WO2014154377A1 - Unterwasser-strömungskraftwerk - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a flow power plant for offshore or onshore operation, thus in seas or rivers, comprising as essential components a water turbine, a standing in driving connection with this generator and a support standing on the bottom of the water body.
  • Turbine and generator are located in a torpedo-shaped housing. Reference is made to DE 10 2013 001 212 and DE 10 2012 025 127. Turbine, generator and housing form the so-called nacelle. This is supported by a supporting structure. This is on the water bottom,
  • the supporting structure can consist of a pile.
  • Turbine and generator require maintenance from time to time. Also,
  • the nacelle After performing the above work, the nacelle must be at the
  • This coupling can be done manually, for example.
  • the invention has for its object to make an underwater current power plant of the type mentioned in such a way that the nacelle during the
  • the inventor has recognized that the best means of reliably and easily positioning the nacelle is at least two cycloidal propellers. This allows the nacelle to be accurately positioned with centimeter precision. So far, attempts have been made to position the nacelle with jet propellers. However, that is
  • the outer skin of the nacelle may be provided with streamlined bonds that surround the jet propeller.
  • the nacelle and the supporting structure each have a part of a coupling for coupling the nacelle and the supporting structure together.
  • Cycloidal propellers into consideration. See, for example, DE 10 2004 020 522.
  • a propeller comprises a rotor having a number of vanes.
  • the wings perform during operation a swinging movement about a pivot axis.
  • the pivot axes of the wings are parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • Cycloidal propellers have only been used in hauling tugs in harbors so far.
  • a device for detecting the positions of the two coupling parts and a central processing unit (CPU) for controlling the propellers in terms of size and / or direction of the generated therefrom
  • CPU central processing unit
  • the device for detecting the positions of the two coupling parts is usually an optical device.
  • FIG. 1 shows a partial section of two offshore energy generation plants of an offshore energy park.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an offshore power plant in side view of the nacelle with a salvage ship.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through a nacelle with cycloidal propellers which can be pivoted in and out.
  • Figure 4 shows a perspective view of an underwater flow power plant with a power unit gripping the support frame.
  • FIG. 5 shows a detail of the article of FIG. 4.
  • the offshore energy park shown in Figure 1 comprises two flow power plants according to the invention.
  • the two flow power plants are identical. They each comprise an energy unit comprising a turbine 1 and a generator, which is not shown here. Turbine and generator are located in a torpedo-shaped nacelle.
  • the supporting structure 2 comprises a tower 2.1 and bars 2.2.
  • the nacelle 2 comprises a torpedo-shaped nacelle with a turbine 1 and a generator 3 in driving connection with it.
  • the nacelle is mounted on a support structure 2, similar to FIG. 1.
  • the load hook 4.3 is only shown as representative of all other possible gripping organs.
  • the load hook 4.3 can engage in an eyelet 5.1 on the nacelle 5.
  • a support frame may be mounted, which in turn engages the nacelle 5.
  • the nacelle 5 is equipped with two thrusters 6. On each longitudinal side is such a thruster each to a cycloidal propeller of the type described above.
  • Figure 4 shows a perspective view of a section of a nacelle 5 with support frame 7.
  • Support frame 7 is attached via straps 7.1 and telescopic rods 7.2 to the hooks 4.3 according to Figure 2. See Figure 5.
  • Jet propellers 6 can also be fixed to the support frame 7, in addition to those on the nacelle 5, or instead.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterwasser-Strömungskraftwerk, umfassend die folgenden Merkmale: • eine Wasserturbine (1); • einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator (3); • eine Gondel (5) mit einem Gehäuse zum Aufnehmen von Wasserturbine (1) und Generator (3); • eine auf dem Gewässerboden stehende Tragkonstruktion (2); • die Tragkonstruktion (2) sowie die Gondel (5) weisen jeweils ein Teil einer Kupplung zum Zusammenkoppeln dieser beiden auf; • an der Gondel (5) greift mittelbar oder unmittelbar wenigstens ein Zykloidalpropeller (6) zum Erzeugen gerichteter Wasserstrahlen an.

Description

Unterwasser-Strömungskraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk für den Offshore- oder Onshore- Betrieb, somit in Meeren oder in Flüssen, umfassend als wesentliche Bauteile eine Wasserturbine, einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator sowie eine auf dem Gewässerboden stehende Tragkonstruktion. Turbine und Generator befinden sich in einem torpedoförmigen Gehäuse. Auf DE 10 2013 001 212 sowie DE 10 2012 025 127 wird verwiesen. Turbine, Generator und Gehäuse bilden die sogenannte Gondel. Diese ist von einer Tragkonstruktion getragen. Diese steht auf dem Gewässerboden,
beispielsweise auf dem Meeresboden. Sie kann in den Boden mehrere Meter tief eingelassen sein. Auch gibt es Schwergewichtskonstruktionen, zum Beispiel aus Beton, die kein Anbohren des Bodens verlangen. Die Tragkonstruktion kann aus einem Pfahl bestehen.
Turbine und Generator bedürfen von Zeit zu Zeit der Wartung. Auch
außerplanmäßige Reparaturarbeiten sind notwendig. Solche Arbeiten können nicht unter Wasser vorgenommen werden, sondern auf einem Schiff oder an Land. Die Gondel muss somit von der Tragkonstruktion abgekoppelt und auf ein Schiff gehoben werden. Dies geschieht im Allgemeinen mittels eines Schiffskrans sowie mit einer Seilkonstruktion.
Nach Durchführen der genannten Arbeiten muss die Gondel an der
Tragkonstruktion wieder angedockt werden. Dieser Vorgang ist weit schwieriger, als das Abnehmen der Gondel von der Tragkonstruktion und deren Hochziehen auf ein Schiff. Werden die Arbeiten an Land vorgenommen, so muss die Gondel wieder an den Ort der Tragkonstruktion verbracht werden. Werden die Arbeiten auf dem Schiff durchgeführt, so muss sichergestellt werden, dass sich die Gondel vor dem Ablassen möglichst genau senkrecht oberhalb der Tragkonstruktion befindet. Diese Grobpositionierung ist wegen der Strömung schwierig,
beispielsweise im Meer durch die Tidenströmung, und in einem Fluss durch dessen Strömung. Dabei lässt sich das Schiff wegen der Trägheit seiner großen Masse noch einigermaßen zuverlässig und während einer gewissen Zeitspanne konstant über dem Bereich der Tragkonstruktion halten. Anders sieht es jedoch aus mit der Gondel, sobald diese ins Wasser abgelassen wurde. Sie unterliegt dabei der Strömung im Wasser. Die Strömung ist im Allgemeinen keineswegs konstant, und zwar bezüglich Stärke als auch Richtung. Man muss somit versuchen, die Gondel in die richtige Position zu bringen, das heißt senkrecht oberhalb der
Tragkonstruktion, und, was noch schwieriger ist, sie während des
Absenkvorganges in dieser Position während einer gewissen Zeitspanne zu halten, damit der Ankoppelvorgang der Gondel an die Tragkonstruktion zuverlässig vorgenommen werden kann. Dieses Ankoppeln kann beispielsweise manuell vorgenommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterwasser-Strömungskraftwerk der genannten Bauart derart zu gestalten, dass die Gondel während des
Andockens an die Tragkonstruktion während des Absenkens über eine
ausreichend große Zeitspanne möglichst genau senkrecht zu positionieren, sodass ein Ankoppeln rasch möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Der Erfinder hat erkannt, dass das beste Mittel zum zuverlässigen und leichten Positionieren der Gondel wenigstens zwei Zykloidalpropeller sind. Damit lässt sich die Gondel zentimetergenau feinfühlig positionieren. Bisher hat man bereits versucht, die Gondel mit Strahlpropellern zu positionieren. Jedoch ist die
Geschwindigkeit der Nachführung der Strahlpropeller aus technischen Gründen begrenzt. Es kann auf jeder Längsseite der Gondel ein Strahlpropeller angeordnet werden, die Außenhaut der Gondel kann mit strömungsgünstigen Ausbindungen versehen sein, die die Strahlpropeller umgeben. Gemäß der Erfindung weisen die Gondel und die Tragkonstruktion jeweils ein Teil einer Kupplung zum Zusammenkoppeln von Gondel und Tragkonstruktion auf. Als besonders effektive Strahlpropeller kommen die bekannten
Zykloidalpropeller in Betracht. Siehe zum Beispiel DE 10 2004 020 522. Ein solcher Propeller umfasst einen Rotor, der eine Anzahl von Flügeln aufweist. Die Flügel führen im Betrieb eine schwingende Bewegung um eine Schwenkachse aus. Die Schwenkachsen der Flügel verlaufen parallel zur Drehachse des Rotors.
Zykloidalpropeller wurden bisher nur bei Bugsiertreckern in Häfen angewandt.
Gemäß einer besonders interessanten Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin folgendes vorgesehen: Eine Einrichtung zum Erfassen der Positionen der beiden Kupplungsteile sowie eine zentrale Prozesseinheit (CPU) zum Steuern der Propeller bezüglich Größe und/oder Richtung der von diesem erzeugten
Wasserstrahlen in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der Kupplungsteile. Die Einrichtung zum Erfassen der Positionen der beiden Kupplungsteile ist meist eine optische Einrichtung.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt: Figur 1 zeigt in einem Teilschnitt zwei Offshore-Energieerzeugungsanlagen eines Offshore-Energieparks.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Offshore- Energieerzeugungsanlage in Seitenansicht auf die Gondel mit einem Bergungsschiff. Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine Gondel mit ein- und ausschwenkbaren Zykloidalpropellern. Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Unterwasser- Strömungskraftwerk mit einem die Energieeinheit ergreifenden Trag rahmen.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Gegenstand von Figur 4.
Der in Figur 1 gezeigte Offshore-Energiepark umfasst zwei Strömungskraftwerke gemäß der Erfindung. Die beiden Strömungskraftwerke sind baugleich. Sie umfassen jeweils eine Energieeinheit, umfassend eine Turbine 1 sowie einen Generator, der hier nicht gezeigt ist. Turbine und Generator befinden sich in einer torpedoförmigen Gondel.
Auf dem Meeresboden steht jeweils eine Tragkonstruktion 2. Sie kann im
Meeresboden durch Einlassen von Pfählen verankert sein. Sie kann aber auch durch entsprechendes Eigengewicht mit dem Meeresboden genügend fest verbunden sein. Die Tragkonstruktion 2 umfasst einen Turm 2.1 sowie Stäbe 2.2.
Das in Figur 2 gezeigte Strömungskraftwerk umfasst eine torpedoförmige Gondel mit einer Turbine 1 und einem mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator 3. Die Gondel ist auf einer Tragkonstruktion 2 gelagert, ähnlich wie bei Figur 1. Über der Energieerzeugungsanlage befindet sich ein Bergungsschiff 4. Dieses weist einen Ausleger 4.1 mit einem Zugseil 4.2 und einem Lasthaken 4.3 auf. Der Lasthaken 4.3 ist nur stellvertretend für alle anderen möglichen Greiforgane gezeigt. Der Lasthaken 4.3 kann in eine Öse 5.1 an der Gondel 5 eingreifen. Am Lasthaken 4.3 kann ein Tragrahmen angebracht sein, der seinerseits die Gondel 5 ergreift. Die Gondel 5 ist mit zwei Schuberzeugern 6 ausgestattet. Auf jeder Längsseite befindet sich ein solcher Schuberzeuger jeweils um einen Zykloidalpropeller der oben beschriebenen Art.
Aus Figur 3 erkennt man in einem schematischen Querschnitt durch die Gondel 5 die Anordnung der beiden Zykloidalpropeller 6, 6. Sie können derart gestaltet und angeordnet sein, dass sie aus dem Innenraum der Gondel 5 ausfahrbar und in deren Innenraum auch wieder einfahrbar sind. Auch ein Einklappen ist denkbar. Sie werden somit nur zur Arbeitsleistung, das heißt zum Positionieren
ausgefahren, sodass die Strömung um die Gondel herum nicht beeinträchtigt wird.
Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt einer Gondel 5 mit Tragrahmen 7. Tragrahmen 7 ist über Gurte 7.1 sowie teleskopierbare Stangen 7.2 an den Lasthaken 4.3 gemäß Figur 2 anhängbar. Siehe Figur 5. Die
Strahlpropeller 6 können auch am Tragrahmen 7 fixiert werden, zusätzlich zu jenen an der Gondel 5, oder statt dieser.
Bezugszeichenliste
1 Turbine
2 Tragkonstruktion
2.1 Turm
2.2 Stäbe
3 Generator
4 Bergungsschiff
4.1 Ausleger
4.2 Zugseil
4.3 Lasthaken
5 Gondel
5.1 Öse
6 Schuberzeuger
7 Trag rahmen
7.1 Gurt
7.2 Teleskopstäbe

Claims

Patentansprüche
1. Unterwasser-Strömungskraftwerk, umfassend die folgenden Merkmale:
1.1 eine Wasserturbine;
1.2 einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator (3);
1.3 eine Gondel (5) mit einem Gehäuse zum Aufnehmen von Wasserturbine und Generator (3);
1.4 eine auf dem Gewässerboden stehende Tragkonstruktion (2);
1.5 die Tragkonstruktion (2) sowie die Gondel (5) weisen jeweils ein Teil einer Kupplung zum Zusammenkoppeln dieser beiden auf;
1.6 an der Gondel (5) greift mittelbar oder unmittelbar wenigstens ein
Zykloidalpropeller (6) zum Erzeugen gerichteter Wasserstrahlen an.
2. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass zwei Zykloidalpropeller (6) vorgesehen sind, die auf einander gegenüberliegenden Längsseiten der Gondel (5) angeordnet sind.
3. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
3.1 eine Einrichtung zum Erfassen der Position der beiden Kupplungsteile;
3.2 eine zentrale Prozesseinheit zum Steuern der Zykloidalpropeller (6)
bezüglich Größe und/oder Richtung der von ihnen erzeugten
Wasserstrahlen in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der
Kupplungsteile.
4. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Positionen eine optische Einrichtung ist.
5. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloidalpropeller (6) aus dem Gehäuse ausschwenkbar und in das Gehäuse einziehbar sind.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tragrahmen (7) vorgesehen ist, der einerseits an das Gehäuse und andererseits an die Hubeinrichtung eines Manövrierschiffes (4) ankoppelbar ist. 7. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zykloidalpropeller (6) an den Tragrahmen angeschlossen sind.
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