WO2015028320A1 - Strömungskraftwerk - Google Patents

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WO2015028320A1 PCT/EP2014/067489 EP2014067489W WO2015028320A1 WO 2015028320 A1 WO2015028320 A1 WO 2015028320A1 EP 2014067489 W EP2014067489 W EP 2014067489W WO 2015028320 A1 WO2015028320 A1 WO 2015028320A1
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Klaus Sommerkorn
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Voith Patent GmbH
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    • 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 a flow power plant according to the preamble of
  • Flow power plants are known. They can take the form of freestanding units with rotor-shaped water turbines for generating energy from a stream or a sea current, in particular a
  • Tidal current be trained.
  • flow power plants can also be configured as onshore or offshore wind turbines.
  • Such flow power plants are completely submerged facilities, so that the at least one turbine unit of the flow power plant is completely submerged in its operation.
  • the turbine unit is supported by a foundation structure.
  • Such foundation structures are usually gravity foundations or foundations of steel structures such as tripods or post or post built. As a rule, such foundation structures are designed post-like to the turbine unit. In rivers, the foundation is also tied offshore.
  • Seawater is known to be aggressive and causes a strong aging process of the structures.
  • the leaves of the water turbine are usually one-piece. They are in drive connection with the shaft or hub of the water turbine. In general are they flanged to these. Also, the leaves may be two or more parts. The individual parts are for example by plug connections
  • the mentioned incrustations must be removed from time to time. This can be done by disassembling the single sheet from the remainder of the rotor and treating its surface, for example by grinding. Such a process is complex and therefore expensive. It also does not always lead to the desired result, because in the mentioned treatment, the geometry of the single sheet can be adversely affected.
  • the invention has for its object to make a flow power plant of the type mentioned in such a way that the described disadvantages of an undesirable change in the water-contacting leaf surfaces are prevented or reduced.
  • This task is performed by an underwater power plant
  • the single turbine blade includes a base body as well
  • the film is removable from the body.
  • FIG. 2 shows, in a representation analogous to that according to FIG. 1, a flow force plant according to the invention whose leaves are composed of two parts and enclosed by a foil.
  • Figure 3 shows an inventive flow power plant with one-piece
  • FIG. 4 shows a turbine blade in a side view, from a foil
  • FIG. 5 shows a turbine blade according to the invention, surrounded by a foil into which a tear thread is inserted.
  • the submersible flow power plant shown in Figure 1 is part of an offshore energy park.
  • the power plant comprises a turbine 1 with a number of blades 1 .1, a hub carrying the blades 1.2 and a turbine shaft 1.3.
  • a generator 4 is connected via a gear 5 with the shaft 1 .3 in drive connection.
  • Generator 4, gear 5 and shaft 1 .3 are received by a nacelle 3.
  • the structure 2 comprises a tower 2.1 and a foot 2.3.
  • the foot can be a concrete slab, which ensures the necessary stability by high weight.
  • the structure can also consist only of a tower
  • the force vectors 8 illustrate the forces acting on the turbine blades 1 .1 during operation.
  • the two power plants shown in Figures 2 and 3 include in
  • the turbine blades 1 .1 are enclosed by a foil 1.1 .3.
  • the individual turbine blade is made up of two components, namely a component 1 .1 .1 close to the hub and a component 1 .1 .2 remote from the hub. Both are fixed by connectors to each other.
  • inventive film 1 .1 .3. This is close and touching on the blade body and forms an absolutely smooth, water-wetted surface. In the embodiment of Figure 2, it covers the parting line between the two components 1 .1 .1 and 1.1 .2.
  • the film will generally be made of plastic, for example a thermoplastic.
  • plastic for example a thermoplastic.
  • the foil can be applied for example as a prefabricated film. But it can also be sprayed on. Also, a winding of a film in the form of a band is conceivable.
  • Figure 4 illustrates a film which is applied by winding. If the film is coated with algae or seawater crystals after a certain period of time, it is unwound from the main body of the turbine blade and replaced by a new film.
  • Tear thread 1 .1 .4 torn open It can also be applied to each other several slides, each layer alone. Each foil is removable individually. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterwasser-Strömungskraftwerk, umfassend die folgenden Merkmale: - eine Wasserturbine mit wenigstens einem Blatt; - einen mit der Wasserturbine in Triebverbindung stehenden Generator; - eine Gondel zum Aufnehmen und/oder Tragen von Generator, Welle und Turbine; - eine auf dem Gewässergrund stehende oder in diesen eingelassene Tragkonstruktion. Das erfindungsgemäße Unterwasser-Strömungskraftwerk ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das einzelne Blatt umfasst einen Grundkörper sowie wenigstens eine diesen umkleidende Folie; - die Folie ist vom Grundkörper abziehbar.

Description

Strömungskraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 .
Strömungskraftwerke sind bekannt. Sie können in Form von freistehenden Einheiten mit rotorförmigen Wasserturbinen zur Energiegewinnung aus einem Fließgewässer oder einer Meeresströmung, insbesondere einer
Gezeitenströmung, ausgebildet sein. Derartige Strömungskraftwerke können aber auch als Onshore-oder Offshore-Windkraftan lagen ausgebildet sein. Auf DE 10 2013 001 212 wird verwiesen.
Typischerweise sind derartige Strömungskraftwerke vollständig tauchende Anlagen, sodass die wenigstens eine Turbineneinheit des Strömungskraftwerks in dessen Betrieb vollständig unter Wasser angeordnet ist. Die Turbineneinheit ist dabei von einer Gründungsstruktur getragen. Derartige Gründungsstrukturen sind üblicherweise Schwerkraftfundamente oder Fundamente aus Stahlkonstruktionen wie zum Beispiel Dreibeine oder Pfahl- oder Pfosten bauten. In der Regel sind solche Gründungsstrukturen zur Turbineneinheit hin pfostenartig ausgeführt. Bei Fließgewässern ist das Fundament auch off land gebunden.
Die Oberflächen aller Bauteile sind dem Meerwasser ständig ausgesetzt.
Meerwasser ist bekanntlich aggressiv und bewirkt einen starken Alterungsprozess der Strukturen. Auch findet im Laufe der Zeit ein starker maritimer Bewuchs durch Algen, Muscheln und so weiter statt, der ebenfalls die Dauerfestigkeit der
Strukturen beeinträchtigt. Auch lagern sich Salzkristalle an den Oberflächen der Rotorblätter der Turbine an. Es bilden sich hartnäckige Verkrustungen. Diese verringern den Wirkungsgrad der Turbine ganz erheblich. Die Blätter der Wasserturbine sind meist einteilig. Sie stehen mit der Welle beziehungsweise Nabe der Wasserturbine in Triebverbindung. Im Allgemeinen sind sie an diese angeflanscht. Auch können die Blätter zwei- oder mehrteilig sein. Die einzelnen Teile sind beispielsweise durch Steckverbindungen
aneinander fixiert. Die genannten Verkrustungen müssen von Zeit zu Zeit entfernt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass das einzelne Blatt vom übrigen Rotor demontiert, und dass seine Oberfläche behandelt wird, beispielsweise durch Abschleifen. Ein solcher Prozess ist aufwändig und damit teuer. Er führt auch nicht immer zum gewünschten Ergebnis, weil bei der genannten Behandlung die Geometrie des einzelnen Blattes nachteilig verändert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungskraftwerk der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass die geschilderten Nachteile einer unerwünschten Veränderung der wasserberührten Blattflächen verhindert oder verringert werden.
Diese Aufgabe wird von einem Unterwasser-Strömungskraftwerk
beziehungsweise mit Turbinenblättern gemäß der Patentansprüche gelöst. Der wesentliche Gedanke des Erfinders besteht in Folgendem:
- das einzelne Turbinenblatt umfasst einen Grundkörper sowie
wenigstens einen diesen umkleidende Folie;
- die Folie ist vom Grundkörper abziehbar.
Der Stand der Technik sowie die Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt: zeigt in schematischer Darstellung und im Aufriss ein vorbekanntes Strömungskraftwerk. Figur 2 zeigt in einer Darstellung analog zu jener gemäß Figur 1 ein erfindungsgemäßes Strömungskraftwerk, dessen Blätter aus zwei Teilen zusammengesetzt und von einer Folie umschlossen sind.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Strömungskraftwerk mit einteiligen
Blättern, umschlossen von einer Folie.
Figur 4 zeigt ein Turbinenblatt in einer Seitenansicht, von einer Folie
umwickelt.
Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Turbinenblatt, von einer Folie umhüllt, in die ein Reißfaden eingelegt ist.
Das in Figur 1 gezeigte tauchende Strömungskraftwerk ist Bestandteil eines Offshore-Energieparks. Das Kraftwerk umfasst eine Turbine 1 mit einer Anzahl von Blättern 1 .1 , eine die Blätter tragende Nabe 1.2 sowie eine Turbinenwelle 1.3. Ein Generator 4 steht über ein Getriebe 5 mit der Welle 1 .3 in Triebverbindung. Generator 4, Getriebe 5 und Welle 1 .3 sind von einer Gondel 3 aufgenommen. Das Tragwerk 2 umfasst einen Turm 2.1 sowie einen Fuß 2.3. Der Fuß kann eine Betonplatte sein, die durch hohes Gewicht für die notwendige Standfestigkeit sorgt. Das Tragwerk kann aber auch lediglich aus einem Turm bestehen
(Monopile), der in den Gewässergrund 6 eingelassen ist. Jedenfalls befindet sich das Kraftwerk vollständig unter dem Wasserspiegel 7.
Die Kraftvektoren 8 veranschaulichen die Kräfte, die auf die Turbinenblätter 1 .1 während des Betriebes einwirken.
Die beiden in den Figuren 2 und 3 gezeigten Kraftwerke umfassen im
Wesentlichen dieselben Bauteile, wie jenes gemäß der Figur 1 . Jedoch sind in beiden Fällen die Turbinenblätter 1 .1 von einer Folie 1.1 .3 umschlossen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist das einzelne Turbinenblatt aus zwei Bauteilen aufgebaut, nämlich aus einem nabennahen Bauteil 1 .1 .1 und einem nabenfernen Bauteil 1 .1 .2. Beide sind durch Steckverbindungen aneinander fixiert.
Wichtig ist die erfindungsgemäße Folie 1 .1 .3. Diese liegt eng und berührend am Blattkörper an und bildet eine absolut glatte, wasserberührte Oberfläche. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 überdeckt sie die Trennfuge zwischen den beiden Bauteilen 1 .1 .1 und 1.1 .2.
Die Folie wird im Allgemeinen aus Kunststoff bestehen, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff. Es gibt verschiedene Arten, die Folie aufzubringen. Sie kann beispielsweise als vorgefertigte Folie aufgebracht werden. Sie kann aber auch aufgesprüht werden. Auch ein Aufwickeln einer Folie in Form eines Bandes ist denkbar.
Figur 4 veranschaulicht eine Folie, die durch Aufwickeln aufgebracht ist. Ist die Folie nach einer gewissen Zeitspanne mit Algen oder Seewasserkristallen überzogen, so wird sie vom Grundkörper des Turbinenblattes abgewickelt und durch eine neue Folie ersetzt.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Turbinenblatt wurde die Folie durch Aufsprühen aufgebracht. Dabei wurde ein Reißfaden 1 .1 .4 eingelegt, der sich über die Länge des Turbinenblattes 1.1 erstreckt. Zum Entfernen wird die Folie durch den
Reißfaden 1 .1 .4 aufgerissen. Es können auch mehrere Folien aufeinander aufgebracht werden, jede Lage für sich alleine. Jede Folie ist einzeln abziehbar. Bezugszeichenliste
1 Turbine
1.1 Turbinenblatt
1.1.1 nabennaher Teil des Turbinenblattes
1.1.2 nabenferner Teil des Turbinenblattes
1.1.3 Folie
1.1.4 Reißfaden
1.2 Turbinennabe
1.3 Turbinenwelle
2 Tragkonstruktion
2.1 Turm
2.2 Stäbe
2.3 Fuß
3 Gondel
4 Generator
5 Getriebe
6 Gewässergrund
7 Wasserspiegel
8 Kraftvektoren

Claims

Patentansprüche
1 . Unterwasser-Strömungskraftwerk, umfassend die folgenden Merkmale:
1 .1 eine Wasserturbine (1) mit wenigstens einem Blatt (1.1);
1 .2 einen mit der Wasserturbine (1) in Triebverbindung stehenden Generator (4);
1 .3 eine Gondel (3) zum Aufnehmen und/oder Tragen von Generator (4), Welle (1 .3) und Turbine (1);
1 .4 eine auf dem Gewässergrund (6) stehende oder in diesen eingelassene Tragkonstruktion (2);
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1 .5 das einzelne Blatt (1 .1) umfasst einen Grundkörper sowie wenigstens eine diesen umkleidende Folie (1 .1 .3);
1 .6 die Folie (1.1 .3) ist vom Grundkörper abziehbar.
2. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Folie (1 .1 .3) aus einer Folienbahn gebildet ist.
3. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Folienbahn auf den Grundkörper aufgewickelt ist.
4. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Folie (1 .1.3) aus Material wie thermoplastischem Kunststoff gebildet ist, das vor dem Aufbringen flüssig ist.
5. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass in die Folie (1.1 .3) ein Reißfaden (1 .1.4) eingelegt ist.
6. Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Blatt mehrere Lagen von Folien (1 .1 .3) umfasst, die nach Art einer Zwiebel aufeinander liegen, die jeweils einzeln abziehbar sind.
Unterwasser-Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Blattes aus Einzelteilen (1.1 .1 ; 1 .1 .2) zusammengefügt ist.
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