DE602004008639T2

DE602004008639T2 - Verfahren zum betrieb eines selbstschützenden wellenenergieumwandlers

Info

Publication number: DE602004008639T2
Application number: DE602004008639T
Authority: DE
Inventors: Hugh-Peter Westcliff-on-Sea Kelly
Original assignee: Trident Energy Ltd
Current assignee: Trident Energy Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2024-07-17
Also published as: US20070080539A1; GB0316869D0; DE602004008639D1; AU2004261759A1; WO2005012723A1; EP1646785B1; AU2004261759B2; ES2293295T3; EP1646785A1; US7242106B2; ATE371811T1; PT1646785E; DK1646785T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wellenenergie-Konverteranlagen, auch als Wellenfarmen bekannt, wie sie in Meeren zum Aufnehmen und Umwandeln von Meereswellenenergie in Elektrizität errichtet werden.
In meiner EP 1106691 und EP 1196690 werden Mittel zum Umwandeln der Meereswellenenergie in Elektrizität durch den Gebrauch von ,Punktabsorbern' oder, wie sie üblicherweise bekannt und hierin bezeichnet werden, von Schwimmkörpern beschrieben. Die Schwimmkörper, die sich mit der Bewegung der auf sie wirkenden Meereswellen wellenförmig auf und ab bewegen, verursachen entsprechende Bewegung zwischen dem/den Ständer/n und dem/den Anker/n eines oder mehrerer Lineargeneratoren. Die Wellenenergie wird auf diese Weise direkt in Elektrizität umgewandelt.
EP 1196690 (und auch WO 01 06 119 ) offenbart eine Wellenfarm, welche dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht.
Die erste der beiden vorgenannten Anmeldungen offenbart Mittel zum Absichern einer Wellenfarm (die einen oder mehrere Schwimmkörper zum Antreiben eines oder mehrerer Lineargeneratoren umfasst), indem die Betriebsart der Lineargeneratoren zu Linearmotoren gewandelt wird. Die Linearmotoren werden dann verwendet, um die Schwimmkörper im Falle von Schlechtwetter oder Sturm – heraus in Schutzhohlräume zu ziehen, bis der Sturm abklingt. Elektrizität ist zu diesem Zweck für die Versorgung der (nun) linearen Motoren ohne Frage notwendig. Es ist weder möglich – noch wirklich erwünscht – die gesamte Leistung dem Land-Gitter zu entnehmen, das normalerweise während der Betriebsart der Erzeugung durch die Wellenfarm gespeist wird.
Erfindungsgemäß umfasst eine selbstschützende Wellenfarm eine Reihe von Wellenenergie-Konvertern, wobei jeder Konverter mindestens einen Schwimmkörper umfasst und betreibbar ist, um den bzw. jeden Schwimmkörper zwischen einer ersten, Strom erzeugenden Position, bei der der Schwimmkörper zum Antreiben der Umwandlung mechanischer in elektrische Energie durch den Konverter in Meereswellen eingetaucht ist, und einer zweiten, geschützten Position, bei der die Bewegung des Schwimmkörpers durch die Meereswellen gemindert oder ausgeschlossen ist, zu bewegen; und eine Steueranordnung zum Bewirken eines koordinierten sequentiellen Betriebs der Konverter, um deren jeweilige(n) Schwimmkörper im Falle rauen Seegangs zwischen ihren ersten und zweiten Positionen zu bewegen, wobei die Steueranordnung so betrieben werden kann, dass während des Verbleibens des Schwimmkörpers bzw. der Schwimmkörper mindestens eines Konverters in der Strom erzeugenden Position die von mindestens einem solchen Konverter erzeugte elektrische Energie zum Antreiben des anderen Konverters bzw. der anderen Konverter genutzt wird, um deren Schwimmkörper zu deren zweiten Positionen zu bewegen, und dass danach für mindestens einen Konverter, für den kein weiterer Konverter in einem Erzeugungszustand zum Liefern der erforderlichen Leistung bleiben würde, die Antriebskraft zum Bewegen ihrer Schwimmkörper zu deren zweiter Position von einer anderen Energiequelle geliefert wird.
In der Praxis kann die zweite Position, in die die Schwimmkörper zu deren Schutz im Falle rauen Seegangs gebracht werden, durch das Verändern der Höhe der Schwimmkörper erreicht werden, wie etwa sie in Schutzhohlräume zu heben oder sie ins Meer unterzutauchen.
Obwohl Seestürme sehr schnell entstehen können, ist klar, dass sie eine messbare Zeit brauchen, um ihre volle Stärke zu erreichen.
Das physikalische Verfahren zum Schützen der Schwimmkörper kann auf sequentieller reihenweiser Grundlage erfolgen, bis alle außer dem letzten/den beiden letzten Konvertern betrieben wurden. Die andere Energiequelle zum Anheben des letzten der Konverter kann eine an Bord befindliche Einrichtung, wie etwa eine Speicherbatterie oder ein Stromgenerator, sein. Es versteht sich, dass die Leistung für diesen Betrieb – bei Bedarf – durch Elektrizität unterstützt erfolgen kann, die, soweit verfügbar, von einer Landleitung oder dergleichen geliefert wird.
Es versteht sich, dass das hierin offenbarte erfindungsgemäße Konzept wie zuvor erwähnt ohne Weiteres auf mit Lineargeneratoren ausgerüstete Wellenfarmen übertragbar ist. Im Falle von Seestürmen wird für das erfolgreiche Herausnehmen oder Eintauchen der entsprechenden Schwimmkörper einfach die von den nach wie vor betriebenen Konvertern gelieferte Energie den anderen Konvertern – die jetzt in der Linearmotor-Betriebsart arbeiten – geliefert.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beliegenden Zeichnungen beschrieben.
Hierbei zeigen:
1 eine mit einer Vielzahl an Wellenenergie-Konvertern ausgerüstete Wellenfarm
2 die selbstschützende, selbstangetriebene Ausgestaltung der Erfindung während des Betriebs
3 alle aus dem Meer herausgezogenen Konverter und
4 ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb der Steuereinrichtung der Wellenfarm zeigt.
Bezugnehmend auf 1 ist bei 10 eine Wellenfarm dargestellt, die eine turmähnliche Struktur 11 zum Unterstützen einer Reihe von Wellenenergie-Konvertern 12 umfasst. Jeder von diesen umfasst einen in Meereswellen 14 eingetauchten Schwimmkörper 13, der genutzt wird, um den Anker 15 eines Lineargenerators im Verhältnis zu seinem Ständer 16 anzutreiben, was durch die Wellenbewegung der Wellen auf den Schwimmkörper bewirkt wird.
Bei normalem Betrieb, mit anderen Worten bei akzeptablen Meeresbedingungen, liefert jeder der verschiedenen Konverter Energie zu einer Landleitung 17, die die Wellenfarm mit der nächstgelegenen Küste verbindet. Die von jedem erzeugte Energie wird zuerst in einer Steuermitteleinrichtung 18 zusammengeführt.
Wie bekannt ist können gelegentlich Sturmbedingungen herrschen. In diesem Falle kann es notwendig sein, die Schwimmkörper aus dem Meer herauszuziehen (oder sie einzutauchen), um Schäden an ihnen und an dem durch sie betriebenen Lineargenerator zu vermeiden.
Bezugnehmend auf 2 wird ein derartiger Betrieb durch Verwenden der durch die im Meer verbleibenden Konverter 19 & 20 & 21 gelieferten Energie zum Herausziehen von 22 usw. durchgeführt, bis alle bis auf den letzten von zwei verbleiben. Dies wird in 4 gezeigt. Normalerweise liefern im Meer arbeitende Generatoren, hier schematisch bei 19 gezeigt, der Landleitung 25 Energie und mittels der Steuereinrichtung 18 somit der Küste (Schalter ,a' in unterer Stellung). Im Falle von Schlechtwetterbedingungen wird Schalter a abgeschaltet und Schalter b betätigt (obere Stellung), um die Energie von Generator 19 (und dessen Kollegen) mit Generator 22 zu verbinden, der nun in der Linearmotorbetriebsart arbeitet, um so wie dargestellt das Entfernen seines Schwimmkörpers aus dem Meer zu bewerkstelligen. Der Ablauf wiederholt sich sequentiell, bis alle, außer den letzten paar Schwimmkörpern, angehoben wurden. Schließlich wird Schalter c betätigt (untere Stellung), um die letzten im Meer verbleibenden Konverter mit Schwimmkörpern mit der an Bord befindlichen Energiequelle zu verbinden, die hier und in 2 bei 24 gezeigt wird (dabei kann es sich z.B. um eine Speicherbatterie handeln, die zuvor durch die betriebenen Generatoren oder einen elektrischen Generator geladen wurde). Diese Energiequelle stellt die Energie zum Heben der letzten der Schwimmkörper aus dem Meer heraus bereit. Die Schwimmkörper bleiben solange aus dem Meer herausgezogen, bis der Sturm nachlässt, woraufhin die normalen Schalterstellungen wieder eingenommen werden.
In 3 wird eine Wellenfarm, bei der alle Schwimmkörper herausgezogen dargestellt sind, gezeigt.
Es versteht sich, dass in einer Wellenfarm mit mehreren tausend einzelnen Konvertern ganze Sätze von Konvertern zeitgleich herausgezogen werden können, was den Prozess beschleunigt. Typischerweise kann es weniger als fünf Sekunden dauern, um das Herausziehen von etwa einem Satz von einhundert Konvertern aus einer Gesamtzahl von dreitausend zu bewerkstelligen, wodurch die Gesamtzeit zum Herausziehen in der Größenordnung von nur 150 Sekunden oder weniger als 3 Minuten liegt, was gut in der Zeitspanne liegt, die ein Sturm braucht, um seine volle Stärke zu erreichen.
Innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche sind für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen nahe liegend.

Claims

Selbstschützende Wellenfarm mit: einer Reihe von Wellenenergie-Konvertern (12), wobei jeder Konverter (12) mindestens einen Schwimmkörper (13) umfasst und betreibbar ist, um den bzw. jeden Schwimmkörper desselben zwischen einer ersten, Strom erzeugenden Position, bei der der Schwimmkörper zum Antreiben der Umwandlung mechanischer in elektrische Energie durch den Konverter (12) in Meereswellen eingetaucht ist, und einer zweiten, geschützten Position, bei der die Bewegung des Schwimmkörpers (13) durch Meereswellen gemindert oder ausgeschlossen ist, zu bewegen; gekennzeichnet durch eine Steueranordnung (18, 24) zum Bewirken eines koordinierten sequentiellen Betriebs der Konverter (12), um deren jeweilige(n) Schwimmkörper (13) im Falle rauen Seegangs zwischen ihren ersten und zweiten Positionen zu bewegen, wobei die Steueranordnung (18, 24) so betrieben werden kann, dass während des Verbleibens des Schwimmkörpers (13) bzw. der Schwimmkörper (13) mindestens eines Konverters (12) in der Strom erzeugenden Position die von mindestens einem solchen Konverter (19) erzeugte elektrische Energie zum Antreiben des anderen Konverters bzw. der anderen Konverter (22) genutzt wird, um deren Schwimmkörper zu deren zweiten Positionen zu bewegen, und dass danach für mindestens einen Konverter, für den kein weiterer Konverter in einem Erzeugungszustand zum Liefern der erforderlichen Leistung bleiben würde, die Antriebskraft zum Bewegen ihrer Schwimmkörper zu deren zweiter Position von einer anderen Energiequelle (24) geliefert wird.
Wellenfarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Position des Schwimmkörpers bei unterschiedlichen Höhen liegen.
Wellenfarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Energiequelle (24) ein Speicher für zuvor durch die Konverter von mechanischer zu elektrischer Energie umgewandelte Energie ist.
Wellenfarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Energiequelle ein Stromgenerator ist.
Wellenfarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18, 24) als Reaktion auf rauen Seegang zum Steuern der durch einen oder mehrere Konverter, die noch in dem Meer betriebsbereit sind, erzeugten Energie zum Antreiben des Herausholens oder Untertauchens der anderen Konverter genutzt wird.
Wellenfarm nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei der die mechanische zu elektrischer Energie umwandelnden Konverter Lineargeneratoren (15, 16) umfassen, die bei normalem Einsatz die von den Schwimmkörpern bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, die aber im Fall rauen Seegangs stattdessen als Linearmotoren verwendet werden, um die Punktabsorber in einem zum Vermeiden einer Beschädigung derselben erforderlichen Maße entweder heraus in Schutzhohlräume zu ziehen oder sie unterzutauchen.