WO2015003963A1 - Unterwasserkraftwerk - Google Patents

Unterwasserkraftwerk Download PDF

Info

Publication number
WO2015003963A1
WO2015003963A1 PCT/EP2014/064019 EP2014064019W WO2015003963A1 WO 2015003963 A1 WO2015003963 A1 WO 2015003963A1 EP 2014064019 W EP2014064019 W EP 2014064019W WO 2015003963 A1 WO2015003963 A1 WO 2015003963A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
underwater power
rotor
power plant
stator
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/064019
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas MAJER
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Publication of WO2015003963A1 publication Critical patent/WO2015003963A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—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 tide energy
    • F03B13/264—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 tide energy using the horizontal flow of water resulting from tide movement
    • 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
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/132—Submersible electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to an underwater power plant, in particular a tidal or a river power plant.
  • Underwater power plants are known from the general state of the art. In doing so, e.g. freestanding underwater power plants immersed in a sea current or a river current. These are usually power plants, which have a propeller-shaped rotor and a nacelle, wherein the nacelle accommodates the generator. However, they can also be so-called hydrokinetic turbines, which have venturi-type tubes before and / or after the turbine for accelerating the water flow driving the turbine.
  • Underwater power plants submerged in a current must fulfill special requirements with respect to the lifetime and the reliability of the operation, since the accessibility to underwater power plants is technically very difficult and therefore very expensive. Malfunctions that can possibly lead to maintenance work must therefore be reduced to a minimum.
  • a design that is as simple and fault-tolerant as possible meets this requirement very well.
  • DE102008031615A1 describes an underwater power plant which has an electric generator with a rotor with permanently magnetized rotor poles.
  • permanent magnetized rotor poles can be dispensed with an electrical excitation, whereby the associated possible source of error is avoided constructively.
  • the electric generator with Water lapped formed.
  • the air gap between the generator rotor (rotor) and the generator stator is flooded.
  • the generator is cooled directly by the water around it, thereby saving a separate cooling system, which in turn is itself a potential source of error.
  • the described advantages of the cited prior art are paid for by the fact that the use of permanently excited rotor poles requires a special and complicated assembly method (see section [0005]).
  • permanent-magnet rotor poles are very heavy and require a special complex suspension of the poles on the generator rotor core.
  • appropriate protective measures must be taken to protect against demagnetization, corrosion or excessive temperature of the magnets.
  • the permanent magnetization of the rotor poles interferes with the handling and the entire installation process.
  • the reluctance machine is designed as a synchronous reluctance generator, there are no appreciable differences with respect to the permanent-magnet synchronous machine with regard to the integration of the reluctance machine into the power plant concept.
  • the disadvantage that results from the slightly lower efficiency compared to a permanent-magnet synchronous machine is more than offset by the advantages described in an underwater power plant. By avoiding error-related long and expensive maintenance work and the lower investment costs, the overall benefit for the operator is increased.
  • the embodiment of the reluctance machine as a switched reluctance generator is particularly advantageous when the underwater power plant has to run at variable speeds. This even results in a higher degree of efficiency, the values of which are over 85% over a wide operating range and greater than those of the induction machine (Joanna Bekiesch: "Sensorless operation of a switched reluctance machine", thesis by the University of Siegen).

Abstract

Unterwasserkraftwerk mit einem Generator, welcher einem Stator und einen Rotor aufweist, wobei sich in dem Spalt zwischen Stator und Rotor Wasser befindet, und der gekapselte Stator von Wasser umströmt wird, wobei es sich bei dem Generator um eine Reluktanzmaschine handelt.

Description

Unterwasserkraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Unterwasserkraftwerk, insbesondere ein Gezeiten- oder ein Flusskraftwerk.
Unterwasserkraftwerke sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Dabei werden z.B. freistehende Unterwasserkraftwerke in einer Meeresströmung oder einer Flussströmung versenkt. Es handelt sich dabei meist um Kraftwerke, die einen propellerförmigen Rotor und eine Maschinengondel aufweisen, wobei die Maschinengondel den Generator aufnimmt. Es kann sich jedoch auch um sogenannte hydrokinetische Turbinen handeln, die vor und/oder nach der Turbine Venturi-artige Röhren zur Beschleunigung der die Turbine antreibenden Wasserströmung aufweisen.
In einer Strömung versenkte Unterwasserkraftwerke müssen besondere Anforderungen bezüglich der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit des Betriebs erfüllen, da die Zugänglichkeit zu Unterwasserkraftwerken technisch sehr schwierig und damit auch sehr teuer ist. Funktionsstörungen die möglicherweise zu Wartungsarbeiten führen können, müssen daher konstruktiv auf ein Minimum reduziert werden. Ein möglichst einfacher und fehlertoleranter Aufbau kommt dieser Anforderung sehr entgegen.
So beschreibt beispielsweise die DE102008031615A1 ein Unterwasserkraftwerk, das einen elektrischen Generator mit einem Rotor mit permanentmagnetisierten Rotorpolen aufweist. Durch die Verwendung von permanentmagnetisierten Rotorpolen kann auf eine elektrische Erregung verzichtet werden, wodurch die damit verbundene mögliche Fehlerquelle konstruktiv vermieden wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der elektrische Generator mit Wasser umspült ausgebildet. Dabei ist insbesondere der Luftspalt zwischen dem Generatorläufer (Rotor) und dem Generatorstator geflutet. Der Vorteil der wasserumspülten Ausführungsform ist einerseits darin zu suchen, dass durch den Verzicht auf eine Kapselung und Dichtung des gesamten Generators die mögliche Fehlfunktion vermieden wird, die durch ein Versagen der Dichtung hervorgerufen werden kann. Außerdem wird der Generator so direkt durch das ihn umspülende Wasser gekühlt, wodurch ein separates Kühlsystem eingespart wird, das wiederum selbst eine potentielle Fehlerquelle darstellt. Die geschilderten Vorteile des genannten Standes der Technik werden dadurch erkauft, dass die Verwendung von permanenterregten Rotorpolen ein spezielles und aufwändiges Montageverfahren erforderlich macht (siehe Abschnitt [0005]). Außerdem sind permanenterregte Rotorpole sehr schwer und erfordern eine spezielle aufwändige Aufhängung der Pole am Generatorläuferkern. Es müssen zudem entsprechende Schutzmaßnahmen ergriffen werden, die vor Entmagnetisierung, Korrosion oder zu hoher Temperatur der Magnete schützen. Des Weiteren wirkt die permanente Magnetisierung der Rotorpole störend bei der Handhabung und dem gesamten Installationsprozess. Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, unter Beibehaltung der aus dem zitierten Stand der Technik resultierenden Vorteile, die genannten Nachteile zu beheben und zusätzlich die Gestehungs- und Wartungskosten des Unterwasserkraftwerks zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Der Erfinder hat erkannt, dass sich diese Aufgabe dadurch lösen lässt, dass eine Reluktanzmaschine als Generator verwendet wird. Reluktanzmaschinen benötigen weder eine elektrische Erregung noch permanentmagnetische Pole. Reluktanzmaschinen sind einfach aufgebaut und es ergeben sich niedrige Fertigungskosten und eine höhere Lebensdauer.
Wird die Reluktanzmaschine als synchroner Reluktanzgenerator ausgebildet, so ergeben sich gegenüber der permanenterregten Synchronmaschine keine nennenswerten Unterschiede bezüglich der Integration der Reluktanzmaschine in das Kraftwerkskonzept. Der Nachteil, der sich aus dem etwas niedrigeren Wirkungsgrad verglichen mit einer permanenterregten Synchronmaschine ergibt, wird durch die beschriebenen Vorteile bei einem Unterwasserkraftwerk mehr als aufgewogen. Durch die Vermeidung von fehlerbedingten langen und teuren Wartungsarbeiten und den geringeren Investitionskosten wird der Nutzen des Betreibers insgesamt gesteigert.
Die Ausführungsform der Reluktanzmaschine als geschalteter Reluktanzgenerator ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Unterwasserkraftwerk mit variablen Drehzahlen laufen muss. Hier ergibt sich sogar ein höherer Wirkungsgrad, dessen Werte über einen weiten Arbeitsbereich bei über 85% liegen und größer sind als bei der Induktionsmaschine (Joanna Bekiesch: „Sensorloser Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine", Dissertation der Universität Siegen).

Claims

Patentansprüche
1. Unterwasserkraftwerk mit einem Generator, welcher einem Stator und einen Rotor aufweist, wobei sich in dem Spalt zwischen Stator und Rotor Wasser befindet, und der gekapselte Stator von Wasser umströmt wird dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Generator um eine Reluktanzmaschine handelt.
2. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzmaschine ein synchroner Reluktanzgenerator ist.
3. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzmaschine ein geschalteter Reluktanzgenerator ist.
PCT/EP2014/064019 2013-07-10 2014-07-02 Unterwasserkraftwerk WO2015003963A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013213479.7A DE102013213479A1 (de) 2013-07-10 2013-07-10 Unterwasserkraftwerk
DE102013213479.7 2013-07-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015003963A1 true WO2015003963A1 (de) 2015-01-15

Family

ID=51162757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/064019 WO2015003963A1 (de) 2013-07-10 2014-07-02 Unterwasserkraftwerk

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013213479A1 (de)
WO (1) WO2015003963A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4035765A1 (de) * 1990-11-07 1992-05-14 Dieter Schneider Reluktanzmaschine
FR2925129A1 (fr) * 2007-12-18 2009-06-19 Leroux & Lotz Technologies Sa Dispositif pour convertir l'energie des vagues en une energie recuperable
DE102008031615A1 (de) 2008-07-07 2010-01-14 Voith Patent Gmbh Unterwasserkraftwerk und Verfahren für dessen Montage
WO2013021205A2 (en) * 2011-08-09 2013-02-14 University Of Southampton Turbine generator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006108901A1 (es) * 2005-04-11 2006-10-19 Maria Elena Novo Vidal Sistema de generación de energía eléctrica utilizando generadores en forma de anillo

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4035765A1 (de) * 1990-11-07 1992-05-14 Dieter Schneider Reluktanzmaschine
FR2925129A1 (fr) * 2007-12-18 2009-06-19 Leroux & Lotz Technologies Sa Dispositif pour convertir l'energie des vagues en une energie recuperable
DE102008031615A1 (de) 2008-07-07 2010-01-14 Voith Patent Gmbh Unterwasserkraftwerk und Verfahren für dessen Montage
WO2013021205A2 (en) * 2011-08-09 2013-02-14 University Of Southampton Turbine generator

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013213479A1 (de) 2015-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2080258B1 (de) Gekapselte elektrische maschine mit flüssigkeitsgekühltem stator
EP2404366A2 (de) Doppelrotormotor mit wärmeableitung
DE102015220852A1 (de) Elektrische Maschine
DE112012004128T5 (de) Rotierende elektrische Arbeitsmaschine vom Permanentmagnettyp und Fahrzeug, das die elektrische Arbeitsmaschine verwendet
EP2639936A1 (de) Elektrische Maschine mit permanent erregtem Läufer und zugehöriger permanent erregter Läufer
EP2678921A2 (de) Intern erregter synchronmotor mit mehrfach korrosionsgeschütztem permanentmagnetrotor
DE102016204444A1 (de) Rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps
CN102710189A (zh) 一种无刷直流电机控制方法及其装置
DE112016000682T5 (de) Elektrische rotationsmaschine, fahrstuhl-hebevorrichtung und verfahren zum magnetisieren und entmagnetisieren eines permanentmagneten für eine elektrische rotationsmaschine
CN102820721A (zh) 高速永磁风力发电机转子冲片
DE102010060427A1 (de) Keilstangen-Kompressionsvorrichtung
DE102012217363B4 (de) Elektrische Maschine mit Doppelluftspalt
DE102010007214B4 (de) Ringgenerator bei Windkraftanlagen mit Doppelpropeller
WO2013149768A2 (de) Bürstenlose elektrische maschine mit vergrabenen dauermagneten
WO2015003963A1 (de) Unterwasserkraftwerk
CN203691089U (zh) 一种转子铁芯及定子铁芯
CN203416069U (zh) 多元电/磁通路、低齿槽转矩的磁通切换型电机
DE102015218110A1 (de) Elektrische Maschine mit verbesserter Kurzschlussfestigkeit
AT512853B1 (de) Differentialantrieb für eine Energiegewinnungsanlage
CN105141052B (zh) 永磁直流电机和永磁直流电机的装配方法
CN207321074U (zh) 多转子多定子无铁芯电机定子结构
DE102015201959A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Rotorjochs
CN205212681U (zh) 一种新型双出轴内拖发电型电动机
EP3057203A1 (de) Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung
CN104901466A (zh) 一种磁化水水泵

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14736724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14736724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1