EP2519738A2 - Wellenenergieanlage - Google Patents

Wellenenergieanlage

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Publication number
EP2519738A2
EP2519738A2 EP10805419A EP10805419A EP2519738A2 EP 2519738 A2 EP2519738 A2 EP 2519738A2 EP 10805419 A EP10805419 A EP 10805419A EP 10805419 A EP10805419 A EP 10805419A EP 2519738 A2 EP2519738 A2 EP 2519738A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
platform
torque
frame
wave energy
energy plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10805419A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Hagemann
Nik Scharmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2519738A2 publication Critical patent/EP2519738A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/20—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" wherein both members, i.e. wom and rem are movable relative to the sea bed or shore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/1825—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for 360° rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/97—Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a wave energy plant for generating electrical energy in the off-shore use and in particular a wave energy plant with a diving platform according to the preamble of claim 1.
  • a variety of wave energy systems is known, which differed substantially according to their place of use Depending on whether they are installed on the high seas (off-shore), near the coast or on the coast.
  • Another wave energy system is known, which differed substantially according to their place of use Depending on whether they are installed on the high seas (off-shore), near the coast or on the coast. Another
  • Differentiation refers to how the energy is extracted from the wave motion.
  • buoys float on the water surface so that, for example, a linear generator can be driven by a lifting and lowering movement of the buoy body.
  • wave roller a wing is placed on the seabed, which is tilted back and forth due to the movement of the water molecules, for example, the kinetic energy of the wing is converted into electrical energy in a generator "Wave Harrows" is a machine that can be used to transform energy from ocean waves.
  • a coupling body such as a wing, a rotor, a roller or the like rotating body is stored such that a
  • Orbital movement of the water molecules as a result of sea wave motion is also converted to an orbital motion of the coupling body, which then by a
  • the Crank drive can be converted directly into a usable for power generation torque.
  • the coupling body can be both a resistance runner and a lift runner, as well as a combination of these variants.
  • the tapped usable torque can then, for example, by means of
  • CONFIRMATION COPY Hydraulic components and / or be converted by means of a generator into electricity.
  • projecting storage are arranged in a common housing or frame.
  • the housing or frame has a substantially horizontal longitudinal extent, and is arranged below the water surface.
  • By floating bodies in or on the scaffolding, the depth can be varied.
  • Such a framework is referred to below as a diving platform.
  • the longitudinal extent of the diving platform is sufficiently large to support a plurality of coupling bodies on it, the forces acting on the diving platform act through the orbital motion of the water molecules as a result of the sea wave movement in different directions and cancel each other out largely. This results in a largely quiet position of the diving platform relative to the orbital motion of the
  • crank mechanisms of the coupling body can be supported on the largely stationary scaffolding or diving platform and deliver a torque.
  • the generated torques of all the individual coupling bodies have the same orientation, since all the coupling bodies have the same direction of rotation.
  • the torques generated by the coupling bodies on the crank drives can be added to the dive platform regardless of their point of attack when they attack the same rigid body, as is the case with the known wave energy systems of this design. Due to the same orientation of all coupling body torques, a coupling body total torque thus results according to the kinetic laws, which would put the overall position of the diving platform in a rotation in the direction of rotation of the coupling body. It should be noted that, of course, without the aforementioned torque pickup on the crank drives, the framework is not put into such a rotational movement. Therefore, a particularly advantageous appears Dosability of the torque pick-up, which are described in the following
  • Object of the present invention is therefore to keep stable by a suitable means the wave energy plant.
  • One goal is to generate by means of this means a corresponding counter-torque, which keeps the wave energy plant and thus in particular the diving platform in position.
  • Another goal is to create one
  • a further goal is to prevent a combination of the means mentioned in that a torque is induced in the wave energy system, so that the system can be kept in a stable position. Only then would it be possible to profitably tap the torques generated by the coupling bodies on the crank drives and, for example, convert them into electrical energy.
  • the above object and the defined objectives are achieved by a wave energy plant with the features of claim 1.
  • the basic idea of the invention according to claim 1 is essentially to equip the wave energy plant with a base platform and at least one coupling body which is rotatably mounted, in particular under execution of an orbital motion with a predetermined direction of movement on the platform. Furthermore, an energy conversion device is provided, by which a usable torque for energy conversion can be tapped, i. tapped in the operating state and supported on the platform. Finally, a torque compensation device is provided by means of which a resulting from the tapping / supporting the usable torque reaction torque of the platform is compensated or neutralized.
  • the coupling body may e.g. a resistance body or an aerodynamically effective body such as a wing.
  • the wave energy plant is provided with a counter torque generating mechanism which is dependent on of the total torque (reaction torque), which is referred to below as (theoretically) usable torque, from the coupling elements generated (tapped) individual torques, applies such counter-torque to the platform, which holds it essentially in a stable (preferably horizontal) position.
  • the counter-torque generating mechanism for this purpose has a means for (asymmetric) the aforementioned total torque (reaction torque) counteracting weight transfer or distribution along the platform and / or the frame frame, such that the thus adjustable weight distribution a weight force on the diving platform or the Frame frame which (taking into account the inevitably resulting by the weight distribution lever arms with respect to the geometric center) the usable
  • a (trim) fluid accommodated in the dipping platform or in the frame frame can also be pumped back and forth in its longitudinal direction in order to achieve a weight transfer around the geometric center.
  • Rotation axis of a coupling body aligned platform end sides) or the frame frame is preferably variable (controllable).
  • the buoyancy device is an additional measure acting on the weight distribution device, which enhances or eliminates the effect of the weight distribution device depending on their placement.
  • a flexible cable having a specific weight preferably a mooring chain
  • a so-called catenery mooring fulfills these requirements, for example.
  • Such a mooring chain is thus fixed at a location of the dive platform that would lift in the event of rotational movement of the dive platform, thus increasing the counteracting rotational force of the mooring chain (including the effective lever arm) would increase (ie one parallel to the axis of rotation of a
  • the torque compensation device has at least one rotatably mounted on the platform frame frame, on which in turn the at least one coupling body is mounted for orbital motion and on which the counter-torque generating mechanism is arranged, depending on the current tapped usable torque and / or the current spatial position of the frame frame applies such a counter torque on the frame frame, which holds the frame frame substantially stable, so that the platform remains substantially free torque.
  • the reaction torque is already compensated ("consumed", or "neutralized") before it is induced in the platform.
  • the platform does not necessarily need to be equipped with its own counter-torque generating mechanism.
  • This at least one frame frame with a vertical orientation is rotatably mounted on the large horizontal frame. He preferably has (in the simplest case) at its upper end a buoyant body and / or at its lower end a mass, wherein in the small frame of the / the coupling body are held orbitalbewegbar. Of the Torque tap through a gear and / or generator is supported on this small frame.
  • an advantageous development of the invention provides for coupling the diving platform with a so-called “heave plate” or damper plate, in which case the fact is made use of that the water molecules in large water depth carry out a smaller or no orbital movement than water molecules close to the water body
  • Damper plate coupled via a preferably rigid coupling element with the near the water surface located diving platform causes this stabilization of the diving platform.
  • the diving platform can thus build much shorter, without being offset by the wave motion excessively in rocking movements. This is particularly advantageous in terms of cost aspects.
  • FIG. 1 shows a wave power plant with a diving platform according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows the wave energy plant according to FIG. 1 with coupling bodies alternatively designed for FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a coupling body as used in the wave power plant of Fig. 1
  • Fig. 4 shows a coupling body as used in the wave power plant of Fig. 2;
  • FIG. 5 shows a wave energy plant (in side view) with a self-adjusting diving platform according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 6 shows the wave energy plant of Fig. 5 in front view with a kind of "winglets” having coupling body for reducing induced resistances (or wake turbulence) and to achieve a self-alignment of the plant;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the diving platform according to FIG. 5 with the illustrated moments and forces for an assumed operating state
  • Fig. 8 shows a schematic representation of an example horizontally oriented
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of the diving platform according to FIG. 5 with coupled "Heave Plate”;
  • FIGS. 10 shows a wave energy plant according to a still further exemplary embodiment of the invention in which the functional principles of the wave energy plants according to FIGS. 1 and 5 are combined and FIGS. 11 and 12 show constructional modifications of the wave energy plant according to FIG.
  • FIG. 10 possibly also in combination with FIG. 8
  • a submersible platform 1 which in the present case consists of two parallel spaced, longitudinally extending rails or beams 2 (also carrier-shaped grid frame), at least at their respective ends (or at
  • each coupling body 4 consists of a roller or roller which extends substantially over the entire parallel distance between the two rails 2 and the center has a bearing axis 6.
  • the bearing shaft 6 is mounted or mounted on two lever arms 8, which are arranged on the respective end faces of the roller 4.
  • a mounting axis 10 is fixed, which is rotatably inserted respectively in a bearing bush of the rail 2.
  • each coupling body or each roller 4 according to the above structure at least perform an orbital movement about the mounting axis 10 and thus drive the existing lever 8 and mounting axis 10 crank drive for a torque pickup.
  • the length of the lever arm can be adjusted in order to be able to optimally adjust the wave energy plant to different wave heights.
  • the coupling bodies preferably have a neutral or nearly neutral buoyancy.
  • the coupling body 4 may be e.g. be formed in the form of a cross geometry according to FIG. 4.
  • the (axisymmetric) cross geometry of a coupling body 4 consists of four over the parallel distance of the two rails 2 extending wing blades 12 which are fixed at their respective longitudinal sides of a scar at 90 ° - each angular distance.
  • the scar corresponds to the bearing axis 6 of the above
  • a length adjustment unit 14 can be provided on each lever 8 by means of which the circular path of the coupling body can be changed.
  • buoyant bodies for example in the form of ballast tanks 16, 18 or similar air-fillable containers, are arranged at least at the longitudinally spaced end sections of the submersible platform 1 (in a direction perpendicular to the mounting axis 10), wherein at least one
  • Floating on the mooring opposite longitudinal end of the diving platform for the function of the system may be sufficient if necessary.
  • the Buoyancy be arranged so that no shading effects.
  • two or more buoyancy bodies can be fixed laterally on the platform.
  • ballast tanks along the
  • Ballasttank or balloons 16, 18 are preferably fluidly connected to an air compressor means not shown, via which the ballast tanks 16, 18 further preferably individually with compressed air (with corresponding displacement of water) are filled to thereby different (variable) Buoyancy forces on the
  • ballast tanks and volume changeable cushions are conceivable, which can be filled with compressed air.
  • the air or other fluid can be pumped back and forth.
  • the diving platform 1 is equipped alternatively or additionally with a weight transfer device in the longitudinal direction of the platform 1.
  • a weight transfer device in the longitudinal direction of the platform 1.
  • This can consist of a movable along the rails 2 balance weight 20 according to FIG. 1, which is preferably arranged below the middle between the two rails 2 or to each rail 2 and for example by means of a longitudinally extending rails 2 rotatable spindle or a cylinder or a separate drive back and forth is movable.
  • the movable balance weight can also be represented by a (trim) fluid that is bunkered in the diving platform and pumped back and forth, for example by means of a fluid pump along the dipping platform.
  • the diving platform 1 is fixed or anchored via at least one flexible cable on the ground (seabed).
  • the flexible cable consists in the present case of a mooring chain 22 with a predetermined excess length, which is fixed to a holding device 24 (for example, a concrete block or an anchor) on the ground.
  • the free end of the mooring chain 22 is via cable pieces or cables 26 at a longitudinal end of the
  • Diving platform 1 (preferably opposite to the at least one buoyant body) fixed.
  • the mooring chain can also be attached directly to the diving platform.
  • other mooring variants such as a Taunt Mooring possible.
  • Submerged platform 1 introduced, in which case the system according to the Fig.1 and 2 is overflowed from left to right, so the wave propagation direction is oriented substantially in the direction of the longitudinal extension of the system.
  • the weight F g of the mooring chain 22 leads, together with the unsymmetrically filled buoyancy bodies / ballast tanks 16, 18 to a torque which is directed in the opposite direction to the clockwise direction. That is, the buoyancy / ballast tanks 16, 18 are filled with air in such a way that the diving platform would pivot from the horizontal towards a vertical orientation in the counterclockwise direction, if no torque was tapped from the coupling bodies.
  • This torque (counterclockwise) can be adjusted via the uneven (air) filling the buoyancy / ballast tanks 16 and 18 so that the total sum of the torques is zero.
  • the entire system remains stable, preferably in a horizontal orientation, as shown in Figs. 1 and 2.
  • the impressed torque can consequently be adapted to different operating states, which may arise
  • the weight F g of the mooring chain 22 changes depending on their hanging on the diving platform 1 chain length. That is, the mooring chain 22 is a floating movement of the
  • Dive platform 1 dynamically counteracting force F g applied independently, whereby the platform 1 is held in a horizontal orientation. It is also possible to counteract such rotoric floating movements of the diving platform 1 by dynamic filling and emptying of the individual buoyancy bodies 16, 18.
  • a counter-torque counteracting the sum of the individual torques M e can also be achieved by a (fixed) asymmetrical weight distribution with respect to the geometric center of gravity
  • Wave energy plant can be achieved and that with a high system weight on the incoming shaft facing side of the diving platform 1 (that long side of the
  • the system weight is not adaptable to different operating conditions, unless the system weight is due to the longitudinal the rails 2
  • the coupling bodies shown in more detail in Figures 3 and 4 are not limited to the embodiments shown, but may include other constructions for a resistance runner and / or
  • Lifting rotor (or a combination of these) assume, which produce a common rotational direction and an aligned torque in the same direction.
  • FIGS. 5 to 7 show a further exemplary embodiment of the invention.
  • the wave power plant consists of a submersible platform 1 with two longitudinally spaced parallel rails 2 (or lattice frame structures) at at least one (axial) end portion by a
  • Cross beams to a frame are mechanically connected to each other and at the preferably opposite end portion of at least one, in the present case two buoyancy bodies in the form of ballast tanks or variable-volume cushion are arranged.
  • at least one coupling body 4 is orbitalfilterbar arranged, the constructive structure corresponds to the coupling bodies described with respect to the first embodiment. It should also be noted at this point that a plurality of coupling bodies 4 can also be arranged at a parallel distance from each other between the two rails 2.
  • a rail can also be provided as a center rib with coupling bodies arranged on both sides.
  • the (each) coupling body 4 may additionally at its end sides (end faces)
  • Flow guide (a kind of winglet) 28 preferably in the form of an elliptical disc (does not necessarily have to be circular), which is substantially perpendicular to
  • Coupling body longitudinal axis (bearing axis 6) is aligned. These circular disks have the task of avoiding a "slipping" of the water flow over the end faces of the coupling bodies and thus to reduce the induced resistance (wake turbulence) on the coupling body.Thus, the efficiency of the wave energy plant can be increased. that these flow guide elements 28 also in the coupling bodies of the first embodiment and in each case at all
  • Coupling body shape are applicable.
  • the coupling body 4 is articulated to the rails 2 by means of levers in order to be able to perform an orbital movement about the articulation points.
  • levers may be mounted eccentrically on the circular disks (for example, welded), so that arise at central storage of the circular disks a corresponding lever arm and an orbital mobility.
  • a Mooringkette 22 mounted on two cables or cables 26 at the two ends of the two rails 2 or Crossmember attached and anchored to the ground.
  • the frame of the wave energy plant is arranged largely perpendicularly below the water surface in a state without wave motion.
  • the at least one floating or buoyancy / ballast tank 18 is disposed at the now upper longitudinal end of the diving platform 1, whereas in this position lower longitudinal end of the diving platform 1 through the mooring 22, such as a catenary mooring , Taunt-Mooring or Tention-Leg-Mooring is attached to the seabed.
  • the at least one coupling body 4 is presently mounted in approximately half the height between the rails 2, but also an arrangement at another position is conceivable.
  • the components of the wave power plant as a whole have a neutral lift, i. of /
  • Buoyancy / ballast tanks 18 equal the weight of the platform 1, the
  • Coupling body 4 and the mooring 22 and keep the plant in a predetermined water depth.
  • the coupling body in itself already has a largely neutral buoyancy.
  • buoyancy body / ballast tanks 18 are designed in such a way that the maximum occurring system torque is reached with a tilt of less than or equal to 90 °, the system will always swing back and forth between an angle of 0 ° and 90 °, depending on the applied torque commute.
  • the mooring 22 is also attached to the upper platform end or center section (along with the buoyancy bodies / ballast tanks 18), whereas at the lower longitudinal end an additional weight (not shown) is attached at a deflection leads to a counter torque.
  • the lower longitudinal end may also be designed with a greater density. For these cases, changing the weight of the mooring is not critical. The torque changes even with constant Mooringkraft by deflection of the weight and / or the
  • the proposed torque compensation concept works particularly advantageously if the torque tapped on the system is constant. Then the system will essentially adjust with a constant angle with respect to the vertical.
  • an optimal operating point can also be easily set for such a quasi-stationary case. But even with non-constant torque will be no sudden changes in angle, so in the case of a
  • Buoyancy / ballast tanks 18 is easy to reach to avoid overshoot of the frame 1.
  • a significant advantage of the system itself regulating in the manner described above is that at high waves with potentially large torques and a correspondingly strong lateral deflection of the system due to the
  • an important point for the functionality of the proposed concepts is a self-alignment of the frame 1 relative to the flow, so that the / the coupling body 4 are always substantially transversely to the bearing axis 6 flows.
  • Such self-alignment can be improved, for example, by additional elements whose flow resistance is strongly direction-dependent and which are arranged in such a way in the system that the smallest resistance transversely flowed
  • Coupling body 4 results.
  • this could be the above-described two-sided end plates / disks on the coupling body 4, which can be axially significantly beyond the coupling support 4 and are dimensioned so that they can take on this additional function.
  • between the two end plates still more discs with the same spatial orientation may be attached to the coupling bodies. This leads to a significantly increased
  • the wave energy plant Due to the design of the wave energy plant according to the second preferred embodiment of the invention, it is possible to provide a self-adjusting system with respect to the counter-torque generation, which passively manages without interventional control. As a result, a particularly robust, non-vulnerable system is achieved, which can be designed in particular relatively small. Ideally, the system can work with just one
  • the diving platform or the frame 1, in particular according to the first preferred embodiment of the invention a longitudinal extent of up to several 100 m. It is advantageous in this case to tune the length of the diving platform 1 to the expected wavelengths such that it preferably extends over at least two wavelengths. This can be achieved that compensate for the forces acting directly on it and therefore the diving platform 1 is relatively quiet in the water.
  • the problem here is the internal stability of Platform 1, which also has to withstand extreme weather conditions such as storms. Large platform lengths thus lead to very high structural costs, which is why according to the invention platforms with lengths (much smaller than) two wavelengths are also considered advantageous. It should also be noted at this point that water molecules close to the
  • the diving platform 1 according to the invention is kept in water depths close to the water surface in order to apply the highest possible external forces to the coupling bodies 4 and thus to increase the economic efficiency of the plant. In storms or other events that could lead to an overload, according to the invention, however, also a descent of the diving platform 1 in larger water depths with less
  • Fluid movement may be provided.
  • a so-called damping plate 32 is used, which is arranged in greater depths of water and connected via a coupling device 30 with the diving platform 1.
  • a damping plate 32 is a flat structure, the highest possible
  • This damper plate 32 has flow resistance. This can also be equipped with a perforated surface (perforated, perforated, meshed, etc.).
  • This damper plate 32 is oriented horizontally (see Fig. 8) and / or vertically (see Fig. 9) in the water and thus forms a force application surface for the water.
  • the coupling device 30 is preferably rigid and is formed for example by perpendicular to the platform 1 extending columns which are fixed to the end of the diving platform 1 and the damper plate 32 in order to transmit tensile and compressive forces can. The thus connected to the diving platform 1 damper plate 32, which is staying in greater depth, thus counteracts a movement of the diving platform 1 damping and keeps them in position.
  • the diving platform 1 can thus be reduced in length, which leads to corresponding cost savings on the diving platform.
  • a single coupling body combined with such a damper plate The dimensions of the damper plate and the dive platform do not have to match as shown.
  • several separate damping plates can be used, which are each connected to the diving platform.
  • a different orientation of the damping plate is possible, for example, largely perpendicular or a combination of different
  • the exemplary embodiments described above relate in principle to systems in which a, in the energy conversion of the coupling bodies 4 in the platform 1 induced (reaction) torque by selected weight and / or
  • Buoyancy distribution along the platform 1 is a compensation or counter torque is set to hold the platform 1 in a certain spatial position with respect to the gravity vector and balance. Accordingly, all previous embodiments, the basic principle is based on the platform 1 to generate a torque balance.
  • FIG. 10 it is provided to mount rotatably to the platform 1 according to FIG. 1 instead of the coupling bodies shown there at least one (or a plurality of longitudinally spaced apart) frame frames 1a, as shown for example in FIG is disclosed on the platform shown there.
  • frame frames 1a (corresponding to small platforms 1) are rotatably mounted at a longitudinal spacing, essentially consisting of two longitudinal rails, which are connected to a lattice frame via transverse beams and on which the coupling body 4 for an orbital movement are mounted relative to the frame frame 1a.
  • a longitudinal spacing essentially consisting of two longitudinal rails, which are connected to a lattice frame via transverse beams and on which the coupling body 4 for an orbital movement are mounted relative to the frame frame 1a.
  • two Longitudinal rails are used. In principle, one is enough. This could be arranged centrally with two coupling bodies, but it is also enough a side rail.
  • the frame frame 1a thus constructed has one or more buoyancy bodies 16 at one longitudinal end and one or more weights (masses) 14 at the opposite longitudinal end, so that the frame frame 1a aligns substantially vertically and thus perpendicular to the (large) platform 1.
  • weights masses
  • a combination of weight and lift is not mandatory. Even a weight or a lift would be enough.
  • the rotatable rack frame 1a is mounted on the platform 1 in its central area.
  • the at least one rotatable frame frame 1a is mounted in the region of its lower end (in the region of its additional weight 14) on the horizontal platform 1 (in this case, no weight would be attached here).
  • Another variant provides that the at least one frame frame 1 a rotatable in the region of its upper end (in the region of his
  • Buoyancy body 16 to be stored on the horizontal platform 1 (then without buoyancy body).
  • the overall construction has an im
  • the platform 1 In order to keep the platform 1 as stable as possible in the water, it can be designed with high Cw values at high elongation (this also applies to FIGS. 1 and 2). Thereby forces are introduced into the entire system not only on the coupling body 4 but also on the horizontal frame 1 (platform 1). With a fixed number of coupling bodies 4, this has the advantage that, given a sufficient platform length, a stable platform position is established independently of the current (sea) wavelength, since a substantial proportion of the forces are introduced through the frame.
  • the formation of the horizontal frame (platform) 1 as a heave plate with upstanding suspensions 34 for the vertical frame 1a is possible, as shown in Figs. 11 and 12 (is not necessarily a damping plate, can also be simple be a deeper frame). Accordingly, the suspensions 34 by singular support struts (see Fig. 11) or in each case by a framework or
  • Bipod (see Fig. 12) may be formed. This allows even greater plant stability can be achieved because the focus of the system under the pivot axes of
  • Conceivable here is also a rotatable mounting of the vertical frame 1a not only around the horizontal but also about the vertical axis. In this case, it would no longer be necessary that the designed as a heave plate horizontal frame

Abstract

Offenbart wird eine Wellenenergieanlage Wellenenergieanlage mit einer Plattform (1) sowie zumindest einem Kopplungskörper (4), der derart gelagert ist, dass er in eine Orbitalbewegung mit einer vorbestimmten Bewegungsrichtung versetzbar ist, aus der ein zur Energiewandlung nutzbares Drehmoment abgreifbar ist. Erfindungsgemäß ist eine Drehmoment-Kompensationseinrichtung vorgesehen, die dafür angepasst ist, um ein durch das Abgreifen des nutzbaren Drehmoments entstehendes Reaktions-Drehmoment im Wesentlichen auszugleichen oder zu neutralisieren.

Description

Wellenenergieanlage
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenenergieanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie im Off-Shore-Einsatz und insbesondere eine Wellenenergieanlage mit einer Tauchplattform gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Wellenenergieanlagen bekannt, die im Wesentlichen nach ihrem Einsatzort unterschieden werden, je nach dem, ob sie auf Hoher See (Off-Shore), Küstennähe oder an der Küste installiert sind. Eine andere
Unterscheidung bezieht sich darauf, in welcher Form die Energie aus der Wellenbewegung entnommen wird. Beispielsweise schwimmen Bojen auf der Wasseroberfläche, sodass durch eine Hebe- und Senkbewegung des Bojenkörpers beispielsweise ein Lineargenerator angetrieben werden kann. Bei einem anderen Anlagekonzept, dem sogenannten„wave roller" wird auf dem Meeresboden ein Flügel aufgebracht, der aufgrund der Bewegung der Wassermoleküle hin- und her gekippt wird. Die Bewegungsenergie des Flügels wird in einem Generator beispielsweise in elektrische Energie umgewandelt. Schließlich stellt das Konzept des„Wave Harrows" eine Maschine vor, mit deren Hilfe Energie aus Meereswellen gewandelt werden kann. In diesem Fall wird ein Kopplungskörper, beispielsweise ein Flügel, ein Rotor, eine Walze oder dergleichen Rotationskörper derart gelagert, dass eine
Orbitalbewegung der Wassermoleküle in Folge der Meereswellenbewegung ebenfalls zu einer Orbitalbewegung des Kopplungskörpers umgesetzt wird, die dann durch einen
Kurbeltrieb direkt in ein zur Energieerzeugung nutzbares Drehmoment gewandelt werden kann. Bei dem Kopplungskörper kann es sich sowohl um einen Widerstands- als auch um einen Auftriebsläufer als auch um eine Kombination dieser genannten Varianten handeln. Das abgegriffene nutzbare Drehmoment kann dann beispielsweise mit Hilfe von
BESTÄTIGUNGSKOPIE Hydraulikkomponenten und/oder mittels eines Generators in elektrischen Strom gewandelt werden.
Eine solche Anlage ist für den Off-Shore-Einsatz geplant, da hier die Energiedichte von Wellen besonders groß ist. In diesem Einsatzbereich ist jedoch eine starre Verankerung einer Anlage am Meeresgrund aufgrund der zu erwartenden großen Wassertiefen sehr aufwändig und teuer wenn nicht sogar technisch unausführbar. Deshalb wurde im Stand der Technik ein sogenanntes selbst-referenzierendes Gehäuse- oder Rahmenkonzept vorgeschlagen, bei dem mehrere Kopplungskörper mit vorstehendem Aufbau und
vorstehender Lagerung in einem gemeinsamen Gehäuse oder Gerüst angeordnet sind. Das Gehäuse oder Gerüst weist eine im Wesentlichen horizontale Längsersteckung auf, und ist unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet. Durch Schwimmkörper in oder am Gerüst kann die Tauchtiefe variiert werden. Ein solches Gerüst wird nachfolgend als Tauchplattform bezeichnet.
Ist die Längsersteckung der Tauchplattform ausreichend groß, um eine Mehrzahl von Kopplungskörpern an dieser zu lagern, so wirken die an der Tauch plattform angreifenden Kräfte durch die Orbitalbewegung der Wassermoleküle in Folge der Meereswellenbewegung in verschiedene Richtungen und heben sich hierbei weitgehend auf. Dadurch ergibt sich eine weitgehend ruhige Lage der Tauchplattform relativ zu der Orbitalbewegung der
Wassermoleküle. Damit können sich die Kurbeltriebe der Kopplungskörper an dem weitgehend ruhenden Gerüst bzw. Tauchplattform abstützen und ein Drehmoment abgeben.
In dessen weisen die erzeugten Drehmomente aller einzelnen Kopplungskörper die gleiche Orientierung auf, da alle Kopplungskörper die gleiche Umlaufrichtung haben. Die von den Kopplungskörpern an den Kurbelantrieben erzeugten Drehmomente können unabhängig von ihrem Angriffspunkt an der Tauchplattform addiert werden, wenn sie am gleichen starren Körper angreifen, wie dies bei den bekannten Wellenenergieanlagen dieser Bauform der Fall ist. Aufgrund der gleichen Orientierung aller Kopplungskörperdrehmomente ergibt sich somit nach den kinetischen Gesetzmäßigkeiten ein Kopplungskörper-Gesamtdrehmoment, welches die Gesamtlage der Tauchplattform in eine Rotation in der Rotationsrichtung der Kopplungskörper versetzen würde. Dabei sei darauf hingewiesen, dass ohne den genannten Drehmomentabgriff an den Kurbelantrieben das Gerüst natürlich nicht in eine derartige Rotationsbewegung versetzt wird. Besonders vorteilhaft erscheint deswegen eine Dosierbarkeit des Drehmomentabgriffs, die sich an die im Weiteren beschriebenen
Maßnahmen zur Kompensation des Kopplungskörper-Drehmoments anpassen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, durch ein geeignetes Mittel die Wellenenergieanlage stabil zu halten. Ein Ziel ist es, durch dieses Mittel ein entsprechendes Gegendrehmoment zu erzeugen, welches die Wellenenergieanlage und damit insbesondere auch die Tauchplattform in Lage hält. Ein anderes Ziel ist die Schaffung eines
selbstjustierenden Systems, dessen Gegendrehmoment in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment variiert. Ein weiteres Ziel ist es, durch eine Kombination der genannten Mittel zu verhindern, dass ein Drehmoment in die Wellenenergieanlage induziert wird, sodass die Anlage in stabiler Lage gehalten werden kann. Erst hierdurch wäre es möglich, die durch die Kopplungskörper an den Kurbeltrieben erzeugten Drehmomente nutzbringend abzugreifen und beispielsweise in elektrische Energie zu wandeln. Die vorstehend genannte Aufgabe sowie die definierten Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Wellenenergieanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind hierbei Gegenstand der Unteransprüche. Der Grundgedanke der Erfindung besteht gemäß dem Patentanspruch 1 im Wesentlichen darin, die Wellenenergieanlage mit einer Basisplattform sowie zumindest einem Kopplungskörper auszurüsten, der drehbar, insbesondere unter Ausführung einer Orbitalbewegung mit einer vorbestimmten Bewegungsrichtung an der Plattform gelagert ist. Ferner ist eine Energiewandlereinrichtung vorgesehen, durch die ein zur Energiewandlung nutzbares Drehmoment abgreifbar, d.h. im Betriebszustand abgegriffen und an der Plattform abgestützt ist. Schließlich ist eine Drehmoment-Kompensationseinrichtung vorgesehen, mittels der ein durch das Abgreifen/Abstützen des nutzbaren Drehmoments entstehendes Reaktions- Drehmoment der Plattform ausgeglichen oder neutralisiert wird. Der Kopplungskörper kann z.B. ein Widerstandskörper oder ein aerodynamisch wirksamer Körper wie beispielsweise ein Flügel sein.
Im Konkreteren ist die Wellenenergieanlage nach einem Aspekt der Erfindung mit einem Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus ausgestattet, welcher in Abhängigkeit des aus den von den Kopplungskörpern erzeugten (abgegriffenen) Einzeldrehmomenten zusammengesetzten Gesamtdrehmoments (Reaktionsdrehmoments), welches nachfolgend als (theoretisch) nutzbares Drehmoment bezeichnet ist, ein solches Gegendrehmoment auf die Plattform aufbringt, das diese im Wesentlichen in einer stabilen (vorzugsweise horizontalen) Lage hält.
Vorzugsweise hat der erfindungsgemäße Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus hierfür eine Einrichtung zur (asymmetrischen) dem vorstehend genannten Gesamtdrehmoment (Reaktionsmoment) entgegenwirkenden Gewichtsverlagerung oder - Verteilung längs der Plattform und/oder des Gestellrahmens, derart, dass die hierdurch einstellbare Gewichtsverteilung eine Gewichtskraft auf die Tauchplattform bzw. den Gestellrahmen anlegt, die (unter Beachtung der durch die Gewichtsverteilung sich zwangläufig ergebenden Hebelarme bezüglich des geometrischen Mittelpunkts) dem nutzbaren
Drehmoment entgegenwirkt. Dies könnte beispielsweise durch zumindest ein in
Längsrichtung (senkrecht zur Lagerachse der einzelnen Kopplungskörper) verfahrbares oder asymmetrisch fixiertes Gewicht erfolgen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann aber auch ein in der Tauchplattform bzw. in dem Gestellrahmen aufgenommenes (Trimm-) Fluid in deren Längsrichtung hin- und hergepumpt werden, um eine Gewichtsverlagerung um den geometrischen Mittelpunkt zu erreichen.
Weiter vorteilhaft ist es, den Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus alternativ oder zusätzlich zu der Gewichtsverteilungseinrichtung mit einer dezentral angeordneten (in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse eines Kopplungskörpers unsymmetrisch wirkenden) Auftriebseinrichtung auszustatten (wie vorstehend bereits kurz beschrieben), deren Auftriebskraft auf die Tauchplattform (d.h. an den beiden parallel zu der
Rotationsachse eines Kopplungskörpers ausgerichteten Plattformendseiten) bzw. den Gestellrahmen vorzugsweise variierbar (steuerbar) ist. Insofern, stellt die Auftriebseinrichtung eine zu der Gewichtsverteilungseinrichtung zusätzlich wirkende Maßnahme dar, welche je nach deren Platzierung die Wirkung der Gewichtsverteilungseinrichtung verstärkt oder aufhebt.
Auch ist es vorteilhaft, die Tauchplattform über ein flexibles, ein spezifisches Gewicht aufweisendes Kabel, vorzugsweise eine Mooring-Kette am Meeresgrund zu fixieren (bzw. zu verankern), welche prinzipiell bei einer Aufwärtsbewegung des Anlenkpunkts zwischen der Kette und der Plattform vom Meeresgrund allmählich angehoben wird und damit die an dem Anlenkpunkt wirkende Gewichtskraft entsprechend vergrößert. Ein sogenanntes Catenery- Mooring erfüllt diese Anforderungen beispielsweise. Eine solche Mooring-Kette wird demzufolge an einer Stelle der Tauchplattform fixiert, die im Falle einer Rotationsbewegung der Tauchplattform sich anheben würde, wodurch demzufolge die der Rotationsbewegung entgegenwirkende Gewichtskraft der Mooring-Kette (unter mit Einbeziehung des wirksamen Hebelarms) sich vergrößern würde (d.h. an einer parallel zur Rotationsachse eines
Kopplungskörpers sowie entgegen der Wellenfortschrittsrichtung beabstandeten Position). Zusätzlich wird durch die Anbringung der Mooring-Kette an einem vorderen Ende der Plattform erreicht, dass diese sich entsprechend der Wellenausbreitungsrichtung so ausrichten kann, dass die Kopplungskörper im Wesentlichen rechtwinklig angeströmt werden. Darüber hinaus ist der Einsatz anderer Mooring-Systeme wie zum Beispiel von Taunt-Moorings oder ähnlich möglich. Nach einem hierzu alternativen/ergänzenden Aspekt der Erfindung hat die Drehmoment-Kompensationseinrichtung zumindest einen drehbar an der Plattform gelagerten Gestellrahmen, an dem wiederum der zumindest eine Kopplungskörper für eine Orbitalbewegung gelagert ist und an dem der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus angeordnet ist, der in Abhängigkeit des aktuell abgegriffenen nutzbaren Drehmoments und/oder der aktuellen Raumlage des Gestellrahmens ein solches Gegendrehmoment auf den Gestellrahmen aufbringt, welches den Gestellrahmen im Wesentlichen stabil hält, sodass die Plattform im wesentlichen Drehmoment frei bleibt. In diesem Fall wird demnach das Reaktions-Drehmoment bereits kompensiert („verbraucht", bzw.„neutralisiert"), bevor es in die Plattform induziert wird. Damit muss die Plattform nicht notwendiger Weise mehr mit einem eigen Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus ausgestattet sein.
In anderen Worten ausgedrückt sieht der alternative/ergänzende Aspekt eine
Kombination eines langen horizontal ausgerichteten Rahmens/Plattform mit mindestens einem kleinen vertikalen und selbstjustierenden Rahmen/Gestellrahmen vor. Dieser mindestens eine Gestellrahmen mit vertikaler Grundausrichtung ist drehbar am großen horizontalen Rahmen gelagert. Er hat vorzugsweise (im einfachsten Fall) an seinem oberen Ende einen Auftriebskörper und/oder an seinem unteren Ende eine Masse, wobei in dem kleinen Rahmen der/die Kopplungskörper orbitalbewegbar gehalten sind. Der Drehmomentabgriff über ein Getriebe und/oder Generator stützt sich an diesem kleinen Rahmen ab.
Im Falle eines Drehmomentabgriffs am Kopplungsköper wird in den kleinen Rahmen ein Reaktionsmoment induziert, das zu einer Kippbewegung des kleinen Rahmens um dessen Drehachse am großen Rahmen (Plattform) führt, solange bis das durch den Auftriebskörper und/oder die Masse über den sich einstellenden Hebel erzeugte Gegenmoment ein Momentengleichgewicht herstellt. Hierbei wirkt kein Drehmoment auf die Plattform. Diese wird folglich stabil in Lage gehalten.
Schließlich sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, die Tauchplattform mit einer sogenannten„Heave-Plate" oder Dämpferplatte zu koppeln. In diesem Fall macht man sich den Umstand zunutze, dass die Wassermoleküle in großer Wassertiefe eine kleinere oder keine Orbitalbewegung ausführen als Wassermoleküle nahe der
Wasseroberfläche. Wird demzufolge eine in größerer Wassertiefe sich befindende
Dämpferplatte über ein vorzugsweise starres Koppelelement mit der nahe der Wasseroberfläche sich befindende Tauchplattform gekoppelt bewirkt diese eine Stabilisierung der Tauchplattform. Die Tauchplattform kann somit deutlich kürzer bauen, ohne durch die Wellenbewegung übergebührlich in Schaukelbewegungen versetzt zu werden. Dies ist insbesondere in Bezug auf Kostenaspekte vorteilhaft.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Wellenenergieanlage mit einer Tauchplattform gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Wellenenergieanlage gemäß der Fig.1 mit zur Fig. 1 alternativ ausgebildeten Kopplungskörpern;
Fig. 3 zeigt einen Kopplungskörper, wie er der Wellenenergieanlage gemäß Fig. 1 verwendet wird; Fig. 4 zeigt einen Kopplungskörper, wie er in der Wellenenergieanlage gemäß Fig. 2 verwendet wird;
Fig. 5 zeigt eine Wellenenergieanlage (in Seitendarstellung) mit einer selbst justie- renden Tauchplattform gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung in installiertem (Grund-) Zustand;
Fig. 6 zeigt die Wellenenergieanlage von Fig. 5 in Vorderansicht mit einem eine Art „Winglets" aufweisenden Kopplungskörper zur Verringerung induzierter Widerstände (bzw. Wirbelschleppen) und zur Erreichung einer Selbstausrichtung der Anlage;
Fig. 7 zeigt eine Prinzipdarstellung der Tauchplattform gemäß Fig. 5 mit eingezeichneten Momenten und Kräften für einen angenommenen Betriebszustand; Fig. 8 zeigt eine Prinzipdarstellung einer beispielsweise horizontal ausgerichteten
Tauchplattform mit angekoppelter„Heave-Plate";
Fig. 9 zeigt eine Prinzipdarstellung der Tauchplattform gemäß Fig. 5 mit angekoppelter „Heave Plate";
Fig. 10 eine Wellenenergieanlage gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in welcher die Funktionsprinzipien der Wellenenergieanlagen gemäß der Fig. 1 und 5 kombiniert sind und Fig. 11 und 12 zeigen konstruktive Abwandlungen der Wellenenergieanlage gemäß der
Fig. 10 evtl. auch in Kombination mit Fig. 8
Gemäß der Fig. 1 oder 2 hat die Wellenenergieanlage des ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Tauchplattform 1 , die vorliegend aus zwei parallel beabstandeten, längs sich erstreckenden Schienen oder Trägern 2 (auch trägerförmige Gitterrahmen) besteht, die zumindest an ihren jeweiligen Enden (oder auch an
Mittenabschnitten) durch nicht weiter dargestellter Querbalken/Streben zu einem Gerüst (Gitterrahmen) verbunden sind. Zwischen den Schienen 2 sind im Parallelabstand zueinander weitgehend über die gesamte Schienenlänge (vorzugsweise gleichmäßig be- abstandete) Kopplungskörper 4 gelagert, wie sie gemäß der Fig. 3 anhand eines beispielhaft dargestellten Kopplungskörpers ausgebildet sind.
Gemäß dieser Fig. 3 besteht demzufolge jeder Kopplungskörper 4 aus einer Rolle oder Walze, die sich im Wesentlichen über den gesamten Parallelabstand zwischen den beiden Schienen 2 erstreckt und die mittig eine Lagerachse 6 aufweist. Die Lagerachse 6 ist an zwei Hebelarmen 8 gelagert bzw. montiert, welche an den jeweiligen Stirnseiten der Walze 4 angeordnet sind. An einem der Lagerachse 6 der Walze 4 gegenüberliegenden Enden des Hebels 8 ist eine Montageachse 10 fixiert, die jeweils in einer Lagerbuchse der Schiene 2 drehbar eingesetzt ist. Auf diese Weise kann jeder Kopplungskörper bzw. jede Walze 4 gemäß vorstehendem Aufbau zumindest eine Orbitalbewegung um die Montageachse 10 ausführen und somit den aus Hebel 8 und Montageachse 10 bestehenden Kurbelantrieb für einen Drehmomentabgriff antreiben. Die Länge des Hebelarms kann verstellbar sein, um die Wellenenergieanlage optimal auf verschiedene Wellenhöhen einstellen zu können. Die Kopplungskörper haben vorzugsweise einen neutralen oder nahezu neutralen Auftrieb.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Kopplungskörperkonstruktion kann der Kopplungskörper 4 z.B. auch in Form einer Kreuzgeometrie gemäß der Fig. 4 ausgebildet sein. In diesem Fall besteht die (achssymmetrische) Kreuzgeometrie eines Kopp- lungskörpers 4 aus vier über den Parallelabstand der beiden Schienen 2 sich erstreckenden Flügelblättern 12, die an ihren jeweils einen Längsseiten an einer Narbe im jeweils 90 ° - Winkelabstand fixiert sind. Die Narbe (entspricht der Lagerachse 6 der vorstehend
beschriebenen Walze) ist ebenfalls an einem Ende des Hebels 8 gelagert, an dessen anderem Ende die Montageachse 10 zur orbitalbewegbaren Lagerung des propellerförmigen Kopplungskörpers 4 an den Lageraugen der Schienen 2 angeordnet ist. Zusätzlich kann gemäß der Fig. 4 an jedem Hebel 8 eine Längenverstelleinheit 14 vorgesehen sein, mittels der die Kreisbahn der Kopplungskörper veränderbar ist.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, sind zumindest an den jeweils längs beabstandeten Endabschnitten der Tauchplattform 1 (in senkrecht zur Montageachse 10 gerichtetem Abstand) Auftriebskörper beispielsweise in Form von Ballasttanks 16, 18 oder dergleichen Luft befüllbaren Behältnissen angeordnet, wobei zumindest ein
Auftriebskörper an dem dem Mooring gegenüberliegenden Längsende der Tauchplattform für die Funktion der Anlage gegebenenfalls ausreichend sein kann. Außerdem können die Auftriebskörper so angeordnet sein, dass keine Abschattungseffekte entstehen. Beispielsweise können demnach zwei oder mehrere Auftriebskörper seitlich an der Plattform fixiert werden. Alternativ kann aber auch eine Vielzahl von Ballasttanks längs der
Tauchplattform angeordnet sein. Beide, im vorliegenden Ausführungsbeispiel angeordneten Ballasttanks oder Ballons 16, 18 sind vorzugsweise mit einer nicht weiter dargestellten Luftkompressoreinrichtung fluidverbunden, über die die Ballasttanks 16, 18 weiter vorzugsweise individuell mit Pressluft (unter entsprechender Verdrängung von Wasser) befüllbar sind, um hierdurch unterschiedliche (variierbare) Auftriebskräfte an den
Längsenden der Tauchplattform 1 wahlweise zu erzeugen. Neben Ballasttanks sind auch volumenveränderbare Kissen denkbar, die mit Pressluft befüllbar sind. Vorteil gegenüber starren Tanks: die Luft oder ein anderes Fluid kann hin und her gepumpt werden.
Des Weiteren ist die Tauchplattform 1 alternativ oder zusätzlich mit einer Gewichtsverlagerungseinrichtung in Längsrichtung der Plattform 1 ausgerüstet. Diese kann gemäß der Fig. 1 aus einem längs der Schienen 2 verfahrbaren Ausgleichsgewicht 20 bestehen, das vorzugsweise unterhalb mittig zwischen den beiden Schienen 2 oder an jede Schiene 2 angeordnet ist und beispielsweise mittels einer längs der Schienen 2 sich erstreckenden drehbaren Spindel oder über einen Zylinder oder einen eigenen Antrieb hin- und her bewegbar ist. Das verfahrbare Ausgleichsgewicht kann aber auch durch ein (Trimm- ) Fluid dargestellt sein, das in der Tauchplattform gebunkert ist und beispielsweise mittels einer Fluidpumpe längs der Tauch plattform hin- und hergepumpt wird.
Schließlich ist die erfindungsgemäße Tauchplattform 1 über mindestens ein flexibles Kabel am Boden (Meeresgrund) fixiert bzw. verankert. Das flexible Kabel besteht vorliegend aus einer Mooring-Kette 22 mit einer vorbestimmten Überlänge, die an einer Halteeinrichtung 24 (beispielsweise ein Betonblock oder ein Anker) am Boden fixiert ist. Das freie Ende der Mooring-Kette 22 ist über Kabelstücke oder Taue 26 an einem Längsende der
Tauchplattform 1 (vorzugsweise gegenüberliegend zu dem zumindest einen Auftriebskörper) fixiert. Alternativ kann die Mooring-Kette auch direkt an der Tauchplattform befestigt sein. Darüber hinaus sind andere Mooring-Varianten wie zum Beispiel ein Taunt-Mooring möglich.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Wellenenergieanlage wird nachfolgend beschrieben: Durch die Mehrzahl von Kopplungskörpern 4 (mindestens ein Kopplungskörper ist für die Funktionsfähigkeit der Anlage bereits ausreichend) wird bei der dargestellten
Wellenenergieanlage jeweils ein Drehmoment Me vorliegend im Uhrzeigersinn in die
Tauchplattform 1 eingeleitet, wobei in diesem Fall die Anlage gemäß der Fig.1 und 2 von links nach rechts überströmt wird, die Wellenausbreitungsrichtung also im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung der Anlage orientiert ist. Die Gewichtskraft Fg der Mooring- Kette 22 führt dabei zusammen mit den unsymmetrisch befüllten Auftriebskörpern/Ballasttanks 16, 18 zu einem Drehmoment, das entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gerichtet ist. D.h. die Auftriebskörper/Ballasttanks 16, 18 sind derart mit Luft gefüllt, dass die Tauchplattform aus der Horizontalen hin zu einer vertikale Ausrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenken würde, wenn kein Drehmoment von den Kopplungskörpern abgegriffen würde.
Dieses Drehmoment (entgegen dem Uhrzeigersinn) kann über das ungleichmäßige (Luft-) Befüllen der Auftriebskörper/Ballasttanks 16 und 18 so eingestellt werden, dass die Gesamtsumme der Drehmomente Null ergibt. In diesem Fall bleibt die gesamte Anlage stabil, vorzugsweise in horizontaler Ausrichtung, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt wird. Durch ein Anpassen der Auftriebs-(un-)-symmetrie kann demzufolge das eingeprägte Drehmoment an verschiedene Betriebszustände angepasst werden, die sich aus
unterschiedlichen Wellenhöhen und/oder Tauchtiefen und/oder abgegriffenen
Drehmomenten ergeben können.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Gewichtskraft Fg der Mooring-Kette 22 sich in Abhängigkeit von deren an der Tauchplattform 1 hängenden Kettenlänge verändert. Das heißt, dass die Mooring-Kette 22 eine einer Schwimmbewegung der
Tauchplattform 1 dynamisch entgegenwirkende Kraft Fg selbstständig aufbringt, wodurch die Plattform 1 in horizontaler Ausrichtung gehalten wird. Auch ist es möglich, derartigen rotorischen Schwimmbewegungen der Tauchplattform 1 durch dynamisches Befüllen und Entleeren der einzelnen Auftriebskörper 16, 18 entgegen zu wirken.
Zusätzlich oder alternativ zu den Auftriebskörpern 16, 18 kann ein der Summe der einzelnen Drehmomente Me entgegenwirkendes Gegendrehmoment auch durch eine (fixe) unsymmetrische Gewichtsverteilung bezüglich des geometrischen Mittelpunkts der
Wellenenergieanlage erreicht werden und zwar mit einem hohen Anlagengewicht auf der der einlaufenden Welle zugewandten Seite der Tauchplattform 1 (jener Längsseite der
Tauchplattform 1 , an welcher auch die Mooring-Kette 22 fixiert ist) und einem geringem Anlagengewicht auf der der einlaufenden Welle abgewandten Seite der Tauchplattform 1. Grundsätzlich ist das Anlagengewicht jedoch nicht an unterschiedliche Betriebszustände anpassbar, es sei denn, das Anlagegewicht wird durch das längs der Schienen 2
verschiebbare Ausgleichsgewicht 20 und/oder das umpumpbare (Trimm-) Fluid hinsichtlich der Schwerpunktlage verändert.
Abschließend zu der vorstehenden Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung sei darauf hingewiesen, dass die vier vorstehend genannten Maßnahmen, nämlich
- Schwerpunkverlagerung des Anlagegewichts durch dynamische Verlängerung des an der Plattform hängenden Mooring-Kettenteils 22, - Schwerpunkverlagerung der Wellenenergieanlage durch Längsverschieben des
Ausgleichsgewichts 20 und/oder durch Umpumpen von (Trimm-) Fluid längs der Tauchplattform,
- unsymmetrischer Auftrieb durch individuelles (Gas-) Befüllen von zumindest an einem der längsbeabstandeten Enden der Tauchplattform 1 fixierten Auftriebskörpern/ Ballasttanks
16, 18 und
- eingeprägte (statische) unsymmetrische Gewichtsverteilung der Wellenenergieanlage in Längsrichtung der Tauchplattform 1 , einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander in der Wellenenergieanlage gemäß der Erfindung verwirklicht sein können, um diese entsprechend ihres vorbestimmten
Einsatzes in Lage halten zu können. Auch sind die in den Figuren 3 und 4 detaillierter dargestellte Kopplungskörper nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern können auch andere Konstruktionen für einen Widerstandsläufer und/oder
Auftriebsläufer (oder eine Kombination aus diesen) annehmen, welche eine gemeinsame Rotationsrichtung sowie ein in gleiche Richtung ausgerichtetes Drehmoment erzeugen.
In den Fig. 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Auch in diesem Fall besteht die Wellenenergieanlage aus einer Tauchplattform 1 mit zwei längsbeabstandeten parallel zueinander verlaufenden Schienen 2 (oder Gitterrahmenkonstruktionen), die an zumindest einem (axialen) Endabschnitt durch einen
Querträger zu einem Gerüst (Gitterrahmen) miteinander mechanisch verbunden sind und an deren vorzugsweise gegenüberliegendem Endabschnitt zumindest ein, vorliegend zwei Auftriebskörper in Form von Ballasttanks oder volumenveränderlichen Kissen angeordnet sind. Zwischen den Schienen 2 ist zumindest ein Kopplungskörper 4 orbitaldrehbar angeordnet, dessen konstruktiver Aufbau den bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Kopplungskörpern entspricht. An dieser Stelle sei ferner darauf hingewiesen, dass auch mehrere Kopplungskörper 4 im Parallelabstand zueinander zwischen den zwei Schienen 2 angeordnet sein können.
Alternativ zu zwei Schienen mit dazwischen angeordnetem Kopplungskörper kann auch eine Schiene als Mittelrippe mit beidseitig angeordneten Kopplungskörpern vorgesehen sein. Der (jeder) Kopplungskörper 4 kann an seinen Endseiten (Stirnseiten) zusätzlich ein
Strömungsleitelement (eine Art Winglet) 28 vorzugsweise in Form einer elliptische Scheibe (muss nicht zwingend kreisrund sein) aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht zur
Kopplungskörperlängsachse (Lagerachse 6) ausgerichtet ist. Diese Kreisscheiben habe die Aufgabe, ein„Abgleiten" der Wasserströmung über die Stirnseiten der Kopplungskörper zu vermeiden und damit den induzierten Widerstand (Wirbelschleppe) auf die Kopplungskörper zu verringern. Damit kann der Wirkungsgrad der Wellenenergieanlage erhöht werden. An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass diese Strömungsleitelemente 28 auch bei den Kopplungskörpern des ersten Ausführungsbeispiels und überhaupt bei jeder
Kopplungskörperform anwendbar sind.
Der (die) Kopplungskörper 4 ist (sind) über Hebel an den Schienen 2 angelenkt, um eine Orbitalbewegung um die Anlenkpunkte ausführen zu können. Alternativ können sie jedoch außermittig an den Kreisscheiben befestigt sein (beispielsweise verschweißt), so dass sich bei mittiger Lagerung der Kreisscheiben ein entsprechender Hebelarm und eine Orbitalbeweglichkeit ergeben.
Schließlich ist an einem axialen Endabschnitt der Schienen 2, vorzugsweise jenem Endabschnitt, an welchem der Querträger (Querstrebe) zwischen den Schienen 2 eingebaut ist, eine Mooringkette 22 eingehängt, die über zwei Taue oder Kabel 26 an den beiden Enden der zwei Schienen 2 oder am Querträger befestigt und am Grund verankert ist.
Im Nachfolgenden wird die Wirkungsweise der Wellenenergieanlage gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben:
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform ist der Rahmen der Wellenenergieanlage in einem Zustand ohne Wellenbewegung weitestgehend senkrecht nahe unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet. Wie in der Fig. 5 dargestellt wird, ist der mindestens eine Schwimm- oder Auftriebskörper/Ballasttank 18 an dem nunmehr oberen Längsende der Tauchplattform 1 angeordnet, wohingegen das in dieser Lage untere Längsende der Tauchplattform 1 durch das Mooring 22, beispielsweise ein Catenary-Mooring, Taunt- Mooring oder Tention-Leg-Mooring am Meeresgrund befestigt ist. Der zumindest eine Kopplungskörper 4 ist vorliegend in etwa auf halber Höhe zwischen den Schienen 2 angebracht, jedoch ist auch eine Anordnung an anderer Position denkbar. Die Komponenten der Wellenenergieanlage haben insgesamt einen neutralen Auftrieb, d.h. der/die
Auftriebskörper/Ballasttanks 18 gleichen die Gewichtskraft der Plattform 1 , der
Kopplungskörper 4 sowie des Moorings 22 aus und halten die Anlage in einer vorbestimmten Wassertiefe. Der Kopplungskörper hat für sich genommen bereits einen weitgehend neutralen Auftrieb.
Werden nun durch eine Wellenbewegung der/die Kopplungskörper 4 in eine Orbitalbewegung versetzt, so wird bei einem Drehmomentabgriff an den Kurbeltrieben das entsprechende Gesamtdrehmoment in den Rahmen übertragen. Dies führt zwangsläufig zu einer Verkippungstendenz des Rahmens 1 (in Drehrichtung der Kopplungskörper), wie dies auch beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde. Bei einer gemäß der Fig. 5 von links nach rechts fortschreitenden Welle, kippt die Plattform 1 von links nach rechts. Die durch das Mooring 22 und die Auftriebskörper/ Ballasttanks 18 auf den Rahmen 1 wirkenden Kräfte bewirken jedoch ein dem durch die Wellenbewegung induzierten Drehmoment entgegen gerichtetes Drehmoment, das vom Grad der Verkippung abhängig ist (siehe insbesondere Fig. 7). Mit zunehmender Verkippung steigt dieses Drehmoment an, sodass bei einer Verkippung um 90° (Plattform 1 ist jetzt horizontal ausgerichtet) das Gegendrehmoment-Maximum erreicht wird.
Wird der/die Auftriebskörper/Ballasttanks 18 derart ausgelegt, dass bei einer Verkippung von kleiner-gleich 90° das maximal auftretende Anlagendrehmoment erreicht wird, so wird die Anlage in Abhängigkeit vom abgegriffenen Drehmoment immer zwischen einem Winkel von 0° bis 90° hin und her pendeln. Die Größe von überlagerten Schwingungen des Gesamtsystems aufgrund der auch am Rahmen angreifenden Orbitalbewegung der
Wassermoleküle wird dabei als relativ klein abgeschätzt und hat daher voraussichtlich keinen nennenswerten Einfluss auf die Ausgleichsbewegungen des Rahmens 1.
Als eine alternative Ausgestaltung zum vorstehend beschriebenen zweiten Aus- führungsbeispiel der Erfindung ist das Mooring 22 ebenfalls am oberen Plattformende oder einem Mittenabschnitt befestigt (zusammen mit den Auftriebskörpern/Ballasttanks 18), wohingegen am unteren Längsende ein zusätzliches Gewicht (nicht gezeigt) angebracht ist, das bei einer Auslenkung zu einem Gegendrehmoment führt. Alternativ oder zusätzlich kann auch das untere Längsende mit einer größeren Dichte ausgeführt sein. Für diese Fälle ist eine Änderung der Gewichtskraft des Moorings nicht entscheidend. Das Drehmoment ändert sich auch bei konstanter Mooringkraft durch Auslenkung des Gewichts und/oder des
Auftriebskörpers.
Besonders vorteilhaft funktioniert das vorgeschlagene Drehmomentausgleichskonzept, wenn das an der Anlage abgegriffene Drehmoment konstant ist. Dann wird sich die Anlage im Wesentlichen mit einem konstanten Winkel bezüglich der Vertikalen einstellen. Über die Anpassung der Auftriebskörper/Ballasttanks 18 ist für einen derart quasistationären Fall auch ein optimaler Betriebspunkt leicht einstellbar. Aber auch bei nichtkonstantem Drehmoment werden sich keine sprungartigen Winkeländerungen ergeben, sodass im Fall einer
Annäherung an die 90°-Grenze bezüglich der Vertikalen eine Anpassung des
Auftriebskörpers/Ballasttanks 18 gut zu erreichen ist, um ein Überschwingen des Rahmens 1 zu vermeiden. Ein wesentlicher Vorteil der sich in vorstehend beschriebener Weise selbst regelnden Anlage besteht darin, dass bei hohen Wellen mit potentiell großen Drehmomenten und einer dementsprechend starken seitlichen Auslenkung der Anlage sich aufgrund der
Anlagenverkippung automatisch eine größere Tauchtiefe des Kopplungskörpers 4 mit entsprechend kleineren Orbitalgeschwindigkeiten und damit geringerem Energieeintrag einstellt. Dieses Verhalten bietet daher einen gewissen Überlastungsschutz.
Des Weiteren ist ein wichtiger Punkt für die Funktionalität der vorgeschlagenen Konzepte eine Selbstausrichtung des Rahmens 1 relativ zur Anströmung, so dass der/ die Kopplungskörper 4 im Wesentlichen immer quer zu deren Lagerachse 6 angeströmt werden. Eine derartige Selbstausrichtung kann beispielsweise durch zusätzliche Elemente verbessert werden, deren Strömungswiderstand stark richtungsabhängig ist und welche derart in der Anlage angeordnet sind, dass sich der kleinste Widerstand bei quer angeströmtem
Kopplungskörper 4 ergibt. Beispielsweise könnte es sich hierbei um die vorstehend beschriebenen beidseitigen Stirnplatten/-scheiben am Kopplungskörper 4 handeln, die axial deutlich über den Kopplungsträger 4 hinaus stehen können und so dimensioniert sind, dass sie diese zusätzliche Funktion übernehmen können. Zusätzlich können zwischen diesen beiden Stirnscheiben noch weitere Scheiben mit gleicher räumlicher Orientierung an den Kopplungskörpern angebracht sein. Dies führt zu einer deutlich verstärkten
Selbstausrichtung und zusätzlich zu einer höheren Steifigkeit des Kopplungskörpersystems.
Durch die Ausbildung der Wellenenergieanlage gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung lässt sich ein bezüglich der Gegendrehmomenterzeugung selbst justierendes System bereitstellen, das passiv ohne eingreifende Regelung auskommt. Dadurch wird ein besonders robustes, unanfälliges System erreicht, das insbesondere auch relativ klein ausgelegt werden kann. Idealerweise kann das System mit nur einem
Kopplungselement auskommen, wobei hier z.B. sowohl Widerstandsläufer wie auch
Auftriebsläufer als auch eine Kombination beider möglich ist. Schließlich sei noch auf das besondere Konstruktionsprinzip für eine Wellenenergieanlage mit Tauchplattform 1 gemäß der Fig. 8 und 9 hingewiesen.
Grundsätzlich kann die Tauchplattform oder der Rahmen 1 insbesondere gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Längserstreckung von bis zu mehreren 100 m haben. Vorteilhaft hierbei ist es, die Länge der Tauchplattform 1 auf die zu erwartende Wellenlängen so abzustimmen, dass sie sich vorzugsweise über mindestens zwei Wellenlängen erstreckt. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die darauf unmittelbar einwirkenden Kräfte ausgleichen und daher die Tauchplattform 1 relativ ruhig im Wasser liegt. Das Problem hierbei ist jedoch die innere Stabilität der Plattform 1 , die auch extremen Wettereinflüssen wie Stürme standhalten muss. Große Plattformlängen führen damit zu sehr hohen Strukturkosten, weswegen erfindungsgemäß auch Plattformen mit Längen « (viel kleiner als) zwei Wellenlängen als vorteilhaft betrachtet werden. An dieser Stelle sei ferner darauf hingewiesen, dass sich Wassermoleküle nahe der
Wasseroberfläche heftiger bewegen als in größeren Wassertiefen. Diesen Sachverhalt macht sich die Erfindung nunmehr in zweierlei Hinsicht zunutze:
Zum Einen wird die erfindungsgemäße Tauchplattform 1 in Wassertiefen nahe der Wasseroberfläche gehalten, um auf die Kopplungskörper 4 möglichst hohe äußere Kräfte aufzubringen und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu steigern. Bei Stürmen oder anderen Ereignissen, die zu einer Überlast führen könnten, kann erfindungsgemäß jedoch auch ein Abtauchen der Tauchplattform 1 in größere Wassertiefen mit geringerer
Fluidbewegung vorgesehen sein. Zum Anderen kommt zur Stabilisierung der Plattform 1 eine sogenannte Dämpfungsplatte 32 zum Einsatz, welche in größeren Wassertiefen angeordnet und über eine Kopplungseinrichtung 30 mit der Tauchplattform 1 verbunden ist.
Eine Dämpfungsplatte 32 ist eine flächige Struktur, die einen möglichst hohen
Strömungswiderstand aufweist. Diese kann auch mit durchbrochener Oberfläche (gelocht, perforiert, gegittert, etc.) ausgestattet sein. Diese Dämpferplatte 32 wird horizontal (s. Fig. 8) und/oder vertikal (s. Fig. 9) im Wasser ausgerichtet und bildet somit eine Kraftangriffsfläche für das Wasser. Die Kopplungseinrichtung 30 ist vorzugsweise starr und wird beispielsweise durch senkrecht zur Plattform 1 sich erstreckende Säulen gebildet, die an der Tauchplattform 1 und an der Dämpferplatte 32 endseitig fixiert sind, um Zug- und Druckkräfte übertragen zu können. Die so mit der Tauchplattform 1 verbundene Dämpferplatte 32, welche sich in größerer Wassertiefe aufhält, wirkt somit einer Bewegung der Tauchplattform 1 dämpfend entgegen und hält diese in Position. Die Tauchplattform 1 kann somit in ihrer Länge reduziert werden, was zu entsprechenden Kosteneinsparungen an der Tauchplattform führt. Im Extremfall kann ein einzelner Kopplungskörper mit einer derartigen Dämpferplatte kombiniert werden, die Abmessungen der Dämpferplatte und der Tauchplattform müssen nicht wie dargestellt übereinstimmen. Zudem können auch mehrere separate Dämpfungsplatten eingesetzt werden, die jeweils mit der Tauchplattform verbunden sind. Darüber hinaus ist abweichend von der Darstellung auch eine andere Ausrichtung der Dämpfungsplatte möglich, z.B. weitgehend senkrecht oder eine Kombination von unterschiedlich
ausgerichteten Dämpfungsplatten um Kräfte/Momente in verschiedene Richtung abstützen zu können.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen prinzipiell Anlagen, bei denen einem, bei der Energieumwandlung von den Kopplungskörpern 4 in die Plattform 1 induzierten (Reaktions-) Drehmoment durch ausgewählte Gewichts- und/oder
Auftriebsverteilung längs der Plattform 1 ein Kompensations- oder Gegendrehmoment gegenübergestellt wird, um die Plattform 1 in einer bestimmten Raumlage bezüglich des Schwerkraftvektors zu halten und auszubalancieren. Demnach liegt allen bisherigen Ausführungsbeispielen das Grundprinzip zu Grunde, an der Plattform 1 ein Drehmomentgleichgewicht zu erzeugen.
Indessen besteht prinzipiell jedoch auch die Möglichkeit, das Induzieren eines Drehmoments infolge der Energieumwandlung an dem zumindest einen Kopplungskörper 4 im Voraus zu vermeiden, d. h., das resultierende Reaktionsmoment zu„verbrauchen" (zu kompensieren), bevor es in die Plattform 1 induziert wird. Erreicht wird dies, indem die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform der Erfindung gemäß der Fig. 1 mit der weiteren Ausführungsform gemäß der Fig. 5 kombiniert wird, wobei natürlich alle weiteren konstruktiven Zusatzmaßnahmen gemäß der übrigen Ausführungsbeispiele optional ebenfalls angewendet werden können.
In anderen Worten ausgedrückt, ist es gemäß der Fig. 10 vorgesehen, an die Plattform 1 gemäß der Fig. 1 anstelle der dort gezeigten Kopplungskörper zumindest ein (oder mehrere längs beabstandete) Gestellrahmen 1a drehbar zu lagern, wie er beispielsweise in der Fig. 5 anhand der dort gezeigten Plattform offenbart ist. D.h. in die Plattform 1 (gemäß der Fig. 1 ) werden im Längsabstand Gestellrahmen 1a (entspricht kleinen Plattformen 1 ) drehbar gelagert, im wesentlichen bestehend aus zwei Längsschienen, die über Querbalken zu einem Gitterrahmen verbunden sind und an denen der/die Kopplungskörper 4 für einer Orbitalbewegung relativ zum Gestellrahmen 1a gelagert sind. Auch hier müssen nicht zwei Längsschienen verwendet werden. Prinzipiell reicht eine. Diese könnte mittig mit zwei Kopplungskörpern angeordnet, es reicht aber auch eine seitliche Schiene.
Der so aufgebaute Gestellrahmen 1a hat an einem Längsende einen oder mehrere Auftriebkörper 16 und am gegenüberliegenden Längsende ein oder mehrere Gewichte (Massen) 14, sodass sich der Gestellrahmen 1a im Wesentlichen vertikal und damit senkrecht zur (großen) Plattform 1 ausrichtet. Allerdings ist eine Kombination von Gewicht und Auftrieb nicht zwingend erforderlich. Auch ein Gewicht oder ein Auftrieb würde ausreiche.
Wird nun an dem an der Plattform 1 drehbar gelagerten Gestellrahmen 1a (entspricht der Plattform 1 gemäß der Fig. 5 in verkleinerter Ausführung) ein (Nutz-) Drehmoment abgegriffen, so führt dies zu einer Verkippung des Gestellrahmens 1a bezüglich des
Schwerkraftvektors (wie in der Fig. 7 dargestellt) um die Drehachse an der Plattform 1 , wobei die fortlaufende Verkippbewegung durch die Auftriebskraft und die Abtriebskraft sowie die jeweils anwachsende Länge des hierbei entstehenden Hebelarms zu einem ansteigenden Gegendrehmoment am Gestellrahmen 1a führt. Dadurch wird das induzierte (Reaktions-) Drehmoment in dem drehbaren Gestellrahmen 1a aufgefangen („verbraucht") und nicht auf den im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Basisrahmen (Plattform 1 ) übertragen. Das Reaktionsmoment wird also durch das Gegendrehmoment bereits im Rahmengestell 1a „verbraucht" bzw. kompensiert, bevor es in die Plattform 1 induziert wird.
Gemäß der Fig. 10 ist der drehbare Gestellrahmen 1a in dieser besonderen Ausführungsform in seinem mittleren Bereich an der Plattform 1 gelagert. In einer Abwandlung ist der mindestens eine drehbare Gestellrahmen 1a im Bereich seines unteren Endes (im Bereich seines Zusatzgewichts 14) an der horizontalen Plattform 1 gelagert (dann würde man hier kein Gewicht anbringen). Eine andere Abwandlung sieht vor, den mindestens einen Gestellrahmen 1a drehbar im Bereich seines oberen Endes (im Bereich seiner
Auftriebskörper 16) an der horizontalen Plattform 1 zu lagern (dann ohne Auftriebskörper). In allen beschriebenen Abwandlungen besitzt die Gesamtkonstruktion jedoch einen im
Wesentlichen neutralen Gesamtauftrieb.
Um die Plattform 1 möglichst stabil im Wasser zu halten, kann diese bei großer Er- streckung mit hohen Cw-Werten ausgelegt sein (das gilt auch für Fig. 1 und 2). Dadurch werden nicht nur über die Kopplungskörper 4 sondern auch über den horizontalen Rahmen 1 (Plattform 1) Kräfte in die Gesamtanlage eingeleitet. Dies hat bei einer festgelegten Anzahl von Kopplungskörpern 4 den Vorteil, dass sich bei ausreichender Plattformlänge unabhängig von der aktuellen (Meer-) Wellenlänge eine stabile Plattform position einstellt, da ein wesent- licher Anteil der Kräfte durch den Rahmen eingeleitet wird.
Alternativ ist auch die Ausbildung des horizontalen Rahmens (Plattform) 1 als Heave- Plate mit nach oben ragende Aufhängungen 34 für die vertikalen Gestellrahmen 1a möglich, wie dies in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist (ist nicht zwingend eine Dämpfungsplatte, kann auch einfach ein tiefer angeordneter Rahmen sein). Demzufolge können die Aufhängungen 34 durch singuläre Stützstreben (siehe Fig. 11 ) oder jeweils durch ein Fachwerk bzw.
Zweibein (siehe Fig. 12) gebildet sein. Dadurch kann eine noch größere Anlagenstabilität erreicht werden, da der Schwerpunkt der Anlage unter den Schwenkachsen der
Gestellrahmen 1a zu liegen kommt.
Denkbar ist hier auch eine drehbare Lagerung der vertikalen Gestellrahmen 1a nicht nur um die horizontale sondern auch um die vertikale Achse. Für diesen Fall wäre es nicht mehr notwendig, dass sich der als Heave-Plate ausgestaltete horizontale Rahmen
(Plattform) 1 relativ zur Anströmung ausrichtet, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Die Ausrichtung könnte dann durch die auch vertikal drehbar gelagerten Gestellrahmen 1a erfolgen. Alternativ ist auch eine Ausbildung der Plattform/Gestellrahmen über Druckstäbe und Zugseile denkbar.
Bezuqszeichenliste
1 Plattform
1a Gestellrahmen (kleine Plattform)
2 Schienen
4 Kopplungskörper
6 Lagerachse
8 Hebel
10 Dreh- oder Montageachse
12 Flügel
14 Gewicht
16, 18 Auftriebskörper
20 Laufgewicht
22 Mooring-Kette
24 Verankerung
26 Taue
28 Strömungsleitelement
30 Kopplungselement
32 Dämpfungsplatte
34 Aufhängungen

Claims

Patentansprüche
1. Wellenenergieanlage mit einer Plattform (1 ) sowie zumindest einem Kopplungskörper (4), der drehbar an der Plattform gelagert ist, mit einer Energiewandlereinrichtung - insbesondere ein Generator oder eine Hydromaschine -, durch die ein zur
Energiewandlung nutzbares Drehmoment vom Kopplungskörper (4) im
Betriebszustand abgegriffen und an der Plattform abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine Drehmoment-Kompensationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein durch das Abgreifen des nutzbaren Drehmoments entstehendes Reaktions- Drehmoment der Plattform auszugleichen.
Wellenenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Drehmoment-Kompensationseinrichtung einen Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) hat, der in Abhängigkeit des aktuell abgegriffenen nutzbaren Drehmoments und/oder der aktuellen Raumlage der Plattform (1) ein solches Gegendrehmoment auf die Plattform (1 ) aufbringt, welches die Plattform (1 ) im Wesentlichen stabil hält, wobei der zumindest eine Kopplungskörper (4) für eine Orbitalbewegung an der Plattform (1 ) gelagert ist. 3. Wellenenergieanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
Drehmoment-Kompensationseinrichtung zumindest einen drehbar an der Plattform (1 ) gelagerten Gestellrahmen (1a) hat, an dem der zumindest eine Kopplungskörper (4) für eine Orbitalbewegung gelagert ist und an dem ein Gegendrehmoment- Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) angeordnet ist, der in Abhängigkeit des aktuell abgegriffenen nutzbaren Drehmoments und/oder der aktuellen Raumlage des Gestellrahmens (1a) ein solches Gegendrehmoment auf den Gestellrahmen (1a) aufbringt, welches den Gestellrahmen (1 ) im Wesentlichen stabil hält, sodass die Plattform (1 ) im wesentlichen Drehmoment frei bleibt. 4. Wellenenergieanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) eine dem aktuell abgegriffenen nutzbaren Drehmoment entgegenwirkende Gewichtsverteilung längs der Plattform (1 ) oder des Gestellrahmens (1a) vorsieht. Wellenenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) einen dem aktuell abgegriffenen nutzbaren Drehmoment entgegenwirkenden unsymmetrischen Auftrieb längs der Plattform (1 ) oder des Gestellrahmens (1) vorsieht.
Wellenenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) zumindest einen vorzugsweise volumenveränderbaren bzw. flutbaren Auftriebskörper/Ballasttank (16, 18) hat, der dezentral zur Schwerpunktslage der Plattform (1 ) oder des Gestellrahmens (1a) an der Plattform (1) oder an dem Gestellrahmen (1a) angeordnet oder ausgebildet ist.
Wellenenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) eine Anzahl von Auftriebskörpern/Ballasttanks (16, 18) hat, die an zwei senkrecht zur Orbitalbewegungsachse des Kopplungskörpers (4) gegenüberliegend beabstandete Endabschnitten der Plattform (1) oder des Gestellrahmens (1a) angeordnet oder ausgebildet sind, von denen zumindest einer hinsichtlich seines Auftriebs veränderbar ist.
Wellenenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) eine dezentral zur Schwerpunktslage der Wellenenergieanlage an der Plattform (1 ) fixierte Mooring-Kette (22) hat.
Wellenenergieanlage nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendrehmoment-Erzeugungsmechanismus (16, 18, 20, 22) zumindest ein Laufgewicht (20) hat, das längs der Plattform (1 ) oder des Gestellrahmens (1a) senkrecht zur Orbitalbewegungsachse des zumindest einen Kopplungskörpers (4) hin und her bewegbar ist und/oder ein Trimmfluid umfasst, das in einem
Fluidleitungssystem aufgenommen ist und in Plattform- oder Gestellrahmen- Längsrichtung hin- und herpumpbar ist.
10. Wellenenergieanlage nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage bezüglich des geometrischen Mittelpunkts der Plattform (1 ) senkrecht zur Orbitalbewegungsachse des zumindest einen Kopplungskörpers (4) eine asymmetrische, fixe Gewichtsverteilung/Auftriebskraftverteilung hat und/ oder dass der Gestellrahmen (1a) bezüglich seiner Drehachse an der Plattform (1 ) eine asymmetrische, fixe Gewichtsverteilung bzw. Auftriebskraftverteilung in dessen Längsrichtung hat.
11. Wellenenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Auftriebskörper (16, 18) an einem Längsendabschnitt der Plattform (1 ) und eine Mooringkette (22) an einem gegenüberliegenden Längsendabschnitt der Plattform (1) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Auftriebskörper (16, 18) für den Fall, dass der zumindest eine Kopplungkörper (4) ohne Gestellrahmen (1a) an der Plattform (1) gelagert ist, so eingestellt ist, dass der hierdurch erzielte Auftrieb bei einer horizontalen Ausrichtung der Plattform (1 ) zusammen mit der Mooringkette (22) und/oder einer unsymmetrischen Gewichtsverteilung längs der Plattform (1) ein Gesamtgegendrehmoment erzeugt, das in etwa gleich dem vom zumindest einen Kopplungskörper (4) induzierten Drehmoment ist.
12. Wellenenergieanlage nach den Ansprüchen 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandlereinrichtung dazu ausgebildet ist, im Betrieb das abgestützte Drehmoment zu variieren, um insbesondere das abgestützte Drehmoment auf die Summe der aktuell anliegenden Ausgleichsmomente anzupassen.
13. Wellenenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 11 gekennzeichnet durch mindestens ein Strömungsleitelement (28), das vorzugsweise an den Stirnseiten des zumindest einen Kopplungskörpers (4) angeordnet ist und das ein Ausrichten der Plattform (1 ) oder des Gestellrahmens (1a) in Wellenfortschrittsrichtung bewirkt, derart, dass die Ausbreitungsrichtung der Welle im Wesentlichen senkrecht zur Lagerachse orientiert ist.
14. Wellenenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 12, gekennzeichnet durch mindestens eine Dämpferplatte (32), die über eine vorzugsweise starre Kopplungseinrichtung (30) mit der Plattform (1 ) oder dem Gestellrahmen 1a verbunden ist, um Bewegungen der Plattform (1 ) zu dämpfen.
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