DE102007057267A1 - Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie - Google Patents

Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie Download PDF

Info

Publication number
DE102007057267A1
DE102007057267A1 DE102007057267A DE102007057267A DE102007057267A1 DE 102007057267 A1 DE102007057267 A1 DE 102007057267A1 DE 102007057267 A DE102007057267 A DE 102007057267A DE 102007057267 A DE102007057267 A DE 102007057267A DE 102007057267 A1 DE102007057267 A1 DE 102007057267A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
water
diffuser
wind
wind energy
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007057267A
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holder Karl Ludwig Dipl-Ing
Original Assignee
Holder Karl Ludwig Dipl-Ing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holder Karl Ludwig Dipl-Ing filed Critical Holder Karl Ludwig Dipl-Ing
Priority to DE102007057267A priority Critical patent/DE102007057267A1/de
Publication of DE102007057267A1 publication Critical patent/DE102007057267A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/06—Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/61—Application for hydrogen and/or oxygen production
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F05B2240/133—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines with a convergent-divergent guiding structure, e.g. a Venturi conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/201—Rotors using the Magnus-effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • F05B2240/9176—Wing, kites or buoyant bodies with a turbine attached without flying pattern
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/92—Mounting on supporting structures or systems on an airbourne structure
    • F05B2240/921—Mounting on supporting structures or systems on an airbourne structure kept aloft due to aerodynamic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F05B2240/931—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface which is a vehicle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F05B2240/932—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface which is a catamaran-like structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Gewinnung von elektrischer Energie, Methanol/Ammoniak und Sauerstoff aus Windenergie über Meeren und Seen durch die Umwandlung dieser Windenergie in elektrische Energie mittels Wasserfreiströmungsturbinen oder Diffusor- oder Vortexturbinen und nachfolgender Wasserelektrolyse mit Methanloerzeugung aus Wasserstoffgas und CO2 bzw. einer Ammoniaksynthese.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Sachpatentanspruches des Hauptpatentes ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3.
  • Auf vielen Teilen der Weltozeane, Weltmeere, grossen Binnenseen oder Flüssen herrschen starke bis sehr starke Winde. Diese Winde sind in ihrer Richtung und Stärke oftmals über einen längeren Zeitraum weitgehend konstant vorhanden.
  • Die vorgeschlagene Einrichtung sieht eine Nutzung der Windenergie zum Antrieb von schwimmenden Wasserkraftturbinen vor und ist darüberhinaus als Verbesserung der Erfindung nach dem Hauptpatent zu verstehen. Diese Strömungsturbinen (Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen) treiben vorzugsweise über ein mechanisches Getriebe einen oder mehrere elektrische Generatoren an. Die von diesen erzeugte elektrische Energie kann für Elektrolyseanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff und/oder für eine Methanol- bzw. Ammoniaksyntheseanlage verwendet werden.
  • Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemässe Einrichtung soll mittels gegenüber dem Hauptpatent deutlich verbesserter Nutzung von Meereswindenergie als Basisenergie in grossem Massstab zu einer erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen und bietet darüber hinaus die Möglichkeit zu einem Einstieg in die Erzeugung/Nutz- ung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff respektive den Einstieg in einen CO2-Kreislaufprozess. Der vorgeschlagenen Einrichtung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Windenergie verbessert zu nutzen, in elektrische Energie umzuwandeln und diese mittels Elektrolyse in chemischer Form (Wasserstoff) und/oder nach entsprechender Synthese als Methanol oder Ammoniak zu speichern. Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Einrichtung sieht zur Lösung dieser Aufgabe eine Nutzung dieser Windenergie zum Antrieb von schwimmenden Wasserkraftturbinen vor. Diese Strömungsturbinen treiben vorzugsweise über je ein mechanisches Getriebe elektrische Generatoren an. Die erzeugte elektrische Energie wird für den Betrieb von Elektrolyseanlagen zur Wasserstoffgewinnung verwendet. Dieser regenerativ erzeugte Wasserstoff kann dann noch optional für eine Methanol- bzw. Ammoniaksynthese-anlage verwendet werden.
  • Unter Ausnutzung der erwähnten Winde werden an einem speziell konstruierten Schwimmkörper (vereinfacht nachfolgend Energieschiff genannt) durch Segel, Schleppsegel, Drachenhöhensegel (z. B. Skysails) und/oder Flettner-Rotoren ein Vortrieb und somit eine Relativgeschwindigkeit gegenüber dem umgebenden Ozean-, Meer-, See- oder Flusswasser erzeugt. Diese Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schwimmkörper und dem umgebenden Wasser wird dann zum Betrieb von Wasserströmungsturbinen, vorzugsweise Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen, benutzt, welche unter dem Wasserspiegel an dem Schwimmkörper befestigt sind. Diese Wasserströmungsturbinen dienen als Antrieb für elektrische Generatoren. Bei den Diffusorströmungsturbinen handelt es sich um Turbinen, bei welchen die Turbinenräder/-flügel von einem äusseren Radialgehäuse ummantelt sind, an welches dann noch ein Diffusor analog dem Saugrohr der Turbine in einem Wasserkraftwerk nachgeschaltet ist.
  • In dem durch den Diffusor erzeugten erweiterten Bereich erfolgt dann eine verlustarme Verzögerung der Wasserströmung. Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des Diffusors ergibt sich durch Anbringen von einem oder bis zu drei Ringspalten im Diffusorbereich bei der „Vortexströmungsturbine".
  • Durch Anbringung eines oder bis zu drei Ringspalten wird es ermöglicht, dass das das Radialgehäuse und den Diffusor aussen umströmende schnellere Wasser in den Diffusorbereich einströmt und sich durch dieses einströmende schnellere Wasser im Zusammenwirken mit der gekrümmten Mantellinie des Diffusors unter Vermeidung der Grenzschichtablösung und Wirbelbildung eine beschleunigte Randströmung ausbildet, welche die Diffusorströmung verstärkt nach aussen zieht und somit den nachgeschalteten Strömungswiderstand verringert.
  • Dem erhöhtem mechanischen sowie baulichen Aufwand einer solchen Diffusor- oder Vortexströmungsturbine gegenüber einer Freiströmungsturbine steht aber ein erhöhter Wirkungsgrad, bezogen auf den maximalen Durchmesser oder Querschnitt des Diffusors, entgegen. So beträgt der theoretisch maximal mögliche Wirkungsgrad einer Freiströmungsturbine ca. 46%. Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Diffusorströmungsturbine wird in der einschlägigen Fachliteratur mit ca. 70%, bezogen auf den max. Durchmesser oder Querschnitt des Diffusors angegeben.
  • Der theoretisch maximale Wirkungsgrad der Vortexturbine sollte aufgrund der verbesserten Strömungsdynamik noch um einige Prozentpunkte besser sein als der theoretisch maximale Wirkungsgrad der Diffusorströmungsturbine.
  • Die nachgeschalteten Komponenten zur Weiterverwendung des mittels der Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen erzeugten Stromes für die Versorgung von Elektrolyseanlagen sowie der Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff oder der Methanol- oder Ammoniaksynthese sowie der Speicherung und des Transportes dieser regenerativ erzeugten Energieträger sind identisch mit den bereits beschriebenen Komponenten im Hauptpatent... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3 und werden daher hier nur kurz beschrieben.
  • Auf dem Energieschiff (Schwimmkörper) befinden sich Elektrolyseanlagen, Behälter für das elektrolysefähige Wasser, Kompressoren für die Gasverdichtung sowie Druckbehälter zur Aufnahme der erzeugten Wasserstoff- und Sauerstoffgase. Alternativ ist auch die Speicherung des erzeugten Wasserstoffes auf dem Schwimmkörper in Form von flüssigem Methanol oder Ammoniak möglich.
  • Optional ist auch eine direkte Speicherung der erzeugten elektrischen Energie auf dem Energieschiff mittels ausreichend dimensionierter Akkumulatoren möglich. Für die Methanolsynthese würde ein Speicher für flüssiges CO2 erforderlich sowie eine entsprechend ausgelegte Methanolsyntheseanlage. Alternativ ist auch eine Ammoniaksynthese möglich. Ferner kann auch der Sauerstoff grundsätzlich in flüssiger Form gespeichert werden.
  • Die aus einem oder mehreren Schwimmkörpern bestehenden Energieschiffe sollten so konstruiert sein, dass ihr(e) Schwimmkörper möglichst wenig Strömungswiderstand aufweist(en) und könnten z. B. als Katamarane, Trimarane oder mit fünf Schwimmkörpern konstruiert sein. Grosse Segel, Schleppsegel, Drachenhöhensegel (z. B. Skysails) und/oder Flettner-Rotoren ziehen oder treiben das Energieschiff durch das umgebende Wasser und treiben dabei die als Freiströmungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen konzipierten Wasserturbinen an. Optional sind für die Flettner-Rotoren noch ausreichend dimensionierte dreh- und/oder schwenkbare Windumleitungs- bzw. Windkonzentrationsbleche sowie Diffusorbleche zwecks Erreichung des optimalen Vortriebes sowie einer optimalen Ausrichtung des erzeugten Vortriebes der Flettner-Rotoren möglich.
  • Die wesentlichen Merkmale und Hauptkomponenten des Aufbaues der Energieschiffe mit Flettner-Rotoren sowie der Vortexströmungsturbine sind im Folgenden anhand der Grobprinzipskizzen der 1 bis 4 beschrieben.
  • Es sind in diesen nur die für das Verständnis der Windenergienutzung über offenen Meeren oder Binnenseen mit Hilfe der Flettner-Rotoren sowie die für das Verständnis der Funktion der Vortexströmungsturbinen erforderlichen wesentlichen Hauptmerkmale beschrieben.
  • Für gleiche oder einander entsprechende Elemente/Komponenten werden in allen Skizzen dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Es zeigen:
  • 1: Einen Längsschnitt eines zentralen Hauptschwimmkörper eines Energieschiffes mit Aufstellung von Flettner-Rotoren und Anbringung von Wasserströmungsturbinen. In diesem Langschnitt sowie der 2 sind die Wasserströmungsturbinen der einfachheithalber als Freiströmungsturbinen dargestellt. Es können hierfür ebenso Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen statt Freiströmungsturbinen verwendet werden,
  • 2: Eine Frontansicht des Energieschiffes mit Aufstellung der Flettner-Rotoren und Anbringung der Wasserströmungsturbinen (ohne Ansicht der zusätzlichen Aussenschwimmkörper) nach 1,
  • 3: Eine Grobskizze einer Draufsicht des oben beschriebenen Energieschiffes mit Darstellung der grundsätzlich möglichen Anordnung des Energieschiffes für den Betrieb mit drei Drachenhöhensegeln und acht Flettner-Rotoren für den Antrieb von sechs Wasserströmungsturbinen und
  • 4: Eine Grobskizze einer Seitenansicht einer Vortexströmungsturbine mit einer Ringspaltöffnung zwischen Turbinenmantelgehäuse und Diffusor.
  • 1 zeigt in schematischer Weise die Aussenansicht des Energieschiffes 43 zur Umwandlung der Strömungsenergie, erzeugt durch den Vortrieb der Flettner-Rotoren 7 und/oder der Segelsysteme 26 und die daraus resultierende Relativgeschwindigkeit des Energieschiffes gegenüber dem umgebenden Wasser in der Prinzipskizze des Längsschnittes des zentralen Hauptschwimmkörpers 3 des Energieschiffes 43 und 2 zeigt als Prinzipskizze die dazugehörige Frontansicht des Hauptschwimmkörpers (Trimaran) des Energieschiffes 43 ohne Ansicht der zusätzlich möglichen Aussenschwimmkörper).
  • Die Umwandlung der Strömungsenergie, erzeugt durch die Relativbewegung des Energieschiffes 43 gegenüber dem umgebenden Wasser, in elektrische Energie erfolgt mittels sechs modularer Freiströmungsturbinen 6 mit je einem wasserdichten Gehäuse 1, welches mittels je eines ausreichend dimensionierten Kragarmes 2 an dem zentralen Schwimmkörper 3 und den beiden kleineren seitlichen Schwimmkörpern 4 befestigt sind. Diese seitlichen Trimaran-Schwimmkörper 4 sind über ausreichend dimensionierte Kragarme 5 starr mit dem zentralem Hauptschwimmkörper 3 verbunden.
  • In dem wasserdichtem Gehäuse 1 einer Freiströmungsturbine 6 ist ein Elektrogenerator 41 zusammen mit einem Getriebe 42 untergebracht, welche von einem dreiflügeligen Turbinenrad 50 angetrieben werden, wobei die Ausführung dieses Turbinenrades grundsätzlich auch zwei- oder vierflügelig sein kann.
  • Die weiteren erforderlichen einzelnen Schritte zur Weiterleitung, Verteilung, Mittel-/Niederspannungs-Transformation der mittels der Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen erzeugten elektrischen Energie sowie deren weitere Verwendung für die Versorgung von Elektrolyseanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff, der Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff, sowie der Methanol- und Ammoniaksynthese, sind identisch mit den bereits in dem Hauptpatent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3 beschriebenen Verfahren und werden daher hier nicht mehr weiter beschrieben.
  • Im Bug 44 des zentralen Schwimmkörpers 3 sowie in den Bugen der beiden kleineren seitlichen Schwimmkörper 4 des Energieschiffes 43 ist im Prinzip noch schematisch je eine eingefahrene und eingeklappte Vorrichtung 17 zur Unterbringung eines grossformatigen vollautomatischen Drachenhöhensegels 45 dargestellt.
  • Ferner ist im Heck 46 des zentralen Hauptschwimmkörpers 3 des Energieschiffes 43 noch schematisch ein Leitstand 18 des Energieschiffes 43 sowie Wohn- und Unterkunftsräume 51 für das Betriebs- und Wartungspersonal des Energieschiffes dargestellt. Die Linie A entspricht der Eintauchtiefe des Energieschiffes 43.
  • 3 zeigt in der Draufsicht in schematischer Weise als Grobprinzipskizze die Ansicht eines Energieschiffes 43 für den Betrieb mit drei Drachenhöhensegeln 26 und/oder mit acht Flettner-Rotoren 7. In dieser Draufsicht ist in schematischer Weise dargestellt, wie die prinzipielle Kraftübertragung von dem oder den Drachenhöhensegel(n) 26 über Steuergondeln 27 und ein kombiniertes Zugseil und Steuerkabel 28 an die verschiedenen Schwimmkörper 3, 29 des Energieschiffes 43 erfolgt. Ferner wird in dieser Grobprinzipskizze in schematischer Weise die Anordnung/Aufstellung der Flettner-Rotoren 7 auf den verschiedenen Schwimmkörpern 3, 4, 29 des Energieschiffes 43 angegeben.
  • 4 zeigt in schematischer Weise die Grobprinzipskizze einer Seitenansicht einer Vortexströmungsturbine 120. Bei dieser Strömungsturbinenbauart befindet sich der Generator 41 zusammen mit dem Getriebe 42 in einem innerhalb eines Mantelgehäuses 102 konzentrisch angebrachten wasserdichten Gehäuse 104, an welchem über eine horizontal aus dem Gehäuse 104 ragende Getriebewelle 114 ein axial angeströmtes Turbinenrad 105 befestigt ist.
  • Die Befestigung des wasserdichten Gehäuses 104 am Mantelgehäuse 102 erfolgt vorzugsweise mittels zweier gegenüberliegenden Rippen oder Streben 103. Das Mantelgehäuse 102 besitzt dabei eine konkav gekrümmte Innenmantellinie 107 mit einer in Strömungsrichtung 115 des durchfliessenden Wassers sich verengenden Einlaufpartie 116 in Richtung Turbinenrad 102 und einem sich diffusorartig erweiternden Abschnitt 117 in Richtung Gehäuseaustritt 109. In dem Bereich des engsten Stömungsquerschnitts des Mantelgehäuses 102 ist das Turbinenrad 105 angeordnet. Die mit der Verengung des Mantelgehäuses 102 einher gehende Querschnittsreduzierung bewirkt nach dem Kontinuitätsprinzip eine entsprechende Erhöhung der Durchtrittsgeschwindigkeit der Strömung des Wassers.
  • In dem sich stromab des Turbinenrades 105 in Richtung Gehäuseaustritt 109 erweiternden Abschnitts des Strömungskanals 112 innerhalb des Mantelgehäuses 102 erfolgt dann die verlustarme Verzögerung der Wasserströmung. Diese verlustarme Verzögerung der Wasserströmung setzt sich dann im Bereich eines Diffusorsegmentes 110 fort.
  • Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des Diffusor-Segmentes 110 ergibt sich durch Anbringen eines Ringspaltes 106 im Übergang 118 vom Mantelgehäuse 102 zum Diffusorsegment 110 („Vortexströmungsturbine"). Durch Anbringung eines Ringspaltes 106 oder bis zu drei Ringspalten – bei ingesamt drei in Strömungsrichtung 115 hintereinander angeordneten Diffusorsegmenten – wird es ermöglicht, dass das das Mantelgehäuse 102 und das Diffusorsegment 110 aussen schneller umströmende Wasser in den Diffusorbereich einströmt und sich durch dieses einströmende schnellere Wasser im Zusammenwirken mit der gekrümmten Mantellinie 107 des Diffusorsegmentes 110, unter Vermeidung der Grenzschichtablösung und Wirbelbildung, eine beschleunigte Randströmung ausbildet, welche die Diffusorströmung verstärkt nach aussen zieht und somit den nachgeschalteten Strömungswiderstand verringert und somit den Wirkungsgrad der „Vortexströmungsturbine" gegenüber dem einer Diffusorturbine erhöht. Zur Verhinderung von Beschädigungen der Anlagenteile, insbesondere des Turbinenrades 102 durch Treibgut, aber auch zum Schutz von grösseren Lebewesen ist der Strömungskanal 112 einlassseitig 108 durch ein Schutzgitter 111 abgesperrt.
  • Die Wasserströmungsturbinen wirken neben dem Strömungswiderstand des Schwimmkörpers dabei als Gegenkraft zu dem Segelantrieb/Antrieb der Flettner-Rotoren. Aufgrund physikalischer Gesetzmässigkeiten steigt dabei die Leistung der Wasserströmungsturbinen überproportional mit der Geschwindigkeit des Energieschiffes.
  • Die Wasserströmungsturbinen 101 sind vorzugsweise am Heck 46 unter dem Schwimmkörper 3 montiert und sind als Freistromturbinen 6 oder Diffusor- 121 oder Vortexströmungsturbinen 120 konzipiert. Die Flettner-Rotoren 7 sind auf dem Energieschiff 43 aufgestellt. Das Segel 26 (oder mehrere) kann auf dem Energieschiff 43 montiert sein und/oder als Schlepp- oder Drachenhöhensegel mit einem (oder mehreren) Antriebsseil(en) 28 zwischen Segel 26 und dem Energieschiff 43 (Schwimmkörper) ausgebildet sein. Es können mehrere Wasserströmungsturbinen 101 an einem Energieschiff 43 angebracht werden. Jede Turbine treibt einen elektrischen Generator 41 an (vorzugsweise über ein Getriebe 42). Der von den Generatoren erzeugte Strom wird für eine Wasser-Elektrolyse-Anlage zur Erzeugung von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas sowie für den sonstigen Eigenbedarf des Schiffes verwendet. Optional ist auch eine direkte Speicherung der erzeugten elektrischen Energie in ausreichend dimensionierten Akkumulatoren möglich. Zum Manövrieren des Energieschiffes ohne Segelantrieb ist ein Hilfsmotor vorzusehen.
  • Die Verfahren zur Speicherung und Weitertransport des erzeugten Wasserstoffes, Sauerstoffes, des Ammoniaks sowie der Anlieferung von CO2 und elektrolysefähigen Wassers mittels Mutterschiffen und Transportschiffen sind identisch mit den bereits beschriebenen Verfahren in dem Hauptpatent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3 und werden daher hier nicht mehr weiter beschrieben.

Claims (6)

  1. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie erzeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp- oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.
  2. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie erzeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.
  3. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von Ammoniak und Sauerstoff aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie erzeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp- oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.
  4. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von Methanol und Sauerstoff aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie er zeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp- oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene elektrische Energie in ausreichend dimensionierten Akkumulatoren gespeichert wird.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergie zum regenerativen Zusatzantrieb oder Antrieb von Schiffen über offenem Wasser eines Ozeans, Meeres oder Binnengewässers genutzt wird.
DE102007057267A 2007-05-26 2007-11-26 Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie Withdrawn DE102007057267A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007057267A DE102007057267A1 (de) 2007-05-26 2007-11-26 Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007024984.7 2007-05-26
DE102007024984 2007-05-26
DE102007057267A DE102007057267A1 (de) 2007-05-26 2007-11-26 Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007057267A1 true DE102007057267A1 (de) 2008-11-27

Family

ID=39877311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007057267A Withdrawn DE102007057267A1 (de) 2007-05-26 2007-11-26 Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007057267A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010064918A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-10 Prototech As Energy conversion system
CN101949357A (zh) * 2010-08-25 2011-01-19 长岛县水产研究所 风力与海流发电基桩相结合装置
WO2016150561A1 (en) 2015-03-20 2016-09-29 Suwis Sagl Traction air device, air device for a wind plant and wind plant for electric power production, ship provided with a traction air device
CN110966148A (zh) * 2020-01-02 2020-04-07 金华落日新能源科技有限公司 一种船只用高效发电装置
WO2021094987A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-20 Oceanergy Ag Kite driven watercraft power generating system
EP4116571A1 (de) * 2021-07-09 2023-01-11 Ingenieurbüro Immig GmbH Energieumwandlungsvorrichtung und energieumwandlungsanordnung

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010064918A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-10 Prototech As Energy conversion system
CN101949357A (zh) * 2010-08-25 2011-01-19 长岛县水产研究所 风力与海流发电基桩相结合装置
WO2016150561A1 (en) 2015-03-20 2016-09-29 Suwis Sagl Traction air device, air device for a wind plant and wind plant for electric power production, ship provided with a traction air device
CN107592848A (zh) * 2015-03-20 2018-01-16 司盖普股份公司 牵引空气装置、用于风力设备的空气装置、用于电力生产的风力设备和设置有牵引空气装置的船舶
US10953970B2 (en) 2015-03-20 2021-03-23 Skypull Sa Traction air device, air device for a wind plant and wind plant for electric power production, ship provided with a traction air device
WO2021094987A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-20 Oceanergy Ag Kite driven watercraft power generating system
CN110966148A (zh) * 2020-01-02 2020-04-07 金华落日新能源科技有限公司 一种船只用高效发电装置
EP4116571A1 (de) * 2021-07-09 2023-01-11 Ingenieurbüro Immig GmbH Energieumwandlungsvorrichtung und energieumwandlungsanordnung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2367715C (en) Water current turbine sleeve mounting
DE69902524T2 (de) Energiegewinnung aus sich bewegendem wasser
DE69630218T2 (de) Spiralturbine zur erzeugung von elektrische oder antriebsenergie
DE60131072T2 (de) Schwimmende offshore-windkraftanlage
DE102006043470B3 (de) Windfarmen mit hoher Ausnutzung mit direkt angetriebenen Generatoren mit Fremdbelüftung
DE102007057267A1 (de) Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie
Fraenkel Practical tidal turbine design considerations: a review of technical alternatives and key design decisions leading to the development of the SeaGen 1.2 MW tidal turbine
DE2429057A1 (de) Einrichtung zur nutzbarmachung von energie aus der wellenbewegung unruhiger see
CA2935485C (en) Hydrokinetic system
DE102007019027A1 (de) Verfahren zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE19952460A1 (de) Windkraftanlage
DE102011015303A1 (de) Windkraftwerk aufgefächert, getriebezentriert, elektrohydraulisch (AWKA)
DE102007036810A1 (de) Bidirektional anströmbare tauchende Energieerzeugungsanlage
DE202006014721U1 (de) Schwimmend verankertes Elektrizitätswerk
DE102011052667A1 (de) Schwimmkraftwerk
EP3878732A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum einstellen der strömungseigenschaften eines propellers
WO2015150194A1 (de) Wellenkraftwerk zur erzeugung von elektrischer energie aus wellen eines meeres
DE202007004146U1 (de) Energieschiff
DE102020004318A1 (de) Energierückgewinnung & Effizienz-Vorrichtungssystems gekoppelt mit Schiffs Elektro & Anti-Kentern System die Anwendbar bei aller Art Schiffen sind: aus deren Kinetischen-Energie, die fahrende Wasserfahrzeuge innehaben, durch Wasser- und Windturbinen Anwendung sowie Elektrogeneratoren wird aus Kinetischen die Elektroenergie erzeugt: zurück gewonnen.
DE102007020632A1 (de) Windkraftanlage
DE102004060275A1 (de) Materialsparender Strömungskonverter und dessen Verwendung als Wellenkraftwerk
EP2194264A1 (de) Verfahren bzw. Kraftwerk zum Gewinnen nutzbarer Energie aus Windkraft
US20030080245A1 (en) Self-inflated marine airship or balloon
WO2013017213A1 (de) Wasserkraftwerk
JP2023528154A (ja) エネルギ回収のための浮動船

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination

Effective date: 20141127