WO2011092095A1 - Energiegewinnungsanlage - Google Patents

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WO2011092095A1
WO2011092095A1 PCT/EP2011/050685 EP2011050685W WO2011092095A1 WO 2011092095 A1 WO2011092095 A1 WO 2011092095A1 EP 2011050685 W EP2011050685 W EP 2011050685W WO 2011092095 A1 WO2011092095 A1 WO 2011092095A1
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Hans Lambrecht
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BÜNNAGEL, Doris
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • 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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    • F03B13/20—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
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to an energy recovery plant with a wind-driven impeller.
  • the wind and the sea waves are well suited, especially in the winter months, to provide electricity in an environmentally friendly way.
  • Today's wind turbines are capable of producing electrical power with great technical and financial commitment. These services require the use of many relatively small power producers, so high investments are required to build an acceptable overall performance.
  • wave power plants are known, which exploit the wave motion of the sea to generate electricity.
  • the invention has for its object to provide an energy recovery system, which u.a. Also suitable for use in strong winds and allows a high energy yield.
  • the power generation plant according to the invention is defined by the patent claim 1. It has a tubular windscreen cylinder containing a wind cone. The windscreen cylinder automatically aligns itself against the wind. Increasing constriction of the available flow cross-section increases the wind velocity in the annular channel, so that the air flows out of the outlet end at a very high velocity. Behind the outlet end is an impeller with impeller vanes, which is driven by the airflow leaving the wind block. The impeller has the function of a turbine wheel. It can power a power generator.
  • the energy recovery plant is particularly suitable for large windscreen cylinders and wheels in the order of several meters in diameter, in particular 50 m to 120 m in diameter. It is able to withstand strong wind forces and can be used on the water or near the coast.
  • the windscreen cylinder is mounted on a pontoon over a water surface.
  • Under the pontoon may be a hydroelectric power plant, which carries wave-driven water in a pressurized collector.
  • the collector is connected to discharge nozzles, which from the collector under pressure escaping water Guiding water blades.
  • the water blades may be part of a separate turbine or they are provided in addition to the stator blades on the impeller.
  • Such a wind turbine uses both wind energy and wave energy. It therefore has a very high energy yield.
  • a memory may be arranged, which is fed via a pumping device with water.
  • the storage is part of a pumped storage plant where water is pumped up into the storage tank.
  • the pump energy can be obtained from the waves.
  • the memory allows the generation of electrical energy at the times in which a corresponding energy demand exists.
  • the power generation plant according to the invention is suitable for generating electricity which is fed into a power grid.
  • Another field of application is power generation for the purpose of hydrogen production.
  • the forces of the wind and the waves are used together for this purpose.
  • the plant can be built so delicately that it offers only a small attack surface to the destructive power of the waves, and that the superstructures of the plant can be arranged above the level of the highest possible waves and be undermined by the waves.
  • both power generators can act on the same impeller, so that the expenditure on equipment is reduced compared to independent systems.
  • wave force is to be understood not only an upward and downward hydraulic power, but also a flow force. So it is possible, a reciprocating To use flow for pumping purposes to pump up the water in the power plant and use it under pressure to drive the impeller or other turbine. A particularly high pressure generation is achieved by the implementation of pulsating or alternating horizontal currents, such as waves that hit a cliff and rise there high.
  • Figure 1 is a plan view of a spacer grid for fixing numerous
  • Figure 2 is a longitudinal section through a pontoon supporting
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the entire energy generation plant, including the wind energy production part and the wave energy recovery part,
  • FIG. 4 shows a cross section of the installation according to section III / III of FIG. 3,
  • Figure 6 is an overall view of a multi-unit
  • Figure 7 is an overview of the pumped storage system in longitudinal section and Figure 8 is a plan view of the anchoring system for holding the system.
  • the energy recovery plant consists of a founding section located below the water surface and an energy generating production section arranged above the water surface.
  • the foundation member is formed by floating ⁇ capable triangular spacer grids 2 (Fig. 1), is accommodated vertically movable in a grid with the ring 45 a respective pontoon column 1 (Fig. 1).
  • the grid ring 45 secures the pontoon 1 against tilting forces by the column 1 is supported on the hole wall of grid ring 45.
  • the triangular spacer gratings 2 are coupled with their tips to floating compound polisher 22.
  • the spacer grille 2 form a floating grid carpet 46, from which the pontoon columns 1 like hedgehog spines rise upwards. Their tilting forces are distributed through the connection to the kauspolier 22 over the entire rug carpet and stabilize their vertical position.
  • the pontoon columns 1 carry a pontoon 3, which is a rigid box.
  • the pontoon is located at a distance above the water surface and is based on the pontoon columns 1 with a hinge 7, 39 from.
  • the pontoon 1 (Fig. 2) are stopped at the pontoon bottom of a tilt stop 7 of the joint 7, 39. With its tilting stops 7, the pontoon 3 is loose on all column heads 39 and is aligned in height by the controlled back pressure of the buoyancy chambers 13. In the event of danger, the buoyancy force of the buoyancy chambers 13 is reduced, so that all pontoon columns 1 submerge. But they remain connected to the pontoon 3 via the hoisting rope 33 and the hoisting winch 30 until the pontoon floats on the sea surface as a free ship unit and the pontoon column 1 remains submerged at a depth below the foundation depth.
  • each Pontoon column 1 in their sum with their column heads 39, the punctual bearing surfaces for the pontoon body 3 (Fig. 2) and keep it at a safe height above the crests.
  • each Pontoon column 1 is divided in three into a part 38 projecting out of the water (FIG. 2), into a pendulum column 9 suspended below (FIG. 2) and into a pendulum panel 12 (FIG. 2).
  • the upper part 38 has the task to hold the pontoon 3 on the highest possible peaks.
  • the pendulum column 9 has the task of stabilizing the vertical position of the pontoon 1 by their variable center of gravity.
  • the pendulum board 12 has the task of reducing heavy pitching movements of the system with its weight, because the pendulum chain 14 can only absorb upwardly directed tensile forces.
  • the upper column part 38 and at a distance below the pendulum column 9 are connected to each other via the pendulum joint 24, the pendulum arm 25 and the deflector 26.
  • the rotating wave particles are collected and deflected upwards into the column vestibule 21 (FIG. 2).
  • the pressurized water in the antechamber 21 flows into the funnel piston 27 and further into the pressure hose 29 into a pressure-controlled compression tank 35 (patent number DE 31 30 095, FIG. 9).
  • the acting on the impeller 55 Anströmdüsen 36 are fed via a Anströmtechnisch 37 only with pressurized water under a smoothed pressure.
  • a windscreen cylinder 8 is mounted in a frame 73, which has a large-scale inlet end 8a and a relatively small-area Outlet end 8b has.
  • the windscreen cylinder includes a wind block 31 inserted coaxially therein, the diameter of which increases from the inlet end to the outlet end 8b.
  • an annular space 49 is formed whose cross-sectional area decreases towards the outlet end 8b.
  • the trapped wind stream is accelerated and directed by vanes 54 to the outlet end 8b.
  • Behind the outlet end 8b is an impeller 55 with a rim of impeller vanes 56 that is rotationally driven by the airflow.
  • the impeller shaft 17 is mounted between the frame structure 73 and a bolster 59.
  • the torque is transmitted from the impeller shaft 17 via gear shafts 18 to a machine part 64 which is mounted on the pontoon 3.
  • the machine part 64 contains the generator part for power generation.
  • the impeller 55 is provided with tangential water vanes 57, which are acted upon by discharge nozzles 36 pumping water at high pressure. Therefore, the impeller 55 is both air driven and water driven.
  • wind protection flaps 42 are provided, which are pivotable between a closed position shown in Figure 3 and an open position.
  • the windshields 42 can be seen in Figure 3 in the closed state. They make it possible to carry out maintenance and repair work on the vanes 54 and impeller vanes 56, respectively.
  • the windguards may also be adjusted to an intermediate position so that they merely brake or control the flowing air to ensure that the impeller 55 is synchronized with varying wind speeds.
  • wind flap 42 For the derivation of the wind flow with completely or partially closed wind flap 42 49 air outlet openings 41 are provided in the peripheral wall of the annular space, which are arranged upstream of the respective wind flap 42.
  • the underlying annulus for the air flow is blocked and the wind flap forces the air flow to exit to the free outside air.
  • a reduced residual flow is achieved in the wind protection channel, which corresponds to the average operating flow.
  • the water pressure for the pump drive of the impeller 55 is generated by the wave power plant 100.
  • the pontoon 3 rests on pontoons 1, which are guided vertically by the spacer grids 2, as can be seen in particular from FIG.
  • a grid ring 45 is used for receiving the pontoon 1, at the hole reveal the pontoon is supported.
  • the spacer grids 2 form a grid carpet 46, which is connected via an anchor chain 43 with an anchor device 78.
  • a common pivot point 24 (FIG. 2) is formed by the raster carpet 46 for all pontoon columns 1. Through the pivot point, the pontoon column 1 is divided into the upper column part 38 and the lower column part.
  • the lower column part forms a pendulum column 9, which is suspended from the upper column part 38 in a swinging manner. If wind forces or wave forces press on one side against the standing above the spacer grids 2 pillar part, the lower pillar part enmeshed in the same way to the opposite side. With the weight of the pendulum column 9, the pontoon 1 in the Vertical position commuted back.
  • a buoyancy chamber 13 which can be flooded. Individual or all pontoon 1 can be removed from the plant by their buoyancy chamber is flooded, the tube from the grating ring 45 dives and remains only on a hoist winch 30, a hoist rope 33 and a hopper piston 27 in combination.
  • the pendulum board 12 is suspended under the buoyancy chamber 13, which counteracts with their standing above water column strong pitching movements of the plant.
  • the upper part 38 of the pontoon column 1 contains a lower tube opening 58, in which there is a sleeve member 50, which carries the pendulum joint 24 in the tube axis.
  • the pendulum column 9 hangs with the Umlenrog 26 arranged at its upper end.
  • the Umlenktrog is an annular trough, which is open at the top and deflects flowing water up into the pontoon column 1 into it.
  • a pump handle Fig. 2
  • the pendulum arm 25 follows these movements and the pendulum pumps 60 designed as piston-cylinder units pump water into the conduits 67.
  • the pendulum pumps 60 designed as piston-cylinder units pump water into the conduits 67.
  • Further pendulum pumps 4 which are also actuated by pendulum movements of the pendulum column 9 to push water into the lines 67.
  • the lines 67 are connected in the pontoon 3 via manifolds 47 to the pump 20.
  • the collector 35 forms a pressure pad for feeding the Anströmdüsen 36.
  • the pontoons 3 are longitudinally connected by means of roller joints 23 (FIG. 4). Strong wind forces and restless sea movements cause at the pontoon walls heeling movements, which occur in opposite directions because of the roller joint 23. Between two side walls each a roller pump 20 is held on the top and at the bottom of the pontoon decks. With the Roll pumps, water is pumped from the manifolds 47 via a riser 77 in memory 72, which are located above the windscreen cylinder 8.
  • the memories 72 are part of a pumped storage plant which serves to store energy in order to provide stored energy in case of an increased energy demand.
  • the windscreen cylinder 8 rests on a keel base 71 (FIG. 4) and is supported by the framework 73. On the framework 73 is located above the windscreen cylinder a platform 74 with the storage tank 72. Through a downpipe 76, the storage water is supplied to the Anströmtechnisch 37 or fed directly to a water turbine-generator combination.
  • the storm cone 51 may also be designed as a storage tank 63 and contain intermediate floors 68 at different altitudes (FIG. 3).
  • the intermediate floors 68 make it possible to store stored in the wind storm cone water at different altitudes. This ensures that even at low pumping capacities seawater can be stored at a moderate height.
  • a maintenance tunnel 53 is formed, which establishes the connection between the stair tower 70 and the bearings on the shaft 17.
  • FIG. 6 shows an arrangement of several individual plants, each having a pontoon, the pontoons are connected by roller joints 23.
  • Each system is coupled to at least one anchor chain 43 on an anchor device 78 (FIG. 8).

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Abstract

Die Energiegewinnungsanlage weist einen Windfangzylinder (8) auf, der einen Windstaukegel (51) enthält. Die einfallende Windströmung wird beschleunigt und treibt ein Laufrad (55) an, das sich hinter dem Auslassende (8b) des Windfangkegels befindet. Zusätzlich ist eine Wellenkraftanlage (100) vorgesehen, die eine weitere Antriebskraft auf das Laufrad (55) ausübt, indem in einem Sammler (35) Druck erzeugt wird, welcher über Anströmdüsen (36) Antriebskraft auf das Laufrad aufbringt.

Description

Energiegewinnungsanlage
Die Erfindung betrifft eine Energiegewinnungsanlage mit einem windgetriebenen Laufrad.
Der Wind und die Meereswellen sind besonders in den Wintermonaten gut geeignet, Strom umweltschonend bereitzustellen. Heutige Windkraftanlagen sind in der Lage, mit großem technischem und finanziellem Einsatz elektrische Leistung zu erzeugen. Diese Leistungen setzen den Einsatz zahlreicher relativ kleiner Energieerzeuger voraus, so dass hohe Investitionen zum Aufbau einer akzeptablen Gesamtleistung erforderlich sind. Neben Windkraftanlagen sind Wellenkraftanlagen bekannt, die die Wellenbewegung des Meeres zur Stromerzeugung ausnutzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiegewinnungsanlage zu schaffen, die sich u.a. auch für den Einsatz bei Starkwind eignet und eine hohe Energieausbeute ermöglicht. Die erfindungsgemäße Energiegewinnungsanlage ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Sie weist einen röhrenförmigen Windfangzylinder auf, der einen Windstaukegel enthält. Der Windfangzylinder richtet sich automatisch gegen den Wind aus. Durch zunehmende Verengung des verfügbaren Strömungsquerschnitts wird die Windgeschwindigkeit in dem ringförmigen Kanal erhöht, so dass die Luft mit sehr hoher Geschwindigkeit aus dem Auslassende ausströmt. Hinter dem Auslassende befindet sich ein Laufrad mit Laufradschaufeln, das von der den Windstaukegel verlassenden Luftströmung angetrieben wird. Das Laufrad hat die Funktion eines Turbinenrades. Es kann einen Stromgenerator antreiben.
Gegenüber Windrädern besteht ein Vorteil darin, dass das Laufrad nur relativ kurze Laufradschaufeln hat, so dass keine hochbelasteten langgestreckten Flügel erforderlich sind. Somit finden auch keine wesentlichen Deformierungen statt.
Die Energiegewinnungsanlage eignet sich insbesondere für großformatige Windfangzylinder und Laufräder in der Größenordnung von mehreren Metern Durchmesser, insbesondere 50 m bis 120 m Durchmesser. Sie ist im Stande, starken Windkräften Stand zu halten und kann auf dem Wasser oder in Küstennähe eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Windfangzylinder auf einem Ponton über einer Wasserfläche montiert. Unter dem Ponton kann sich eine Wasserkraftanlage befinden, welche wellengetriebenes Wasser in einen druckbeaufschlagten Sammler befördert. Der Sammler ist mit Ausströmdüsen verbunden, welche aus dem Sammler unter Druck austretendes Wasser auf Wasserschaufeln leiten. Die Wasserschaufeln können Bestandteil einer separaten Turbine sein oder sie sind zusätzlich zu den Leitradschaufeln an dem Laufrad vorgesehen. Eine derartige Windkraftanlage nutzt sowohl Windenergie als auch Wellenenergie. Sie hat daher eine sehr hohe Energieausbeute.
Über dem Windfangzylinder kann ein Speicher angeordnet sein, der über eine Pumpvorrichtung mit Wasser gespeist ist. Der Speicher ist Bestandteil eines Pumpspeicherwerks, bei dem Wasser in den Speicher hochgepumpt wird. Die Pumpenergie kann aus dem Wellengang gewonnen werden. Der Speicher ermöglicht die Erzeugung elektrischer Energie zu den Zeiten, in denen ein entsprechender Energiebedarf vorhanden ist.
Die erfindungsgemäße Energiegewinnungsanlage eignet sich zur Erzeugung von Strom, der in ein Stromnetz eingespeist wird. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Stromerzeugung zum Zwecke der Wasserstoffproduktion. Erfindungsgemäß werden hierfür die Kräfte des Windes und des Wellenganges gemeinsam eingesetzt. Außerdem besteht der Vorteil des weiten Platzangebots auf dem Meer. Trotz der hohen Energieausbeute bewirkt die Energiegewinnungsanlage keinen grundsätzlichen Eingriff in die Umwelt oder Natur.
Vorteile bestehen darin, dass die Anlage so filigran gebaut werden kann, dass sie der zerstörerischen Kraft der Wellen nur wenig Angriffsfläche bietet, und dass die Oberbauten der Anlage über dem Niveau der höchstmöglichen Wellen angeordnet sein können und von den Wellen unterlaufen werden. Bei der kombinierten Energiegewinnung aus Wind und Wellengang können beide Energieerzeuger auf dasselbe Laufrad wirken, so dass der apparative Aufwand gegenüber unabhängigen Systemen verringert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung soll unter dem Begriff Wellenkraft nicht nur eine aufwärts- und abwärtsgerichtete Wasserkraft verstanden werden, sondern auch eine Strömungskraft. So ist es möglich, eine hin- und hergehende Strömung zu Pumpzwecken auszunutzen, um das Wasser in der Energiegewinnungsanlage hoch zu pumpen und es unter Druck zum Antreiben des Laufrades oder einer anderen Turbine zu verwenden. Eine besonders hohe Druckerzeugung wird durch Umsetzung von pulsierenden oder alternierenden horizontalen Strömungen erreicht, wie beispielsweise bei Wellen, die auf eine Steilküste treffen und dort hoch aufsteigen. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 eine Draufsicht auf ein Abstandsgitter zur Fixierung zahlreicher
Pontonsäulen als Detail,
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine einen Ponton abstützende
Pontonsäule,
Figur 3 einen Längsschnitt durch die gesamte Energiegewinnungsanlage einschließlich des Windenergiegewinnungsteils und des Wellen- energiegewinnungsteils,
Figur 4 einen Querschnitt der Anlage gemäß Schnitt III/III von Figur 3,
Figur 5 in vergrößertem Maßstab ein Detail vom Ubergang des
Strömungskanals zu dem Laufrad,
Figur 6 eine Gesamtdarstellung einer aus mehreren Einheiten bestehenden
Energiegewinnungsanlage,
Figur 7 eine Übersicht über das Pumpspeichersystem im Längsschnitt und Figur 8 eine Draufsicht auf das Verankerungssystem zum Festhalten der Anlage.
Die Energiegewinnungsanlage besteht aus einem unter der Wasserfläche befindlichen Gründungsteil und einem über der Wasserfläche angeordneten, energieerzeugenden Produktionsteil. Der Gründungsteil wird von schwimm¬ fähigen, dreieckigen Abstandsgittern 2 (Fig. 1) gebildet, in die mit einem Gitterring 45 je eine Pontonsäule 1 (Fig. 1) vertikal beweglich aufgenommen ist. Der Gitterring 45 sichert die Pontonsäule 1 gegen Kippkräfte, indem sich die Säule 1 an der Lochwandung von Gitterring 45 abstützt. Die dreieckigen Abstandsgitter 2 sind mit ihren Spitzen an schwimmende Verbindungspolier 22 gekoppelt. Die Abstandsgitter 2 bilden einen schwimmenden Rasterteppich 46, aus dem die Pontonsäulen 1 wie Igelstacheln nach oben aufragen. Ihre Kippkräfte verteilen sich durch die Anbindung an die Verbindungspolier 22 über den gesamten Rasterteppich und stabilisieren ihre Senkrechtstellung.
Die Pontonsäulen 1 tragen einen Ponton 3, bei dem es sich um einen starren Kasten handelt. Der Ponton befindet sich im Abstand über der Wasseroberfläche und stützt sich auf den Pontonsäulen 1 mit einem Gelenk 7, 39 ab.
Große Kippauslenkungen der Pontonsäule 1 (Fig. 2) werden am Pontonboden von einem Kippanschlag 7 des Gelenks 7, 39 gestoppt. Mit seinen Kippanschlägen 7 liegt der Ponton 3 auf allen Säulenköpfen 39 lose auf und wird vom gesteuerten Gegendruck der Auftriebskammern 13 höhenmäßig ausgerichtet. Bei Gefahr wird die Auftriebskraft der Auftriebskammern 13 verringert, so dass alle Pontonsäulen 1 abtauchen. Sie bleiben aber über das Hubseil 33 und die Fangwinde 30 mit dem Ponton 3 verbunden, bis der Ponton als freie Schiffseinheit auf der Meeresoberfläche aufschwimmt und die Pontonsäule 1 in einer Tiefe unterhalb der Gründungstiefe getaucht bleibt. Die Pontonsäulen 1 bilden in ihrer Summe mit ihren Säulenköpfen 39 die punktuellen Auflageflächen für den Pontonkörper 3 (Fig. 2) und halten ihn in sicherer Höhe über den Wellenbergen. Jede Pontonsäule 1 ist dreigeteilt in einen aus dem Wasser herausragenden Teil 38 (Fig. 2), in eine darunter hängende Pendelsäule 9 (Fig. 2) und in eine Pendeltafel 12 (Fig. 2).
Neben ihrer Stabilisierungsfunktion für den Gründungsteil werden die Pontonsäulen 1 auch für die Energieerzeugung herangezogen. Der obere Teil 38 hat die Aufgabe, den Ponton 3 über die höchst möglichen Wellenberge zu halten. Die Pendelsäule 9 hat die Aufgabe, durch ihre veränderliche Schwerpunktlage die Vertikallage der Pontonsäule 1 zu stabilisieren. Die Pendeltafel 12 hat die Aufgabe, mit ihrem Gewicht starke Stampfbewegungen der Anlage zu reduzieren, weil die Pendelkette 14 nur nach oben gerichtete Zugkräfte aufnehmen kann.
Das obere Säulenteil 38 und auf Abstand darunter die Pendelsäule 9 sind über das Pendelgelenk 24, den Pendelarm 25 und über den Umlenktrog 26 miteinander verbunden. In dem Umlenktrog 26 werden die rotierenden Wellenteilchen aufgefangen und nach oben in den Säulenvorraum 21 umgelenkt (Fig. 2).
In Säulenvorraum 21 schwimmt ein Trichterkolben 27 mit integriertem Rückschlagventil und dichtet den Wasserteil vom Luftteil der Pontonsäule 1 hermetisch ab. Mit einem Hubseil 33 und einem Zugseil 34 wird der Trichterkolben in die wirksamste Wassertiefe gezogen und dort festgehalten.
Das im Vorraum 21 unter Druck stehende Wasser strömt in den Trichterkolben 27 und weiter in den Druckschlauch 29 bis in einen druckgeregelten Kompressionstank 35 (Patentnummer DE 31 30 095, Fig. 9). Die auf das Laufrad 55 wirkenden Anströmdüsen 36 werden über eine Anströmleitung 37 nur mit Druckwasser unter geglättetem Druck beschickt.
Auf dem Ponton 3 ist in einem Rahmengerüst 73 ein Windfangzylinder 8 befestigt, der ein großflächiges Einlassende 8a und ein relativ kleinflächiges Auslassende 8b aufweist. Der Windfangzylinder enthält einen koaxial darin eingesetzten Windstaukegel 51, dessen Durchmesser sich vom Einlassende zum Auslassende 8b hin vergrößert. Zwischen dem Windfangzylinder 8 und dem Windstaukegel 51 ist ein Ringraum 49 ausgebildet, dessen Querschnittsfläche sich zum Auslassende 8b hin verringert. In dem Ringraum wird der aufgefangene Windstrom beschleunigt und durch Leitschaufeln 54 zum Auslassende 8b gelenkt. Hinter dem Auslassende 8b befindet sich ein Laufrad 55 mit einem Kranz von Laufradschaufeln 56, das von dem Luftstrom rotierend angetrieben wird.
In dem Ringraum 49 sind mehrere gewendelte Abstandsrippen 66 eingesetzt, von denen die Windströmung gerichtet auf die Leitschaufeln 54 gelenkt wird. In der Achse des Windstaukegels 51 ist die Laufradwelle 17 zwischen dem Rahmengerüst 73 und einer Bockstütze 59 gelagert. Das Drehmoment wird von der Laufradwelle 17 über Getriebewellen 18 auf einen Maschinenteil 64 übertragen, der auf dem Ponton 3 montiert ist. Der Maschinenteil 64 enthält den Generatorteil für die Stromerzeugung.
Außer den axialen Laufradschaufeln 56 für den Winddurchsatz ist das Laufrad 55 mit tangentialen Wasserschaufeln 57 ausgestattet, auf die aus Ausströmdüsen 36 Pumpwasser mit hohem Druck einwirkt. Daher ist das Laufrad 55 sowohl luftgetrieben als auch wassergetrieben.
Der Strömungsbereich und der Maschinenbereich der Energiegewinnungsanlage werden von sehr starken Windkräften angeströmt. Zur Ermöglichung von Wartungs- und Reparaturarbeiten, die in dem Ringraum 49 durchgeführt werden, ist es zweckmäßig, den Zufluss der Windströme zu sperren. Gleichzeitig sollte auch der Wasserzustrom auf die tangential wirkenden Laufradschaufeln 57 unterbunden werden. In dem Ringraum 49 sind Windschutzklappen 42 vorgesehen, die zwischen einer in Figur 3 dargestellten Schließposition und einer Öffnungsposition verschwenkbar sind. Die Windschutzklappen 42 sind in Figur 3 im Schließzustand erkennbar. Sie ermöglichen die Durchführung von Wartungs- und Reparaturarbeiten an den Leitschaufeln 54 bzw. den Laufradschaufeln 56. Die Windschutzklappen können auch auf Zwischenposition eingestellt werden, so dass sie die strömende Luft lediglich bremsen bzw. kontrollieren, um bei variierenden Windstärken einen Gleichlauf des Laufrades 55 sicherzustellen. Zur Ableitung der Windströmung bei ganz oder teilweise geschlossener Windschutzklappe 42 sind in der Umfangswandung des Ringraums 49 Luftaustrittsöffnungen 41 vorgesehen, die stromauf von der jeweiligen Windschutzklappe 42 angeordnet sind. Bei vollständig ausgestellter Windschutzklappe 42 ist der dahinterliegende Ringraum für den Luftstrom gesperrt und die Windschutzklappe zwingt den Luftstrom zum Austritt an die freie Außenluft. Mit nur teilweise geöffneter Windschutzklappe 42 wird im Windstaukanal eine abgeminderte Restströmung erreicht, die der gemittelten Betriebsströmung entspricht. Bei geschlossener Windschutzklappe 42 wird das weitere Anströmen der Laufradschaufeln 56 unterbunden, so dass der dahinterliegende Maschinenbereich windfrei gehalten wird. Wartungs- und Reparaturarbeiten können in diesem Zustand gefahrlos ausgeführt werden.
Der Wasserdruck für den Pumpenantrieb des Laufrades 55 wird von der Wellenkraftanlage 100 erzeugt. Der Ponton 3 ruht auf Pontonsäulen 1, die von den Abstandsgittern 2 vertikal geführt sind, wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht. In jedes Abstandsgitter 2 ist für die Aufnahme der Pontonsäule 1 ein Gitterring 45 eingesetzt, an dessen Lochlaibung sich die Pontonsäule abstützt. Die Abstandsgitter 2 bilden einen Rasterteppich 46, der über eine Ankerkette 43 mit einer Ankervorrichtung 78 verbunden ist. Somit wird von dem Rasterteppich 46 für alle Pontonsäulen 1 ein gemeinsamer Drehpunkt 24 (Fig. 2) gebildet. Durch den Drehpunkt wird die Pontonsäule 1 in den oberen Säulenteil 38 und den unteren Säulenteil unterteilt. Der untere Säulenteil bildet eine Pendelsäule 9, die pendelnd an dem oberen Säulenteil 38 aufgehängt ist. Wenn Windkräfte oder Wellenkräfte einseitig gegen den über den Abstandsgittern 2 stehenden Säulenteil drücken, krängt das untere Säulenteil in gleicher Weise nach der Gegenseite aus. Mit dem Gewicht der Pendelsäule 9 wird die Pontonsäule 1 in die Vertikallage zurück gependelt. In der Pendelsäule 9 befindet sich eine Auftriebskammer 13, die geflutet werden kann. Einzelne oder auch alle Pontonsäulen 1 können aus der Anlage herausgenommen werden, indem ihre Auftriebskammer geflutet wird, die Röhre aus dem Gitterring 45 abtaucht und nur noch über eine Fangwinde 30, ein Hubseil 33 und einen Trichterkolben 27 in Verbindung bleibt. Die Pendeltafel 12 ist unter der Auftriebskammer 13 aufgehängt, die mit ihrer darüber stehenden Wassersäule starken Stampfbewegungen der Anlage entgegenwirkt.
Das Oberteil 38 der Pontonsäule 1 enthält eine untere Röhrenöffnung 58, in der sich ein Ärmstem 50 befindet, welcher in der Rohrachse das Pendelgelenk 24 trägt. An dem Pendelgelenk 24 hängt die Pendelsäule 9 mit dem an ihrem oberen Ende angeordneten Umlenktrog 26. Der Umlenktrog ist ein ringförmiger Trog, der nach oben offen ist und strömendes Wasser nach oben in die Pontonsäule 1 hinein ablenkt. An der axialen Verlängerung des Mittelteils des Umlenktroges 26 ist der Pendelarm 25 als Pumpenschwengel befestigt (Fig. 2), der auf mehrere sternförmig angeordnete Pendelpumpen 60 einwirkt. Sobald die Pendelsäule 9 aus der zentralen Achse verschwenkt wird, folgt der Pendelarm 25 diesen Bewegungen und die als Kolbenzylindereinheiten ausgebildeten Pendelpumpen 60 pumpen Wasser in die Leitungen 67. Zwischen dem Rand des Umlenktroges 26 und Konsolen 6, die an der Pontonsäule ausgebildet sind, befinden sich weitere Pendelpumpen 4, die ebenfalls durch Pendelbewegungen der Pendelsäule 9 betätigt werden, um Wasser in die Leitungen 67 zu drücken. Die Leitungen 67 sind in dem Ponton 3 über Sammelleitungen 47 mit den Pumpen 20 verbunden. Der Sammler 35 bildet ein Druckpolster zur Speisung der Anströmdüsen 36 aus.
Die Pontons 3 sind in Längsrichtung durch Rollgelenke 23 miteinander verbunden (Fig. 4). Starke Windkräfte und unruhige Seebewegungen verursachen an den Pontonwänden Krängungsbewegungen, die wegen des Rollgelenks 23 gegensinnig auftreten. Zwischen zwei Bordwänden ist auf der Oberseite und an der Unterseite der Pontondecks je eine Rollpumpe 20 gehalten. Mit den Rollpumpen wird Wasser aus den Sammelleitungen 47 über eine Steigleitung 77 in Speicher 72 gepumpt, die sich über dem Windfangzylinder 8 befinden. Die Speicher 72 sind Teil eines Pumpspeicherwerkes, das zur Energiespeicherung dient, um im Falle eines erhöhten Energiebedarfs gespeicherte Energie zur Verfügung zu stellen.
Der Windfangzylinder 8 liegt auf einem Kielsockel 71 auf (Fig. 4) und wird von dem Rahmengerüst 73 gestützt. Auf dem Rahmengerüst 73 befindet sich über dem Windfangzylinder eine Plattform 74 mit dem Speichertank 72. Durch eine Fallleitung 76 wird das Speicherwasser der Anströmleitung 37 zugeführt oder direkt einer Wasserturbinen-Generator-Kombination zugeführt.
Der Windstaukegel 51 kann ebenfalls als Speichertank 63 ausgestaltet sein und Zwischenböden 68 in unterschiedlichen Höhenlagen enthalten (Fig. 3). Die Zwischenböden 68 machen es möglich, in dem Windstaukegel gespeichertes Wasser in unterschiedlichen Höhenlagen zu speichern. Damit wird erreicht, dass selbst bei niedrigen Pumpleistungen Seewasser in mäßiger Höhe gespeichert werden kann.
In der Achse des Windstaukegels 51 (Fig. 3) ist ein Wartungstunnel 53 ausgebildet, der die Verbindung zwischen dem Treppenturm 70 und den Lagern auf der Welle 17 herstellt.
Figur 6 zeigt eine Anordnung mehrerer Einzelanlagen, die jeweils einen Ponton aufweisen, wobei die Pontons durch Rollgelenke 23 verbunden sind. Jede Anlage ist mit mindestens einer Ankerkette 43 an einer Ankervorrichtung 78 (Fig. 8) angekoppelt.

Claims

Patentansprüche
1. Energiegewinnungsanlage mit einem windgetriebenen Laufrad (55), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein röhrenförmiger Windfangzylinder (8) vorgesehen ist, der ein Einlassende (8a) und ein Auslassende (8b) aufweist und einen sich zum Auslassende hin erweiternden Windstaukegel (51) enthält, und dass hinter dem Auslassende (8b) ein drehbares Laufrad (55) angeordnet ist, das Laufradschaufeln (56) im Strömungsweg der den Windstaukegel verlassenden Luftströmung aufweist.
2. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windfangzylinder (8) auf einem Ponton (3) über einer Wasserfläche montiert ist, wobei sich unter dem Ponton eine Wellenkraftanlage (100) befindet, welche wellengetriebenes Wasser in einen druckbeaufschlagten Sammler (35) fördert, und dass der Sammler mit Anströmdüsen (36) verbunden ist, welche aus dem Sammler unter Druck austretendes Wasser auf Wasserschaufeln (57) leiten, die zusätzlich zu den Laufradschaufeln (56) an dem Laufrad (55) vorgesehen sind.
3. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Windfangzylinder (8) auf einem Ponton (3) über einer Wasserfläche montiert ist und über dem Windfangzylinder (8) ein Speicher (72) angeordnet ist, der über eine Pumpvorrichtung (20) mit Wasser gespeist ist, und dass der Speicher (72) über Fallrohre (76) mit Anströmdüsen (36) verbunden ist, welche eine zusätzliche Antriebskraft auf das Laufrad (55) ausüben, oder mit einer separaten Wasserturbine verbunden sind.
4. Energiegewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Windfangzylinder (8) auf einem Ponton (3) über einer Wasserfläche montiert ist und in dem Windstaukegel (51) ein Speicher angeordnet ist, der über eine Pumpvorrichtung (20) mit Wasser gespeist ist, und dass der Speicher (72) über Fallrohre (76) mit Anströmdüsen (36) verbunden ist, welche eine zusätzliche Antriebskraft auf das Laufrad (55) ausüben, oder mit einer separaten Wasserturbine verbunden sind.
5. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung Rollpumpen (20) aufweist, welche durch Wellenbewegungen angetrieben sind.
6. Energiegewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ponton (3) von Pontonsäulen (1) gestützt ist, die von Abstandsgittern (2) vertikal geführt sind, wobei jede Pontonsäule im unteren Bereich einen Einlass (58) aufweist.
7. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Einlass (58) ein Umlenktrog (26) angeordnet ist, der einfließendes Wasser nach oben ableitet.
8. Energiegewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter den Pontonsäulen (1) mit diesen durch ein Gelenk (24) verbundene Pendelsäulen (9) angeordnet sind, wobei Pendelpumpen (4, 60) jeweils an der Pontonsäule (1) und der Pendelsäule (9) befestigt sind, um deren Relativbewegung in Pumpenergie umzusetzen.
9. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abstandsgitter (2) zu einem schwimmenden Rasterteppich (46) zusammengefügt sind, der auf dem Boden verankert ist.
10. Energiegewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pontonsäule (1) einen längsverstellbaren Trichterkolben (27) enthält, der einen Hohlraum (38) begrenzt und der über eine Druckleitung (29) mit dem Sammler (35) verbunden ist.
11. Energiegewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte gelenkig verbundene Pontons (3) durch eine Rollpumpe (20) verbunden sind, die durch die Relativbewegung der Pontons (3) betätigt wird.
12. Energiegewinnungsanlage nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass von den Pendelpumpen (4, 60) erzeugtes Druckwasser über eine Sammelleitung (47) der Rollpumpe (20) zugeführt wird.
13. Energiegewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Windfangzylinder (8) in einem Rahmengerüst (73) enthalten ist, das auf einem Ponton (3) befestigt ist und oberhalb des Windfangzylinders einen Speichertank (72) trägt, der Bestandteil eines Pumpspeicherwerkes ist.
14. Energiegewinnungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ponton (3) auf Pontonsäulen (1) über jeweils ein Gelenk (39) abgestützt ist.
15. Energiegewinnungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Windfangzylinder (8) steuerbare Windschutzklappen (42) angeordnet sind, die zwischen einer Schließposition und einer Öffnungsposition bewegbar und vorzugsweise auf dazwischenliegende Positionen einstellbar sind.
16. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass den Windschutzklappen (42) Luftaustrittsöffnungen (41) zugeordnet sind, durch welche bei geschlossener Windschutzklappe Wind aus dem Windfangzylinder (8) in die Umgebung austritt.
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