DE10252122A1

DE10252122A1 - Wellenenergieboje

Info

Publication number: DE10252122A1
Application number: DE10252122A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Brandl
Original assignee: Brandl Gerhard Dipl-Ing
Current assignee: Brandl Gerhard Dipl-Ing
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-19

Abstract

Eine runde Scheibe von etwa 10 bis 20 Metern Durchmesser schwimmt im Meer. In der Mitte der Scheibe ist ein senkrechtes Teleskoprohr über ein Kardangelenk befestigt, das am unteren Ende in etwa 30 Metern Meerestiefe eine Gegenmasse aus Beton trägt. DOLLAR A Die runde Scheibe hebt und senkt sich mit den Meereswellen und führt zugleich eine Kippbewegung aus. Eine Hydraulik treibt mit der Energie dieser beiden Bewegungen einen Generator, der Strom erzeugt.

Description

Die Wellenenergieboje schwimmt im Meer und wandelt die Energie der Meereswellen in elektrischen Strom. Eine vorzugsweise runde schwimmende Scheibe (1, 1) von etwa 10 bis 20 Meter Durchmesser ist in der Mitte über das obere Kardangelenk (2, 1) mit einem senkrechten Rohr (3, 1) verbunden. Dieses verlängert und verkürzt sich teleskopartig, wenn sich die schwimmende Scheibe ( 1, 1) mit den Meereswellen hebt und senkt, und pumpt dabei Drucköl, mit dem mittels Ölturbinen (27, 3) die Generatoren (26, 3) zur Stromerzeugung angetrieben werden. Das obere Kardangelenk (2, 1) hat die Form eines Torus, also eines kreisförmig gebogenen Rohres, an dem zwei äußere und zwei innere Lagerzapfen (28, 1) angebracht sind. Eine Gummimanschette (9, 1) mit innerer Ölfüllung schützt die Bewegungsdichtung des Teleskoprohres.
Am unteren Ende des senkrechten Rohres (3, 1) ist mit dem unteren Kardangelenk (4, 1) eine flache Gegenmasse (5, 1) verbunden, vorzugsweise aus Beton, wobei das umgebende Wasser ebenfalls als Gegenmasse wirkt. Diese Gegenmasse (5, 1) hat zur Verbesserung der Festigkeit die Form eines Kegelmantels und am unteren Rand ein kreisförmiges Verstärkungsrohr (6, 1). Drei sternfürmig an der Kegeloberfläche liegende Ankerrohre (7, 1) dienen zur Verankerung der Boje, die vorzugsweise mit drei Betonblöcken erfolgt, die auf den Meeresboden abgesenkt werden.
In tiefen Meeresgebieten erfolgt die Fixierung der geografischen Lage der Wellenenergieboje mit Hilfe elektrisch angetriebener schwenkbaren Schiffschrauben (8, 1). Die Lageregelung erfolgt mit Hilfe eines Satelitensystems wie GPS oder Galileo mit der entsprechenden Elektronik und Mikroprozessorsteuerung. Die Wellenenergieboj e kann auch satelitengesteuert mit der Energie der Meereswellen selbsttätig vom Erzeugungsort zum Einsatzort schwimmen.
Zur Verringerung des Strömungswiderstandes kann die schwimmende Scheibe (1, 1) und die Gegenmasse (5, 1) stromlinienförmig ausgebildet sein. Am senkrechten Rohr (3, 1) können zur Verringerung des Strömungswiderstandes Leitbleche (10, 1) angebracht sein. Löcher (11, 1) in den Leitblechen bewirken, daß der Raum zwischen dem senkrechten Rohr (3, 1) und den Leitblechen (10, 1) mit Wasser gefüllt ist.
Am oberen Ende des senkrechten Rohres (3, 1) befindet sich über der Wasseroberfläche das Maschinenhaus (18, 1) mit der Hydraulik und den elektrischen Generatoren.
Mehrere Hydraulikzylinder (12, 1), die zwischen der schwimmenden Scheibe (1, 1) und dem senkrechten Rohr (3, 1) oder dem Mschinenhaus (18, 3) angebracht sind, pumpen Drucköl mit der Energie der Kippbewegung der schwimmenden Scheibe (1, 1), das ebenfalls zum Antrieb der elektrischen Generatoren und somit zur Stromerzeugung beiträgt. Eine hydraulische Endlagendämpfung in den Hydraulikzylindern (12, 1) sorgt dafür, daß die Kippbewegung der schwimmenden Scheibe (1, 1) vor Erreichen der maximalen Schräglage stoßfrei abgebremst wird. Ölgefüllte Gummimanschetten (9, 1) schützen die Hydraulikzylinder (12, 1).
Im senkrechten Rohr (3, 2) sind Schraubenfedern (13, 2) angebracht, welche die Gegenmasse (5, 1) in der Mittellage in Schwebe halten, so daß sich das senkrechte Rohr (3, 2) teleskopartig verlängert und verkürzt, wenn sich die schwimmende Scheibe (1, 1) mit den Meereswellen hebt und senkt. In der Mitte der Schraubenfedern (13, 2) können Elektrokabel und Leckölleitungen geführt werden, die auch schraubenfederartig gewunden sind. Der Wasserdruck auf den unteren Teleskopteil (15, 2) unterstützt die Wirkung der Schraubenfedern (13 , 2). Bei entsprechender Auslegung von Durchmesser und Länge des senkrechten Rohres (3, 2) und des Gewichtes der Gegenmasse (5, 1) hält der Wasserdruck allein die Gegenmasse in Schwebe, so daß auf die Schraubenfedern (13, 2) verzichtet werden kann.
Der äußere Hydrozylinder (14, 2) ist mit dem unteren Teleskopteil (15, 2) fest verbunden. Der innere Hydrozylinder (16, 2) ist mit senkrechten Versteifungsrippen (17, 2) am senkrechten Rohr (3, 2) über eine verschiebbare Verbindung abgestützt, um Knickung zu vermeiden. Die Versteifungsrippen (17, 2) sind so angebracht, daß die Schraubenfedern (13, 2) zwischen den einzelnen senkrechten Versteifungsrippen (17, 2) hindurchgeführt werden können.
Der innere Hydrozylinder (16, 2) dient zugleich als Druckölleitung und ist mit dem Maschinenhaus (18, 1) fest verbunden. Innerhalb des inneren Hydrozylinders (16, 2) befindet sich ein zweites Druckölohr (19, 2).
Der innere Hydrozylinder (16, 2) und das zweite Druckölrohr (19, 2) sind mit dem hydraulischen Doppelkolben (20, 2) fest verbunden. Verbindungsbohrungen (21, 2) leiten den Ölstrom in den inneren Hydrozylinder (16, 2) und in das zweite Druckölrohr (19, 2). Die beiden Kolbenflächen des hydraulischen Doppelkolbens (20, 2) sind so dimensioniert, daß sich bei der mit größerer Kraft erfolgenden Verlängerung des teleskopartigen senkrechten Rohres (3, 2) und dessen Verkürzung, die mit geringerer Kraft erfolgt, jeweils derselbe Öldruck einstellt.
Eine hydraulische Endlagendämpfung des hydraulischen Doppelkolbens (20, 2) , die durch entsprechenden Querschnitt der Verbindungsbohrungen (21, 2) bewirkt wird, sorgt dafür, daß das Teleskoprohr vor dem äußeren und inneren Anschlag stoßfrei abgebremst wird.
Im Maschinenhaus (18, 3) befindet sich ein hydraulischer Druckölspeicher (22, 3), in den das Drucköl aus den Hydraulikzylindern (12, 1) und aus den Hydrozylindern (14, 2 und 16, 2) über Rückschlagventile (23 , 3) geleitet wird. Dieser dient zur Vergleichmäßigung des Öldruckes und zur Schwingungsdämpfung. Ein Ölbehälter (24, 3) sammelt das von den Ölturbinen (27, 3) rückfließende Öl und dient zum Nachfüllen der Druckölzylinder über entsprechend wirkende Rückschlagventile (25, 3).
Im Maschinenhaus befinden sich mehrere elektrische Generatoren (26, 3), die von Ölturbinen (27, 3) angetrieben werden. Die Generatoren (26, 3) werden von den Ölturbinen (27, 3) direkt angetrieben und sind mit einem Permanentmanetanker ausgeführt, wobei sich eine relativ hohe Drehstromfrequenz von etwa 1000 Hertz ergibt. Je nach der augenblicklichen Leistungsabgabe der Wellenenergieboje werden einzelne Ölturbinen mikroprozessorgesteuert zugeschaltet oder laufen im Leerlauf, wobei die Öldüse der vorzugsweise als Peltonrad ausgeführten Ölturbinen (27, 2) von der regelbaren Düsennadel ganz verschlossen wird, während sich der elektrische Generator (26, 2) weiterdreht. Bei niedrigem Seegang wird ein Teil der elektrischen Generatoren (26, 2) vom Mikroprozessor ganz abgeschaltet und steht still.
Das senkrechte Rohr (3, 1) kann oberhalb des Maschinenhauses (18, 1) verlängert sein und am oberen Ende ein Windrad tragen, das zusätzlich Strom erzeugt. Dabei kann die schwimmende Scheibe (1, 1) zur Erhöhung der Schwimmstabilität starr mit dem senkrechten Rohr (3, 1) verbunden und mit Kabeln verspannt sein oder es können parallel zu den Hydraulikzylindern (12, 1) mechanische oder pneumatische Federn angebracht sein, welche die Schwimmstabilität erhöhen.
Wenn mehrere Wellenenergiebojen in einem Verband angeordnet sind, werden sie mit Elektrokabeln unter Wasser verbunden. Die Elektrokabel können hohl sein, so daß Gewicht und Auftrieb sich nahezu ausheben, so daß sich die Verbindungskabel mit geringem Durchhang etwa in der Höhe der Gegenmasse (5, 1) unter der Meeresoberfläche befinden. An einer zentralen Stelle wird der Wechselstrom aus den Generatoren in Hochspannungsgleichstrom zur Fernübertragung umgewandelt. In gewissen Abständen können Schwimmkörper an der Meeresoberfläche vorhanden sein, welche die unter der Wasseroberfläche schwimmenden Elektrokabel mit senkrechten Seilen in der vorgesehenen Tiefe halten.

Claims

Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwimmende Scheibe (1, 1) in der Mitte mit dem oberen Kreuzgelenk (2, 1) mit einem senkrechten Rohr (3, 1) verbunden ist, welches sich teleskopartig verlängert und verkürzt, wenn sich die schwimmende Scheibe (1, 1) mit den Meereswellen hebt und senkt, und dabei Drucköl pumpt, mit dem mittels Ölturbinen (27, 3) Generatoren (26, 3) zur Stromerzeugung angetrieben werden.
Wellenenerieboje, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Kardangelenk (2, 1) die Form eines Torus , also eines kreisförmig gebogenen Rohres hat, an dem zwei äußere und zwei innere Lagerzapfen (26, 1) angebracht sind.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gummimanschette (9, 1) mit innerer Ölfüllung die Bewegungsdichtung des teleskopartig verlängerbaren Rohres (3, 1) schützt.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des senkrechten Rohres (3, 1) mit dem unteren Kardangelenk (4, 1) eine flache Gegenmasse (5, 1 ), vorzugsweise aus Beton, verbunden ist, die zur Erhöhung der Festigkeit die Form eines Kegelmantels und ein kreisförmiges Verstärkungsrohr (6, 1) hat, wobei drei sternförmig an der Kegeloberfläche liegende Ankerrohre (7, 1) zur Verankerung der Boje dienen.
Wellenenergieboje, dadurch gelcennzeichnet, daß in tiefen Meeresgegenden die Fixierung der geografischen Lage der Wellenenergieboje mit Hilfe elektrisch angetriebener Schiffschrauben (8, 1) erfolgt, wobei die Lageregelung mit Hilfe eines Satelitensystemes wie GPS oder Galileo mit der entsprechenden Elektronik und Mikroprozessorsteuerung gewährleistet wird, und daß die Wellenenergieboje auch satelitengesteuert mit der Energie der Meereswellen selbsttätig vom Erzeugungsort zum Einsatzort schwimmen kann.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Strömungswiderstandes die schwimmende Scheibe (1, 1) und die Gegenmasse (5, 1 ) stromlinienförmig ausgebildet sind und am senkrechten Rohr (3, 1) zur Verringerung des Strömungswiderstandes Leitbleche (10, 1) angebracht sind, wobei Löcher (11, 1) in den Leitblechen bewirken, daß der Raum zwischen dem senkrechten Rohr (3, 1) und den Leitblechen (11, 1) mit Wasser gefüllt ist.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß sich am oberen Ende des senkrechten Rohres (3, 1) über der Wasseroberfläche das Maschinenhaus (18, 1) mit der Hydraulik und mit den elektrischen Generatoren befindet.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hydraulikzylinder (12, 1 ), die zwischen der schwimmenden Scheibe (1, 1) und dem senkrechten Rohr (3, 1) oder dem Maschinenhaus (18, 1) angebracht sind, Drucköl mit der Energie der Kippbewegung der schwimmenden Scheibe (1, 1) pumpen, das zum Antrieb der elektrischen Generatoren beiträgt.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydraulische Endlagendämpfung in den Hydraulikzylindern (12, 1) dafür sorgt, daß die Kippbewegung der schwimmenden Scheibe (1, 1) vor Erreichen der maximalen Schräglage stoßfrei abgebremst wird und daß ölgefüllte Gummimanschetten die Bewegungsdichtung der Hydraulikzylinder schützen.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß im senkrechten Rohr (3, 2) Schraubenfedern (13, 2) angebracht sind, welche die Gegenmasse (5, 1) in der Mittellage in Schwebe halten, so daß sich das senkrechte Rohr (3, 2) teleskopartig verlängert und verkürzt, wenn sich die schwimmende Scheibe (3, 1 mit den Meereswellen habt und senkt und daß in der Mitte der Schraubenfedern (13, 2) Elektrokabel und Leckölleitungen geführt werden, die ebenfalls schraubenfederartig gewunden sind.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß Durchmesser und Länge des senkrechten Rohres (3, 1) und das Gewicht der Gegenmasse (5, 1) so ausgelegt sind, daß der Wasserdruck auf den unteren Teleskopteil (15, 2) allein die Gegenmasse (5, 1) in Schwebe hält und die Schraubenfedern entfallen.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Hydrozylinder (14, 2) mit dem unteren Teleskopteil (15, 2) fest verbunden ist und der innere Hydrozylinder (16, 2) mit senkrechten Versteifungsrippen (17,2) am senkrechten Rohr (3, 2) abgestützt ist und die Versteifungsrippen (17, 2) so angebracht sind, daß die Schraubenfedern (13, 2) zwischen den einzelnen Versteifungsrippen (17, 2) hindurchgeführt werden können.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hydrozylinder (16, 2) zugleich als Druckölleitung dient und mit dem Maschinenhaus (18, 1 ) fest verbunden ist und im inneren Hydrozylinder (16, 2) sich ein zweites Druckölrohr (19, 2) befindet.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hydrozylinder (16, 2) und das zweite Druckölrohr (19, 2) mit dem hydraulischen Doppelkolben (20, 2) fest verbunden sind und daß Verbindungsbohrungen (21, 2) den Ölstrom in den inneren Hydrozylinder (16, 2) und in das zweite Druckölrohr (19, 2) leiten.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydraulische Endlagendämpfung des Doppelkolbens (20, 2), die durch entsprechenden Querschnitt der Verbindungsbohrungen (21, 2) bewirkt wird, dafür sorgt, daß das Teleskoprohr vor dem äußeren und inneren Anschlag stoßfrei abgebremst wird.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Maschinenhaus (18, 3) ein hydraulischer Druckölspeicher (22, 3) befindet, in den das Drucköl aus den Hydraulikzylindern über Rückschlagventile (23, 3) geleitet wird und daß ein Ölbehälter (24, 3) das von den Ölturbinen (27, 3) zurückfließende Öl sammelt und zum Nachfüllen der Hydraulikzylinder über entsprechend wirkende Rückschlagventile (25, 3) dient.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Maschinenhaus (18, 3) mehrere elektrische Generatoren (26, 3) befinden, die von Ölturbinen (27, 3) direkt angetrieben werden und mit einem Permanentmagnetanker ausgeführt sind, wobei sich entsprechend der hohen Drehzahl eine große Drehstromfrequenz von etwa 1000 Hertz ergibt.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der augenblicklichen Leistungsabgabe der Wellenenergieboje einzelne Ölturbinen (27, 3) vom Mikroprozessor zugeschaltet und durch Verstellen der Düsennadel leistungsgeregelt sind oder im Leerlauf laufen, wobei die Öldüse der vorzugsweise als Peltonrad ausgeführten Ölturbinen (27, 3) von der Düsennadel verschlossen wird, während sich der elektrische Generator weiterdreht.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedrigem Seegang ein Teil der elektrischen Generatoren (26, 3) vom Mikroprozessor abgeschaltet wird und stillsteht.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrechte Rohr (3, 1) oberhalb des Maschinenhauses (18, 1) verlängert ist und am oberen Ende ein Windrad trägt, das zusätzlich Strom erzeugt, wobei zur Erhöhung der Schwimmstabilität die schwimmende Scheibe (1, 1) starr mit dem senkrechten Rohr (3, 1) verbunden und mit Seilen verspannt ist oder parallel zu den Hydraulikzylindern (12, 1) mechanische oder pneumatische Federn angebracht sind, welche die Schwimmstabilität erhöhen.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verband von mehreren Wellenenergiebojen an einer zentralen Stelle der Wechselstrom aus den Generatoren in Hochspannungsgleichstrom zur Fernübertragung umgewandelt wird.
Wellenenergieboje, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wellenenergiebojen im Verbund mit Elektrokabeln unter Wasse verbunden sind, die hohl sind, so daß Gewicht und Auftrieb sich nahezu aufheben, damit sich die Verbindungskabel mit geringem Durchhang etwa in der Höhe der Gegenmasse (5, 1) unter der Meeresoberfläche befinden, wobei in gewissen Abständen Schwimmkörper an der Wasseroberfläche vorhanden sind, welche die unter Wasser schwmmenden Elektrokabel mit senkrechten Seilen in der vorgesehenen Tiefe halten.