DE3025969A1 - Energiegewinnung durch seegang - gesteuerte energieumwandlungszelle - - Google Patents

Description

• Energiegewinnung durch Seegang
• - Gesteuerte Energieumwandlungszelle - 1. @eschreibung 1.1.Titel: Energiegewinnung durch Seegang -Gesteuerte Energieumwandlungszelle-1.2.Anwendungsge @et: Die Erfindung eröffnet eine Möglichkeit, wie energie von Meereswellen in potentielle energie umgewandelt werden kann.
• Wasser auf @eereshöhe wird durch die Energieumwandlungszelle auf ein höher gelegenes Niveau gepumpt.
• Der Rückfluß kann in herkömmlicher Form über Turbinen genutzt werden.
• 1.3. Sestandteile: Die prinzipiellen zestandteile sind: a. Hubkörper K, b. Hubrohr H.
• 1.4. wirkungsweise Der Hubkörper ist ein schwimmfähiger fester aegenstand, der aufgrund von Oberflächenwellen im wasser vertikale schwingungen ausführt. Bei jeder Schwingungsdauer der wasserwelle wird er um die Hubhöhe h1 angehoben.
• Dabei ist wesentlich, daß die in Figur 1. bzw. Figur 3.
• enthaltenen @ührungen des Hubkörpers K fest verankert sind und der Hubkörper K selbst nur bewegungen ausführen kann, die aufgrund von wirkenden Kräften in Längsrichtung der @ührungen sich ergeben.
• nat der nubkörper das zigengewicht Fi, so ist die bei einem wellenberg von ihm aufgenommene energie z E1 = F1.h1.
• im Wellental gibt der nubkörper seite aufgenommene Energie durch Absenken seines Digengewichtes mechanisch direkt als Arbeitshub an das Hubrohr n ab.
• Das nubrohr H besteht in Hauptsache aus einer zolbenpumpe.
• ist die Kraft des Kolbeniderstandes 2 so ist bei einem Kolbenhub der nöhe h2 die energie E2 erforderlich.
• Für sie gilt: E2 2.h2.
• Durch kolbenhub wird Wasser auf ein hoher gelegenes Niveau gepumpt. Ohne Berücksichtigung des wirkungsgrades µ ergibt sich: E1 = E2.
• Je nach höhenlage des höher gelegenen Niveaus kann dabei der Querschnitt q des iiubrohres H bzw. die @ubhöhe h2 entsprechend berechnet werden.
• Für die Phase des Arbeitschubes ist von wesentlicher Bedeutung, daß folgende Bedingungen erfüllt werden.
• a. Die Absenkung des Hubkörper K soll erst zu einem zeitpunkt einsetzen, in dem der Hubkörper von hydrostatischen Auftriebskräften weitgehend frei ist.
• b. Reibungskerluste des Hubkörpers mit Wasser sollen bei der Absenkung verhindert werden.
• c. Die Hubhöhe h1 soll möglichst groß sein und somit der Absenkkngsvorgang zeitlich dann beendet werden, wenn das Wellental eine möglichst tiefe Lage des Hubkörpers zuläßt.
• Die Erfüllung dieser Bedingungen wira weitgehend dadurch erzielt, daß die nraft F2 des Kolbenwiderstandes nur geringfügig kleiner als das Eigengewicht F 1 des Hubkörpers gewählt wird. Ist darüber hinaus die nöhenabmessung des doppelten @ubkörpers K klein gegenüber der Wellenhöhe so werden dadurch neibungsverluste mit wasser verhindert.
• Die abstimmung der für die Absenkung des Hubkörpers A zur verfügung stehenden eit kann durch @erechnung erfolgen.
• Die figuren ,4.,5.,6. und 7. veraeutlichen den prinzipiellen Ablauf einer Sch-wingung in 4 Phasen.
• Als Ausgangslage sei der umstand gemäß Figur 4. gewählt, wenn der ubkörper K sich am oberen Umkehrpunkt im Nellenberg sich befindet.
• erste Phase gemäß figur -1. bzw. rigur 5.
• Der Hubkörper K wird von der Kraft F2 des Habkolbenwiderstandes in seiner Lage gehalten und gleichzeitig wegen ortschreitens der Welle von huftriebskräften frei.
• weite Phase gemäß figur 5. bzw. Figur 6.
• Der Hubkörper K senkt sich infolge seines gegenüber F2 größeren igengewichtes B1 in das Wellental ab und taucht hier in Wasser ein.
• Dritte phase gemäß figur 6. bzw. Figur 7.
• Der Hubkörper , wird durch wasserreibung u@d wegen zunehmenden Auftriebs abgebremst und erreicht in Wasser seinen unteren Umkehrpunkt.
• Vierte Phase gemäß rigur 7. bzw. figur 4.
• Der Hubkörper k kehrt wegen des Auftriebes zum oberen Umkehrpunkt zurüch Wesentliches Merkmal der unter 1.7. geltend gemachten Patentansprüche ist weder der Hubkörper K noch das Hubrohr H als prinzipieller Gegenstand, sondern ihre Ausstattung mit einer Steuerungsanlage derart, daß die Absenkung des Hubkörpers K möglichst frei von Auftrieb und Reibungskräften mit Wasser erfolgen kann.
• Wie beschrieben, wird dies in Porm von Selbststeuerung dann erreicht, wenn eine geeignete Dimensionierung und Abstimmung bei der Energieumwandlungszelle vorgenommen werden. Durch die Steuerung soll die Energieausbeute erheblich verbessert und dementsprechend eine wirtschaftliche Nutzung ermöglicht werden.
• 1.5. Erzielbare Vortaile Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energie der meist parallel auf eine Meeresküste zukommenden Oberflächenwellen wirtschaftlich zu nutzen.
• Der Transport.energetisch erheblicher Wassermengen auf Höhenniveau eines hinter der Küste anzulegenden Wasserbeckens wird ermöglicht.
• Durch Zusammenfassung bzw. Parallelschaltung einer Vielzahl von Energieumwandlungszellen wird der Nutzeffekt entsprechend erhöht.
• Als Anwendungsbereich kommen vornehmlich Meeresküsten in Frage, an denen im Jahresmittel ein relativ-starker Seegang besteht.
• Ein Vorteil der Anlage besteht auch darin, daß sie aufgrund ihrer prinzipiellen Wirkungsweise auch unregelmäßige Meereswellen zuläßt.
• 1.6. Berechnungsbeispiele Erstes Beispiel: 1) Bei einer Windstärke von 5 bach Beaufort kann von einer mittleren Wellenhöhe von 1,3 m und von einer mittleren Schwingungsdauer 5,4 Sekunden ausgegangen werden.
• Angenommene Daten: Gewicht des Hubköpers F1=2.105N, Hubhöhe des Hubkörpers h1= 1 m, Frequenz der Meereswelle =1/3 s Bei angenommenen Wirkungsgrad = 50% hat man für die Leistung L: = .F1.h1. - = 0,5.2.0,3333.105W = 33,33 kW.
• Zweites Beispiel: Zur Verdeutlichung der Wirkunsweise in vier Phasen wird im folgenden angenommen, daß der Hubkörper K von der Masse m=2.104kg die Abmessungen 0,6 m Höhe, 4 m Breite und 9 m Länge hat und die Wasserwellen eine Schwingungsweite von 1 m und eine Wellenlänge von 30 m haben und von sinusförmiger Ausprägung sind.
• @Günter Dietrich, Ozeanographie, Georg-Westermann-Verlag, 3. verbesserte Auflage, Braunschweig 1976, Seite 53 Für die Schwingungsdauer werden = 6 s vorausgesetzt.
• Wie aus einem Fachlexikon leicht zu ersehen, bewegen sich diese Vorgabedaten im Rahmen durchschnittlicher Erscheinungsformen bei Windstärken von 4 bis 6 nach Beaufort2 .
• Den unter 1.4. beschriebenen vier Phasen einer vollen Schwingung können dann durch rechnerische Abschätzung der Reihe nach die Zeitanteile 1,5 s, 1,5 s, 1 s und 2 s zugeordnet werden.
• Für die Absenkungshöhe h1 errechnet sich ein Wert, der eine vertikale Wegstrecke ho = 1,1 m umfaßt, die der Hubkörper K bei der Absenkung ohne Reibung mit Wasser zurücklegen kann.
• Damit die Energieabgabe an das Hubrohr H, also die Absenkungsphase des Hubkörpers K in t = 1,5 Sekunden abläuft, berechnet sich für die belastende Kraft F2 des Kolbenwiderstandes aus F1 - F2 = m.b, wobei m die Masse des Hubkörpers K und b die Beschleunigung während der Absenkungsphase darstellt.
• Für b gilt ho = b/2 t2 und somit aus 1,1 = b/2. 1,52 der Wert b = 0,98 m.s-2 Für F2 hat man also F2 = F1 - m.b bzw. -2 F2 = m.g - m.b, wobei g = 9,81 m.s 2 die Erdbeschleunigungskonstante bedeutet.
• Es ist F2 = m(9,8X - 0,98) = 2.104. 8,83 = 1,766 .105 N.
• Für F1 gilt F1 = g.m = 9,81i.2.104 = 11,962.105N und folglich ist die Kraft F2 des Kolbenwiderstandes betragsmäßig 90 % vom Eigengewicht F1 des Rubkörpers K.
• Westermann Lexikon der Geographie, Georg Westermann -Verlag, Band IV, Braunschweig 1970, Seite 929 2. Ausführungsbeispiel Es zeigen Figur 1.: Hubkörper K in Aufrißskizze. Seine Lage beim Wellental ist gestrichelt dargestellt.
• Figur 2.: Hubrohr H in Aufrißskizze. Der Hubkolben ist schraffiert dargestellt. Sinwegventile sind durch Dreiecks symbolisiert.
• Figur 3.: Prinzipielle Wirkungsweise der Energieumwandlungszelle in halbschematischer Darstellung. Die Energieübertragung erfolgt hier mittels Seilzug über zwei Rollen. Die Lage des Hubkörpers K beim Wellental ist gestrichelt gekennzeichnet.
• Figur 4: Hubkörper K befindet sich am oberen Umkehrpunkt, sein Eigengewicht wird durch Auftrieb kompensiert.
• Figur 5.: Hubkörper K befindet sich am oberen Umkehrpunkt und ist von Auftriebskräften frei.
• Figur 6.: Hubkörper K taucht beim Wellental in Wasser ein.
• Figur 7.: Hubkörper K befindet sich am unteren Umkehrpunkt.

Claims (1)

1.7. Patentanspr@ch Oberbegriff: Die Nutzung der von Meereswellen wiederkehrend angehobenen Körpern zum Wassertransport auf wnhenniveau.

Kennzeichnender Teil: Durch eine Steuerungsvorrichtung zur Verhinderung von Auftriebs- und Peibungskräften gekennzeichnet. die an einen durch Wellenberg angehobenen Hubkörper K bei der Absenkung in das nachfolgende Vellental wirken. wobei Form.

Abmessungen undd spez. Gewicht des Hubkörpers K auf die vorhandene Wellenstruktur hin abgestimmt werden und die Absenkung selbst unmittelbar zum Arbeitshub einer Kolbenpumpe verwendet wird.

Die Kennzeichnung umfa@t insbesondere: a) Daß der schwimmfähige Hubkörper K aufgrund fest verankerter Führungen nur vertikale Translationsbewegunge ausfüen kann. Zusätzliche Rotationsbewegungen sind auf der Basis entsprechender Konstruktion denkbar und werden hier nicht ausgeschlossen.

b) Daß aufgrund vorgegebener Wellenstruktur eine dem wenn gewicht des Hubkörpers K entgehen wirkende Belastungskraft F2 so abgestimmt wird. daß der Hubkörper am oberen Umkehrpunkt seiner Schwingungsbewegung zunächst festgehalten wird bis er, infolge des Voranschreitesn der Wasserwelle. von wirkenden Auftriebskräften weitgehend frei ist.

i) Daß die unter b) genannte Belastungskraft F2 auch nach dem Gesichtspunkt abgestimmt wird dem ubk?rper Keine möglichst lange und von Reibungskräften mit Wasser weitgehend freie Wegstrecke für die Absenkung zu ermöglichen.

d@Da@ der Hubkörper K in seiner vertikalen Ausdehnung grundsätzlich von kleinerer Abmessung als die doppelte Wellenhöhe zu sein hat und er in seiner sonstigen Formgestaltung so abgestimmt wird daQ bei einem wesentlichen Teil der Absenkungsbewegung ein Kontakt mit Wasser weitgehend vermieden wird.

e)Daß das spezifische Gewicht des Hubkörpers K so abgestimmt wird. daß bei jedem Wellenberg der vorgegebenen Wellenstruktur zu seinem oberen Umkehrpunkt zurückkehrt.