WO2009018946A2 - Bidirektional anströmbare tauchende energieerzeugungsanlage - Google Patents

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WO2009018946A2
WO2009018946A2 PCT/EP2008/006241 EP2008006241W WO2009018946A2 WO 2009018946 A2 WO2009018946 A2 WO 2009018946A2 EP 2008006241 W EP2008006241 W EP 2008006241W WO 2009018946 A2 WO2009018946 A2 WO 2009018946A2
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Benjamin Holstein
Hans Borrmann
Norman Perner
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Voith Patent Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a bi-directionally drivable, diving power generation plant, in particular in the form of a freestanding in a ocean current power plant, the present application in particular a device for adaptation to the conditional by the tide change the direction of flow treated, which also serves to start a maintenance position.
  • Flow rates of 2 - 2.5 m / s are used economically.
  • water turbines for example, with a propeller-shaped structure, attached to support structures for receiving kinetic energy from the Umunqsströmung.
  • the retaining structures may be formed, for example, as a fixed pillar placed on a ground foundation.
  • the support structures are anchored, for example via cable or chain systems only on the seabed and form in a certain depth of water floating floatable units.
  • Characteristic for tidal currents is the regular change of the flow direction with ebb and flow. Accordingly, it is necessary for the efficient use of energy, a generically freestanding underwater power plant, which is driven by tidal currents, form so that an energy extraction of the water turbine from the flow with different directions of flow is possible. For power generation, two oppositely directed directions of flow at low tide and high tide are relevant in the main.
  • an anchored system can be used to adapt to different flow directions, which rotates freely around an anchor point.
  • the disadvantage is that a large circle of motion is not in most cases
  • BESTATIGUNGSKOPIE and thus such systems can not be efficiently combined into an energy park with multiple underwater power plants.
  • an adaptation to changing directions of inflow is then simple if the turbine is configured as a leelayer.
  • a hinge connection is used to articulate a spacer on the support structure with the turbine attached to the downstream end of the spacer.
  • this is a propeller-shaped turbine with two or more turbine blades that are rotor blade-shaped.
  • a disadvantage of a leech runner is that a certain shading effect by the support structure (tower shadow) is unavoidable.
  • a windward rotor i. an arrangement of the turbine upstream and at a certain distance from the support structure to which it is at least indirectly attached.
  • the drives that have become known for this purpose typically include complicated turning concepts in the area of the tower.
  • the support structure comprises two vertical pillars based on the seabed, between which extends a crossbeam.
  • the crossbeam carries a plurality of turbine generator units designed as a windshield.
  • the turbine-generator unit can be pivoted by 180 °.
  • a connected to the Vertikalpfeilem chain drive is proposed.
  • a sprocket is attached to both ends of the Quertragwerks, which serves to deflect a chain, which is guided along the vertical pillars.
  • the chains are driven on both sides of the crossbeam by two independent motor units, which are located above the
  • a disadvantage of the said combined lifting and swiveling device is the high total weight of the arrangement to be moved. This leads to a correspondingly large-sized chain drive.
  • the opposite of the seawater environment unencapsulated drive is susceptible to corrosion.
  • the fouling problem is an additional difficulty of this multi-unit construction.
  • the invention has for its object to provide a diving power generation plant, which is bi-directionally flowable. In addition, it is desirable to have an additional position with reduced
  • the starting point of the invention is a diving power generation plant comprising a transverse support for supporting at least one turbine-generator unit.
  • a plurality of turbine-generator units is attached to the Quertragwerk.
  • the Quertragwerk is attached to a buoyant or diving or fundamental on the seabed support structure.
  • Particularly preferred is the use of at least two vertical pillars, in particular a double arrangement of these vertical pillars, which are arranged on both sides of the Quertragwerks.
  • the range of motion of the transverse support structure is limited to a vertical movement, so that in this way the turbine-generator unit attached to the transverse support can be raised and lowered.
  • the vertical pillars are designed so that the vertical movement of the Quertragwerks can take place until the complete lifting of the turbine-generator unit above the water level.
  • each turbine-generator unit To perform a pivoting movement about the longitudinal axis of the transverse support structure of the attachment point of each turbine-generator unit is formed on the Quertragwerk as a hinge connection, which allows in the sense of a hinge joint rotation of the turbine-generator unit in a plane whose surface normal runs parallel to the longitudinal axis of the Quertragwerks ,
  • the turbine-generator unit therefore executes a pivot about the axis of the transverse support.
  • a movement is performed by 180 ° during pivoting, so that for the resulting two end positions advantageously each stop and locking means of the hinge connection are assigned.
  • the device according to the invention allows the independent pivoting of a single turbine-generator unit, so that in the case of a plurality of turbine-generator units attached to a transverse support a setting can be converted to a flow change into individual partial movements. This leads to the advantage that a smaller mass has to be moved for each individual pivoting movement.
  • each separately a turbine-generator unit can be moved to a service position, which is substantially perpendicular to the two opposite directed main inflow directions. Accordingly, a maintenance work can be performed on a turbine-generator unit, while at the same time the other provided on the transverse support turbine-generator units can remain in their normal operating position.
  • a motor unit To perform a pivoting movement of the articulated connection of the turbine-generator unit is assigned to the transverse support a motor unit, according to a preferred embodiment for this purpose, a hydraulic drive is used.
  • the supply of the hydraulic drive can be realized by means of a guided along or in the transverse support and in one of the vertical pillars hydraulic line.
  • the other components of the hydraulic system are preferably arranged above the water level, for example in those parts of the vertical pillars that protrude above the water level.
  • a hydraulic drive leads to a high starting torque, which can be exploited for a pivoting movement
  • a gear unit and in particular a worm gear can be provided for the reduction and the momentum introduction to the joint connection.
  • the use of a hydraulic drive in the case of several turbine-generator units attached to the transverse support allows the use of a single hydraulic circuit from which the hydraulic drives associated with the individual articulations are fed, the respective individual control being effected via valve devices.
  • it can be provided as a motor unit to the articulated joints an electric drive machine, again using an intermediate gear is preferred.
  • the assignment of the pivoting movement to the individual turbine-generator units allows an embodiment of the lifting device for the Quertragtechnik, which is structurally simple.
  • a crane-like, rope-based lifting device is used.
  • the lifting can be done by a hydraulic device or by means of a toothed rod.
  • Figure 1 shows a perspective view of one on two lateral
  • FIG. 2 shows a plan view of a single turbine-generator unit in the direction of the longitudinal axis of the transverse support.
  • FIG. 1 shows schematically simplified in a perspective view an embodiment of the invention. Shown is a first, a second and a third turbine-generator unit 4, 5, 6, each comprising a propeller turbine 8, 9, 10, which is attached to a nacelle. Each of the turbine-generator units 4, 5, 6 is supported on a transverse support 3, which is designed as a cross-beam for the illustrated embodiment.
  • a transverse support structure 3 is therefore understood to mean a support structure which essentially brings about a load-bearing transverse connection to a support structure (floating or foundation). Accordingly, it will preferably extend horizontally from the support structure and thus have a substantially horizontal longitudinal axis.
  • the support structure advantageously comprises two supports attached laterally to the transverse support structure 3 - in FIG. 1 these are the first vertical pillar 1 and the second vertical pillar 2 Row arrangement of vertical pillars, wherein each two adjacent vertical pillars are connected by a Quertragwerk 3 and so several successive energy generation systems according to the invention arise.
  • the transverse support 3 may preferably be moved vertically together with the turbine-generator units 5, 6.
  • a Vertikalhubsystem 15 is used, which is advantageously formed on both sides in the first and in the second vertical pillars 1, 2.
  • cable systems are racks or hydraulic lifting systems for the realization of Vertikalhubsystems 15 into consideration.
  • each of the turbine-generator units is pivotable relative to the supporting structure, so that an adaptation to a change in direction in the flow can be performed.
  • each turbine-generator unit can be pivoted separately, so that the weight to be moved for each pivoting operation is reduced.
  • a typical weight of a turbine-generator unit is about 100 tons, which weight is reduced due to buoyancy forces with a corresponding design of the nacelle in the submerged state to 50 tons.
  • FIG. 2 shows a plan view of the first turbine-generator unit in the direction of the longitudinal axis of the transverse support 3. Shown is the formation of the first turbine-generator unit 4 as a LuvITAr, wherein a three-bladed first propeller turbine 7 is used as an example.
  • This runs by means of a hub 14 on the housing of the nacelle 13, said hub 14 may include parts of the electric generator, in particular a directly driven rotor unit of the electric generator, not shown in detail, the stator components of the same will then be encapsulated within the nacelle 13.
  • the direction of flow of the first turbine-generator unit 7 is sketched by an arrow.
  • the flow hood 10 is preferred foamed in order to reduce the weight of the submerged first turbine-generator unit 4 by means of the buoyancy thus generated.
  • Each of the turbine-generator units is associated with a hinge connection 11 and a separate motor unit 12.
  • the articulated connection 11 is preferably designed so that a rotational movement of the turbine-generator unit is limited to a movement in a plane whose surface normal is predetermined by the direction of the longitudinal axis of the transverse support 3. Accordingly, the articulated connection 11 only allows a pivoting movement to the transom used for the present embodiment as a transverse support 3.
  • Particularly preferred for driving the pivoting movement of the respective articulated joints 11 associated motor unit 12 is used, which is designed as a hydraulic drive.
  • the torque generated by the hydraulic drive is reduced by means of a worm gear.
  • the hydraulic supply system above the water level for example, in the sketched in Figure 1 upper pillar portion 25, and thus arranged in a dry and easy to reach for servicing equipment part.
  • the hydraulic supply is then supplied by means of a hydraulic line to the individual motor units 12 for the respective articulated connections 11.
  • This hydraulic line can be laid in at least one of the vertical pillars and in the interior of the transverse support 3 and a common hydraulic circuit forming all motor units 12 feed, which then each hydraulic valves are assigned for individual control.
  • FIG. 2 shows the first turbine-generator unit shown in a first position A, which is approached for the direction of flow marked by the arrow.
  • a pivot can be performed by 180 ° in a second position B, which allows a flow from the opposite direction.
  • a third position C which is substantially at 90 ° to the first position A and the second position B and thus in Vertical direction is oriented, can then be approached when the turbine-generator unit is rotated out of the flow for service purposes and brought to the water surface.
  • For lifting serves the vertical lifting 15, which moves the entire arrangement of Quertragtechnik 3 and the seated thereon turbine-generator units.
  • the positions A, B, C to be approached by means of the gondola pivot can each be assigned to stop devices. Further, it is possible to use a locking device for each of these positions, alternatively, the necessary holding torque in a certain position by the setting of the articulated joint 11 associated with the motor unit 12 is effected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine tauchende Energieerzeugungsanlage, umfassend eine ein Quertragwerk tragende Stützstruktur; ein Vertikalhubsystem zum Heben und Senken des Quertragwerks an der Stützstruktur; wenigstens eine Turbine-Generator-Einheit, die mittels einer Gelenkverbindung am Quertragwerk so befestigt ist, dass eine Schwenkbewegung um eine Längsachse des Quertragwerks ausgeführt werden kann; der Gelenkverbindung ist eine separate motorische Einheit zur Ausführung der Schwenkbewegung zugeordnet.

Description

Bidirektional anströmbare tauchende Energieerzeugungsanlage
Die Erfindung betrifft eine bidirektional anströmbare, tauchende Energieerzeugungsanlage, insbesondere in Form eines in einer Meeresströmung freistehenden Kraftwerks, wobei die vorliegende Anmeldung insbesondere eine Vorrichtung zur Anpassung an den durch die Tide bedingten Wechsel der Anströmungsrichtung behandelt, die ferner zum Anfahren einer Wartungsposition dient.
Freistehende, tauchende Energieerzeugungsanlagen können derzeit ab
Strömungsgeschwindigkeiten von 2 - 2,5 m/s wirtschaftlich genutzt werden. Hierzu werden Wasserturbinen, beispielsweise mit propellerförmiger Struktur, zur Aufnahme kinetischer Energie aus der Umgebunqsströmung an Haltestrukturen befestigt. Je nach Wassertiefe und abhängig von der Beschaffenheit des Gewässergrunds können die Haltestrukturen beispielsweise als fest stehende, auf einem Bodenfundament aufgesetzte Pfeiler ausgebildet sein. Alternativ sind die Stützstrukturen beispielsweise über Seil- oder Kettensysteme lediglich am Meeresboden verankert und bilden in einer bestimmten Wassertiefe treibende schwimmfähige Einheiten.
Charakteristisch für Gezeitenströmungen ist der regelmäßige Wechsel der Strömungsrichtung mit Ebbe und Flut. Demnach ist es zur effizienten Energieausnutzung notwendig, ein gattungsgemäß freistehendes Unterwasserkraftwerk, das über Gezeitenströmungen angetrieben wird, so auszubilden, dass eine Energieentnahme der Wasserturbine aus der Strömung mit unterschiedlichen Anströmungsrichtungen möglich ist. Zur Leistungserzeugung sind in der Hauptsache zwei entgegengesetzt zueinander gerichtete Strömungsrichtungen bei Ebbe und Flut relevant.
Im einfachsten Fall kann zur Anpassung an unterschiedliche Strömungsrichtungen ein verankertes System verwendet werden, das um einen Ankerpunkt frei rotiert. Nachteilig ist jedoch, dass ein großer Bewegungskreis in den meisten Fällen nicht
BESTATIGUNGSKOPIE zu vermeiden ist und somit solche Systeme nicht effizient zu einem Energiepark mit mehreren Unterwasserkraftwerken kombiniert werden können. Werden stattdessen ortsfeste Anlagen und insbesondere auf einem Fundament stehende Anlagen verwendet, so gestaltet sich eine Anpassung an veränderliche Anströmungsrichtungen dann einfach, wenn die Turbine als Leeläufer ausgebildet ist. Für diesen Fall wird eine Gelenkverbindung zum Anlenken eines Abstandselements an der Stützstruktur verwendet, wobei am abstromseitigen Ende des Abstandselements die Turbine befestigt ist. Typischerweise ist dies eine propellerförmige Turbine mit zwei oder mehr Turbinenblättern, die rotorblätterförmig ausgebildet sind.
Nachteilig an einem Leeläufer ist jedoch, dass ein gewisser Abschattungseffekt durch die Stützstruktur (Turmschatten) nicht zu vermeiden ist. Vorteilhaft ist aus Effizienzgründen daher die Verwendung eines Luvläufers, d.h. eine Anordnung der Turbine stromaufwärts und mit einem gewissen Abstand zur Stützstruktur, an der diese wenigstens mittelbar befestigt ist. Allerdings besteht für einen Luvläufer keine Möglichkeit zur passiven Nachführung mit einer veränderlichen Anströmungsrichtung, sodass die Stellung der Turbine zur Strömungsrichtung aktiv geführt werden muss. Die hierfür bekannt gewordenen Antriebe umfassen typischerweise aufwendige Drehkonzepte im Bereich des Turms. Diese sind im Hinblick auf den Wunsch, möglichst wartungsarme Unterwasserkraftwerke aufzubauen, nachteilig, da die zusätzlich verwendeten Getriebe- und Motorkomponenten zu einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit führen. Entsprechend resultiert ein erhöhter Aufwand für regelmäßige Inspektionen, was im Hinblick auf die erschwerte Zugänglichkeit von Unterwasserkraftwerken nachteilig ist.
Daher wurde nach Möglichkeiten gesucht, eine möglichst vereinfachte Anpassung eines freistehenden Gezeitenkraftwerks an eine Anströmung aus unterschiedlichen Richtungen vornehmen zu können. Ein Vorschlag besteht darin, eine rotorförmige Turbine zu verwenden und über eine Blattwinkelverstellung eine Anströmung aus entgegengesetzten Richtungen zu ermöglichen. Durch diese Maßnahme kann zwar auf eine Drehung der gesamten Turbine in die Strömung verzichtet werden, allerdings verlagert sich die Problematik eines erhöhten Wartungsaufwands, aufgrund zusätzlicher beweglicher Komponenten und der diesen zugeordneten Stellantrieben, auf eine ebenso fehleranfällige turbinenseitige Vorrichtung.
Ferner ist es wünschenswert, zusätzlich zur Anpassung an die Strömungsrichtung die Turbine und vorzugsweise eine hiermit verbundene generatorische Einheit in eine Wartungs- oder Montagestellung verfahren zu können. Dies erfordert zum einen ein Herausdrehen aus der Strömung und zum anderen in den meisten Fällen ein Anheben der Turbine-Generator-Einheit an die Wasseroberfläche. Demnach wird zum Einleiten einer Inspektion die Turbine eine bestimmte Relativstellung zur Umgebungsströmung annehmen, sodass auch für diesen Fall die voranstehend genannte Problematik auftritt.
Aus der KR 20 2006 0011746 ist eine gattungsgemäße, tauchende Energieerzeugungsanlage bekannt geworden, deren Stützstruktur zwei auf dem Meeresboden gründende Vertikalpfeiler umfasst, zwischen denen sich ein Querbalken erstreckt. Der Querbalken trägt eine Mehrzahl von als Luvläufer ausgebildeten Turbine-Generator-Einheiten. Durch eine Drehung um die
Längsachse des Querbalkens kann die Turbine-Generator-Einheit um 180° verschwenkt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit des Anhebens des Querbalkens geführt durch die seitlichen Vertikalpfeiler.
Zur Ausführung der voranstehend genannten Bewegungsmöglichkeiten des Querbalkens wird ein mit den Vertikalpfeilem verbundener Kettenantrieb vorgeschlagen. Hierzu ist an beiden Enden des Quertragwerks ein Kettenrad angebracht, der zur Umlenkung einer Kette dient, die entlang der Vertikalpfeiler geführt ist. Angetrieben werden die Ketten zu beiden Seiten des Querbalkens jeweils durch zwei unabhängige motorische Einheiten, die sich oberhalb des
Wasserspiegels befinden und die von den Vertikalpfeilern getragen werden. Je nach Drehsinn dieser Kettenantriebe erfolgt eine Drehbewegung der Kettenräder und damit ein Schwenk der Turbine-Generator-Einheiten durch die Drehung des Querbalkens oder eine Vertikalbewegung des Kettenrades ohne gleichzeitige Drehung, sodass der Querbalken und die darauf aufsitzenden Turbine-Generator- Einheiten angehoben oder abgesenkt werden können.
Nachteilig an der genannten kombinierten Hub- und Schwenkvorrichtung ist das hohe Gesamtgewicht der zu bewegenden Anordnung. Dies führt zu einem entsprechend groß dimensionierten Kettenantrieb. Darüber hinaus ist der gegenüber der Seewasserumgebung ungekapselte Antrieb korrosionsanfällig. Ferner stellt die Bewuchsproblematik eine zusätzliche Schwierigkeit dieser vielgliedrigen Konstruktion dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine tauchende Energieerzeugungsanlage anzugeben, die bidirektional anströmbar ist. Darüber hinaus ist es wünschenswert, eine zusätzliche Stellung mit reduzierter
Anströmung, beispielsweise zum Einleiten von Servicemaßnahmen, anfahren zu können. Die voranstehend genannte Aufgabe soll mit Hilfe einer robusten, an lange Serviceintervalle angepassten Vorrichtung ausgeführt werden. Besonders bevorzugt ist diese im Wesentlichen wartungsfrei.
Die voranstehend genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine tauchende Energieerzeugungsanlage, die ein Quertragwerk zum Tragen wenigstens einer Turbine-Generator-Einheit umfasst. Bevorzugt wird eine Vielzahl von Turbine-Generator-Einheiten am Quertragwerk befestigt. Das Quertragwerk ist an einer schwimmfähigen oder tauchenden oder auf dem Meeresgrund fundamentierten Tragstruktur befestigt. Besonders bevorzugt wird die Verwendung von wenigstens zwei Vertikalpfeilern, insbesondere eine Doppelanordnung dieser Vertikalpfeiler, die zu beiden Seiten des Quertragwerks angeordnet sind. Erfindungsgemäß beschränkt sich der Bewegungsumfang des Quertragwerks auf eine Vertikalbewegung, sodass hierdurch die am Quertragwerk befestigte Turbine- Generator-Einheit angehoben und abgesenkt werden kann. Bevorzugt sind die Vertikalpfeiler so ausgebildet, dass die Vertikalbewegung des Quertragwerks bis zum völligen Anheben der Turbine-Generator-Einheit über den Wasserspiegel hinaus erfolgen kann.
Zur Ausführung einer Schwenkbewegung um die Längsachse des Quertragwerks ist der Befestigungspunkt jeder Turbine-Generator-Einheit am Quertragwerk als Gelenkverbindung ausgebildet, die im Sinne eines Scharniergelenks eine Drehung der Turbine-Generator-Einheit in einer Ebene erlaubt, deren Flächennormale parallel zur Längsachse des Quertragwerks verläuft. Die Turbine-Generator- Einheit führt demnach einen Schwenk um die Achse des Quertragwerks aus. Bevorzugt wird beim Schwenken eine Bewegung um 180° ausgeführt, sodass für die sich ergebenden beiden Endstellungen vorteilhafterweise jeweils Anschläge und Verriegelungseinrichtungen der Gelenkverbindung zugeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt das unabhängige Schwenken einer einzelnen Turbine-Generator-Einheit, sodass im Falle einer Vielzahl an einem Quertragwerk befestigten Turbine-Generator-Einheiten eine Einstellung auf einen Anströmungswechsel in einzelne Teilbewegungen umgesetzt werden kann. Dies führt zum Vorteil, dass für jede einzelne Schwenkbewegung eine geringere Masse zu bewegen ist.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus der individuellen Schwenkfähigkeit jeder einzelnen Turbine-Generator-Einheit ergibt, ist darin zu sehen, dass jeweils separat eine Turbine-Generator-Einheit in eine Service-Stellung gefahren werden kann, die im Wesentlichen senkrecht zu den beiden entgegengesetzt gerichteten Hauptanströmungsrichtungen verläuft. Demnach kann eine Wartungsarbeit an einer Turbine-Generator-Einheit vorgenommen werden, während gleichzeitig die weiteren am Quertragwerk vorgesehenen Turbine-Generator-Einheiten in ihrer normalen Betriebsstellung verbleiben können. Zur Ausführung einer Schwenkbewegung wird der Gelenkverbindung der Turbine- Generator-Einheit am Quertragwerk eine motorische Einheit zugeordnet, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung hierfür ein hydraulischer Antrieb verwendet wird. Die Versorgung des hydraulischen Antriebs kann mittels einer entlang oder im Quertragwerk sowie in einem der Vertikalpfeiler geführten Hydraulikleitung realisiert werden. Die weiteren Komponenten des hydraulischen Systems sind vorzugsweise oberhalb des Wasserspiegels angeordnet, beispielsweise in jenen Teilen der Vertikalpfeiler, die über den Wasserspiegel hinausragen.
Ein hydraulischer Antrieb führt zu einem hohen Anfahrmoment, das für eine Schwenkbewegung ausgenutzt werden kann, zusätzlich kann zur Untersetzung und zur Momenteinleitung auf die Gelenkverbindung eine Getriebeeinheit und insbesondere ein Schneckengetriebe vorgesehen sein. Ferner ermöglicht die Verwendung eines hydraulischen Antriebs im Fall mehrerer am Quertragwerk befestigter Turbine-Generator-Einheiten die Verwendung eines einzigen Hydraulikkreises, aus dem die den einzelnen Gelenkverbindungen zugeordneten hydraulischen Antriebe gespeist werden, wobei die jeweils individuelle Ansteuerung über Ventilvorrichtungen erfolgt. Alternativ kann als motorische Einheit an den Gelenkverbindungen eine elektrische Antriebsmaschine vorgesehen sein, wobei wiederum die Verwendung eines Zwischengetriebes bevorzugt wird.
Die Zuordnung der Schwenkbewegung zu den einzelnen Turbine-Generator- Einheiten ermöglicht eine Ausgestaltung der Hubvorrichtung für das Quertragwerk, die konstruktiv einfach ist. Im einfachsten Fall wird eine kranähnliche, seilbasierte Hubvorrichtung verwendet. Alternativ kann das Anheben durch eine hydraulische Vorrichtung oder mittels eines Zahngestänges erfolgen. Ferner ist es möglich, die Hubvorrichtung für das Quertragwerk robust auszubilden, sodass das in diesem Fall anzuhebende Gesamtgewicht aus Quertragwerk und der Turbine-Generator- Einheit, beziehungsweise einer Vielzahl dieser Einheiten, ausfallsicher ausgebildet werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figurendarstellungen genauer erläutert, diese zeigen im Einzelnen Folgendes:
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines an zwei seitlichen
Vertikalpfeilern vertikal verfahrbaren Quertragwerks mit drei Turbine- Generator-Einheiten, die individuell schwenkbar sind.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine einzelne Turbine-Generator-Einheit in Richtung der Längsachse des Quertragwerks.
Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht in einer Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist eine erste, eine zweite und eine dritte Turbine-Generator-Einheit 4, 5, 6, die jeweils eine Propellerturbine 8, 9, 10 umfasst, die an einer Gondel befestigt ist. Jede der Turbine-Generator-Einheiten 4, 5, 6 ist an einem Quertragwerk 3 gehaltert, das für die dargestellte Ausführung als Querbalken ausgebildet ist.
Weitere im Einzelnen nicht dargestellte Ausgestaltungen des Quertragwerks 3 bestehen nicht aus einem einzigen querlaufenden Element, sondern aus mehreren miteinander verbundenen Stützelementen, beispielsweise können dies mehrere waagerechte, diagonal verstrebte Verbindungen oder eine gitter- oder matrixförmige Verstrebung sein. Unter einem Quertragwerk 3 wird in der vorliegenden Anmeldung demnach eine Tragstruktur verstanden, welche im Wesentlichen eine tragende Querverbindung zu einer Stützstruktur (schwimmend oder fundamentiert) bewirkt. Sie wird sich demnach von der Stützstruktur aus bevorzugt waagerecht erstrecken und damit eine im Wesentlichen horizontale Längsachse aufweisen. Die Stützstruktur umfasst vorteilhafterweise zwei seitlich zum Quertragwerk 3 angebrachte Träger - in Figur 1 sind dies der erste Vertikalpfeiler 1 und der zweite Vertikalpfeiler 2. Eine Weitergestaltung sieht eine Reihenanordnung von Vertikalpfeilern vor, wobei jeweils zwei benachbarte Vertikalpfeiler durch ein Quertragwerk 3 verbunden sind und so mehrere aufeinander folgende erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlagen entstehen.
Das Quertragwerk 3 kann bevorzugt zusammen mit den Turbine-Generator- Einheiten 5, 6 vertikal verfahren werden. Hierzu wird ein Vertikalhubsystem 15 verwendet, das vorteilhafterweise zu beiden Seiten im ersten und im zweiten Vertikalpfeiler 1 , 2 ausgebildet ist. Neben Seilzugsystemen kommen Zahnstangen oder hydraulische Hubsysteme zur Realisierung des Vertikalhubsystems 15 in Betracht.
Erfindungsgemäß ist jede der Turbine-Generator-Einheiten gegenüber dem Tragwerk schwenkbar, sodass eine Anpassung an einen Richtungswechsel in der Anströmung vollzogen werden kann. Dabei kann jede Turbine-Generator-Einheit separat geschwenkt werden, sodass das für jeden Schwenkvorgang zu bewegende Gewicht reduziert ist. Ein typisches Gewicht einer Turbine-Generator- Einheit beträgt ca. 100 Tonnen, wobei sich diese Gewichtskraft aufgrund von Auftriebskräften bei einer entsprechenden Gestaltung der Gondel im getauchten Zustand auf 50 Tonnen reduziert. Ferner ist es zusätzlich möglich, das Schwenken durch das Anbringen von Gegengewichten auf der Leeseite des Verbindungsgelenks zu erleichtern.
In Figur 2 ist eine Draufsicht auf die erste Turbine-Generator-Einheit in Richtung der Längsachse des Quertragwerks 3 gezeigt. Dargestellt ist die Ausbildung der ersten Turbine-Generator-Einheit 4 als Luvläufer, wobei exemplarisch eine dreiblättrige erste Propellerturbine 7 verwendet wird. Diese läuft mittels einer Nabe 14 am Gehäuse der Gondel 13 um, wobei diese Nabe 14 Teile des elektrischen Generators umfassen kann, insbesondere eine direkt angetriebene Läufereinheit des im Einzelnen nicht dargestellten elektrischen Generators, die Statorkomponenten desselben werden dann innerhalb der Gondel 13 gekapselt sein. Ferner ist die Anströmungsrichtung der ersten Turbine-Generator-Einheit 7 durch einen Pfeil skizziert. Des Weiteren wird die Anströmhaube 10 bevorzugt ausgeschäumt, um mittels des so erzeugten Auftriebs die Gewichtskraft der getauchten ersten Turbine-Generator-Einheit 4 zu reduzieren.
Jeder der Turbine-Generator-Einheiten ist eine Gelenkverbindung 11 und eine separate motorische Einheit 12 zugeordnet. Die Gelenkverbindung 11 wird bevorzugt so gestaltet, dass eine Drehbewegung der Turbine-Generator-Einheit auf eine Bewegung in einer Ebene beschränkt ist, deren Flächennormale durch die Richtung der Längsachse des Quertragwerks 3 vorgegeben wird. Demnach erlaubt die Gelenkverbindung 11 lediglich eine Schwenkbewegung, um den für das vorliegende Ausführungsbeispiel als Quertragwerk 3 verwendeten Querbalken.
Besonders bevorzugt wird zum Antrieb der Schwenkbewegung eine der jeweiligen Gelenkverbindungen 11 zugeordnete motorische Einheit 12 verwendet, die als hydraulischer Antrieb ausgebildet ist. Das durch den hydraulischen Antrieb erzeugte Moment wird mittels eines Schneckengetriebes untersetzt. Ferner ist das hydraulische Versorgungssystem oberhalb des Wasserspiegels, beispielsweise in dem in Figur 1 skizzierten oberen Pfeilerteil 25, und somit in einem trockenen und für Servicezwecke einfach zu erreichenden Anlagenteil angeordnet. Die hydraulische Versorgung wird dann mittels einer Hydraulikleitung an die einzelnen motorischen Einheiten 12 für die jeweiligen Gelenkverbindungen 11 zugeführt. Diese Hydraulikleitung kann in wenigstens einem der Vertikalpfeiler und im Innern des Quertragwerks 3 verlegt sein und einen gemeinsamen Hydraulikkreis bildend alle motorischen Einheiten 12 beschicken, denen dann jeweils Hydraulikventile für eine individuelle Ansteuerung zugeordnet sind.
In Figur 2 ist die dargestellte erste Turbine-Generator-Einheit in einer ersten Stellung A gezeigt, die für die durch den Pfeil markierten Anströmungsrichtung angefahren wird. Beim Wechsel der Anströmungsrichtung kann ein Schwenk um 180° in eine zweite Stellung B ausgeführt werden, die eine Anströmung aus der Gegenrichtung erlaubt. Eine dritte Stellung C, die im Wesentlichen im 90° Winkel zur ersten Stellung A beziehungsweise zur zweiten Stellung B steht und damit in Vertikalrichtung orientiert ist, kann dann angefahren werden, wenn die Turbine- Generator-Einheit aus der Strömung zu Servicezwecken herausgedreht und zur Wasseroberfläche gebracht werden soll. Zum Anheben dient dann wiederum das Vertikalhubsystem 15, das die gesamte Anordnung aus Quertragwerk 3 und den darauf aufsitzenden Turbine-Generator-Einheiten bewegt. Den mittels des Gondelschwenks anzufahrenden Stellungen A, B, C können jeweils Anschlagsvorrichtungen zugewiesen sein. Ferner ist es möglich, für jede dieser Stellungen eine Arretierungsvorrichtung zu verwenden, alternativ wird das notwendige Haltemoment in einer bestimmten Stellung durch das Festsetzen der der Gelenkverbindung 11 zugeordneten motorischen Einheit 12 bewirkt.
Bezugszeichenliste
1 erster Vertikalpfeiler
2 zweiter Vertikalpfeiler
3 Quertragwerk
4 erste Turbine-Generator-Einheit
5 zweite Turbine-Generator-Einheit
6 dritte Turbine-Generator-Einheit
7 erste Propellerturbine
8 zweite Propellerturbine
9 dritte Propellerturbine
10 Anströmungshaube
11 Gelenkverbindung
12 motorische Einheit
13 Gondel
14 Nabe
15 Vertikalhubsystem
20 Wasserspiegel
25 oberer Pfeilerteil
30 Meeresgrund
A erste Stellung
B zweite Stellung
C dritte Stellung

Claims

Patentansprüche
1. Tauchende Energieerzeugungsanlage, umfassend 1.1 eine ein Quertragwerk (3) tragende Stützstruktur; 1.2 ein Vertikalhubsystem (15) zum Heben und Senken des Quertragwerks (3) an der Stützstruktur;
1.3 wenigstens eine Turbine-Generator-Einheit (4, 5, 6), die mittels einer Gelenkverbindung (11) am Quertragwerk (3) so befestigt ist, dass eine Schwenkbewegung um eine Längsachse des Quertragwerks (3) ausgeführt werden kann;
1.4 der Gelenkverbindung (11) ist eine separate motorische Einheit (12) zur Ausführung der Schwenkbewegung zugeordnet.
2. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur einen ersten Vertikalpfeiler (1 ) und einen zweiten
Vertikalpfeiler (2) umfasst, die an beiden Enden des Quertragwerks (3) angeordnet sind.
3. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung (11) zur Begrenzung der Schwenkbewegung einen ersten Anschlag für eine erste Stellung (A) und einen zweiten Anschlag für eine zweite Stellung (B) umfasst, wobei von der ersten Stellung (A) zur zweiten Stellung (B) eine Schwenkbewegung um 180° ausgeführt wird.
4. Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Anschlag in einer dritten Stellung (C) vorgesehen ist, bei der die Turbine-Generator-Einheit (4, 5, 6) in einer Servicestellung steht.
5. Energieerzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der motorischen Einheit (12) eine Getriebe zugeordnet ist.
6. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Schneckengetriebe ist.
7. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die motorische Einheit (12) als hydraulischer Antrieb ausgebildet ist.
8. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vertikalhubsystem als Seilzugsystem oder als Zahnstangenantrieb oder als hydraulisches System ausgebildet ist.
9. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur einen oberen Teil aufweist, der über den Wasserspiegel (20) hinausragt und in dem wenigstens Teile des Versorgungssystems für die den einzelnen Gelenkverbindungen (11) zugeordneten motorischen Einheiten (12) angeordnet sind.
10. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine-Generator-Einheit im getauchten Zustand eine ihrer Gewichtskraft wenigstens teilweise kompensierende Auftriebskraft erzeugt.
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