WO2009000249A2 - Vorrichtung zur energie- und süsswassererzeugung im meer - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a semi-submersible island for energy and fresh water production, which provides a high energy yield and water production by special arrangement and devices and thus counteracts climate change and water shortage.
  • a decisive improvement would be to produce energy and drinking water directly in the sea using suitable equipment specially designed for this purpose, and then the To supply consumers, these devices by submerged float the solar platform and wind turbines far above the water level and thus bring less resistance to the water and the waves.
  • the specified in claim 1 invention is based on the idea to build a supported above the sea of floats platform that allows a high energy and drinking water yield and can be moved independently by means of their own drives and low water resistance of the yard to the destination.
  • an annular hollow body (1) carries a surface on which the photovoltaic modules (2) are arranged.
  • wind converters (9) can be installed at a suitable point of the ring (eg above the vertical arms (7)) in order to increase the energy yield of the island.
  • the hollow body contains all aggregates, energy storage and power and water pipes, which are necessary for the operation of the plant.
  • the ring body is built-in bulkhead a buoyancy body, which makes the island unsinkable in case of disaster.
  • the pivoting suspension for the anchorage (3) which ensures stable positioning of the island through the anchor line (4) and the anchor (5).
  • the island is supported by at least 3 floating bodies (6), which can be flooded or emptied (6a) to compensate for the different loading of the island and to increase the stability in rough seas. In addition, this allows the height of the platform above the water to be adjusted to the wave height.
  • the floats are held by vertical arms (7).
  • the height of the island above the water should be greater in operation than the locally expected maximum wave height in order to keep the platform afloat in all conditions (eg in regions where there are monster waves> 30 m).
  • the cross section of the Vertical boom should be chosen as low as possible to allow for a quieter position during rough seas.
  • the floats are the motors (8), the automatic alignment
  • the motors are rotatably mounted, allowing the island to travel from the shipyard to its destination, or from one mission to another, on its own. In this case it is to reduce the water resistance of advantage, the floats completely empty of ballast to reduce the wetted surface and the platform only on
  • a hexagonal hollow body (1) of arbitrary cross-section which is provided with aerodynamic outriggers and floats (7, 6), carries the platform.
  • the floats (6) are rotatable together with the arms (7) and function as lateral surfaces during transfer rides, which makes a turn against the wind
  • floats In the floats are cavities (6a), which can be flooded and emptied again and determine the height of the platform above the water surface or compensate for load asymmetries.
  • the motors (8) are integrated in the floats in this embodiment. to
  • this embodiment has increased volume over the arms.
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 3. 100 Geometric layouts of the island are addressed here, which allow a combination of several individual elements to form a large network with correspondingly high performance (FIG. 2).
  • Simple basic shapes are an equilateral triangle (11) or the square (13), from which by simple coupling a large number of islands can be combined (12, 14) 105 and so the power can be multiplied.
  • a particularly advantageous form is the hexagon as a floor plan (15), which offers several advantages in simple design and construction conditions and can be coupled into large dressings (16). It results in a high level of security by using six floats (6)
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 4.
  • L20 are mounted to make rotatable (18).

Abstract

Es ist bekannt, eine große Anzahl von Photovoltaik-Modulen oder Windenergieanlagen an küstennahen Orten oder auf Schwimmkörpern aufzustellen und damit Energie zu erzeugen. Mit dieser Energie können Meerwasserentsalzungsanlagen betrieben werden, die aus dem Meerwasser dann Trinkwasser erzeugen. Eine entscheidende Verbesserung ist es, Energie- und Trinkwasser auf einer halbtauchenden, drehbar verankerten Insel zu produzieren. Ein Hohlkörper (1) trägt eine Fläche, auf der die Photovoltaik-Module (2) und Windkonverter (9) aufgestellt sind. Im Hohlkörper befinden sich alle Aggregate, Energiespeicher und Strom- und Wasserleitungen, die zum Betrieb der Anlage nötig sind. Im Zentrum des Rings ist die Aufhängung für die Verankerung (3) frei drehbar angebracht. Getragen wird die Insel durch mindestens 3 Schwimmkörper (6), die zum Ausgleich der unterschiedlichen Beladung der Insel und zur Erhöhung der Stabilität bei Seegang geflutet oder wieder entleert (6a) werden können. An den Schwimmkörpern befinden sich Motoren (8), die eine automatische Ausrichtung auf den Sonnenstand und so eine Erhöhung der Energieausbeute ermöglichen. Die Schwimmkörper und ihre Halterungen (7) sind hydrodynamisch günstig geformt und um die Hochachse drehbar an der Plattform angebracht. Durch geeignete Grundrissformen ist es möglich, mehrere Inseln stabil zu koppeln und somit den Energie- und Süßwasserertrag zu vervielfachen. Die Vorrichtung ermöglicht die Energie- und Süßwassererzeugung im Meer, wobei durch die freie Drehbarkeit der Plattform der Energieertrag erhöht wird.

Description

Vorrichtung zur Energie- und Süßwassererzeugung im Meer
Die Erfindung bezieht sich auf eine halbtauchende Insel zur Energie- und Süßwassererzeugung, die durch spezielle Anordnung und Vorrichtungen eine hohe Energieausbeute und Wasserproduktion erbringt und damit dem Klimawandel und dem Wassermangel entgegenwirkt.
Es ist bekannt, eine große Anzahl von Photovoltaik-Modulen oder Windenergieanlagen an küstennahen Orten aufzustellen und damit in sonnenreichen Ländern Energie und/oder Wasser zu erzeugen. Mit dieser Energie können so genannte Umkehrosmoseanlagen betrieben werden, die aus dem Meerwasser dann Trinkwasser erzeugen. Ferner ist bekannt, den Energieertrag der Photovoltaik-Module durch Nachführanlagen zu erhöhen, die aufwändig und teuer sind. Zusätzlich nachteilig ist daran, dass derartige Anlagen in oder in der Nähe von Siedlungen als störend empfunden werden, im anderen Fall aber lange Zu- und Ableitungen nötig werden. Weiterhin ist die Entsorgung der konzentrierten Salzlauge bei den an Land errichteten Anlagen ein Problem.
Ferner ist bekannt, Solar- und Windkraftanlagen auf Schiffen zu installieren, um Energie und Süßwasser zu erzeugen (Hochseesegler nutzen diese Technik bereits seit ca. 1980, Zitat: Fachzeitschrift „Yacht"). Ferner ist aus der Patentschrift US 2002/0182946 A1 bekannt, derartige Anlagen auf einem Schwimmkörper zu errichten.
Schiffe oder Schwimmkörper auf der Wasseroberfläche haben jedoch mehrere Nachteile: Bei Stürmen und Orkanen (oder sog. Monsterwellen), die durch den Klimawandel immer häufiger auftreten, werden sie durch Wind und Wellen hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die die Verankerung aus dem Grund reißen oder gar bis zur Zerstörung der gesamten Struktur führen können. Starke Wasserströmungen können durch den hohen Wasserwiderstand das Nachführen der Solarmodule beeinflussen oder gar verhindern. Die bei Stürmen erzeugte Gischt legt sich als Salzfilm auf die Solarzellen und verringert die Energiegewinnung, zusätzlich ist nach jedem Sturm eine aufwändige Reinigung notwendig. Dazu müssen größere Pontons, Schwimmkörper und Mehrrumpfkonstruktionen durch die große benetzte Oberfläche und den damit erzeugten hohen Widerstand zum Einsatzort geschleppt werden und können nicht aus eigener erzeugter Energie dorthin fahren.
Eine entscheidende Verbesserung wäre, Energie- und Trinkwasser mit geeigneten Anlagen, die speziell für diesen Zweck gestaltet werden, direkt im Meer zu erzeugen und dann den Abnehmern zuzuführen, wobei diese Vorrichtungen durch getauchte Schwimmer die Solarplattform und Windenergieanlagen weit über dem Wasserspiegel tragen und so dem Wasser und den Wellen weniger Widerstand entgegenbringen.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine über dem Meer von Schwimmern getragene Plattform zu errichten, die einen hohen Energie- und Trinkwasserertrag ermöglicht und die mittels den eigenen Antrieben und dem geringen Wasserwiderstand selbständig von der Werft zum Bestimmungsort bewegt werden kann.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die mit der beschriebenen Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit geringem Aufwand eine hohe Energie- und Trinkwassererzeugung erreicht wird, die Plattform durch die Bauweise sehr sicher ist und die, durch in oder an den Schwimmern angebrachten Antriebe, dem Sonnenstand nachgeführt werden kann und auch selbst weite Strecken zurücklegen kann.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen in Fig.1a und 1b dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Im Beispiel 1a trägt ein ringförmiger Hohlkörper (1) eine Fläche, auf der die Photovoltaik- Module (2) angeordnet sind. In Regionen, in denen ein hoher Windenergieanteil zu erwarten ist, können an geeigneter Stelle des Rings (z.B. über den senkrechten Auslegern (7)) Windkonverter (9) installiert werden, um den Energieertrag der Insel zu steigern. Im Hohlkörper befinden sich alle Aggregate, Energiespeicher und Strom- und Wasserleitungen, die zum Betrieb der Anlage nötig sind. Zusätzlich ist der Ringkörper durch eingebaute Schotts ein Auftriebskörper, der die Insel bei Havarie unsinkbar macht. Im Zentrum des Rings ist, wie die Nabe eines Rades, die drehbare Aufhängung für die Verankerung (3) angebracht, die durch die Ankerleine (4) und dem Anker (5) eine stabile Positionierung der Insel gewährleistet. Getragen wird die Insel durch mindestens 3 Schwimmkörper (6), die zum Ausgleich der unterschiedlichen Beladung der Insel und zur Erhöhung der Stabilität bei Seegang geflutet oder wieder entleert (6a) werden können. Zusätzlich kann dadurch die Höhe der Plattform über dem Wasser der Wellenhöhe angepasst werden. Die Schwimmkörper werden durch senkrechte Ausleger (7) gehalten. Die Höhe der Insel über dem Wasser sollte im Betrieb größer sein, als die lokal zu erwartende maximale Wellenhöhe, um die Plattform in allen Bedingungen über Wasser zu halten (also z.B. in Regionen, in denen Monsterwellen auftreten > 30 m). Der Querschnitt der senkrechten Ausleger sollte so gering als möglich gewählt werden, um bei Seegang eine ruhigere Lage zu ermöglichen.
An den Schwimmkörpern befinden sich die Motoren (8), die eine automatische Ausrichtung
75 auf den Sonnenstand und so eine Erhöhung der Energieausbeute ermöglichen. Die Motoren sind im Idealfall drehbar montiert, damit kann die Insel aus eigener Kraft von der Werft zum Bestimmungsort, oder von einem Einsatz zum anderen fahren. In diesem Fall ist es zur Reduzierung des Wasserwiderstandes von Vorteil, die Schwimmkörper völlig von Ballast zu entleeren, um die benetzte Oberfläche zu verringern und die Plattform erst wieder am
80 Einsatzort abzusenken.
Mit der Leitung (10) können schließlich Energie und/oder Wasser zu den Verbrauchern transportiert werden.
Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2
85 angegeben.
Wie in Fig. 1b dargestellt, trägt ein im Grundriss sechseckiger Hohlkörper(1) mit beliebigem Querschnitt, der mit strömungsgünstigen Auslegern und Schwimmern(7,6) versehen ist, die Plattform. Die Schwimmer (6) sind mit den Auslegern (7) zusammen drehbar und funktionieren bei Überführungsfahrten als Lateralflächen, was ein Kreuzen gegen den Wind
90 ermöglicht, während sie im stationären Zustand vor Anker den Wasserströmungen nur geringen Widerstand bieten.
In den Schwimmern sind Hohlräume (6a), die geflutet und auch wieder entleert werden können und so die Höhe der Plattform über der Wasseroberfläche bestimmen oder Beladungs-Asymmetrien ausgleichen.
95 Die Motoren (8) sind in diesem Ausführungsbeispiel in den Schwimmern integriert. Zur
Erhöhung der Schwimmstabilität hat dieses Ausführungsbeispiel vergrößertes Volumen über den Auslegern.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. 100 Es sind hier geometrische Grundrissformen der Insel angesprochen, die eine Kombination von mehreren Einzelelementen zu einem großen Verbund mit entsprechend hoher Leistung erlauben (Fig.2).
Einfache Grundformen sind ein gleichseitiges Dreieck (11) oder das Quadrat (13), aus denen durch einfache Koppelung eine große Anzahl von Inseln kombiniert werden können (12, 14) 105 und so die Leistung vervielfacht werden kann. Eine besonders vorteilhafte Form ist das Sechseck als Grundriss (15), das bei einfachen Konstruktions- und Baubedingungen gleich mehrere Vorteile bietet und zu großen Verbänden gekoppelt werden kann (16). Es ergibt sich eine hohe Sicherheit durch Verwendung von sechs Schwimmkörpern (6) an
LlO den Eckpunkten für jede einzelne Insel, hohe Stabilität bei gleichzeitiger hoher Flexibilität des kompletten Verbundes, dargestellt in Fig.3. In dieser Zeichnung sind drei mit Gelenken (17) gekoppelte Inseln bei hohem Seegang dargestellt (zur Vereinfachung ohne Windkraftwerke, die bei der Koppelung von erfindungsgemäßen Inseln ohnehin anders positioniert werden müssen).
L15
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben. In manchen Regionen mit hohen Windstärken kann es nötig sein, die Inseln oder die Verbände mit 2 oder mehreren Ankern stabil zu positionieren. Diese Anordnung ist in Fig.4 dargestellt. In diesem Fall ist es nötig, das gesamte Deck, auf dem die Photovoltaikmodule
L20 angebracht sind, drehbar zu gestalten (18).

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Energie- und Süßwassererzeugung im Meer, die mit Photovoltaikmodulen, Windkraft- und Meerwasserentsalzungsanlagen versehen ist, dadurch gekennzeichnet dass: a) flutbare Schwimmer vorgesehen sind, durch die die getragene Plattform in unterschiedliche Höhe über die Wasseroberfläche gebracht werden kann und b) an oder in den Schwimmern drehbare Antriebsmotoren zur Ausrichtung der Insel auf den Sonnenwinkel angebracht sind und c) die Vorrichtung eine zentrale, frei drehbare Verankerung aufweist.
2. Vorrichtung zur Energie- und Süßwassererzeugung im Meer nach Anspruch 1 , bei der die Schwimmer und ihre Halterungen um die Hochachse drehbar an der Plattform angebracht sind.
3. Vorrichtung zur Energie- und Süßwassererzeugung im Meer nach Anspruch 1 und 2, die einen drei-, vier- oder sechseckigen Grundriss aufweist, um aus einzelnen Plattformen durch Ankoppelung einen großen Verband mit vielfacher Leistung zu formen.
4. Vorrichtung zur Energie- und Süßwassererzeugung im Meer nach Anspruch 1 bis 3, bei der das gesamte Deck, das die Photovoltaikmodule trägt, drehbar zur Ausrichtung nach dem Sonnenstand gestaltet ist.
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