DE202008007235U1

DE202008007235U1 - Bojen - Wellenkraftwerk mit Wellentaloptimierung

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Publication number: DE202008007235U1
Application number: DE202008007235U
Authority: DE
Original assignee: KORMANN VOLKER
Current assignee: KORMANN VOLKER
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2018-05-30

Abstract

ein Bojen – Wellenkraftwerk mit Wellentaloptimierung ist dadurch gekennzeichnet, dass:
1) Die Boje wasserdicht und druckfest bis zu 3 m Tiefe gebaut ist.
2) Die Boje so gebaut ist, dass diese vollständig in das Wellental einer „großen Welle" passt, andererseits über einen möglichst großen Auftrieb verfügt.
3) Die Bojenverankerung (z. B. Stahlkabel) über eine elektronisch gesteuerte Längenverstellung verfügt, um die Kabellänge im Zeitpunkt des Wellentals dem geringsten Abstand anzupassen. Die Längenverstellung wird nur im Zeitpunkt der geringsten Zugbelastung vorgenommen. Nach einer Längenverstellung wird das Kabel wieder arretiert und somit gegen die anschließend auftretenden großen Zugbelastungen geschützt.
4) Der hydraulische Kolben gegen das Salzwasser mit einer expandierbaren Gummidichtung geschützt ist. Der Zwischenraum zwischen Kolben und Gummidichtung wird mit einem auf die Wasserdruckverhältnisse angepassten Schmiermittel gefüllt.
5) Die hydraulische Pumpe nach dem umgekehrten Prinzip eines Wagenhebers funktioniert. Sprich eine sehr große Zugkraft und eine geringe Höhenänderung des...

Description

Bei der Nutzung der Energie von Meereswellen gibt es immer wieder folgende zentrale Probleme:

1) Aggressivität des Salzwassers
2) Belastungsspitzen durch Stürme
3) Unregelmäßige Wellenhöhe
4) Schwierige Installation durch die zu nutzenden Wellen
5) Standortproblematik

Für die ersten drei Probleme sollte dieses Konzept eine Lösung bieten. Der Ansatz dieser Idee ist, dass die Nutzfläche, welche die Wellenenergie aufnimmt, möglichst billig und groß ist, jedoch ohne mechanische Teile auskommt. Gleichzeitig soll die teure mechanische Seite möglichst klein dimensioniert und vollständig vor dem Salzwasser geschützt werden.
Dieser Denkansatz hat mich zu einem hydraulischen Bojen-Wellenkraftwerk geführt, bei der die Energie der Welle in Form von Zugkraft (Auftrieb) von einem Schwimmkörper aufgenommen wird. Wird der Schwimmkörper von einer Welle nach oben und in Richtung Küste gedrückt, so wird dieser Zug über ein Stahlseil auf die Hydraulik am Meeresboden übertragen. Dabei wird der starke Zug in eine relativ geringe Höhendifferenz des hydraulischen Kolbens übertragen. Aufgrund der geringen Abmessungen ist es möglich, diesen kostengünstig gegen das Salzwasser zu isolieren.
Der Ansatz des möglichst geringen Hubs der Hydraulikanlage, lieferte zudem den Denkanstoß für das zweite noch wichtigere Merkmal.
Diese Bauform eines Wellenkraftwerks soll nicht alleine jeden einzelnen Wellengang ausnutzen, sondern die besonders große Energie einer einzelnen großen Welle möglichst lange ausnutzen. Sobald ein Wellental einer großen Welle erreicht wird, und der Zug unter eine bestimmte Grenze fällt, wird als erstes durch hohen Druck der Hydraulische Zylinder wieder in seine Ausgangsstellung gebracht, um die Energie dieser Welle voll ausnutzen zu können. Gleichzeitig wird das Stahlseil mit Hilfe der elektronisch gesteuerten Längenverstellung so weit wie möglich verkürzt (bis zu einer festgelegten Zugbelastung). Somit hat der Schwimmkörper bei den anschließend auftretenden Wellenbergen, auch bei kleineren Wellen durch die verkürzte Verankerungsleine eine höhere Zugkraft. Erreicht der Kolben seine Maximalstellung, ohne das ein weiteres großes Wellental für eine Rückstellung in die Ausgangsposition auftritt, so wird von der Längenverstellung die Leine wieder verlängert und der Zylinder kann in die Ausgangsposition zurückkehren. Anschließend wird wieder bei allen Wellentälern die Leine so weit wie möglich verkürzt.
Auf diese Weise werden sporadisch auftretende hohe Wellen, die durch die Überlagerung mehrerer Wellen entstehen über einen langen Zeitraum genutzt. Durch die Zusammenschaltung der hydraulischen Druckleitung mehrerer solcher Anlagen entsteht zudem ein Schwingungsausgleich und eine Begradigung der Druckschübe. Weiterhin wird die Anlage effektiver, da über Druckventile automatisch eine Selbstoptimierung der Anlage erfolgt. Sobald eine „Boje" Druck von einem Wellenberg in die Druckleitung einspeist, der nicht vollständig vom Endverbraucher abgenommen wird, so führt dieser Druck dazu, das die anderen Bojen, die sich gerade in einem ansteigenden Wellental befinden, aufgrund des noch geringeren Drucks noch nicht Ihre Leistung in die Druckleitung abgeben, sondern erst beim erreichen eines Wellenberges wenn der Auftrieb der Boje hoch genug wird.
Zur Salzwasserisolierung der beweglichen Teile wird der betroffene Bereich von einer druckstabilen Schmierflüssigkeit umschlossen, welche in einer expandierbaren Gummidichtung eingeschlossen ist.
Zur Belastungsbegrenzung im Falle von Stürmen ist der Schwimmkörper so ausgelegt, das dieser im Sturmfall vollkommen von der Welle überspült wird. Diese Belastung + die Wellenbewegung in Richtung Küste bestimmt daher die Maximalbelastung dieser Konstruktion, die auch bei dieser Belastung arbeitsfähig bleiben soll.
Aktueller Stand der Technik
Im Gebrauchsmuster: 20 2007 005 155.7 von Herrn Anton Schuberl wird bereits eine ähnliche Anlage skizziert. Diese hat jedoch den Nachteil, dass die Mechanik dem aggressiven Salzwasser ausgesetzt ist, und jedes Wellental und jeder Wellenberg nur direkt ausgenutzt wird. Weiterhin können mehrere Anlagen nicht selbstregulierend zusammengeschaltet werden.
Weiterhin hat die Firma AWS Ocean Energy Ltd (http://www.awsocean.com/) ein Patent auf eine Unterwasseranlage, welche die Unterwasser-Druckdifferenzen der Wellen zur Stromerzeugung nutzt. Dieser „Standortvorteil" (unterwasser) hat jedoch Leistungsverluste zur Folge.
Grundsätzlicher Aufbau
Der grundsätzliche Aufbau eines Bojen Wellenkraftwerks mit Wellentaloptimierung besteht aus einem Schwimmkörper/Boje, die folgende Kriterien erfüllen muss:

1) Wasserdicht
2) Druckfest bis ca. 3 m Wassertiefe
3) Reißfeste Verankerung entsprechend Tauchtiefe 3 m.
4) Muss in ein Wellental passen

An die Boje wird eine Verankerungsseil (z. B. ein Stahlseil) befestigt, welches senkrecht nach unten führt. Das Stahlseil ist zudem versehen mit einer elektronisch gesteuerten Längenverstellung. Diese Längenverstellung muss nicht wie in der Zeichnung direkt in der Mitte des Stahlseils angebracht sein, sondern kann sich auch in der Boje oder am Meeresgrund bei der Bodenverankerung befinden. Auch die Längenverstellung sollte wenn möglich vor dem Meerwasser geschützt werden und über eine expandierbare Gummidichtung verfügen.
Über das Stahlseil wird Zug auf einen hydraulischen Zylinder ausgeübt. Der Zylinder ist dabei vollständig durch eine expandierbare Gummidichtung vor dem Meerwasser geschützt. Der Zylinder ist versehen mit einer „express" Rückstellfunktion, die es erlaubt innerhalb kurzer Zeit – im Wellental im Zeitpunkt der geringsten Belastung – den Zylinder wieder in die Ausgangsstellung zu überführen, bei der die Zugbelastung in hydraulischen Druck umgesetzt werden kann.
Die Hydraulik ist so aufgebaut, dass eine sehr große Zugkraft vom Auftrieb der Boje sehr viel Bewegungsenergie bei der Turbine erzeugt, die dafür nicht ganz so druckstark ist. Sprich hier ist das umgekehrte Prinzip eines hydraulischen Wagenhebers gemeint. Dadurch wird nach einem tiefen Wellental nicht sofort nach jedem Wellenberg eine Rückstellung des Kolbens erforderlich.
Die Hydraulikflüssigkeit des Kolbens wird durch die Zugkraft in eine Druckleitung gepumpt. Diese Druckleitung führt mehrere Bojenkraftwerke zusammen und endet in einem Stromgenerator. Von hier fließt die Hydraulikflüssigkeit ohne erhöhten Druck zurück den Hydraulikpumpen. Dort werden Sie in einem Druckbehälter gesammelt und zum Zeitpunkt eines Wellentales bei Bedarf mit Hochdruck in die Hydraulikpumpe gepresst, wodurch der Kolben erneut in seine Ausgangsposition kommt.

1: Boje
2: Stahlseil + elektronisch gesteuerter Längenverstellung
3: Hydraulischer Kolben
4: Dichtung
5: Verankerung am Meeresboden
6: Hydraulische Leitungen von und zum Generator

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 Nicht-Patentliteratur

- http://www.awsocean.com/ [0010]

Claims

ein Bojen – Wellenkraftwerk mit Wellentaloptimierung ist dadurch gekennzeichnet, dass: 1) Die Boje wasserdicht und druckfest bis zu 3 m Tiefe gebaut ist. 2) Die Boje so gebaut ist, dass diese vollständig in das Wellental einer „großen Welle" passt, andererseits über einen möglichst großen Auftrieb verfügt. 3) Die Bojenverankerung (z. B. Stahlkabel) über eine elektronisch gesteuerte Längenverstellung verfügt, um die Kabellänge im Zeitpunkt des Wellentals dem geringsten Abstand anzupassen. Die Längenverstellung wird nur im Zeitpunkt der geringsten Zugbelastung vorgenommen. Nach einer Längenverstellung wird das Kabel wieder arretiert und somit gegen die anschließend auftretenden großen Zugbelastungen geschützt. 4) Der hydraulische Kolben gegen das Salzwasser mit einer expandierbaren Gummidichtung geschützt ist. Der Zwischenraum zwischen Kolben und Gummidichtung wird mit einem auf die Wasserdruckverhältnisse angepassten Schmiermittel gefüllt. 5) Die hydraulische Pumpe nach dem umgekehrten Prinzip eines Wagenhebers funktioniert. Sprich eine sehr große Zugkraft und eine geringe Höhenänderung des Kolbens wird in sehr viel Bewegungsenergie für die Turbine im Stromgenerator umsetzt. 6) Die hydraulische Pumpe über eine „express" Rückstellung verfügt. Diese „express" Rückstellung erfolgt mit Hilfe eines zusätzlichen Druckbehälters, der bei Bedarf seinen Inhalt an die „Druckkammer" der Hydraulikpumpe abgeben kann. Nur im Zeitpunkt der geringsten Zugbelastung und nur bei „Bedarf" erfolgt eine Rückstellung. Der Bedarf wird über die aktuelle Stellung des Kolbens (z. B. 5/6 Höhendifferenz verbraucht) erkannt. Weiterhin soll bei einer besonders hohen Welle das darauffolgende Wellental ausgenutzt werden. Eine besonders hohe Welle kann über die auftretende Zugkraft beim Wellenberg erkannt werden. 7) Die Druckleitungen (Ausgangsleitungen) von mehreren Pumpen bzw. mehreren Bojen-Wellenkraftwerken zu einer Druckleitung zusammengeführt werden. Über Rückstoßventile zwischen Pumpe und Druckleitung ist eine Selbstregulierung des System gegeben, wodurch mittlere Zugkräfte je nach Bedarf noch nicht durchgeleitet werden, sondern erst die Wellenberge. 8) Die Hydraulikanlage sitzt zur leichteren Montage und Wartung auf einer modular aufgebauten Verankerungsplattform. Die hydraulischen Leitungen sind auf der Grundplatte fest montiert. Es können modular mehrere Grundplattformen neben einander versenkt werden. Die Abstände zwischen den Plattformen werden über flexible Schläuche überbrückt, die nachträglich unter Wasser angebracht werden. 9) In eine solche Grundplatte wird die Hydraulikanlage über zwei Führungsleinen nach unten gelassen und dort verschraubt.