WO2015024732A1 - Control of the rotational speed of a rotating wave energy system as a function of the flow speed - Google Patents

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WO2015024732A1
WO2015024732A1 PCT/EP2014/065993 EP2014065993W WO2015024732A1 WO 2015024732 A1 WO2015024732 A1 WO 2015024732A1 EP 2014065993 W EP2014065993 W EP 2014065993W WO 2015024732 A1 WO2015024732 A1 WO 2015024732A1
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WO
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wave
lever arm
rotor
operating mode
wave energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/065993
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German (de)
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Inventor
Alexander Poddey
Daniel Seiler-Thull
Michael Hilsch
Nik Scharmann
Johannes Nitzsche
Matthias Lenssen
Benjamin Hagemann
Carolina Passenberg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations 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
    • F03B13/14Adaptations 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
    • F03B13/16Adaptations 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"
    • F03B13/18Adaptations 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" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805Adaptations 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" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
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    • F03B13/183Adaptations 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" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for 360° rotation of a turbine-like wom
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a wave energy plant for converting energy from a wave motion of a fluid into another form of energy, a computing unit for its implementation and a wave energy plant.
  • Wave energy plants also referred to as wave energy converters or wave power plants
  • Wave energy plants convert the energy of sea waves into another form of energy, for example, for the production of electricity.
  • Newer design approaches use rotating units (rotors), which convert the wave motion into a torque.
  • rotors which convert the wave motion into a torque.
  • These may have one or more lever arms with coupling bodies attached thereto.
  • Hydrodynamic buoyancy bodies ie bodies that generate buoyancy when circulating, such as buoyancy profiles and / or Flettner rotors using the Magnus effect
  • the invention aims to improve the operation of generic wave energy systems in multichromatic wave states. Disclosure of the invention
  • the invention makes it possible to operate a wave energy plant with the highest possible energy yield. This is achieved by starting from a substantially synchronous first operating mode (ie rotational speed of the rotor corresponds on average over one revolution of the orbital speed of the shaft movement) in an asynchronous second operating mode (ie rotational speed of the rotor does not correspond over one revolution over a period of time Orbital Irish the wave motion) is changed when a flow rate characterizing size (eg wave height or flow velocity itself) at the location of the wave energy plant falls below a lower threshold.
  • a substantially synchronous first operating mode ie rotational speed of the rotor corresponds on average over one revolution of the orbital speed of the shaft movement
  • asynchronous second operating mode ie rotational speed of the rotor does not correspond over one revolution over a period of time Orbital york the wave motion
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control unit of a wave energy plant, is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a wave energy plant according to the invention in a perspective view.
  • FIG. 2 shows the wave energy installation according to FIG. 1 in a side view and illustrates the pitch angle a P and the phase angle ⁇ between rotor and orbital flow.
  • FIG. 3 shows a dependence of a wave height on time for a multichromatic one
  • FIGS. 4-7 show different possibilities for controlling the rotational angle position of the rotor over time for situations where the flow velocity is too low.
  • the present invention relates to the operation of rotating equipment for the recovery of energy from moving fluids, for example from the sea.
  • the functional principle of such systems is first explained below with reference to Figures 1 and 2.
  • the wave energy plant 1 shows a wave energy plant 1 with a rotor base 2, a housing 7 and four each attached via lever arms 4 to the rotor base 2 coupling body 3.
  • the wave energy plant 1 is provided for operation below the water surface of a wavy body of water - for example, an ocean.
  • the coupling body 3 are profiled in the example shown, but can also be designed as Flettner rotors, ie cylinders with additional self-rotation.
  • An adjustment device 5 with at least one degree of freedom is available to change the orientation (eg "pitch angle", ie the angle between chord and tangential velocity) of the respective coupling body and thus to influence the interaction between the fluid and the coupling body.
  • the degree of freedom of the displacement devices is described here by adjustment parameters (pitch angle).
  • the rotational speed of the Flettner rotors can also be adapted.
  • the adjusting devices are preferably hydraulic (or electromotive or pneumatic) adjusting devices.
  • a sensor 6 is also available for detecting the current adjustment.
  • the components 2, 3, 4, 5, 6 are components of a rotor 1 1, which rotates about a rotor axis x.
  • the housing 7 is part of a frame 12.
  • the rotor 1 1 is rotatably mounted relative to the frame 12.
  • the frame 12 is non-rotatably connected to a stator of a directly driven generator for power generation
  • the rotor 1 1 (here the rotor base 2) is non-rotatably connected to a rotor of this directly driven generator. It may also be provided a gear or a hydrostatic drive train between the rotor base and generator rotor.
  • An arithmetic unit which is set up to carry out a method according to the invention is arranged inside the housing 7 and serves to control the operation of the wave power plant 1.
  • an intended attachment of the wave energy plant 1 on the seabed which can be done for example by a mooring system, in particular a monopile.
  • Figure 2 shows a side view of the system with rotated by 90 ° to the position shown in Figure 1 lever arms.
  • the adjustment parameters can be seen as the pitch angle a P between the chord of the coupling body 3 and the tangent (shown by an arrow) on the circular path through the suspension point (pivot point) of the coupling body.
  • the coupling bodies 3 are suspended at their pressure point in order to reduce rotational torques occurring during operation to the coupling bodies and thus to reduce the requirements for the holder and / or the adjusting devices.
  • the representation of the coupling body in Figure 2 and in the other figures is only exemplary for the definition of the different machine parameters.
  • a curvature of the coupling body to the circular path may be advantageous.
  • the wave energy plant 1 is surrounded by a flow vector field v. In the described embodiments, it is assumed that the
  • denotes the angle between the flow direction and the horizontal, which is hereinafter referred to as "flow angle”.
  • the lever arm 4 rotates in the first mode of operation in time synchronous with the orbital flow of the wave motion with u> i.
  • ⁇ «u> i A value or a range of values for an angular velocity u> i of the rotor is thus predefined or adapted on the basis of an angular velocity ⁇ of the orbital flow. This can be done a constant control or a short-term or short-term adjustment.
  • a variable load moment M L acts between the rotor base 2 and the housing 7 or frame 12.
  • the load torque can act in a positive direction (counter to
  • the load torque is caused for example by a power generation in the generator.
  • phase angle ⁇ ⁇ - ⁇
  • the amount by the adjustment of the drive torque and / or the load torque can be influenced.
  • a phase angle at the rotor rotational axis of -25 ° to 25 °, preferably from -10 ° to 10 ° and particularly preferably from about 0 ° for generating the drive torque appears to be particularly advantageous, since in this case the orbital flow and the flow due to the intrinsic rotation largely perpendicular oriented to each other, which leads to a maximization of the amount of the resulting flow.
  • a so-called beating wave the wave height H, as shown clearly varies over time.
  • FIG. 3 in particular, three regions marked with a frame in the figure can be identified, in which the wave height H and thus the flow velocity prevailing below the water surface become very small and are no longer suitable for energy-producing operation of the wave energy plant 1.
  • multichromatic waves In the case of stationary multichromatic waves (waves with several, different frequency and amplitude components, these shares are constant) or multichromatic waves (the frequency and amplitude components are time-varying) can be as local orbital flow, an effectively resulting value, such as an average or a Value of the main part, to be used.
  • the local orbital flow can be measured or calculated.
  • the wave height can be measured above the wave energy plant or at a location at which the wave passes in time before the wave energy plant. From this the orbital flow velocity can be calculated.
  • One possibility for prognosis is described in DE 10 2013 002 127.8.
  • variable characterizing a flow rate is preferably measured at the location of the wave energy plant or calculated at the location of the wave energy plant from a measurement at a location different from the location of the wave energy plant.
  • the wave energy plant is operated in two different operating modes, the decision as to which operating mode is to be used being made dependent on the flow velocity.
  • a variable characterizing the flow rate is measured, here preferably the wave height H and / or the flow velocity itself, and compared with one or more threshold values.
  • FIGS. 4 to 7 different embodiments for the second operating mode will now be explained.
  • a profile of the flow angle ⁇ and of the rotor angle ⁇ ⁇ is in each case in the upper half.
  • the power P generated in each case is plotted against the time t.
  • a substantially synchronous operation takes place, so that the angles ⁇ and ⁇ / i run synchronously.
  • the rotational speed ⁇ of the rotor accordingly corresponds in the time average over one revolution of the orbital velocity ⁇ .
  • the rotor will continue to rotate due to inertia, with the rotational speed slightly decreasing.
  • the adjustment parameters of the coupling bodies are expediently selected such that they cause the lowest possible flow resistance, so that the rotor retains its rotational speed as far as possible.
  • FIG. 5 shows that, according to an alternative preferred embodiment, in the second operating mode, the rotor is advanced at a constant rotational speed ⁇ . This is to avoid large accelerations and thereby caused large energy losses.
  • the renewed change to the first operating mode after the renewed change to the first operating mode (after the upper threshold value has been exceeded by the variable characterizing a flow speed), more or less energy is expended in order to restore the synchronous operation.
  • FIG. 6 shows a further preferred embodiment, in which the rotor is essentially stopped in the second operating mode.
  • This means that the setpoint for the rotor angle is no longer the flow angle ⁇ (if applicable ⁇ phase angle ⁇ ), but a fixed angle.
  • This fixed angle may be a previously defined fixed angle or an angle resulting from the previous movement of the rotor.
  • the purpose of this mode of operation is to position the rotor so that energy from the shaft can be used to restart the rotor and not, as in the two previously described embodiments, an active and thus energy-consuming acceleration is necessary.
  • the adjustment parameters of the coupling body are here arbitration hosted so that during standstill the lowest possible flow resistance prevails and to restart the largest possible flow resistance is generated in order to enable a quick and energetically favorable restart of the rotor.
  • FIG. 7 shows a further preferred embodiment in which a predetermined trajectory is traveled in the second operating mode.
  • a trajectory a dependence of the rotor angle ⁇ / i of the time is defined here. This can be advantageously combined with a time prediction of the wave motion so that an energetically optimal trajectory can be planned over time to accelerate the rotor as little as possible, yet at the ideal time to the right position at the right speed respectively.
  • the adjustment parameters of the coupling bodies are preferably selected such that the coupling bodies generate the lowest possible flow resistance in order to ensure energy-efficient continuity of the rotor.
  • the adjustment parameters can also be adapted to the respective present flow direction during the further operation in order to be able to convert as much energy as possible during the further operation.

Abstract

The invention relates to a method for operating a wave energy system (1) for converting energy from a wave motion of a fluid into another form of energy, wherein the wave energy system (1) has a lever arm (4) which is mounted so as to be rotatable about a rotational axis (x) of a rotor and has a coupling body (3), and an energy converter (2, 7) which is coupled to the rotatably mounted lever arm (4), wherein in a first operating mode the wave energy system (1) is to be operated in such a way that a rotational speed (ω1) of the lever arm (4) about the rotational axis (x) of the rotor corresponds when averaged over time over a rotation to an orbital speed (Ω) of the wave motion, wherein in a second operating mode the wave energy system (1) is operated in such a way that the rotational speed (ω1) of the lever arm (4) about the rotational axis (x) of the rotor does not correspond when averaged over time over a rotation to the orbital speed (Ω) of the wave motion, wherein the wave energy system (1) is operated in the second operating mode if a variable (H) which characterises a flow speed (v) undershoots a lower threshold value.

Description

Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit einer rotierenden Wellenenergieanlage in Control of the rotational speed of a rotating wave energy plant in
Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit Dependence on the flow velocity
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wellenenergieanlage zur Umwandlung von Energie aus einer Wellenbewegung eines Fluids in eine andere Energieform, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie einen Wellenenergieanlage. The present invention relates to a method for operating a wave energy plant for converting energy from a wave motion of a fluid into another form of energy, a computing unit for its implementation and a wave energy plant.
Stand der Technik State of the art
Wellenenergieanlagen (auch als Wellenenergiekonverter oder Wellenkraftwerke bezeichnet) wandeln die Energie von Meereswellen in eine andere Energieform, z.B. zur Gewin- nung elektrischen Stromes. Neuere Konstruktionsansätze verwenden dabei rotierende Einheiten (Rotoren), die die Wellenbewegung in ein Drehmoment wandeln. Diese können einen oder mehrere Hebelarme mit daran befestigten Kopplungskörpern aufweisen. Hydrodynamische Auftriebskörper (d.h. Körper, die bei Umstromung einen Auftrieb erzeugen, wie zum Beispiel Auftriebsprofile und/oder Flettner-Rotoren mit Nutzung des Magnus-Effekts) können als Kopplungskörper zum Einsatz kommen, mittels derer aus der anströmenden Welle Auftriebskräfte und durch die Anordnung der Kopplungskörper an dem Hebelarm ein Drehmoment erzeugt wird, das in eine Rotationsbewegung des Hebelarms um eine Rotordrehachse umsetzbar ist. Durch eine überlagerte Anströmung aus der Orbitalströmung der Wellenbewegung und der Eigendrehung des Rotors ergeben sich Auftriebskräfte an den Kopplungskörpern, wodurch ein Drehmoment in den Rotor eingeleitet wird. Beispielsweise aus der DE 10 201 1 105 177 A1 ist ein Anlagenkonzept bekannt, bei dem der Auftrieb eines umströmten Auftriebskörpers in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird. Der Rotor mit seinen Kopplungskörpern soll vorteilhafterweise weitgehend wellensynchron, d.h. mit einer mittleren Drehgeschwindigkeit, die der der Wellenorbitalbewegung entspricht oder proportional hierzu ist, orbitieren. Entspricht beispielsweise die Rotationsfrequenz des Rotors der Wellenfrequenz, ergeben sich weitgehend stationäre Anströmbedingungen an den Kopplungskörpern, die zu einem weitgehend kontinuierlichen Drehmoment an der Rotorwelle führen. Dieses kann direkt in einen Generator gespeist werden. Übermäßige mechanische Belastungen und/oder Ungleichmäßigkeiten in der Ausgangsleistung der Wel- lenenergieanlage werden hierdurch vermieden. Insbesondere im offenen Meer existieren jedoch sehr unterschiedliche Wellenzustände. Hierzu gehören neben sogenannten Altseen, bei denen die Wellen sehr regelmäßig auftreten, auch Wellenzustände, bei denen sich die Wellencharakteristik durch Überlagerung verschiedener Wellen kontinuierlich ändert. Der erste Wellenzustand wird im Rahmen dieser Anmeldung als "monochromatisch", der zweite Wellenzustand als "multichromatisch" bezeichnet. Vollständig monochromatische Wellenzustände kommen in der Natur kaum vor, so dass unter den Begriff "monochromatisch" auch Wellen mit einer gewissen, jedoch geringen, Multichromatik fallen. Wave energy plants (also referred to as wave energy converters or wave power plants) convert the energy of sea waves into another form of energy, for example, for the production of electricity. Newer design approaches use rotating units (rotors), which convert the wave motion into a torque. These may have one or more lever arms with coupling bodies attached thereto. Hydrodynamic buoyancy bodies (ie bodies that generate buoyancy when circulating, such as buoyancy profiles and / or Flettner rotors using the Magnus effect) may be used as coupling bodies by means of which buoyancy forces from the incoming wave and by the arrangement of the coupling bodies on the lever arm, a torque is generated, which is convertible into a rotational movement of the lever arm about a rotor axis of rotation. By a superimposed flow from the orbital flow of the wave motion and the rotation of the rotor itself buoyancy forces on the coupling bodies, whereby a torque is introduced into the rotor. For example, DE 10 201 1 105 177 A1 discloses a system concept in which the buoyancy of a buoyant buoyant body is converted into a rotational movement. The rotor with its coupling bodies should advantageously largely wave-synchronous, ie orbit with a mean rotational speed which is equal to or proportional to the wave orbital motion. If, for example, the rotational frequency of the rotor corresponds to the shaft frequency, substantially stationary flow conditions on the coupling bodies result, which lead to a largely continuous torque on the rotor shaft. This can be fed directly into a generator. Excessive mechanical loads and / or unevenness in the output power of the wave energy system are thereby avoided. However, especially in the open sea, very different wave conditions exist. In addition to so-called old lakes, where the waves occur very regularly, this also includes wave states in which the wave characteristic changes continuously as a result of the superposition of different waves. The first wave state is referred to in this application as "monochromatic", the second wave state as "multichromatic". Completely monochromatic wave states hardly occur in nature, so that the term "monochromatic" also includes waves with a certain, but low, multichromatic effect.
Wenngleich sich die Wellenzustände in der Regel nicht schlagartig ändern und zudem rela- tiv gut prädizierbar sind, kann in der Praxis die Rotationsgeschwindigkeit eines entsprechenden Rotors häufig nicht hinreichend rasch angepasst werden. Dies gilt insbesondere für multichromatische Wellenzustände. In der DE 10 2012 012 096.6 wird daher eine Synchronität nur im zeitlichen Mittel pro Umdrehung gefordert. Auch diese Betriebsart liefert jedoch in realen Gewässern, insbesondere im Meer, nicht in allen Situationen optimale Er- gebnisse. Although the wave states generally do not change abruptly and are also relatively predictable, in practice the rotational speed of a corresponding rotor can often not be adapted with sufficient speed. This applies in particular to multichromatic wave states. In DE 10 2012 012 096.6, therefore, a synchronicity is required only in the time average per revolution. However, even in real waters, especially in the sea, this operating mode does not provide optimal results in all situations.
Die Erfindung will den Betrieb von gattungsgemäßen Wellenenergieanlagen bei multichromatischen Wellenzuständen verbessern. Offenbarung der Erfindung The invention aims to improve the operation of generic wave energy systems in multichromatic wave states. Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Wellenenergieanlage zur Umwandlung von Energie aus einer Wellenbewegung eines Fluids in eine andere Energieform, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie ein Wellenenergieanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a method for operating a wave energy plant for converting energy from a wave motion of a fluid into another form of energy, a computing unit for its implementation and a wave energy plant with the Characteristics of the independent claims proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die Erfindung schafft die Möglichkeit, eine Wellenenergieanlage mit einer möglichst hohen Energieausbeute zu betreiben. Dies wird erreicht, indem von einem im Wesentlichen synchronen ersten Betriebsmodus (d.h. Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entspricht im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung der Orbitalgeschwindigkeit der Wellenbewegung) in ei- nen asynchronen zweiten Betriebsmodus (d.h. Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entspricht im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung nicht der Orbitalgeschwindigkeit der Wellenbewegung) gewechselt wird, wenn eine eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe (z.B. Wellenhöhe oder Strömungsgeschwindigkeit selbst) am Ort der Wellenenergieanlage einen unteren Schwellwert unterschreitet. The invention makes it possible to operate a wave energy plant with the highest possible energy yield. This is achieved by starting from a substantially synchronous first operating mode (ie rotational speed of the rotor corresponds on average over one revolution of the orbital speed of the shaft movement) in an asynchronous second operating mode (ie rotational speed of the rotor does not correspond over one revolution over a period of time Orbitalgeschwindigkeit the wave motion) is changed when a flow rate characterizing size (eg wave height or flow velocity itself) at the location of the wave energy plant falls below a lower threshold.
In multichromatischen Wellen (auch irreguläre Welle genannt) kann es zu einem plötzlichen Umspringen der weileninduzierten Orbitalströmung kommen, da es Zeitpunkte gibt, an denen die Strömung nahezu verschwindet. Für solche Fälle ist es energetisch außerordentlich ungünstig, den Rotor diesen Sprüngen nachzuführen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in solchen Situationen verschwindend gering, weshalb ein Energiegewinn aufgrund von hydrodynamischen Verlusten meist ohnehin nicht gegeben ist. Diese Erfindung stellt eine Lösung vor, mit der sich auch in multichromatischen Wellen mit der Wellenenergieanlage effektiv Energie gewinnen lässt. Durch die Erfindung wird ein energetisch sinnvoller Betrieb einer Wellenenergieanlage in multichromatischen Wellen ermöglicht. Dazu wird auf Grundlage der Strömungsinformation, welche durch geeignete Sensorik direkt oder indirekt gewonnen werden kann, entschieden, ob es zum aktuellen Zeitpunkt im Hinblick auf die hydrodynamischen Verluste energetisch sinnvoll ist, den Rotor aktiv der Strömungsrichtung nachzuführen (d.h. im ersten Betriebs- modus zu betreiben) oder nicht (d.h. im zweiten Betriebsmodus zu betreiben). Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung findet in den Betriebsmodi auch eine geeignete Vorgabe eines die Stärke der Kopplung beeinflussenden Verstellparameters (z.B. eines Pitchwinkels bei Strömungskörpern oder einer Eigenrotationsgeschwindigkeit bei Flettnerrotoren) von hydrodynamischen Kopplungskörpern statt. Im Meer auftretende Wellen bestehen gemäß linearer Wellentheorie zum Großteil aus mehreren Frequenzkomponenten. Diese Komponenten überlagert ergeben ein mehr oder weniger regelmäßiges Wellenfeld mit bestimmten Wellenhöhen (siehe Figur 3). Durch die zu- grundeliegende Wellenmechanik ist bekannt, dass es bei kleiner Wellenhöhe auch nur eine Strömung mit geringer Geschwindigkeit darunter gibt. Abhängig von dieser Strömungsgeschwindigkeit ist es nun energetisch nicht immer sinnvoll, auf einer synchronen Bewegung des Rotors mit der Orbitalbewegung zu bestehen, da es zu häufigen kleinen Umkehrungen in der Wellenhöhe kommt, die sich als Sprünge im Verlauf der Strömungsrichtung darstel- len. In multichromatic waves (also called irregular wave) there can be a sudden change of the residence-induced orbital flow, since there are times when the flow almost disappears. For such cases, it is energetically extremely unfavorable to track the rotor these jumps. The flow rate is negligible in such situations, which is why an energy gain due to hydrodynamic losses is usually not given anyway. This invention provides a solution that can be used to effectively generate energy in multichromatic waves with the wave energy plant. The invention makes possible an energetically meaningful operation of a wave energy plant in multichromatic waves. For this purpose, it is decided on the basis of the flow information, which can be obtained directly or indirectly by suitable sensors, whether it is energetically meaningful at the current time with regard to the hydrodynamic losses to actively track the rotor in the flow direction (ie to operate in the first operating mode ) or not (ie operate in the second operating mode). According to an advantageous development, a suitable specification of an adjustment parameter influencing the strength of the coupling (for example a pitch angle in the case of flow bodies or a self-rotation speed in Flettner rotors) of hydrodynamic coupling bodies also takes place in the operating modes. According to linear wave theory, waves that occur in the sea largely consist of several frequency components. These components superimposed result in a more or less regular wave field with certain wave heights (see Figure 3). Due to the underlying wave mechanics, it is known that at low wave height there is also only one flow at a low velocity below it. Depending on this flow velocity, it does not always make sense energetically to insist on a synchronous movement of the rotor with the orbital motion, since there are frequent small reversals in the wave height, which represent as jumps in the course of the flow direction.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Wellenenergieanlage, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control unit of a wave energy plant, is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Fest- platten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Also, the implementation of the invention in the form of software is advantageous because this allows very low cost, especially if an executing processing unit is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Figurenbeschreibung The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing. figure description
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wellenenergieanlage in perspektivischer Ansicht. FIG. 1 shows a preferred embodiment of a wave energy plant according to the invention in a perspective view.
Figur 2 zeigt die Wellenenergieanlage gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht und veranschaulicht den Pitchwinkel aP und den Phasenwinkel Δ zwischen Rotor und Orbitalströmung. FIG. 2 shows the wave energy installation according to FIG. 1 in a side view and illustrates the pitch angle a P and the phase angle Δ between rotor and orbital flow.
Figur 3 zeigt eine Abhängigkeit einer Wellenhöhe von der Zeit für eine multichromatische FIG. 3 shows a dependence of a wave height on time for a multichromatic one
Welle aus zwei Frequenzen.  Wave of two frequencies.
Figuren 4- 7 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten für die Steuerung der Drehwinkelstellung des Rotors über der Zeit für Situationen mit zu geringer Strömungsgeschwindigkeit. FIGS. 4-7 show different possibilities for controlling the rotational angle position of the rotor over time for situations where the flow velocity is too low.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben. Auf eine wiederholte Erläuterung wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet. In the figures, the same or equivalent elements are given identical reference numerals. A repeated explanation is omitted for clarity.
Die vorgestellte Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von rotierenden Anlagen zur Gewin- nung von Energie aus bewegten Fluiden, beispielsweise aus dem Meer. Das Funktionsprinzip solcher Anlagen wird im Folgenden zunächst unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erläutert. The present invention relates to the operation of rotating equipment for the recovery of energy from moving fluids, for example from the sea. The functional principle of such systems is first explained below with reference to Figures 1 and 2.
Figur 1 zeigt eine Wellenenergieanlage 1 mit einer Rotorbasis 2, einem Gehäuse 7 und vier jeweils über Hebelarme 4 an der Rotorbasis 2 befestigte Kopplungskörper 3. Die Wellenenergieanlage 1 ist zum Betrieb unterhalb der Wasseroberfläche eines welligen Gewässers - beispielsweise eines Ozeans - vorgesehen. Die Kopplungskörper 3 sind im gezeigten Beispiel profiliert ausgeführt, können jedoch ebenso als Flettner-Rotoren, d.h. Zylinder mit zusätzlich Eigenrotation, ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise steht für jeden der Kopp- lungskörper 3 eine Versteileinrichtung 5 mit mindestens einem Freiheitsgrad zur Verfügung, um die Ausrichtung (z.B. "Pitchwinkel", d.h. der Winkel zwischen Profilsehne und Tangenti- algeschwindigkeit) des jeweiligen Kopplungskörpers zu verändern und damit die Wechselwirkung zwischen Fluid und Kopplungskörper zu beeinflussen. Der Freiheitsgrad der Vers- telleinrichtungen wird hier durch Verstellparameter (Pitchwinkel) beschrieben. Alternativ kann im Fall von Flettnerrotoren als Kopplungskörper auch die Rotationsgeschwindigkeit der Flettnerrotoren angepasst werden. Bei den Versteileinrichtungen handelt es sich vorzugsweise um hydraulische (oder elektromotorische oder pneumatische) Versteileinrichtungen. Vorzugsweise steht auch eine Sensorik 6 zum Erfassen der aktuellen Verstellung be- reit. Die Komponenten 2, 3, 4, 5, 6 sind Bestandteile eines Rotors 1 1 , welcher um eine Rotordrehachse x rotiert. 1 shows a wave energy plant 1 with a rotor base 2, a housing 7 and four each attached via lever arms 4 to the rotor base 2 coupling body 3. The wave energy plant 1 is provided for operation below the water surface of a wavy body of water - for example, an ocean. The coupling body 3 are profiled in the example shown, but can also be designed as Flettner rotors, ie cylinders with additional self-rotation. Conveniently, for each of the coupling An adjustment device 5 with at least one degree of freedom is available to change the orientation (eg "pitch angle", ie the angle between chord and tangential velocity) of the respective coupling body and thus to influence the interaction between the fluid and the coupling body. The degree of freedom of the displacement devices is described here by adjustment parameters (pitch angle). Alternatively, in the case of Flettner rotors as coupling bodies, the rotational speed of the Flettner rotors can also be adapted. The adjusting devices are preferably hydraulic (or electromotive or pneumatic) adjusting devices. Preferably, a sensor 6 is also available for detecting the current adjustment. The components 2, 3, 4, 5, 6 are components of a rotor 1 1, which rotates about a rotor axis x.
Das Gehäuse 7 ist Bestandteil eines Rahmens 12. Der Rotor 1 1 ist relativ zum Rahmen 12 drehbar gelagert. Der Rahmen 12 ist im gezeigten Beispiel drehfest mit einem Ständer ei- nes direktgetriebenen Generators zur Stromerzeugung verbunden, der Rotor 1 1 (hier die Rotorbasis 2) ist drehfest mit einem Läufer dieses direktgetriebenen Generators verbunden. Es kann ebenso ein Getriebe oder ein hydrostatischer Triebstrang zwischen Rotorbasis und Generatorläufer vorgesehen sein. Eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, ist innerhalb des Gehäuses 7 angeordnet und dient zur Steuerung des Betriebs der Wellenenergieanlage 1 . Nicht dargestellt ist eine vorgesehene Befestigung der Wellenenergieanlage 1 am Meeresgrund, die beispielsweise durch ein Mooringsystem, insbesondere ein Monopile, erfolgen kann. The housing 7 is part of a frame 12. The rotor 1 1 is rotatably mounted relative to the frame 12. In the example shown, the frame 12 is non-rotatably connected to a stator of a directly driven generator for power generation, the rotor 1 1 (here the rotor base 2) is non-rotatably connected to a rotor of this directly driven generator. It may also be provided a gear or a hydrostatic drive train between the rotor base and generator rotor. An arithmetic unit which is set up to carry out a method according to the invention is arranged inside the housing 7 and serves to control the operation of the wave power plant 1. Not shown is an intended attachment of the wave energy plant 1 on the seabed, which can be done for example by a mooring system, in particular a monopile.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Anlage mit um 90° zu der in Figur 1 gezeigten Stellung verdrehten Hebelarmen. Die Verstellparameter sind als Pitchwinkel aP zwischen der Profilsehne der Kopplungskörper 3 und der Tangente (mit einem Pfeil dargestellt) an der Kreisbahn durch den Aufhängepunkt (Drehpunkt) der Kopplungskörper erkennbar. Vorzugsweise sind die Kopplungskörper 3 an ihrem Druckpunkt aufgehängt, um im Betrieb auftretende Rotationsmomente auf die Kopplungskörper und damit die Anforderungen an die Halterung und/oder die Versteileinrichtungen zu reduzieren. Figure 2 shows a side view of the system with rotated by 90 ° to the position shown in Figure 1 lever arms. The adjustment parameters can be seen as the pitch angle a P between the chord of the coupling body 3 and the tangent (shown by an arrow) on the circular path through the suspension point (pivot point) of the coupling body. Preferably, the coupling bodies 3 are suspended at their pressure point in order to reduce rotational torques occurring during operation to the coupling bodies and thus to reduce the requirements for the holder and / or the adjusting devices.
Die Darstellung der Kopplungskörper in Figur 2 und in den weiteren Figuren erfolgt nur beispielhaft zur Definition der unterschiedlichen Maschinenparameter. Zusätzlich kann auch eine Krümmung der Kopplungskörper an die Kreisbahn vorteilhaft sein. Der Wellenenergieanlage 1 ist von einem Strömungsvektorfeld v umgeben. Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird davon ausgegangen, dass es sich bei der The representation of the coupling body in Figure 2 and in the other figures is only exemplary for the definition of the different machine parameters. In addition, a curvature of the coupling body to the circular path may be advantageous. The wave energy plant 1 is surrounded by a flow vector field v. In the described embodiments, it is assumed that the
Anströmung um die Orbitalströmung von Meereswellen, deren Richtung sich kontinuierlich ändert, handelt. Im dargestellten Fall ist die Drehung der Orbitalströmung entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert, die dazugehörige Welle breitet sich also von rechts nach links aus. Im monochromatischen Fall ändert sich die Anströmungsrichtung an der Rotordrehachse (x in Figur 1 ) dabei mit der Winkelgeschwindigkeit Ω = 2πί = const, wobei f die Frequenz der monochromatischen Welle darstellt. In multichromatischen Wellen unterliegt Ω dagegen einer zeitlichen Änderung, Ω = f(t), da die Frequenz f eine Funktion der Zeit ist, f = f(t).Flow around the orbital flow of sea waves whose direction is continuously changing. In the case shown, the rotation of the orbital flow is oriented in the counterclockwise direction, ie the associated wave propagates from right to left. In the monochromatic case, the flow direction at the rotor axis of rotation (x in FIG. 1) changes with the angular velocity Ω = 2πί = const, where f represents the frequency of the monochromatic wave. In multichromatic waves, on the other hand, Ω undergoes a temporal change, Ω = f (t), since the frequency f is a function of time, f = f (t).
Durch die Anströmung entstehen Kräfte an den Kopplungskörpern. Dadurch verändert sich der Winkel < /i ("Rotorwinkel") der Rotorbasis 2 gegenüber der Horizontalen mit der Drehgeschwindigkeit ωι = ψι1 bezeichnet die Ableitung der zeitabhängigen Größe < /i nach derThe flow causes forces on the coupling bodies. Characterized the angle </ i ( "rotor angle") of the rotor base 2 relative to the horizontal varies with the rotational speed ω ι = ψ ι (ψ 1 denotes the derivative of the time-dependent quantity </ i after the
Zeit). Dementsprechend bezeichnet Ψ den Winkel zwischen der Strömungsrichtung und der Horizontalen, welcher im Folgenden als "Strömungswinkel" bezeichnet wird. Time). Accordingly, Ψ denotes the angle between the flow direction and the horizontal, which is hereinafter referred to as "flow angle".
Es ist vorgesehen, dass der Hebelarm 4 im ersten Betriebsmodus im zeitlichen Mittel synchron zur Orbitalströmung der Wellenbewegung mit u>i rotiert. Hierbei gilt beispielsweise Ω « u>i. Ein Wert oder ein Wertebereich für eine Winkelgeschwindigkeit u>i des Rotors wird also auf Grundlage einer Winkelgeschwindigkeit Ω der Orbitalströmung vorgegeben oder an diese angepasst. Hierbei kann eine konstante Steuerung oder eine kurzzeitige bzw. kurzfristige Anpassung erfolgen. It is envisaged that the lever arm 4 rotates in the first mode of operation in time synchronous with the orbital flow of the wave motion with u> i. In this case, for example, Ω «u> i. A value or a range of values for an angular velocity u> i of the rotor is thus predefined or adapted on the basis of an angular velocity Ω of the orbital flow. This can be done a constant control or a short-term or short-term adjustment.
Am Rotor 1 1 wirkt ein veränderbares Lastmoment ML zwischen der Rotorbasis 2 und dem Gehäuse 7 bzw. Rahmen 12. Das Lastmoment kann in positiver Richtung (entgegen derOn the rotor 1 1, a variable load moment M L acts between the rotor base 2 and the housing 7 or frame 12. The load torque can act in a positive direction (counter to
Rotationsgeschwindigkeit ω-ι) aber auch in negativer Richtung (also antreibend) wirken. Das Lastmoment wird beispielsweise durch eine Stromerzeugung im Generator verursacht. Rotational speed ω-ι) but also in the negative direction (ie driving) act. The load torque is caused for example by a power generation in the generator.
Ein Winkel zwischen der Rotororientierung, die durch eine untere gestrichelte Linie veran- schaulicht ist, die durch die Rotordrehachse und die Mitte der beiden Versteileinrichtungen 5 verläuft, und der Richtung der Orbitalströmung, die durch eine obere gestrichelte Linie veranschaulicht ist, die durch einen der Geschwindigkeitspfeile v verläuft, wird als Phasenwinkel Δ=Ψ - Ω bezeichnet, dessen Betrag durch die Einstellung des Antriebsmoments und/oder des Lastmoments beeinflusst werden kann. Dabei erscheint ein Phasenwinkel an der Rotordrehachse von -25° bis 25°, vorzugsweise von -10° bis 10° und besonders bevorzugt von etwa 0° zur Erzeugung des Antriebsmoments als besonders vorteilhaft, da hierbei die Orbitalströmung und die Anströmung aufgrund der Eigenrotation weitgehend senkrecht zueinander orientiert sind, was zu einer Maximierung des Betrags der resultierenden Anströmung führt. Hinsichtlich näherer Details zum Betrieb einer solchen Wellen- energieanlage wird auf die bereits einleitend genannten der DE 10 201 1 105 177 A1 und DE 10 2012 012 096 A1 verwiesen. In Figur 3 ist zur Veranschaulichung der Erfindung eine sich an einer Stelle, insbesondere oberhalb einer Wellenenergieanlage 1 , ergebende Wellenhöhe H, welche sich aus der Überlagerung von zwei Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen ergibt, über der Zeit t dargestellt. Insgesamt entsteht eine sogenannte Schwebungswelle, deren Wellenhöhe H, wie anschaulich dargestellt, über der Zeit variiert. An angle between the rotor orientation, indicated by a lower dashed line passing through the rotor axis of rotation and the center of the two adjusters 5, and the direction of the orbital flow, represented by an upper dashed line passing through one of the velocity arrows v runs, is referred to as phase angle Δ = Ψ - Ω, the amount by the adjustment of the drive torque and / or the load torque can be influenced. In this case, a phase angle at the rotor rotational axis of -25 ° to 25 °, preferably from -10 ° to 10 ° and particularly preferably from about 0 ° for generating the drive torque appears to be particularly advantageous, since in this case the orbital flow and the flow due to the intrinsic rotation largely perpendicular oriented to each other, which leads to a maximization of the amount of the resulting flow. For further details on the operation of such a wave energy system, reference is made to the already mentioned in the introduction of DE 10 201 1 105 177 A1 and DE 10 2012 012 096 A1. In FIG. 3, to illustrate the invention, a wave height H resulting at a location, in particular above a wave energy installation 1, which results from the superimposition of two waves with different frequencies, is shown over time t. Overall, a so-called beating wave, the wave height H, as shown clearly varies over time.
In Figur 3 können insbesondere drei in der Figur mit einem Rahmen gekennzeichnete Bereiche identifiziert werden, in denen die Wellenhöhe H und damit die unterhalb der Wasseroberfläche vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit sehr gering werden und sich für einen energieerzeugenden Betrieb der Wellenenergieanlage 1 nicht mehr eignen. In FIG. 3, in particular, three regions marked with a frame in the figure can be identified, in which the wave height H and thus the flow velocity prevailing below the water surface become very small and are no longer suitable for energy-producing operation of the wave energy plant 1.
Im Falle von stationären multichromatischen Wellen (Wellen mit mehreren, unterschiedlichen Frequenz- und Amplitudenanteilen, diese Anteile sind jedoch konstant) oder multichromatischen Wellen (die Frequenz- und Amplitudenanteile sind zeitveränderlich) kann als lokale Orbitalströmung ein sich effektiv ergebender Wert, z.B. ein Mittelwert oder ein Wert des Hauptanteils, verwendet werden. Die lokale Orbitalströmung kann gemessen oder berechnet werden. Beispielsweise kann die Wellenhöhe oberhalb der Wellenenergieanlage oder an einem Ort, an welchem die Welle zeitlich vor der Wellenenergieanlage vorbeikommt, gemessen werden. Daraus kann die Orbitalströmungsgeschwindigkeit berechnet werden. Eine Möglichkeit zur Prognose ist in der DE 10 2013 002 127.8 beschrieben. Dem- nach wird vorzugsweise die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe am Ort der Wellenenergieanlage gemessen wird oder am Ort der Wellenenergieanlage aus einer Messung an einem vom Ort der Wellenenergieanlage verschiedenen Ort berechnet. Im Rahmen der Erfindung wird daher die Wellenenergieanlage in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben, wobei die Entscheidung, welcher Betriebsmodus zu verwenden ist, von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig gemacht wird. Insbesondere wird dazu eine die Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe gemessen, hier vorzugsweise die Wellenhöhe H und/oder die Strömungsgeschwindigkeit selbst, und mit einem oder mehreren Schwellwerten verglichen. Es bietet sich an, den Wechsel zwischen den Betriebsmodi in Abhängigkeit von unterschiedlichen Schwellwerten (hier als unterer Schwellwert und oberer Schwellwert bezeichnet) durchzuführen, um auf diese Weise eine Hysterese zwischen den Betriebsmoduswechseln einzuführen und die Wechselhäufigkeit auf ein notwendiges bzw. geeignetes Maß zu reduzieren. Im Rahmen der Erfindung wird daher vorzugsweise von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus gewechselt, wenn die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe einen unteren Schwellwert unterschreitet, und von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus zurückgewechselt, wenn die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe einen oberen Schwellwert überschreitet. Es sei lediglich der Vollständigkeit halber angemerkt, dass der untere Schwellwert und der obere Schwellwert auch identisch sein können. In the case of stationary multichromatic waves (waves with several, different frequency and amplitude components, these shares are constant) or multichromatic waves (the frequency and amplitude components are time-varying) can be as local orbital flow, an effectively resulting value, such as an average or a Value of the main part, to be used. The local orbital flow can be measured or calculated. For example, the wave height can be measured above the wave energy plant or at a location at which the wave passes in time before the wave energy plant. From this the orbital flow velocity can be calculated. One possibility for prognosis is described in DE 10 2013 002 127.8. Accordingly, the variable characterizing a flow rate is preferably measured at the location of the wave energy plant or calculated at the location of the wave energy plant from a measurement at a location different from the location of the wave energy plant. In the context of the invention, therefore, the wave energy plant is operated in two different operating modes, the decision as to which operating mode is to be used being made dependent on the flow velocity. In particular, a variable characterizing the flow rate is measured, here preferably the wave height H and / or the flow velocity itself, and compared with one or more threshold values. It is advisable to carry out the change between the operating modes as a function of different threshold values (referred to here as lower threshold value and upper threshold value) in order to introduce a hysteresis between the operating mode changes and to reduce the frequency of change to a necessary or appropriate level. In the context of the invention, it is therefore preferable to switch from the first to the second operating mode when the flow rate characterizing variable falls below a lower threshold value and to return from the second operating mode to the first operating mode when the flow rate indicative variable exceeds an upper threshold value. For the sake of completeness, it should be noted that the lower threshold and the upper threshold may also be identical.
In den Figuren 4 bis 7 werden nun unterschiedliche Ausführungsformen für den zweiten Betriebsmodus erläutert. In den Figuren ist dabei in der oberen Hälfte jeweils ein Verlauf des Strömungswinkels Ψ und des Rotorwinkels ψ^. In der unteren Hälfte ist jeweils die dabei erzeugte Leistung P gegen die Zeit t dargestellt. Im ersten Betriebsmodus findet ein im Wesentlichen synchroner Betrieb statt, so dass auch die Winkel Ψ und < /i synchron verlaufen. Die Rotationsgeschwindigkeit ωι des Rotors entspricht demnach im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung der Orbitalgeschwindigkeit Ω. In FIGS. 4 to 7, different embodiments for the second operating mode will now be explained. In the figures, a profile of the flow angle Ψ and of the rotor angle ψ ^ is in each case in the upper half. In the lower half, the power P generated in each case is plotted against the time t. In the first operating mode, a substantially synchronous operation takes place, so that the angles Ψ and </ i run synchronously. The rotational speed ωι of the rotor accordingly corresponds in the time average over one revolution of the orbital velocity Ω.
In den Figuren 4 bis 7 wird jeweils angenommen, dass etwas zum Zeitpunkt t=t0 die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe unter den unteren Schwellwert fällt und somit in den zweiten Betriebsmodus gewechselt wird. In Figur 4 beinhaltet der zweite Betriebsmodus keine Vorgabe bzw. Beeinflussung der Rotationsgeschwindigkeit, wohingegen in den Figuren 5-7 die Rotationsgeschwindigkeit bzw. der Rotorwinkelverlauf weiterhin auf die ein oder andere Weise beeinflusst wird. In FIGS. 4 to 7, it is assumed in each case that, at the time t = t 0, the variable characterizing a flow velocity falls below the lower threshold value and thus is changed into the second operating mode. In FIG. 4, the second operating mode does not include a specification or influencing of the rotational speed, whereas in FIGS. 5-7, the rotational speed or the rotor angle profile is still influenced in one way or another.
In Figur 4 ist dargestellt, dass zum Zeitpunkt t= t0 eine Regelung des Rotorwinkels < /i beendet wird, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit bzw. der Rotorwinkelverlauf werden nicht mehr beeinflusst. Dies führt dazu, dass von diesem Zeitpunkt an keine Energie gewonnen werden kann, jedoch auch keine Energie aufgewendet werden muss. Der Rotor wird trägheitsbedingt weiter rotieren, wobei die Rotationsgeschwindigkeit leicht abnimmt. Zweckmäßigerweise werden dazu die Verstellparameter der Kopplungskörper so gewählt, dass diese ei- nen möglichst geringen Strömungswiederstand verursachen, so dass der Rotor seine Rotationsgeschwindigkeit möglichst beibehält. Alternativ ist denkbar, die Verstellparameter so einzustellen, dass die Kopplungskörper einen möglichst großen Strömungswiederstand verursachen, um so als Wiederstandläufer möglichst früh mit kinetischer Energie beaufschlagt zu werden. In FIG. 4 it is shown that, at the time t = t 0, a regulation of the rotor angle </ i is terminated, ie the rotational speed or the rotor angle progression are no longer affected. As a result, no energy can be gained from this point on, but no energy needs to be expended. The rotor will continue to rotate due to inertia, with the rotational speed slightly decreasing. For this purpose, the adjustment parameters of the coupling bodies are expediently selected such that they cause the lowest possible flow resistance, so that the rotor retains its rotational speed as far as possible. Alternatively, it is conceivable to adjust the adjustment parameters so that the coupling bodies cause the greatest possible flow resistance in order to be exposed to kinetic energy as early as possible as a resistance runner.
In Figur 4 wird etwa zu einem Zeitpunkt
Figure imgf000012_0001
durch die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe der obere Schwellwert überschritten, so dass wieder in den ersten Betriebsmodus gewechselt wird. Hier muss nun zunächst Energie aufgewendet werden, um die synchrone Rotation zwischen ( /-i und Ψ wieder herzustellen.
In Figure 4 is about at a time
Figure imgf000012_0001
is exceeded by the flow velocity characterizing size of the upper threshold, so that is changed back to the first operating mode. Here, energy must first be used to restore the synchronous rotation between (/ -i and Ψ.
In Figur 5 ist dargestellt, dass gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform im zweiten Betriebsmodus der Rotor mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit Ω weiterbewegt wird. Dies dient dazu, große Beschleunigungen und dadurch hervorgerufenen große Energieverluste zu vermeiden. In Übereinstimmung mit Figur 4 ist auch hier nach dem erneuten Wechsel in den ersten Betriebsmodus (nach Überschreiten des oberen Schwellwerts durch die eine Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnende Größe) mehr oder weniger Energie aufzuwenden, um den Synchronbetrieb wiederherzustellen. FIG. 5 shows that, according to an alternative preferred embodiment, in the second operating mode, the rotor is advanced at a constant rotational speed Ω. This is to avoid large accelerations and thereby caused large energy losses. In accordance with FIG. 4, too, after the renewed change to the first operating mode (after the upper threshold value has been exceeded by the variable characterizing a flow speed), more or less energy is expended in order to restore the synchronous operation.
In Figur 6 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der der Rotor im zweiten Betriebsmodus im Wesentlichen angehalten wird. Dies bedeutet, dass als Sollwert für den Rotorwinkel nicht mehr der Strömungswinkel Ψ (ggf. ± Phasenwinkel Δ), sondern ein fester Winkel vorgegeben wird. Dieser feste Winkel kann ein zuvor definierter fester Winkel oder ein Winkel sein, der sich aus der bisherigen Bewegung des Rotors ergibt. Zweck dieses Betriebsmodus ist es, den Rotor so zu positionieren, dass für das Wiederan- laufen des Rotors Energie aus der Welle benutzt werden kann und nicht, wie bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen, eine aktive und damit energieverbrauchende Beschleunigung notwendig ist. Die Verstellparameter der Kupplungskörper werden hier zweckweiße so gewählt, dass während des Stillstands ein möglichst geringer Strömungswiederstand herrscht und zum Wiederanlaufen ein möglichst großer Strömungswiederstand erzeugt wird, um einen schnellen und energetisch günstigen Wiederanlauf des Rotors zu ermöglichen. FIG. 6 shows a further preferred embodiment, in which the rotor is essentially stopped in the second operating mode. This means that the setpoint for the rotor angle is no longer the flow angle Ψ (if applicable ± phase angle Δ), but a fixed angle. This fixed angle may be a previously defined fixed angle or an angle resulting from the previous movement of the rotor. The purpose of this mode of operation is to position the rotor so that energy from the shaft can be used to restart the rotor and not, as in the two previously described embodiments, an active and thus energy-consuming acceleration is necessary. The adjustment parameters of the coupling body are here zweckweiße chosen so that during standstill the lowest possible flow resistance prevails and to restart the largest possible flow resistance is generated in order to enable a quick and energetically favorable restart of the rotor.
In Figur 7 ist schließlich eine weitere bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der im zweiten Betriebsmodus eine vorgegebene Trajektorie abgefahren wird. Als Trajektorie wird hier eine Abhängigkeit des Rotorwinkels < /i von der Zeit definiert. Dies lässt sich vorteilhat mit einer zeitlichen Vorhersage der Wellenbewegung kombinieren, so dass eine energetisch optimale Bahn über die Zeit geplant werden kann, um den Rotor so wenig wie möglich beschleunigen zu müssen, ihn aber dennoch zum idealen Zeitpunkt an die richtige Position mit der richtigen Geschwindigkeit zu führen. Die Verstellparameter der Kopplungskörper werden vorzugsweise so gewählt, dass die Kupplungskörper einen möglichst geringen Strömungswiederstand erzeugen, um einen energieeffizienten Weiterlauf des Rotors sicher zu stellen. Alternativ können die Verstellparameter während des Weiterlaufs auch an die jeweilig vorliegende Strömungsrichtung angepasst werden, um während des Weiterlaufs möglichst viel Energie wandeln zu können. Finally, FIG. 7 shows a further preferred embodiment in which a predetermined trajectory is traveled in the second operating mode. As a trajectory, a dependence of the rotor angle </ i of the time is defined here. This can be advantageously combined with a time prediction of the wave motion so that an energetically optimal trajectory can be planned over time to accelerate the rotor as little as possible, yet at the ideal time to the right position at the right speed respectively. The adjustment parameters of the coupling bodies are preferably selected such that the coupling bodies generate the lowest possible flow resistance in order to ensure energy-efficient continuity of the rotor. Alternatively, the adjustment parameters can also be adapted to the respective present flow direction during the further operation in order to be able to convert as much energy as possible during the further operation.

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren zum Betreiben einer Wellenenergieanlage (1 ) zur Umwandlung von Ener- gie aus einer Wellenbewegung eines Fluids in eine andere Energieform, 1 . Method for operating a wave energy plant (1) for converting energy from a wave movement of a fluid into another form of energy,
wobei die Wellenenergieanlage (1 ) einen um eine Rotordrehachse (x) drehbar gelagerten Hebelarm (4), der einen Kopplungskörper (3) trägt, und einen mit dem drehbar gelagerten Hebelarm (4) gekoppelten Energiewandler (2,7) aufweist,  wherein the wave energy plant (1) has a lever arm (4) rotatably mounted about a rotor axis of rotation (x) and carrying a coupling body (3), and an energy converter (2,7) coupled to the rotatably mounted lever arm (4),
wobei in einem ersten Betriebsmodus die Wellenenergieanlage (1 ) so betrieben wird, dass eine Rotationsgeschwindigkeit (ω-ι) des Hebelarms (4) um die Rotordrehachse (x) im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung einer Orbitalgeschwindigkeit (Ω) der Wellenbewegung entspricht,  wherein in a first operating mode, the wave energy plant (1) is operated so that a rotational speed (ω-ι) of the lever arm (4) about the rotor rotational axis (x) in the time average over one revolution of an orbital velocity (Ω) corresponds to the wave motion,
wobei in einem zweiten Betriebsmodus die Wellenenergieanlage (1 ) so betrieben wird, dass die Rotationsgeschwindigkeit (ω-ι) des Hebelarms (4) um die Rotordrehachse (x) im zeitlichen Mittel über eine Umdrehung nicht der Orbitalgeschwindigkeit (Ω) der Wellenbewegung entspricht,  wherein in a second operating mode, the wave energy plant (1) is operated such that the rotational speed (ω-ι) of the lever arm (4) around the rotor rotational axis (x) over one revolution does not correspond to the orbital velocity (Ω) of the wave motion over one revolution
wobei die Wellenenergieanlage (1 ) in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wenn eine eine Strömungsgeschwindigkeit (v) kennzeichnende Größe (H) einen unteren Schwellwert unterschreitet.  wherein the wave energy plant (1) is operated in the second operating mode when a variable (H) characterizing a flow velocity (V) falls below a lower threshold value.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Wellenenergieanlage (1 ) in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, wenn die eine Strömungsgeschwindigkeit (v) kennzeichnende Größe (H) einen oberen Schwellwert überschreitet. 2. The method of claim 1, wherein the wave energy plant (1) is operated in the first operating mode when the flow velocity (v) characteristic size (H) exceeds an upper threshold.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die eine Strömungsgeschwindigkeit (v) kennzeichnende Größe die Strömungsgeschwindigkeit (v) und/oder eine Wellenhöhe (H) ist. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the flow velocity (v) characterizing variable is the flow velocity (v) and / or a wave height (H).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem zweiten Be- triebsmodus die Rotationsgeschwindigkeit (ω-ι) des Hebelarms (4) um die Rotordrehachse (x) nicht vorgegeben wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the second operating mode, the rotational speed (ω-ι) of the lever arm (4) about the rotor rotational axis (x) is not specified.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem zweiten Betriebsmodus die Rotationsgeschwindigkeit (ω-ι) des Hebelarms (4) um die Rotordrehachse (x) so vorgegeben wird, dass der Hebelarm (4) eine vorbestimmte Bewegung durchführt. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the second operating mode, the rotational speed (ω-ι) of the lever arm (4) about the rotor axis (x) is set so that the lever arm (4) performs a predetermined movement.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bewegung in Abhängigkeit von einer zeitlichen Vorhersage der Wellenbewegung vorbestimmt wird. 6. The method of claim 5, wherein the movement is predetermined in response to a temporal prediction of the wave motion.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei in dem zweiten Betriebsmodus die Rotationsgeschwindigkeit (ω-ι) des Hebelarms (4) um die Rotordrehachse (x) konstant ist. 7. The method of claim 5 or 6, wherein in the second operating mode, the rotational speed (ω-ι) of the lever arm (4) about the rotor rotational axis (x) is constant.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in dem zweiten Betriebsmodus die Rotationsgeschwindigkeit (ω-ι) des Hebelarms (4) um die Rotordrehachse (x) null ist. 8. The method of claim 7, wherein in the second operating mode, the rotational speed (ω-ι) of the lever arm (4) about the rotor rotational axis (x) is zero.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem zweiten Be- triebsmodus ein Verstellparameter (aPi 1, aPi2), der eine Stärke einer Kopplung des Kopplungskörpers mit dem Fluid beeinflusst, vorgegeben wird. 9. Method according to one of the preceding claims, wherein in the second operating mode an adjustment parameter (a Pi 1 , a Pi2 ) which influences a strength of a coupling of the coupling body with the fluid is predetermined.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die eine Strömungsgeschwindigkeit (v) kennzeichnende Größe (H) am Ort der Wellenenergieanlage (1 ) gemes- sen wird oder am Ort der Wellenenergieanlage (1 ) aus einer Messung an einem vom Ort der Wellenenergieanlage (1 ) verschiedenen Ort berechnet wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the flow velocity (v) characterizing size (H) at the location of the wave energy plant (1) is measured or at the location of the wave energy plant (1) from a measurement at one of the location of the wave energy plant ( 1) different location is calculated.
1 1 . Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 1 1. Arithmetic unit which is adapted to carry out a method according to one of the preceding claims.
12. Wellenenergieanlage (1 ) zur Umwandlung von Energie aus einer Wellenbewegung eines Fluids in eine andere Energieform, aufweisend einen um eine Rotordrehachse (x) drehbar gelagerten Hebelarm (4), der einen Kopplungskörper (3) trägt, einen mit dem drehbar gelagerten Hebelarm (4) gekoppelten Energiewandler (2,7) sowie eine Recheneinheit nach Anspruch 1 1 . 12. wave energy plant (1) for converting energy from a wave motion of a fluid in another form of energy, comprising a about a rotor rotational axis (x) rotatably mounted lever arm (4) carrying a coupling body (3), one with the rotatably mounted lever arm ( 4) coupled energy converter (2,7) and a computing unit according to claim 1 1.
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