DE10113409A1 - Wind und Wellen Kraftanlage - Google Patents
Wind und Wellen KraftanlageInfo
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- F03D9/008—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with water energy converters, e.g. a water turbine
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Abstract
Eine Wind- und Wellenkraftanlage, die im Kontinentalschelf installiert ist, nur einen Energieträger hat und auf mindestens drei Säulen (2) steht. Diese Säulen sind fest mit den Böden (1) verbunden. Diese werden im Meeresboden durch Schwemmrohre (SR) eingeschwemmt. Schwimmer (3) hat verstellbare Führungselemente am Traggestell. Hydraulikpumpe (4) setzt Wellenbewegung in Energie um, die in den Hochdruckspeichern (2a) gesammelt wird. Diese Speicher haben Luftkissen und sind auch als Verspannelemente der Säulen verwendet. Die Posaune (5) liefert Hydrauliköl vom Speicher (6) an die Nebenschwimmer-Pumpen. Diese geben die Energie über den Verbindungsflansch in den Hohlschaft (4a). Schiebekolbenanordnung (4b) leitet Drucköl von den Pumpen in die Speicher (2a). An die Arbeitsplattform (7) sind (4) und (5) und Turmgestänge (12) montiert. Dieses trägt Drehgestell (9) und Rotorgondel (8). Doppelrohr (10) sorgt für Zu- und Abfluss des Energieträgers. Alle Pumpen sind doppelwirkend. Die Nebenschwimmer (11) und deren Pumpen übertragen auch noch die Energie kleinerer Wellen. Die Axialmotor getriebenen Generatoren werden entsprechend der erzeugten Ölmenge zugeschaltet. Dieses vereinfacht die Phasensteuerung.
Description
Meine Gedanken wurden aktiviert durch zahlreiche Berichte, die übereinstimmend
feststellten, dass an Land kaum noch Möglichkeiten für Grosswindanlagen bestehen.
Die Auflagen, um Belästigung zu vermeiden, sind sehr hoch.
Auf dem Kontinentalschelf ist überall reichlich Raum vorhanden. Naheliegend ist die
Idee dort Wind und Wellenkraftanlagen zu installieren.
Bei einer Recherche in Aachen fand ich zahlreiche Veröffentlichungen, aber wenige
die patentiert wurden.
Eine Kombination von Wind und Wellenkraftanlagen ist nur in der Offenlegung
DE 44 23 454 A1 beschrieben.
Die Offenlegung DE 32 20 381 A1 beschreibt eine Spindelübertragung, die Hubenergie
in verwertbare Drehbewegung umsetzt. Eine Flutung des Schwimmers ist seit langem
Stand der Technik um eine Anpassung zu erreichen, angeführt bei den Beschreibungen
von Bojen und anderen Schwimmkörpern. Eine Führungseindtellung ist nicht
vorhanden und schnelle Wartung ist nicht vorgesehen.
Die Offenlegungen für hydraulische Kraftübertragung sind zahlreich. Aber eine
Ausführung ist nach diesen Vorschlägen noch nicht erfolgt.
Die auf Land betriebenen Anlagen sind mit Stromerzeugern und Bremsen ausgestattet,
um eine gleichmäßige Umdrehung zu erreichen. Bei Windgeschwindigkeiten um 30 m/sec.
ist die Leistungsfähigkeit meistens erreicht. Die Anlage muss abgeschaltet
werden, da Steuerung nicht mehr möglich ist.
Die Anlage besteht aus: Boden (1), Säulen (2), Hauptschwimmer (3), Hydraulikzylinder
(4), Zuleitung (5), Speichertank (6), Arbeitsplattform (7), Windgenerator (8),
Drehgestell (9), Zu und Ableitung der Hydraulik (10), Nebenschwimmer nebst
Hydraulik (11) und Turmgestänge der Windanlage (12). Die Druckspeicher (2a) sind in
den Säulen (2) verankert.
Die mit Axialölmotoren betriebenen Generatoren (G) und die Steuerelektronik sind auf
Plattform (7) installiert.
Eine Fundamentanfertigung unter Wasser bereitet erhebliche Schwierigkeiten.
Anfertigung von Teilen an Land, die komplettiert, am Ort der Aufstellung mittels
Wasserdruck eingeschwemmt werden, ist einfacher. Wasser wird am unterem Rand
der Bodenplatten aus einzementierten Schwemmrohren SR gedrückt. Diese haben für
mehrere Einheiten je einen Anschluß und Regulierung wird dadurch machbar. So
erfolgt Einschwemmung in den Sand. Der Austritt des Schwemmwassers erfolgt durch
Luken (L) im oberem Bereich der Böden (1). Durch diese Luken wird dann der
restliche Hohlraum aufgefüllt. Die Säulen (2), sind mit den Bodenplatten (1) durch
Zuggestänge und Verkleben fest verbunden. In den Säulen sind die Druckspeicher (2a)
verspannt. Die Säulen können in mehreren Teilen aus Schleuderbeton hergestellt
werden. Die Verbindungsstellen haben Recesse um seitliches Verschieben zu
verhindern. Die Aussendurchmesser sind Massgenau einzuhalten. Die recessierten
Verbindungen sind vor dem Zusammenfügen und Verkleben plangenau und laufend mit
entsprechenden Toleranzen zu schleifen.
Zeichnung: WWK1 verdeutlicht auch den Ölfluss.
Bei sich senkendem Hauptschwimmer fließt vom Speicher (6) Öl unter Niederdruck in
den oberen Hubraum von Hauptzylinder (4). Wird von einem der Nebenschwimmer
noch verwertbare Menge Öl abgegeben, wird diese durch die Hohlwelle (4a) an den
Druckspeicher geleitet. Die unteren Bohrungen sind durch den nach oben verschobenen
Hauptzylinderkolben frei gegeben (4b). Der untere Teil des Hauptzylinders drückt Öl
in die Druckspeicher (2a). Die Zu und Ableitungen sowie Ventile der doppelwirkenden
Zylinder an Haupt und Nebenschwimmern sind für schnellen Durchlass auszulegen.
Posaune (5) ist die bewegliche Niederdruckeitung, 5 und 4 sind durch Faltenbälge
geschützt. Von dort erfolgt auf der Hauptschwimmerebene die Zuleitung zu den
Nebenschwimmern über Schlauchleitungen. Die Druckzuleitung von den Neben
schwimmern werden am Flansch der Trägerkonstruktion (30 Zeichnung WKL1) mon
tiert und führen in den Hohlschaft der Hauptpumpe. Der Ölfluss zu und von der Gondel
erfolgt über die Zentralleitung (10).
Bei Aufwärtsbewegung erfolgt fast ein Vollhub der Nebenschwimmer, die Leistung
wird voll übertragen, da sich auch gleichzeitig der Hauptschwimmer hebt und die
oberen Bohrungen im Kolbenbereich (4b) frei gegeben werden.
Auf Arbeitsplattform (7) sind nach Endmontage, die Generatoranlagen (G) und Räume
für das Wartungspersonal sowie die Steuerelektronik untergebracht. Ausbau und
Montage erfolgt nach Aufstellung.
Zeigt Aufbau der Rotorgondel (8) Drehgestell (9) (Bei mehrgondeligem Aufbau nicht
vorhanden) Zu und Ableitung (10). Zuleitungen für die Rotorblattverstellung (16)
Steuerzylinder der Blattverstellung (17) Überlastungsventil und Leitungen (18) die den
Überlastölfluss (22) durch die Hohlwelle (24) in den Niederdruckleiter abführt. Die
Leitungen sind an dem gehärteten Endstück, welches mit der Hohlwelle durch
Zentrierungen genau läuft und fest verschraubt ist, verbunden. Werden Rotorblätter
überlastet, reagieren die Überlastventile schnell und effektiv, da die Überlastleitungen
über genügend grossen Durchmesser vertilgen. Nach Abklingen der Böe wird, auf den
durch die vom Computer errechneten Einstellwinkel, zurückgestellt. Haupt und
Drucklager (19). Schrägverzahnte Zahnräder oder Riemen (20), übertragen die Kraft auf
gesteuerte Axialkolbenpumpe (21).
Durch diese Anordnung wird immer Öl mit gleichmäßigem Druck an die Hauptspeicher
abgegeben. Die Drehzahl ist nur durch die Belastbarkeit der Rotorblätter begrenzt!
Statt des üblichen Dreiflüglers kann eine Verteilergondel (14) auf Drehgestell (9), drei
oder mehrere Gondeln (8) tragen. Diese Verteilergondel ermöglicht Drehen der
Gondeln (8) in günstigste Montageposition. Demontierbare Arbeitshilfen (15) an
Turmgerüst (12) ermöglichen eine leichtere Montage. Öl Zu und Abfluss kann durch
die Verbindungsgestänge erfolgen. Die kleineren Rotorblätter sind erheblich
unempfindlich gegen Windböen und wesentlich billiger in der Herstellung.
Die Kosten-Nutzen Analyse für diesen Teil der Anlage ist besonders zu beachten.
Überlastauschaltung für jedes Rotorblatt ermöglicht eine Kraftausnutzung bei
wesentlich größeren Windgeschwindigkeiten als 30 m/sec. Die Axial-Hydraulikpumpen
regulieren die abgegebene Menge bei gleichem Druck. Dadurch ist die Drehzahl des
Rotors nicht von Bedeutung für einen gleichmäßigen Öldruck. Die gesammelte
Energie beider Anlagen wird in die Hochdruckspeicher (2a) abgegeben. In Abhägigkeit
der anfallenden Ölmenge werden eine oder mehrere Generator-Hydraulik-Motor-
Einheiten (G) auf der Arbeitsplattform (7) betrieben. Diese Einheiten sind leicht zu
steuern und gewährleisten einen phasengleichen Strom. In den Hochdruck Stahl
zylindern (2a) sind Luftkissen, die eine gleichmäßig Druckabgabe gewährleisten. Die
Zylinder sind im Fuß und Oberteil der Säulen (2) verspannt. Diese Anordnung erhöht
die Standfestigkeit der gesamten Einheit. Ein Kühlsystem im Ölrücklauf sorgt für
optimale Bedingungen der hydraulischen Anlage.
Wellenenergieanlagen erfordern eine leichtgängige und genaue Führung um die
auftretenden Kräfte schnell und möglichst reibungslos zu übertragen. Durch eine
konische Führungsschiene genau justiert an (30) und der mit gleicher Steigung
eingeschobenen Rollenleisten (25) wird das Spiel vollkommen ausgeglichen. Mehrere
Rollenführungen für jede Säule (2) sind machbar. Diese Konstruktion ermöglicht einen
kompletten und schnellen Austausch der gesamten Führungselemente in kurzer Frist.
Eine sorgfältige und regelmäßige Wartung dieser wichtigen Teile ist eine
Grundbedingung für eine einwandfreie Funktion. Ein schnelles und genaues Zentrieren
und Einstellung des Spiels ist durch diese Anordnung gewährleistet.
In den mit Elastomeren (26) beschichteten Rollen (27) können Nadellager (28) verwen
det werden. Diese sind abgedichtet durch mehrlippige Dichtungen (29). Bolzen (32)
werden durch Kappen (33) gehalten und von ausen abgedichtet. Sind seewasserfeste
Gleitmaterialien existent, ist eine Wassergleitlageranordnung vorzuziehen. Eine
Halteplatte ermöglicht Einstellung des genauen Spiels der Rollenleisten (25). Teile
(30) symbolisieren den Hauptschwimmerträger mit Rollenleiste (25). Die
Hauptschwimmer (31), entsprechend Anzahl der Säulen, und sind mehrteilig. Die
Nebenschwimmer bestehen aus mehreren Kammern und sind ähnlich Schlauchbooten
Gas gefüllt, ausgeschäumt oder Beides. Ein Schutz der Hauptschwimmer wird dadurch
erhöht. Bei eventueller Beschädigung besteht nicht die Gefahr, das die gesamte Anlage
ausfällt. Austausch am Standort kann leicht erfolgen.
Die Anzahl der zuschaltbaren Generatoreinheiten ist abhängig von der erzeugten Öl
menge, die in die Druckspeichern gepumpt wird. Somit ist eine maximale Energie
verwertung bei fast allen Wetterbedingungen möglich. Wenn die Windkraft abflaut,
ist immer noch Wellenenergie vorhanden.
Ein Zentralüberastventil schützt die gesamte Hydraulik.
Bedingt durch den Standort, ist vom Meeresboden bis zur Hochflut die Säulenhöhe A
gegeben. Die maximale Wellenhöhe bei einem Orkan, plus Sicherheitsabstand und A ergibt
die Gesamthöhe bis zur Arbeitsplattform(7). Ideal ist, die Teile 1, 2,3 und 7 an Land zu
montieren. Nach Fluten des Docks ist dann der Transport mittels Schwimmhilfen möglich.
Die Aufstellung erfordert sehr große Schwimmkräne (Vorhanden?). Einzeltransport der
Böden und Säulen ist mit heutigen Mitteln machbar. Der komplett montierte Rahmen (30)
wird an die erste eingeschwemmte Säule mittels einer Hilfsklammer montiert. Diese Klammer
ist mit einer kurzen Rollenführung ähnlich der (25) versehen. Die Kurzführung liegt der (25)
gegenüber. Dadurch ist eine senkrechte Halterung für die zweite Säule hergestellt. Diese
noch am Kran hängend, wird nach gleichem Schema montiert. Genaues Einschwemmen ist
somit gewährleistet. An den oberen Säulenenden ist Parallelität zu kontrollieren. Hilfsanker
und Seile erleichtern das Ausrichten. Mittels Einspüldruck ist die Regulierung ebenfalls
möglich. Die Nächste (Nächsten) Säule ist nach gleichem Schema zu montieren.
Hilfsrollenführungen und Hilfsseile sind zu entfernen. Weitere Montage ist mit
Hochbaumethoden durchführbar. Die Energie mehrerer Anlagen kann zu einer Trans
formatorstation und von dort an Land geleitet werden.
Voraussetzung für Rentabilität ist, das eine größere Serie dieser Anlagen hergestellt wird.
Wenn eine Staffelung erfolgt, die eine erhebliche Wellenbrechung zur Folge hat, ist eine
Küstenschutzmaßnahme ohne extra Kosten durchgeführt. Diese nicht unerhebliche
Einsparung ist zu beachten! Nicht verwertbare Energie, die anfällt bei idealen Bedingungen in
der Nacht, kann in Form von erzeugtem Wasserstoff für Kraftfahrzeuge gespeichert werden.
Eine nicht unerhebliche Anzahl Arbeitskräfte finden für längere Zeit Beschäftigung während
der Bauperiode.
Claims (8)
1. Für eine Wind und Wellenkraftanlage die im Kontinentalschelf installiert ist und einen
Energieträger für Wind und Wellenenergie hat. Das diese auf mindestens drei Säulen steht,
die im Meeresboden eingeschwemmt sind.
2. Nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch in die Bodenteile eingegossenen Schwemm
rohre welche in mindestens drei unabhängige Einheiten, mit je einem Anschluß für die
Spülleitungen versehen sind. Diese Bodenteile haben Ausslassöfnungen am unterem Rand
und Luken am Oberteil.
3. Nach Anspruch 2 gekennzeichnet, das die Bodenteile Verrippungen und Verstärkungen
aufweisen, mit Aussparung und Bohrungen versehen sind, in welche die Unterteile der Säulen
verschraubt und verklebt werden.
4. Das die Säulen aus mehreren Betonteilen hergestellt und abgesetzt sind, um seitliche
Verschiebung zu verhindern. Gekennzeichnet das die abgesetzten Seiten vor dem Verkleben
geschliffen werden um Parallelität zu gewährleisten und die Säulenaußendurchmesser
maßgenau gegossen sind. Gekennzeichnet das die Säulen nach dem Verkleben mit den innen
liegenden Hochdruckbehältern verspannt sind und dadurch die Säulen verstärkt werden.
5. Die nach Anspruch 1 erstellte Anlage mit einer Konstruktion versehen ist, welche die Ver
bindung von den Haupt und Nebenschwimmer und der Zentralpumpe herstellt. Diese ist
gekennzeichnet durch konische Führungsleisten, die der Anzahl der Säulen entsprechen und
diesen zentral genüber liegen. Das mit den eingeschobenen Rollenführungen, die noch
Nachstellspiel haben, eine genaue und leichtgängige Führung an den Säulen entsteht. Das in
dieser Konstruktion die Hauptschwimmersegmente eingeschoben und befestigt sind und diese
einzeln ausgewechselt werden können.
6. Die Pumpzylinder und Zentralschwimmerkonstruktion verbindende Kolbenstange ist hohl.
Am unterem Verbindungsteil befinden sich die Anschlüsse der Nebenschwimmer Druck
leitungen. Gekennzeichnet dadurch das der den Kolben tragende Teil als Schiebeventil
ausgelegt ist und durch diese Anordnung das Drucköl von den Nebenschwimmern bei sich
bewegendem Hauptschwimmer in die Druckspeicher geleitet wird und das der Neben
schwimmer Ölzufluss durch eine Posaunenleitung erfolgt.
7. Die Windenergie wird nicht direkt in Strom umgewandelt. Diese Anlage ist gekennzeichnet
dadurch das eine steuerbare Pumpe die erzeugte Energie in die Druckspeicher drückt und
durch eine Hohlwelle, die am Ende einen durch Zentrierungen genau laufenden und
gehärteten Überträger für drei Druckleitungen und einer Ableitung hat. Gekennzeichnet, das
diese Leitungen zur Hydraulischen Steuerung der Rotorblätter durch die Welle in die
Rotoraufhängung geleitet werden und dort mit Steuerzylindern und Überlastschutzventilen
und Überlastöl Rücklauf verbunden sind.
8. Die Umwandlung in phasengleichen Strom erfolgt auf der Arbeitsplattform durch
Generatoren, die mit gesteuerten Axialpumpen angetriebenen werden. Gekennzeichnet das
nur mehrere Generatoren zugeschaltet werden, wenn entsprechende Ölmenge gefördert wird.
Im Fall einer Blockierung eine Notschaltung das Öl direkt von den Zylindern und Pumpen in
die Speichertanks leitet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10113409A DE10113409A1 (de) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Wind und Wellen Kraftanlage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10113409A DE10113409A1 (de) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Wind und Wellen Kraftanlage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10113409A1 true DE10113409A1 (de) | 2002-10-02 |
Family
ID=7678170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10113409A Withdrawn DE10113409A1 (de) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Wind und Wellen Kraftanlage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10113409A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005030436A1 (de) * | 2005-06-30 | 2007-02-01 | Helmut Sell | Windkraftpyramide mit Solar Hydrogen und/oder Stromschiff-Wassergezeiten-Kraftwerk mit Elektrolyseverfahren und Strömungskanäle als Wandler zur Erzeugung von Gleichstrom für alle Arten von Elektromotoren zu Land, zu Wasser und in der Luft |
US7456515B2 (en) * | 2003-08-27 | 2008-11-25 | Norsk Hydro Asa | Wind turbine for use offshore |
CN104675614A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-06-03 | 陈兴国 | 纯机械漂浮组合式波浪能量收集传送装置及其组成的浮漂纯机械发电*** |
CN105649927A (zh) * | 2014-10-03 | 2016-06-08 | 邱林涂 | 能量集中装置 |
-
2001
- 2001-03-20 DE DE10113409A patent/DE10113409A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7456515B2 (en) * | 2003-08-27 | 2008-11-25 | Norsk Hydro Asa | Wind turbine for use offshore |
DE102005030436A1 (de) * | 2005-06-30 | 2007-02-01 | Helmut Sell | Windkraftpyramide mit Solar Hydrogen und/oder Stromschiff-Wassergezeiten-Kraftwerk mit Elektrolyseverfahren und Strömungskanäle als Wandler zur Erzeugung von Gleichstrom für alle Arten von Elektromotoren zu Land, zu Wasser und in der Luft |
CN105649927A (zh) * | 2014-10-03 | 2016-06-08 | 邱林涂 | 能量集中装置 |
CN104675614A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-06-03 | 陈兴国 | 纯机械漂浮组合式波浪能量收集传送装置及其组成的浮漂纯机械发电*** |
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