum An trieb eines Strom-Generators.

2. Das Wellenkraftwerk ist fest am Meeresboden verankert und überträgt die ständig vorhande ne, vertikale bzw. kreisförmige Hub-Energie der Wasser-Teilchen in Wellen, über Auftriebs körper (Schwimmer) mit daran montiertem Gestänge in Dreh-Energie. Durch Ratschen- Vorrichtungen ist nur eine Drehrichtung auf der Übertragungswelle möglich. Die Dreh- Energie treibt einen Stromgenerator an. Mittels der passenden Getriebeübersetzung kann die optimale Nenn-Drehzahl des Stromgenerators erreicht werden. Durch ein Schwungrad wir die Drehzahl des Generators stabilisiert. Mit einer in der Höhe veränderbaren Plattform kann das Wellenkraftwerk dem sich verändernden Wasserspiegel automatisch angepaßt werden und bei Sturmwarnung aus dem Gefahrenbereich der Wassermassen gefahren werden.