DE60123465T2 - Ernergieerzeugungssystem zur ausnutzung der energie von meereswellen - Google Patents

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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Energiegewinnung durch Nutzung der Energie von Meereswellen.
  • Neue Quellen erneuerbarer Energien, welche keine Verschmutzung der Atmosphäre nach sich ziehen und eine minimale Investition und optimale Wirtschaftlichkeit einschließen, werden gegenwärtig untersucht und gesucht.
  • Es gibt in der Praxis erneuerbare Quellen, wie z.B. Solarenergie und Windenergie, aber sie reichen nicht aus, um die von der heutigen Gesellschaft verlangte Energie zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grunde wurde nach einem anderen Verfahren zur Energiegewinnung gesucht, das darin besteht, sich die Kraft zunutze zu machen, die durch die Meereswellen bzw. genauer gesagt, durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen, die sie zur Folge haben, ausgeübt wird.
  • Gegenwärtig sind verschiedene Einrichtungen und Anordnungen bekannt, auf diese Art und Weise Energie zu gewinnen (z.B. WO94 09273 oder US-A-3 988 592), jedoch haben diese Vorrichtungen den Nachteil, dass sie in vielen Fällen eine hohe Investition bei ihrer Herstellung und ihrer Aufstellung im Meer erfordern.
  • Ein anderer, nicht geringerer Nachteil dieser gegenwärtigen Anordnungen ist, wenn sie einmal aufgestellt sind, ihre Komplexität. Diese Komplexität bedeutet, dass diese Anordnungen einen hohen Wartungsaufwand erfordern, der oftmals nicht durch die erhaltene Energieleistung aufgewogen wird. Diese auf lange Sicht bezogene niedrige Ausbeute kann zur Demontage der Einrichtungen führen, bei denen diese Anordnungen Verwendung finden.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Anordnung dieser Erfindung liegt darin, die Nachteile zu beseitigen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen aufweisen, indem eine Reihe von Vorteilen geschaffen wird, die im Folgenden beschrieben werden.
  • Bei der Anordnung zur Energiegewinnung gemäß der Erfindung handelt es sich um den Typ, der mindestens einen schwimmenden Körper, eine Ballasteinrichtung und eine Kette oder einen Festmacher enthält, die bzw. der die Ballasteinrichtung und den schwimmenden Körper verbindet, und die ferner eine innerhalb des Körpers eingebaute Einrichtung zum Umwandeln der Bewegung des schwimmenden Körpers in pneumatische oder hydraulische Energie und Mittel zum Übertragen der Energie auf trockenes Land oder auf ein festes Gebilde aufweisen.
  • Gemäß der Erfindung enthält die Einrichtung zum Umwandeln der Bewegung eine Wiederherstellungseinrichtung, welche während des Absinkens der Welle die Wiederherstellung der Anfangsstellung der Kette oder des Festmachers erlaubt, wobei die Wiederherstellungseinrichtung innerhalb des schwimmenden Körpers eingebaut ist.
  • Dank dieser kennzeichnenden Merkmale erhält man eine Energiegewinnungsanordnung mit einem zeitlichen und kostenmäßigen Herstellungsaufwand, der geringer als bei den gegenwärtig bekannten Anordnungen ausfällt. Die Tatsache, dass die Umwandlungseinrichtung innerhalb des schwimmenden Körpers eingebaut ist, bedeutet außerdem, dass sie gegen durch das Wasser verursachte Korrosion, gegen durch Meeresströmungen verursachte heftige Bewegungen und gegen andere mögliche äußere Einflüsse geschützt ist, die irgendeinem der Bauteile schaden oder irgendeines beschädigen könnten, die die Anordnung bilden. Da sich der gesamte Aufbau innerhalb des schwimmenden Körpers befindet, ist sie auch leichter und schneller im Meer zu installieren, da lediglich der schwimmende Körper auf dem Meeresgrund zu verankern ist. Dieses letztgenannte Merkmal erlaubt auch die Schaffung einer Installation von mehreren Anordnungen der Erfindung, ohne dass ein hohes Investment erforderlich ist, mit dem Vorteil, dass sie alle mit einer einzigen Einrichtung zur Energieübertragung verbunden sind.
  • Gemäß einer Ausführung der Erfindung weist die Umwandlungs-einrichtung des schwimmenden Körpers einen Mechanismus auf, der die Bewegung des schwimmenden Körpers auf einen Kolben überträgt, der Luft mit Druck verdichtet.
  • Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Umwandeln der Bewegung einen Druckluftsammler auf, der mit mindestens einem Druckluftmotor verbunden ist, welcher einen Wechselstromgenerator antreibt.
  • Vorzugsweise besteht der Mechanismus aus einer an einem Kolben befestigten Kette, die mit der Achse dieses Kolbens in Eingriff steht.
  • Die Einrichtung zur Wiederherstellung der Kette stellt unabhängig von der Kraft der Bewegungsumkehr der Welle einen fehlerfreien Betrieb der Anordnung zu jeder Zeit sicher. Ein Fehlen dieser Anordnung würde den Arbeitszyklus unterbrechen.
  • Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung weist die Einrichtung zur Übertragung eine Leitung für die Zirkulation von Druckluft zu einem Druckluftsammler auf.
  • Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist die Druckluftsammel-einrichtung mit mindestens einem Druckluftmotor verbunden, welcher einen Wechselstromgenerator antreibt, der elektrische Energie erzeugt.
  • Vorzugsweise ist der schwimmende Körper eine Boje.
  • Gemäß einer Ausführung der Erfindung weist die Wiederherstellungseinrichtung mindestens ein Paar übereinander angeordneter Trommeln auf, um welche die Kette auf- und abwickelbar ist.
  • Vorzugsweise weisen die Trommeln eine gerillte Oberfläche auf, die eine seitliche Bewegung der Kette im Hinblick auf die Trommel verhindert.
  • Außerdem weist die Wiederherstellungseinrichtung auf ihrem oberen Teil ein schützendes Gehäuse auf.
  • Gemäß eines anderen kennzeichnenden Merkmals der Erfindung weist der schwimmende Körper Einrichtungen auf, damit er gesehen wird. Dank des Vorhandenseins dieser Einrichtungen können die Bojen auf dem Meer schnell und deutlich ausfindig gemacht werden. Diese Einrichtungen können in Situationen vorteilhaft sein, in denen die meteorologischen Bedingungen ungünstig sind, indem sie durch Schiffe ausfindig gemacht werden können, die möglicher Weise in ihrer Nähe sind.
  • Vorzugsweise werden die Signaleinrichtungen durch mindestens eine Batterie versorgt, die durch photovoltaische Zellen wieder aufladbar ist.
  • Vorteilhafterweise weist die Anordnung der Erfindung ein Gegengewicht auf, welches das erforderliche Drehmoment schafft, um die Kette oder den Festmacher bei der Bewegung des Absinkens der Welle geführt zu halten.
  • Alternativ ist der Mechanismus der Umwandlungseinrichtung eine Kette, die an mindestens zwei Kolben befestigt ist und die mit den Achsen beider Kolben in Eingriff steht.
  • Die Erfindung trifft auch Vorkehrung in Hinblick auf den Kolben, indem dieser eine automatische, sequentielle Wechseleinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Schubkraft der Welle einstellbar ist. Dies gestattet eine maximale Nutzung bei der Energieerzeugung, wobei bedacht werden muss, dass die Kraft, die während des Anstiegs der Welle erzeugt wird, graduell zunimmt. Aus diesem Grund muss das Betriebsverhältnis angepasst werden, wenn die aufgenommene Kraft zunimmt, indem ein sequentieller Wechsel zur Anwendung kommt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Um die Beschreibung dessen, was oben kurz dargestellt wurde, zu vereinfachen, sind einige Zeichnungen beigefügt, die schematisch und lediglich an Hand eines nicht einschränkenden Beispiels zwei Ausführungen der Anordnung der Erfindung zeigen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung des schwimmenden Körpers der Erfindung, welche die innere Einrichtung enthält;
  • 2 eine perspektivische Ansicht der Wiederherstellungseinrichtung der Anordnung;
  • 3 eine schematische Ansicht einer Einrichtung, die eine Energiegewinnungsanordnung der Erfindung verwendet; und
  • 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführung des schwimmenden Körpers der Erfindung.
  • Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
  • Wie in 1 zu erkennen ist, weist die Energiegewinnungsanordnung einen schwimmenden Körper 1 auf, der in seinem Inneren eine Einrichtung 2 zum Umwandeln der Bewegung des Körpers in Druckluft enthält. Dies schafft eine Anordnung, die leicht zu bauen ist, so dass die Herstellungs- und Wartungskosten beträchtlich reduziert werden. Der schwimmende Körper 1 besteht aus einer Boje mit Ballast, die in ihrem Inneren eine Durchgangsöffnung aufweist. Mittels dieser Öffnung kann die Boje mit Hilfe eines Festmachers 4 oder dergleichen am Boden verankert werden.
  • Die innen befindliche Einrichtung 2 besteht aus einem pneumatischen Kolben 5, der mit Hilfe einer Räderübersetzungsanordnung (schematisch dargestellt und mit Bezugszeichen 7 bezeichnet) an einer Kette 6 befestigt ist, wobei die Kette 6 mit ihrem anderen Ende mittels eines Tellerrades 8 oder mittels einer anderen Anordnung mit ähnlichen Eigenschaften auf dem Meeresboden befestigt ist. Die Aufgabe des pneumatischen Kolbens 5 liegt darin, die größte Anzahl von Litern Außenluft auf einen festgesetzten Druck zu verdichten.
  • Die Länge der aufgeschossenen Kette 6 hängt von dem Unterschied zwischen Niedrigwasser und Hochwasser plus der vorhergesagten Höhe der Wellen ab.
  • Der Kolben 5 weist eine automatische, sequentielle Wechseleinrichtung (nicht gezeigt) auf, die in Abhängigkeit von der Schubkraft der Welle einstellbar ist. Auf diese Art und Weise kann die Energieerzeugung bis zu einem maximalen Nutzen Verwendung finden, wobei die Zunahme der während des Ansteigens der Welle erzeugten Kraft mit eingerechnet werden muss. Aus diesem Grunde ist das Betriebsverhältnis durch Verwenden eines sequentiellen Wechsels abgeändert worden, wenn die aufgenommene Kraft zunimmt.
  • Dabei ist der Kolben 5 der Umwandlungseinrichtung 2 mit einem Ende an einer Wiederherstellungseinrichtung 9 befestigt, die jederzeit und unabhängig von der durch die Welle erzeugten Kraft die Wiederherstellung der Kette in ihre Anfangsstellung erlaubt.
  • Die von dem pneumatischen Kolben 5 erhaltene Druckluft wird über eine Leitung 10 zu einem Luftsammler geleitet.
  • Wie in 1 zu erkennen ist, befinden sich verschiedene Bauteile und Vorrichtungen, die an der Energiegewinnung mitwirken, im Innern der Boje 3, so dass die Bauteile gegen Korrosion und gegen die direkte Einwirkung der Welle, wenn diese auf die Boje 3 trifft, geschützt sind.
  • 2 zeigt eine Ausführung einer Wiederherstellungseinrichtung, die ein Paar übereinander angeordnete Trommeln 11 und 12 mit einer gerillten Oberfläche enthält, um die sich die Kette 6 (nicht gezeigt) auf- und abwickelt, welche durch eine untere Öffnung in die Einrichtung eingeführt ist. Beide Trommeln 11 und 12 sind vertikal leicht versetzt, um einen Rücklaufweg zwischen der Kette und der Trommel zu verhindern. Die obere Trommel 11 weist einen größeren Durchmesser als die untere Trommel 12 auf, um die Kette daran zu hindern, gegen die vorgenannte untere Trommel 12 zu schleißen. Darüber hinaus weist die obere Trommel 11 ein halbzylindrisches Gehäuse 14 auf, das den Festmacher oder die Kette 6 daran hindert, im Falle eines Spannungsverlustes der Kette 6 oder des Festmachers aus den Rillen der Oberfläche 13 der Trommel 11 heraus zu geraten.
  • In dem unteren Teil der Wiederherstellungseinrichtung, genauer gesagt neben der unten vorgesehenen Öffnung, durch die die Kette 6 läuft, kann man zwei kleine Rillenscheiben erkennen, die den Zweck haben, die Zufuhr der Kette 6 auf die Trommeln 11 und 16 zu erleichtern.
  • 3 zeigt eine Einrichtung, die aus zwei schwimmenden Körpern 1 besteht, genauer gesagt, zwei Bojen, die mit der Einrichtung 2 der Erfindung ausgestattet sind, wobei diese Einrichtung die bezogene Druckluft zu einer Hauptleitung 14 leitet, die die Luft zu einem Druckluftsammlertank 15 transportiert, der sich in der Küstenzone befindet. Diese Hauptleitung 14 ist unter dem Meeresboden verlegt, um zu verhindern, dass sie durch Anker und Fischernetze beschädigt wird.
  • Die vorgenannte Einrichtung 15 ist wiederum an eine Vielzahl von herkömmlichen pneumatischen Motoren 16 angeschlossen, wobei jeder einzelne dieser Motoren einen Wechselstromgenerator 17 antreibt, wodurch elektrische Energie erzeugt wird, die anschließend in ein elektrisches Netz eingespeist wird.
  • Außerdem ist die Boje 3 mit Signaleinrichtungen (nicht gezeigt) ausgestattet, die die Boje 3 schnell und deutlich markieren. Diese Einrichtungen sind unter ungünstigen meteorologischen Bedingungen für das Seetransportwesen sehr hilfreich, indem sie eine mögliche Kollision eines Wasserfahrzeugs mit den Bojen der Anordnung verhindern.
  • Die Signaleinrichtungen werden durch Batterien betrieben, die durch photovoltaische Zellen und kleine Dynamos wieder aufgeladen werden.
  • Die oben aufgeführte Beschreibung zeigt, wie leicht es unter Verwendung der Anordnung der Erfindung sein kann, eine Einrichtung mit einer Vielzahl von schwimmenden Körpern 1 zu errichten, wobei des Weiteren zu beachten ist, dass die Einrichtung 2 schon in der Boje 3 eingebaut worden ist, bevor sie im Meer installiert wird. Dieses Montagesystem ermöglicht eine Verringerung der Aufstellungszeit der Anordnung.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführung eines schwimmenden Körpers 18 der Anordnung der Erfindung. Der Körper hat einen zylindrischen Abschnitt 19, dessen oberer Teil ein Schutzgehäuse 20 aus Plastik aufweist, um die Anordnung in seinem Inneren zu schützen. Die Figur zeigt eine Wiederherstellungseinrichtung 21 mit denselben Wesensmerkmalen, wie die in 2 gezeigte Einrichtung, an deren Enden sich zwei Gehäuse 22, 23 befinden, die in ihrem Inneren zwei Kolben aufweisen, deren Achsen der gleichen Achse 24 der Wiederherstellungseinrichtung 21 entsprechen.
  • Die von den Kolben benötigte Luftzufuhr wird durch ein Rohr 25 geleitet, dass außerhalb des Gehäuses 20 hervorragt. Das Rohr 25 weist einen Filter zur Beseitigung von Feuchtigkeit und eine kleine elektrische Turbine zur Energieversorgung auf.
  • Der untere Teil des schwimmenden Körpers 18 hat ein Gegengewicht 26, das aus einer Scheibe von beträchtlichem Gewicht, z.B. 20 kg, besteht, welche für die erforderliche Spannung der Kette oder des Festmachers der Wiederherstellungseinrichtung 21 sorgt. Die Scheibe kann entlang dreier Stäbe 27 aus rostfreiem Stahl bewegt werden.
  • Die Materialien, die bei der großen Mehrheit der Komponenten verwendet werden, aus denen die Anordnung besteht, sind leichte Materialien, die im Wasser praktisch korrosionsfrei sind, wie z.B. Aluminium.
  • Die Anordnung der Erfindung zur Energiegewinnung hat den Vorteil, dass im Falle von Bruch oder Leckage der Boje 3 keine Umweltverschmutzung eintritt. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass das verwendete Fluid aus Druckluft besteht. Entsprechend werden keine für die Fauna in dem Gebiet schädlichen elektromagnetischen Effekte im Meer erzeugt.
  • Unabhängig von der Aufgabe der Erfindung schließen die Materialien, die bei der Herstellung der Bauteile verwendet werden, zusammen mit den Formen und Abmessungen dieselben und sämtliche zugehörigen, vorschlagbaren Details ein, die durch andere technisch äquivalente Details ersetzbar sind, soweit sie sich nicht auf deren eigentliche Eigenschaft auswirken oder von dem Umfang abweichen, der durch die unten angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims (15)

  1. Anordnung zur Energiegewinnung durch Nutzung der Energie von Meereswellen, die mindestens einen schwimmenden Körper (1, 18), eine Ballasteinrichtung und eine Kette oder einen Festmacher (6, 4) enthält, die bzw. der die Ballasteinrichtung und den schwimmenden Körper (1, 18) verbindet, und die ferner eine innerhalb des Körpers (1, 18) eingebaute Einrichtung (2) zum Umwandeln der Bewegung des schwimmenden Körpers (1, 18) in pneumatische oder hydraulische Energie und Mittel zum Übertragen der Energie auf trockenes Land oder auf ein festes Gebilde aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Umwandeln der Bewegung eine Wiederherstellungseinrichtung (9, 21) enthält, welche während des Absinkens der Welle die Wiederherstellung der Anfangsstellung der Kette oder des Festmachers (6, 4) erlaubt, wobei die Wiederherstellungseinrichtung (9, 21) innerhalb des schwimmenden Körpers (1, 18) eingebaut ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederherstellungseinrichtung (9) mindestens ein Paar übereinander angeordneter Trommeln (11, 12) aufweist, um welche die Kette (6) auf- und abwickelbar ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungseinrichtung (2) des schwimmenden Körpers (1) einen Mechanismus aufweist, der die Bewegung des schwimmenden Körpers auf einen Kolben (5) überträgt, der Luft mit Druck verdichtet.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Umwandeln der Bewegung einen Druckluftsammler aufweist, der mit mindestens einem Druckluftmotor verbunden ist, welcher einen Wechselstromgenerator antreibt.
  5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung eine Leitung (10) für die Zirkulation von Druckluft zu einen Druckluftsammler (15) aufweist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftsammeleinrichtung (15) mit mindestens einem Druckluftmotor verbunden ist, welcher einen Wechselstromgenerator (17) antreibt.
  7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus eine Kette (6) ist, die an einem Kolben (5) befestigt ist, die mit der Achse dieses Kolbens (5) in Eingriff steht.
  8. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmende Körper (1) eine Boje (3) ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommeln (11, 12) eine gerillte Oberfläche (13) aufweisen.
  10. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederherstellungseinrichtung (9) auf ihrem oberen Teil ein schützendes Gehäuse (14) aufweist.
  11. Anordnung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmende Körper Einrichtungen aufweist, damit er gesehen wird.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaleinrichtungen durch mindestens eine Batterie mit Energie versorgt werden, die durch photovoltaische Zellen wieder aufladbar ist.
  13. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gegengewicht (26) aufweist, welches das erforderliche Drehmoment schafft, um die Kette oder den Festmacher (6, 4) bei der Bewegung des Absinkens der Welle geführt zu halten.
  14. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus eine Kette ist, die an mindestens zwei Kolben befestigt ist, die mit den Achsen beider Kolben in Eingriff steht.
  15. Anordnung nach Anspruch 3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eine automatische sequentielle Wechseleinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Schubkraft der Welle einstellbar ist.
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