WO2003089787A1 - Buoyant wind power plant - Google Patents

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WO2003089787A1
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rotor
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floatable wind
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Egon Gelhard
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Gelhard, Theresia
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Definitions

  • the invention relates to a buoyant wind power plant that can be anchored in the coastal area and generates energy as cheaply as possible in poorly developed or accessible areas. This energy can be used, for example, to operate a desalination plant.
  • seawater desalination plants There are various systems for seawater desalination, all of which have a relatively high energy requirement. Almost all seawater desalination plants are operated with diesel generators, which in turn drive corresponding generators to generate the required electrical energy. As a result, the operation of conventional seawater desalination plants places a burden on the environment and climate due to the exhaust gas emissions and the resulting cooling heat. In addition, there is a difficulty in constructing such facilities in coastal areas that are difficult to access without appropriate infrastructure.
  • the invention is based on the object of proposing a decentralized energy supply device which can also be installed on coastal areas which are difficult to access and which can be coupled to seawater desalination.
  • the invention is based on the idea of proposing a buoyant wind power plant which has a buoyancy body, from which a rotor unit and an underwater part extend on opposite sides to stabilize the wind power plant.
  • the rotor unit here comprises at least one Gelhard rotor.
  • a Gelhard rotor as will be shown later with reference to FIG. 1, essentially corresponds to a Darrieus-H rotor, the advantages of which are that no wind direction tracking is required.
  • Gelhard rotors are inexpensive to manufacture because a simple mast construction is possible, no additional wind tracking is necessary, as is the case with horizontal axis systems and the individual rotor blades have a simple wing shape.
  • the floating wind turbine with Gelhard rotors is also almost maintenance-free, as a very long service life can be achieved in particular due to the uniform rotary movement.
  • the wind turbine is self-starting and has very low operating costs.
  • Another advantage is that the floating wind turbine with at least one Gelhard rotor is quiet because there are no unpleasant, beating rotor noise (so-called drop shadow) occur.
  • a last advantage, which is associated with the use of at least one Gelhard rotor, is that the wind power plant starts up even at very low wind speeds of about 2.25 m / s (wind speed 2).
  • the floating wind turbine can be transported floating on the waterway to the desired installation location and anchored on the water bed using suitable anchors.
  • a rotary body designed as a gyroscope is provided in the underwater part of the floating wind power plant and can be driven in the direction of rotation.
  • This design has several advantages. On the one hand, a corresponding weight must be provided in the underwater part in order to generate the stabilizing and uprighting moment of the wind power plant in the event of a wave. For this purpose, a high weight must be provided in the area of the underwater part, similar to a keel in boat building. Because there is a rotating body that can be driven as a gyroscope in the underwater part, the weight required for stabilizing the wind turbine is provided and, at the same time, this weight is also used to store kinetic energy.
  • a rotating body in the underwater part which can have a diameter of about 2 m and a height of about 1 m, for example, can store a considerable amount of kinetic energy during rapid rotation and thus buffer changes in the available wind energy caused by wind technology.
  • the rotary body preferably has poles on its circumferential surface and acts together with one Coil arrangement on the surrounding inner wall of the underwater part as a multi-pole generator.
  • this solution provides a third function of the rotating body.
  • the underwater part can be sealed off and evacuated relative to the buoyancy body.
  • the underwater part is sealed off, on the one hand, with regard to the operational safety of the entire system, which, when designed as a multi-chamber system, can still provide an undamaged chamber with appropriate buoyancy even if the floating body is damaged.
  • the frictional resistance when rotating the rotating body designed as a gyro can be minimized in accordance with the degree of evacuation.
  • the rotor unit comprises two Gelhard rotors, the rotor shafts of which are arranged coaxially to one another and which rotate in opposite directions of rotation when the wind is applied. Due to this special design of two rotors rotating in opposite directions, no more lateral torque is generated, since the torques of the two rotors cancel each other out. If the torques of the rotors cancel each other, the floating wind turbine can be anchored even if the seabed is not optimal, since the anchors no longer have to absorb torques, but primarily serve to fix the location.
  • each rotor shaft drives a gear pump with the hydraulic fluid in an associated hydraulic circuit is eligible.
  • each rotor shaft acts on a gear pump and each gear pump has an independent hydraulic circuit.
  • Gear pumps are particularly characterized by their wear-free and maintenance-free operation.
  • Each hydraulic circuit preferably comprises a gear motor, by means of whose gear movement the rotating body belonging to the multi-pole generator can be driven.
  • the generator is therefore not driven mechanically, but hydraulically by the two rotors.
  • the advantages are that a translation can be achieved through the measure.
  • the speed of the coaxial rotor shafts with normal drive is around 70 - 80 U / min - a speed that is too low for the drive of the generator.
  • a separate hydraulic circuit is used for the entire power transmission of the two rotors and the gear pumps are selected in terms of volume as much larger than the gear motors as required by the gear ratio for the generator on the drive side. In this way, wear-free and maintenance-free power transmission can be achieved.
  • an intermediate gear and / or a freewheel between each gear motor and the rotating body acting as a generator is also provided.
  • the freewheel is required so that the wind turbine does not brake the rotating body when there is no wind or can bring it to a standstill when there is no wind.
  • An intermediate gear can be provided in order to be able to constructively design the desired transmission ratios to the optimal values.
  • the gear motors can act on the rotating body, for example, via an intermediate planetary gear.
  • a bypass line around the gear motor is provided in each hydraulic circuit and also a three-way valve with which the flow distribution between the bypass line and the flow line to the gear motor can be adjusted.
  • the transmission of power between the rotor shafts and the rotating body of the generator can be separated and recoupled without any problems and, if, according to a further preferred embodiment, the three-way valve in each hydraulic circuit interacts with a speed limiter that is mechanically or information-technically coupled to the rotating body maximum speed to be determined can be controlled.
  • the floating wind power plant preferably comprises a seawater desalination plant which is arranged in the region of the buoyancy body and can be operated via the wind energy generated.
  • the environmentally friendly electricity generated by the wind power plant thus operates an integrated seawater desalination plant with which the seawater desalination and thus the decentralized
  • Drinking water supply can be achieved inexpensively.
  • the operation of the corresponding pumps for drawing in sea water and for pumping drinking water can also be operated via the electrical energy generated.
  • the entire buoyant wind power plant further comprises a device for buffering the electrical energy.
  • a device for buffering the electrical energy After the rotating body in the underwater part already one If the kinetic energy is buffered and the electrical energy is supplied as evenly as possible via the generator, the seawater desalination plant can be regulated as required by separate buffering of the electrical energy and longer periods of wind calm can be bridged by providing additional buffering for electrical energy become.
  • Various systems such as batteries can be used to buffer the electrical energy, or an additional system for the electrolysis of water, a device for hydrogen storage and a fuel cell are provided. Alternatively, however, other systems known in the art for storing electrical energy can also be used.
  • the wind power plant further comprises a multi-pole generator which is arranged between two rotor units of the wind power plant.
  • a multi-pole generator which is arranged between two rotor units of the wind power plant.
  • Fig. 1 shows a schematic view of the buoyant wind turbine with two stacked Gelhard rotors
  • Figure 2a shows a top view of the bottom, i.e. rotor closer to the water surface
  • FIG. 2b shows a top view of the upper rotor
  • Fig. 3 schematically explains the power transmission between the rotor shafts and the multi-pole generator.
  • the wind turbine (10) floats in a body of water and consists of a buoyancy body 12 which is rotationally symmetrical and, in addition to an essentially cylindrical floating part 12a, has a frustoconical attachment part which is fixedly connected to the floating part and which together has a buoyancy housing for aggregates of the overall system which will be explained in more detail later 10 form.
  • the frustoconical shape above the water surface serves to offer only a small surface for both the wind and the waves.
  • an underwater part 14 is fixedly connected to it, which acts as a lowering keel and stabilizes the entire wind turbine 10, i.e. leaves calm even when the waves are strong and, if the entire wind turbine is tilted undesirably, returns it to the vertical position.
  • One or more anchoring elements 16 are fastened to the drive body 12, by means of which the wind power plant is anchored on the body of water (not shown) via anchors or the like.
  • the rotor unit 18 On the side of the buoyancy body opposite the underwater part 14, the rotor unit 18 is provided, which consists of two Gelhard rotors 18a and 18b arranged one above the other. The two rotors 18a and 18b are each rotatable about a vertical axis 20 and arranged coaxially to one another.
  • the buoyancy body 12 is provided with an access hatch 22 which can be completely closed and ensures absolute tightness.
  • the hatch is arranged as far up as possible and is additionally surrounded by a grating 26, which serves as protection against waves. Starting from the hatch there are ladders into the buoyancy body 12 and the underwater part 14.
  • the underwater part could be provided in the area 14a, which connects the connecting tube from the buoyancy body 12 to the expanded underwater part 14b, which receives the rotating body explained later, with a diameter of about 1.0 m, so that a person can comfortably get into the underwater part with a ladder ,
  • the underwater part 14 of the wind turbine 10 consists of a connecting pipe 14a and a rotationally symmetrical underwater housing 14b, in which there is a rotating body 28 which is designed as a gyroscope and, as will be explained later, set in rotation by the rotation of the rotors 18a, 18b becomes.
  • the rotating body 28 is provided with magnetic poles 30 which interact with a coil 32 arranged on the housing 14b and together form a multi-pole generator which generates electrical energy when the rotating body 28 rotates.
  • the two rotors 18a and 18b are shown in section. It is therefore a horizontal cutting plane.
  • three rotor blades 34 each with a streamlined profile are rigidly connected to a linkage 36, which in turn is rigidly connected to a hollow axis 38a for the rotor 18a and 38b for the rotor 18b.
  • the outer diameter of the hollow shaft 38b and the inner diameter of the hollow shaft 38a are matched to one another such that the hollow shaft 38b of the rotor 18b can be arranged within the hollow shaft 38a of the rotor 18a.
  • the profiling of the rotor blades creates a rotation of the entire rotor consisting of rotor blades, linkage and hollow shaft. Since the arrangement of the profiled rotor blades is different for the two rotors, the opposite direction of rotation of the two rotors 18a and 18b also results.
  • a seawater desalination plant can be located in the area of the buoyancy body, which in addition to the fittings and instruments required for this purpose also accommodates the necessary control, regulating and control instruments.
  • a storage device for electrical energy in the form of hydrogen electrolysis and fuel cell high-pressure bottles for storing hydrogen or buffer batteries for emergency power can also be accommodated in the underwater part.
  • a tightly lockable hatch can be provided in the area of the connection 14a between the buoyancy body 12 and the underwater part 14.
  • This hatch divides the unit consisting of buoyancy body 12 and underwater part 14 into two chambers, so that in the event of possible damage from the remaining chamber there is sufficient residual buoyancy.
  • the tightly closing hatch also makes it possible to evacuate the underwater part, so that the rotating body 28 does not have to overcome air friction when it rotates and thus the energy loss is minimized.
  • FIG. 3 shows the operation of the entire system according to the embodiment described here in a highly schematic manner.
  • the individual components are both shown schematically and arranged on the drawing plane at a location which makes it easier to depict the interaction between the individual components is suitable, but does not reflect the correct geometric position of the individual components.
  • the hollow shafts 38a and 38b belonging to the two rotors 18a and 18b are shown schematically.
  • the hollow shaft of the rotor 18b i.e. the axis 38b is directly connected in a rotationally rigid manner to a first gear pump 40 and drives the first gear pump 40 by its rotation.
  • the hollow shaft 38a of the rotor 18a is also non-rotatably connected to the second gear pump 42.
  • the hollow shaft 38a it was schematically shown that the hollow shafts do not have to be connected directly to the gear pumps, but that an intermediate gear can also be present, as is indicated by the reference number 44 in relation to the external hollow shaft 38a.
  • a separate hydraulic circuit is assigned to both the first gear pump 40 and the second gear pump 42. However, since the flow in both hydraulic circuits is the same, the separate hydraulic circuits can be discussed together below.
  • the hydraulic fluid in the hydraulic circuits is pumped through the pipelines and reaches a three-way valve 46 or 48 in the direction of arrow A, via which the hydraulic fluid can be divided into the partial flows B1 and B2.
  • the three-way valve 46 or 48 can of course be actuated so that hydraulic fluid flows only through path B1 or B2 or, in predetermined conditions, through both paths simultaneously.
  • the gear motors 50 and 52 are set in rotation by the flowing hydraulic fluid and act on the rotating body 28, which is arranged in the underwater part and can be set in rotation in the form of a gyroscope.
  • the transmission of the kinetic energy between the gear pumps 50 and 52 and the rotary body 28 can take place via intermediate gears 54 and 56, which are preferably each provided with a freewheel, so at low wind speeds and, as a result, a low delivery capacity of the gear pumps 40 and 42 and a low rotational speed of the gear motors 50 and 52 corresponding to the rotating body 28 cannot be braked or even brought to a standstill.
  • a speed limiter 58 which is connected in a rotationally rigid manner to the rotary body 28 and can act in a manner familiar to the person skilled in the art, for example via a centrifugal mechanism.
  • the speed limiter 58 is either directly mechanically connected to the three-way valves 46 and 48 via the connections 60, or is in an information connection to these. If the rotational speed of the rotary body 28 becomes too high in accordance with the specification, the three-way valves 46 and 48 open the bypass path B2, so that less hydraulic fluid is available for driving the geared motors 50 and 52.
  • the electrical energy generated in the multi-pole generator is first preferably fed to an energy buffering device 62, which can have, for example, a first subunit 64 for hydrogen electrolysis.
  • the hydrogen generated can be stored in a further subunit 66, for example in the form of high-pressure bottles, and again via a power unit 68, for example in the form of a fuel cell be made available to operate a seawater desalination plant 70, which is supplied in the direction of arrow E sea water and from which drinking water is pumped out in the direction of arrow F and is conveyed via a line to the nearby bank.
  • a seawater desalination plant 70 which is supplied in the direction of arrow E sea water and from which drinking water is pumped out in the direction of arrow F and is conveyed via a line to the nearby bank.
  • Seawater desalination plant can operate by any method known in the art today, but preferably seawater desalination plant 70 operates by reverse osmosis.
  • the interaction of the buffering of kinetic energy in the rotating body 28 and the buffering of electrical energy in the energy buffering device 62 can also bridge longer wind drafts and still provide the energy required for the operation of an energy-consuming seawater desalination at low cost.
  • the buoyant wind turbine can achieve very favorable kWh prices, which for systems up to 10 kW at ax. 0.05 EUR and for systems from 10 kW is approximately 0.04 EUR.
  • the environment is relieved and, if such desalination plants are used to cover drinking water needs, the increase in water in the oceans caused by climate change is compensated.

Abstract

A buoyant wind power plant comprises a float (12), whereby a rotor unit (18) and an underwater part (14) extend from opposite sides of the float, and the rotor unit (18) has at least one Gelhard rotor (18a, 18b).

Description

Schwimmfähige Windkraftanlaσe Floatable wind turbines
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Windkraftanlage, die im küstennahen Bereich verankert werden kann und in schlecht erschlossenen oder erschließbaren Gebieten möglichst kostengünstig Energie erzeugt. Diese Energie kann beispielsweise zum Betrieb einer Meerwasserentsalzungsanlage eingesetzt werden.The invention relates to a buoyant wind power plant that can be anchored in the coastal area and generates energy as cheaply as possible in poorly developed or accessible areas. This energy can be used, for example, to operate a desalination plant.
Stand der TechnikState of the art
Für die Meerwasser-Entsalzung gibt es verschiedene Systeme, die alle einen verhältnismäßig hohen Energiebedarf besitzen. Fast alle Anlagen zur Meerwasserentsalzung werden mit Dieselaggregaten betrieben, die wiederum entsprechende Generatoren zur Erzeugung der benötigten elektrischen Energie antreiben. Somit wird durch den Betrieb herkömmlicher Meerwasser-Entsalzungsanlagen Umwelt und Klima durch die Abgasemission und die entstehende Kühlwärme belastet. Darüber hinaus besteht die Schwierigkeit, derartige Anlagen in schwer zugänglichen Küstenbereichen ohne entsprechende Infrastruktur zu errichten.There are various systems for seawater desalination, all of which have a relatively high energy requirement. Almost all seawater desalination plants are operated with diesel generators, which in turn drive corresponding generators to generate the required electrical energy. As a result, the operation of conventional seawater desalination plants places a burden on the environment and climate due to the exhaust gas emissions and the resulting cooling heat. In addition, there is a difficulty in constructing such facilities in coastal areas that are difficult to access without appropriate infrastructure.
Die gleichen Probleme einer erschwerten Installation treten bei herkömmlichen Windkraftanlagen auf, die bei großer Dimensionierung nur äußerst schwierig zu transportieren sind und häufig nicht zu den für die Erzeugung von Windenergie am besten geeigneten Orten gebracht werden können. Darstellung der ErfindungThe same problems of difficult installation occur in conventional wind turbines, which are extremely difficult to transport with large dimensions and often cannot be brought to the most suitable locations for the generation of wind energy. Presentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung vorzuschlagen, die auch an schwer zugänglichen Küstenbereichen installiert werden kann und mit einer Meerwasser-Entsalzung koppelbar ist.The invention is based on the object of proposing a decentralized energy supply device which can also be installed on coastal areas which are difficult to access and which can be coupled to seawater desalination.
Diese Aufgabe wird durch eine schwimmfähige Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a buoyant wind turbine with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung folgen aus den übrigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention follow from the remaining claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine schwimmfähige Windkraftanlage vorzuschlagen, die einen Auftriebskörper aufweist, von dem sich an entgegengesetzten Seiten eine Rotoreinheit und ein Unterwasserteil zur Stabilisierung der Windkraftanlage erstrecken. Die Rotoreinheit umfasst hierbei mindestens einen Gelhard-Rotor.The invention is based on the idea of proposing a buoyant wind power plant which has a buoyancy body, from which a rotor unit and an underwater part extend on opposite sides to stabilize the wind power plant. The rotor unit here comprises at least one Gelhard rotor.
Ein Gelhard-Rotor, wie er später anhand der Fig. 1 dargestellt werden wird, entspricht im wesentlichen Aufbau einem Darrieus-H-Rotor, dessen Vorteile darin liegen, dass keine Windrichtungsnachführung benötigt wird. Gelhard-Rotoren sind preisgünstig in der Herstellung, da eine einfache Mastbauweise möglich ist, keine zusätzlichen Windnachführungen nötig sind, wie dies bei Horizontalachsanlagen der Fall ist und die einzelnen Rotorblätter eine einfache Flügelform aufweisen. Darüber hinaus ist die schwimmfähige Windkraftanlage mit Gelhard-Rotoren auch nahezu wartungsfrei, da insbesondere durch die gleichförmige Drehbewegung eine sehr hohe Lebensdauer erzielt werden kann. Darüber hinaus ist die Windkraftanlage selbstanlaufend und besitzt sehr niedrige Betriebskosten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die schwimmfähige Windkraftanlage mit mindestens einem Gelhard-Rotor geräuscharm ist, weil keine unangenehmen, schlagenden Rotorgeräusche (sogenannte Schlagschatten) auftreten.A Gelhard rotor, as will be shown later with reference to FIG. 1, essentially corresponds to a Darrieus-H rotor, the advantages of which are that no wind direction tracking is required. Gelhard rotors are inexpensive to manufacture because a simple mast construction is possible, no additional wind tracking is necessary, as is the case with horizontal axis systems and the individual rotor blades have a simple wing shape. In addition, the floating wind turbine with Gelhard rotors is also almost maintenance-free, as a very long service life can be achieved in particular due to the uniform rotary movement. In addition, the wind turbine is self-starting and has very low operating costs. Another advantage is that the floating wind turbine with at least one Gelhard rotor is quiet because there are no unpleasant, beating rotor noise (so-called drop shadow) occur.
Ein letzter Vorteil, der mit der Verwendung mindestens eines Gelhard-Rotors verbunden ist, besteht darin, dass die Windkraftanlage bereits bei sehr geringen Windstärken von etwa 2,25m/s (Windstärke 2) anläuft.A last advantage, which is associated with the use of at least one Gelhard rotor, is that the wind power plant starts up even at very low wind speeds of about 2.25 m / s (wind speed 2).
Die schwimmfähige Windkraftanlage kann schwimmend auf dem Wasserweg zu dem gewünschten Aufstellort transportiert werden und über geeignete Anker auf dem Gewässergrund verankert werden.The floating wind turbine can be transported floating on the waterway to the desired installation location and anchored on the water bed using suitable anchors.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung folgen aus den übrigen Ansprüchen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Unterwasserteil der schwimmfähigen Windkraftanlage ein als Kreisel ausgebildeter Rotationskörper vorgesehen, der in Rotationsrichtung antreibbar ist. Diese Gestaltung besitzt mehrere Vorteile. Zum einen muss im Unterwasserteil ein entsprechendes Gewicht vorgesehen sein, um bei Wellenschlag das stabilisierende und aufrichtende Moment der Windkraftanlage zu erzeugen. Zu diesem Zweck muss ähnlich einem Kiel im Bootsbau ein hohes Gewicht im Bereich des Unterwasserteils vorgesehen werden. Indem sich im Unterwasserteil ein als Kreisel antreibbarer Rotationskörper befindet, wird zum einen das für die Stabilisierung der Windkraftanlage benötigte Gewicht vorgesehen und gleichzeitig dieses Gewicht auch zur Speicherung von kinetischer Energie verwendet. Ein Rotationskörper im Unterwasserteil, der beispielsweise einen Durchmesser von etwa 2m und eine Höhe von etwa Im besitzen kann, kann bei schneller Rotation ein beträchtliches Maß an kinetischer Energie speichern und somit windtechnisch bedingte Änderungen der verfügbaren Windenergie puffern.Preferred embodiments of the invention follow from the remaining claims. According to a preferred embodiment of the invention, a rotary body designed as a gyroscope is provided in the underwater part of the floating wind power plant and can be driven in the direction of rotation. This design has several advantages. On the one hand, a corresponding weight must be provided in the underwater part in order to generate the stabilizing and uprighting moment of the wind power plant in the event of a wave. For this purpose, a high weight must be provided in the area of the underwater part, similar to a keel in boat building. Because there is a rotating body that can be driven as a gyroscope in the underwater part, the weight required for stabilizing the wind turbine is provided and, at the same time, this weight is also used to store kinetic energy. A rotating body in the underwater part, which can have a diameter of about 2 m and a height of about 1 m, for example, can store a considerable amount of kinetic energy during rapid rotation and thus buffer changes in the available wind energy caused by wind technology.
Vorzugsweise besitzt der Rotationskörper auf seiner Umfangsflache Pole und wirkt gemeinsam mit einer Spulenanordnung an der umgebenden Innenwandung des Unterwasserteils als Vielpolgenerator . Diese Lösung stellt neben den zwei obengenannten Funktionen des Bereitsteilens eines ausreichenden Gewichts zur Stabilisierung der Windkraftanlage und der Speicherung von kinetischer Energie eine dritte Funktion des Rotationskörpers bereit.The rotary body preferably has poles on its circumferential surface and acts together with one Coil arrangement on the surrounding inner wall of the underwater part as a multi-pole generator. In addition to the two functions mentioned above, providing a sufficient weight to stabilize the wind turbine and storing kinetic energy, this solution provides a third function of the rotating body.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Unterwasserteil gegenüber dem Auftriebskörper dicht abschließbar und evakuierbar. Das dichte Abschließen des Unterwasserteils erfolgt zum einen im Hinblick auf die Betriebssicherheit der gesamten Anlage, die bei Ausbildung als ein MehrkammerSystem auch bei einer Beschädigung des Auftriebskörpers noch eine unbeschädigte Kammer mit entsprechendem Auftrieb bereitstellen kann. Andererseits lässt sich durch das Evakuieren des Unterwasserteils, in dem sich der Rotationskörper befindet, der Reibungswiderstand bei der Drehung des als Kreisel ausgebildeten Rotationskörpers entsprechend dem Evakuierungsgrad minimieren.According to a preferred embodiment, the underwater part can be sealed off and evacuated relative to the buoyancy body. The underwater part is sealed off, on the one hand, with regard to the operational safety of the entire system, which, when designed as a multi-chamber system, can still provide an undamaged chamber with appropriate buoyancy even if the floating body is damaged. On the other hand, by evacuating the underwater part in which the rotating body is located, the frictional resistance when rotating the rotating body designed as a gyro can be minimized in accordance with the degree of evacuation.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rotoreinheit zwei Gelhard-Rotoren, deren Rotorwellen koaxial zueinander angeordnet sind und die bei Windbeaufschlagung in gegensinnigen Drehrichtungen rotieren. Durch diese spezielle Ausgestaltung von zwei gegensinnig rotierenden Rotoren wird kein seitliches Drehmoment mehr erzeugt, da sich die Drehmomente der beiden Rotoren gegeneinander aufheben. Wenn sich die Drehmomente der Rotoren aufheben, ist die Verankerung der schwimmfähigen Windkraftanlage auch bei nicht optimaler Beschaffenheit des Meeresbodens möglich, da die Verankerungen keine Drehmomente mehr auffangen müssen, sondern in erster Linie der Standortfixierung dienen.According to a preferred embodiment of the invention, the rotor unit comprises two Gelhard rotors, the rotor shafts of which are arranged coaxially to one another and which rotate in opposite directions of rotation when the wind is applied. Due to this special design of two rotors rotating in opposite directions, no more lateral torque is generated, since the torques of the two rotors cancel each other out. If the torques of the rotors cancel each other, the floating wind turbine can be anchored even if the seabed is not optimal, since the anchors no longer have to absorb torques, but primarily serve to fix the location.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treibt jede Rotorwelle jeweils eine Zahnradpumpe an, mit der Hydraulikflüssigkeit in einen zugehörigen Hydraulikkreislauf förderbar ist. Mit anderen Worten wirkt jede Rotorwelle auf eine Zahnradpumpe und jede Zahnradpumpe besitzt einen unabhängigen Hydraulikkreislauf. Bei der Verwendung von zwei Gelhard-Rotoren sind somit zwei Hydraulikkreisläufe vorhanden, wobei die Hydraulikflüssigkeit jeweils durch eine mit einer Rotorwelle verbundene Zahnradpumpe gefördert wird. Zahnradpumpen zeichnen sich insbesondere durch ihren verschleißfreien und wartungsfreien Betrieb aus.According to a preferred embodiment of the invention, each rotor shaft drives a gear pump with the hydraulic fluid in an associated hydraulic circuit is eligible. In other words, each rotor shaft acts on a gear pump and each gear pump has an independent hydraulic circuit. When using two Gelhard rotors, two hydraulic circuits are thus available, the hydraulic fluid being conveyed by a gear pump connected to a rotor shaft. Gear pumps are particularly characterized by their wear-free and maintenance-free operation.
Vorzugsweise umfasst jeder Hydraulikkreislauf einen Zahnradmotor, durch dessen Zahnradbewegung der zum Vielpolgenerator gehörende Rotationskörper antreibbar ist. Somit wird der Generator nicht mechanisch, sondern hydraulisch von den beiden Rotoren angetrieben. Die Vorteile liegen darin, dass durch die Maßnahme eine Übersetzung erreicht werden kann. Die Drehzahl der koaxial zueinander angeordneten Rotorwellen liegt bei normalem Antrieb bei etwa 70 - 80 U/min - eine Drehzahl, die für den Antrieb des Generators zu gering ist. Um eine Übersetzung zu erreichen, werden für die gesamte Kraftübertragung der beiden Rotoren ein jeweils getrennter Hydraulikkreislauf eingesetzt und die Zahnradpumpen in Bezug auf das Volumen so viel größer gewählt als die Zahnradmotoren, wie die auf der Antriebsseite erforderliche Übersetzung für den Generator dies erfordert. Auf diese Weise lässt sich eine verschleißfreie und wartungsfreie Kraftübertragung erzielen.Each hydraulic circuit preferably comprises a gear motor, by means of whose gear movement the rotating body belonging to the multi-pole generator can be driven. The generator is therefore not driven mechanically, but hydraulically by the two rotors. The advantages are that a translation can be achieved through the measure. The speed of the coaxial rotor shafts with normal drive is around 70 - 80 U / min - a speed that is too low for the drive of the generator. In order to achieve a gear ratio, a separate hydraulic circuit is used for the entire power transmission of the two rotors and the gear pumps are selected in terms of volume as much larger than the gear motors as required by the gear ratio for the generator on the drive side. In this way, wear-free and maintenance-free power transmission can be achieved.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein Zwischengetriebe und/oder ein Freilauf zwischen jedem Zahnradmotor und dem als Generator wirkenden Rotationskörper vorgesehen. Der Freilauf wird benötigt, damit die Windkraftanlage bei Windstille nicht den Rotationskörper bremst bzw. bei längerer Windstille zum Stillstand bringen kann. Ein zwischengeschaltetes Getriebe kann vorgesehen sein, um die gewünschten Übersetzungsverhältnisse konstruktiv auf die optimalen Werte festlegen zu können. Die Zahnradmotoren können beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Planetengetriebe auf den Rotationskörper wirken.According to a preferred embodiment, an intermediate gear and / or a freewheel between each gear motor and the rotating body acting as a generator is also provided. The freewheel is required so that the wind turbine does not brake the rotating body when there is no wind or can bring it to a standstill when there is no wind. An intermediate gear can be provided in order to be able to constructively design the desired transmission ratios to the optimal values. The gear motors can act on the rotating body, for example, via an intermediate planetary gear.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in jedem Hydraulikkreislauf eine Bypassleitung um den Zahnradmotor vorgesehen sowie auch ein Dreiwegeventil, mit dem die Durchflussverteilung zwischen der Bypassleitung und der Strömungsleitung zum Zahnradmotor einstellbar ist. Durch diese Maßnahme kann die Kraftübertagung zwischen den Rotorwellen und dem Rotationskörper des Generators problemlos getrennt und wieder eingekuppelt werden und, falls nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform das Dreiwegeventil in jedem Hydraulikkreislauf mit einem Drehzahlbegrenzer zusammenwirkt, der mechanisch oder informationstechnisch mit dem Rotationskörper gekoppelt ist, auch die festzulegende maximale Drehzahl gesteuert werden. Indem ein Drehzahlregler bei Überschreiten der maximalen Drehzahl das hydraulische Dreiwegeventil entsprechend steuert, lässt sich eine sichere, zuverlässige und vor allem auch kostengünstige Steuerung der Drehzahlbegrenzung erreichen.According to a preferred embodiment of the invention, a bypass line around the gear motor is provided in each hydraulic circuit and also a three-way valve with which the flow distribution between the bypass line and the flow line to the gear motor can be adjusted. With this measure, the transmission of power between the rotor shafts and the rotating body of the generator can be separated and recoupled without any problems and, if, according to a further preferred embodiment, the three-way valve in each hydraulic circuit interacts with a speed limiter that is mechanically or information-technically coupled to the rotating body maximum speed to be determined can be controlled. By controlling the hydraulic three-way valve accordingly when the maximum speed is exceeded, safe, reliable and, above all, cost-effective control of the speed limitation can be achieved.
Vorzugsweise umfasst die schwimmfähige Windkraftanlage eine Meerwasser-Entsalzungsanlage, die im Bereich des Auftriebskörpers angeordnet ist und über die erzeugte Windenergie betreibbar ist. Der durch die Windkraftanlage gewonnene umweltfreundliche Strom betreibt somit eine integrierte Meerwasser-Entsalzungsanlage, mit der die Meerwasserentsalzung und somit die dezentraleThe floating wind power plant preferably comprises a seawater desalination plant which is arranged in the region of the buoyancy body and can be operated via the wind energy generated. The environmentally friendly electricity generated by the wind power plant thus operates an integrated seawater desalination plant with which the seawater desalination and thus the decentralized
Trinkwasserversorgung kostengünstig erreicht werden kann. Der Betrieb der entsprechenden Pumpen zum Ansaugen von Meerwasser und zum Pumpen von Trinkwasser können ebenfalls über die erzeugte elektrische Energie betrieben werden.Drinking water supply can be achieved inexpensively. The operation of the corresponding pumps for drawing in sea water and for pumping drinking water can also be operated via the electrical energy generated.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die gesamte schwimmfähige Windkraftanlage weiterhin eine Einrichtung zur Pufferung der elektrischen Energie umfasst. Nachdem der Rotationskörper im Unterwasserteil bereits eine Pufferung der kinetischen Energie vornimmt und eine möglichst gleichmäßige Abgabe von elektrischer Energie über den Generator vorsieht, kann durch eine gesonderte Pufferung der elektrischen Energie die Meerwasser-Entsalzungsanlage bedarfsorientiert geregelt werden und es können durch das Vorsehen einer zusätzlichen Pufferung für elektrische Energie längere Zeiten von Windflaute überbrückt werden. Für die Pufferung der elektrischen Energie können verschiedene Systeme wie Batterien eingesetzt werden oder aber es wird eine zusätzliche Anlage zur Elektrolyse von Wasser, eine Einrichtung zur Wasserstoffspeicherung sowie eine Brennstoffzelle vorgesehen. Alternativ können jedoch auch andere in der Technik bekannte Systeme zur Speicherung elektrischer Energie eingesetzt werden.It has proven to be particularly advantageous if the entire buoyant wind power plant further comprises a device for buffering the electrical energy. After the rotating body in the underwater part already one If the kinetic energy is buffered and the electrical energy is supplied as evenly as possible via the generator, the seawater desalination plant can be regulated as required by separate buffering of the electrical energy and longer periods of wind calm can be bridged by providing additional buffering for electrical energy become. Various systems such as batteries can be used to buffer the electrical energy, or an additional system for the electrolysis of water, a device for hydrogen storage and a fuel cell are provided. Alternatively, however, other systems known in the art for storing electrical energy can also be used.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Windkraftanlage weiterhin einen Vielpolgenerator, der zwischen zwei Rotoreinheiten der Windkraftanlage angeordnet ist. Diese Konstruktionsvariante ist sehr einfach und kostengünstig, weil die gegensinnig rotierbaren Wellen von zwei Rotoren so zusammenwirken, dass zwischen magnetischen Polen an der einen Welle und Spulenanordnung im Bereich der anderen Welle eine erhöhte Relativbewegung besteht, wodurch sich die relativ geringen Drehfrequenzen verdoppeln.According to a preferred embodiment, the wind power plant further comprises a multi-pole generator which is arranged between two rotor units of the wind power plant. This design variant is very simple and inexpensive because the oppositely rotatable shafts of two rotors interact in such a way that there is an increased relative movement between magnetic poles on one shaft and coil arrangement in the area of the other shaft, as a result of which the relatively low rotational frequencies are doubled.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der schwimmfähigen Windkraftanlage mit zwei übereinander angeordneten Gelhard-Rotoren;Fig. 1 shows a schematic view of the buoyant wind turbine with two stacked Gelhard rotors;
Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf den unteren, d.h. näher zur Wasseroberfläche angeordneten Rotor;Figure 2a shows a top view of the bottom, i.e. rotor closer to the water surface;
Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf den oberen Rotor; und Fig. 3 erläutert schematisch die Kraftübertragung zwischen den Rotorwellen und dem Vielpolgenerator.2b shows a top view of the upper rotor; and Fig. 3 schematically explains the power transmission between the rotor shafts and the multi-pole generator.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
In der nachfolgenden Beschreibung werden jeweils dieselben Bauelemente mit denselben Referenzziffern bezeichnet werden.In the following description, the same components will be designated with the same reference numbers.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße schwimmfähige Windkraftanlage. Die Windkraftanlage (10) schwimmt in einem Gewässer und besteht aus einem Auftriebskörper 12, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist und neben einem im wesentlichen zylinderförmigen Schwimmteil 12a ein fest mit dem Schwimmteil verbundenes, kegelstumpfförmiges Aufsatzteil besitzt, die gemeinsam ein Auftriebsgehäuse für später näher erläuterte Aggregate der Gesamtanlage 10 bilden. Die kegelstumpfförmige Form oberhalb der Wasseroberfläche dient dazu, sowohl für den Wind als auch den Wellenschlag nur eine geringe Angriffsfläche zu bieten.1 shows the buoyant wind power plant according to the invention. The wind turbine (10) floats in a body of water and consists of a buoyancy body 12 which is rotationally symmetrical and, in addition to an essentially cylindrical floating part 12a, has a frustoconical attachment part which is fixedly connected to the floating part and which together has a buoyancy housing for aggregates of the overall system which will be explained in more detail later 10 form. The frustoconical shape above the water surface serves to offer only a small surface for both the wind and the waves.
Auf der einen Seite des Auftriebskörpers 12 ist mit diesem fest ein Unterwasserteil 14 verbunden, das als Senkkiel wirkt und die gesamte Windkraftanlage 10 stabilisiert, d.h. auch bei starkem Wellengang ruhig lässt und bei einer unerwünschten Neigung der gesamten Windkraftanlage diese wieder in die senkrechte Lage zurückführt. Am Antriebskörper 12 sind eine oder mehrere Verankerungselemente 16 befestigt, mit denen die Windkraftanlage auf dem Gewässerboden (nicht dargestellt) über Anker oder ähnliches verankert wird.On one side of the buoyancy body 12, an underwater part 14 is fixedly connected to it, which acts as a lowering keel and stabilizes the entire wind turbine 10, i.e. leaves calm even when the waves are strong and, if the entire wind turbine is tilted undesirably, returns it to the vertical position. One or more anchoring elements 16 are fastened to the drive body 12, by means of which the wind power plant is anchored on the body of water (not shown) via anchors or the like.
Auf der dem Unterwasserteil 14 entgegensetzten Seite des Auftriebskörpers ist die Rotoreinheit 18 vorgesehen, die aus zwei übereinander angeordneten Gelhard-Rotoren 18a und 18b besteht. Die beiden Rotoren 18a und 18b sind jeweils um eine vertikale Achse 20 drehbar und koaxial zueinander angeordnet. Der Auftriebskörper 12 ist mit einer Einstiegsluke 22 versehen, die vollständig verschlossen werden kann und absolute Dichtheit gewährleistet. Die Luke ist möglichst weit oben angeordnet und zusätzlich mit einem Gitter 26 umgeben, das als Schutz gegen Wellenschlag dient. Von der Luke ausgehend befinden sich Steigleitern in den Auftriebskörper 12 und das Unterwasserteil 14 hinein. Das Unterwasserteil könnte im Bereich 14a, welches das Verbindungsrohr vom Auftriebskörper 12 zu dem erweiterten Unterwasserteil 14b, welches den später erläuterten Rotationskörper aufnimmt, mit einem Durchmesser von etwa 1,0m versehen sein, so dass eine Person bequem mit einer Steigleiter in den Unterwasserteil gelangen kann.On the side of the buoyancy body opposite the underwater part 14, the rotor unit 18 is provided, which consists of two Gelhard rotors 18a and 18b arranged one above the other. The two rotors 18a and 18b are each rotatable about a vertical axis 20 and arranged coaxially to one another. The buoyancy body 12 is provided with an access hatch 22 which can be completely closed and ensures absolute tightness. The hatch is arranged as far up as possible and is additionally surrounded by a grating 26, which serves as protection against waves. Starting from the hatch there are ladders into the buoyancy body 12 and the underwater part 14. The underwater part could be provided in the area 14a, which connects the connecting tube from the buoyancy body 12 to the expanded underwater part 14b, which receives the rotating body explained later, with a diameter of about 1.0 m, so that a person can comfortably get into the underwater part with a ladder ,
Das Unterwasserteil 14 der Windkraftanlage 10 besteht aus einem Verbindungsrohr 14a sowie einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Unterwassergehäuse 14b, in dem sich ein Rotationskörper 28 befindet, der als Kreisel ausgebildet ist und, wie später erläutert werden wird, durch die Drehung der Rotoren 18a, 18b in Drehung versetzt wird. Der Rotationskörper 28 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit magnetischen Polen 30 versehen, die mit einer am Gehäuse 14b angeordneten Spule 32 zusammenwirken und gemeinsam einen Vielpolgenerator bilden, der bei der Rotation des Rotationskörpers 28 elektrische Energie erzeugt.The underwater part 14 of the wind turbine 10 consists of a connecting pipe 14a and a rotationally symmetrical underwater housing 14b, in which there is a rotating body 28 which is designed as a gyroscope and, as will be explained later, set in rotation by the rotation of the rotors 18a, 18b becomes. In the present exemplary embodiment, the rotating body 28 is provided with magnetic poles 30 which interact with a coil 32 arranged on the housing 14b and together form a multi-pole generator which generates electrical energy when the rotating body 28 rotates.
In den Fig. 2a und 2b sind die beiden Rotoren 18a und 18b im Schnitt dargestellt. Es handelt sich somit um eine horizontale Schnittebene. Wie aus den Fig. 2a und 2b ersichtlich ist, sind jeweils drei Rotorblätter 34 mit stromlinienförmigem Profil starr mit einem Gestänge 36 verbunden, das wiederum starr mit einer Hohlachse 38a für den Rotor 18a bzw. 38b für den Rotor 18b verbunden ist. Der Außendurchmesser der Hohlwelle 38b sowie der Innendurchmesser der Hohlwelle 38a sind so aufeinander abgestimmt, dass die Hohlwelle 38b des Rotors 18b innerhalb der Hohlwelle 38a des Rotors 18a angeordnet werden kann. Bei der Beaufschlagung durch Wind von einer beliebigen Windrichtung her, wird durch die Profilierung der Rotorblätter eine Drehung des gesamten Rotors bestehend aus Rotorblättern, Gestänge und Hohlwelle erzeugt. Da die Anordnung der profilierten Rotorblätter bei beiden Rotoren unterschiedlich ist, resultiert auch eine entgegengesetzte Drehrichtung der beiden Rotoren 18a und 18b.2a and 2b, the two rotors 18a and 18b are shown in section. It is therefore a horizontal cutting plane. As can be seen from FIGS. 2a and 2b, three rotor blades 34 each with a streamlined profile are rigidly connected to a linkage 36, which in turn is rigidly connected to a hollow axis 38a for the rotor 18a and 38b for the rotor 18b. The outer diameter of the hollow shaft 38b and the inner diameter of the hollow shaft 38a are matched to one another such that the hollow shaft 38b of the rotor 18b can be arranged within the hollow shaft 38a of the rotor 18a. When applied by wind from any wind direction, the profiling of the rotor blades creates a rotation of the entire rotor consisting of rotor blades, linkage and hollow shaft. Since the arrangement of the profiled rotor blades is different for the two rotors, the opposite direction of rotation of the two rotors 18a and 18b also results.
Im Bereich des Auftriebskörpers kann sich eine Meerwasser-Entsalzungsanlage befinden, die neben den hierfür benötigten Armaturen und Instrumenten auch die erforderliche Steuerungs-, Regel- und Kontrollinstrumente aufnimmt. Im Unterwasserteil kann zweckmäßigerweise neben dem bereits beschriebenen Rotationskörper 28, der als Teil eines Vielpolgenerators eingesetzt werden kann, auch eine Speichereinrichtung für elektrische Energie in Form einer Wasserstoffelektrolyse sowie Brennstoffzelle, Hochdruckflaschen für die Speicherung von Wasserstoff oder auch Pufferbatterien für den Notstrom untergebracht werden.A seawater desalination plant can be located in the area of the buoyancy body, which in addition to the fittings and instruments required for this purpose also accommodates the necessary control, regulating and control instruments. In addition to the rotary body 28 already described, which can be used as part of a multi-pole generator, a storage device for electrical energy in the form of hydrogen electrolysis and fuel cell, high-pressure bottles for storing hydrogen or buffer batteries for emergency power can also be accommodated in the underwater part.
Im Bereich der Verbindung 14a zwischen dem Auftriebskörper 12 und dem Unterwasserteil 14 kann eine dicht abschließbare Luke vorgesehen sein. Diese Luke unterteilt die aus Auftriebskörper 12 und Unterwasserteil 14 bestehende Einheit in zwei Kammern, so dass im Falle einer möglichen Beschädigung durch die noch verbleibende Kammer ein ausreichender Restauftrieb vorhanden ist. Die dicht abschließende Luke ermöglicht es aber auch, den Unterwasserteil zu evakuieren, damit der Rotationskörper 28 bei seiner Drehung keine Luftreibung zu überwinden hat und somit der Energieverlust minimiert wird.A tightly lockable hatch can be provided in the area of the connection 14a between the buoyancy body 12 and the underwater part 14. This hatch divides the unit consisting of buoyancy body 12 and underwater part 14 into two chambers, so that in the event of possible damage from the remaining chamber there is sufficient residual buoyancy. The tightly closing hatch also makes it possible to evacuate the underwater part, so that the rotating body 28 does not have to overcome air friction when it rotates and thus the energy loss is minimized.
Fig. 3 zeigt stark schematisch die Funktion der gesamten Anlage nach der hierin beschriebenen Ausführungsform. Die einzelnen Bauteile sind sowohl schematisch dargestellt als auch auf der Zeichenebene an einer Stelle angeordnet, welche für die leichtere Darstellung der Wechselwirkung zwischen den einzelnen Bauteilen geeignet ist, nicht aber die korrekte geometrische Lage der einzelnen Bauteile wiedergibt.3 shows the operation of the entire system according to the embodiment described here in a highly schematic manner. The individual components are both shown schematically and arranged on the drawing plane at a location which makes it easier to depict the interaction between the individual components is suitable, but does not reflect the correct geometric position of the individual components.
Wendet man sich Fig. 3 zu, so sind die zu den beiden Rotoren 18a sowie 18b gehörigen Hohlwellen 38a und 38b schematisch dargestellt. Die Hohlwelle des Rotors 18b, d.h. die Achse 38b, ist direkt mit einer ersten Zahnradpumpe 40 drehstarr verbunden und treibt durch ihre Rotation die erste Zahnradpumpe 40 an. Die Hohlwelle 38a des Rotors 18a ist ebenfalls drehstarr mit der zweiten Zahnradpumpe 42 verbunden. Im vorliegenden Beispiel der Hohlwelle 38a wurde schematisch dargestellt, dass die Hohlwellen nicht direkt mit den Zahnradpumpen verbunden sein müssen, sondern auch ein zwischengeschaltetes Getriebe vorhanden sein kann, wie durch die Referenzziffer 44 in Bezug auf die außenliegende Hohlwelle 38a angedeutet ist.3, the hollow shafts 38a and 38b belonging to the two rotors 18a and 18b are shown schematically. The hollow shaft of the rotor 18b, i.e. the axis 38b is directly connected in a rotationally rigid manner to a first gear pump 40 and drives the first gear pump 40 by its rotation. The hollow shaft 38a of the rotor 18a is also non-rotatably connected to the second gear pump 42. In the present example of the hollow shaft 38a, it was schematically shown that the hollow shafts do not have to be connected directly to the gear pumps, but that an intermediate gear can also be present, as is indicated by the reference number 44 in relation to the external hollow shaft 38a.
Sowohl der ersten Zahnradpumpe 40 sowie der zweiten Zahnradpumpe 42 ist jeweils ein getrennter Hydraulikkreis zugeordnet. Da die Strömung in beiden Hydraulikkreisen jedoch übereinstimmt, können die voneinander getrennten Hydraulikkreise im folgenden gemeinsam diskutiert werden. Über die Zahnradpumpen 40 und 42 wird die in den Hydraulikkreisen befindliche Hydraulikflüssigkeit durch die Rohrleitungen gepumpt und gelangt in Pfeilrichtung A zu einem Dreiwegeventil 46 bzw. 48, über das die Hydraulikflüssigkeit auf die Teilströme Bl und B2 aufgeteilt werden kann. Das Dreiwegeventil 46 bzw. 48 kann selbstverständlich so betätigt werden, dass Hydraulikflüssigkeit nur durch den Pfad Bl oder B2 oder aber auch in vorgegebenen Verhältnissen durch beide Pfade gleichzeitig strömt. Während der Pfad Bl durch die jedem Hydraulikkreis zugeordnete weitere Zahnradpumpe 50 bzw. 52 strömt, die als ein Zahnradmotor wirkt und durch die Strömung der Hydraulikflüssigkeit in Drehung versetzt wird, dienen die Pfade Bl als Bypass um die Zahnrad otoren 50 und 52 herum. Nachdem die Teilleitungen Bl und B2 wieder miteinander vereinigt wurden, strömt die Hydraulikflüssigkeit über den Rückführpfad C zu den ersten Zahnradpumpen 40 und 42 zurück.A separate hydraulic circuit is assigned to both the first gear pump 40 and the second gear pump 42. However, since the flow in both hydraulic circuits is the same, the separate hydraulic circuits can be discussed together below. Via the gear pumps 40 and 42, the hydraulic fluid in the hydraulic circuits is pumped through the pipelines and reaches a three-way valve 46 or 48 in the direction of arrow A, via which the hydraulic fluid can be divided into the partial flows B1 and B2. The three-way valve 46 or 48 can of course be actuated so that hydraulic fluid flows only through path B1 or B2 or, in predetermined conditions, through both paths simultaneously. While the path Bl flows through the further gear pump 50 or 52 assigned to each hydraulic circuit, which acts as a gear motor and is set in rotation by the flow of the hydraulic fluid, the paths Bl serve as a bypass around the gear rotors 50 and 52. After the sub-lines Bl and B2 have been combined again, the hydraulic fluid flows via the return path C back to the first gear pumps 40 and 42.
Die Zahnradmotoren 50 und 52 werden durch die strömende Hydraulikflüssigkeit in Rotation versetzt und wirken auf den Rotationskörper 28, der im Unterwasserteil angeordnet ist und in Form eines Kreisels in Drehung versetzt werden kann. Die Übertragung der kinetischen Energie zwischen den Zahnradpumpen 50 und 52 und dem Rotationskörper 28 kann über zwischengeschaltete Getriebe 54 und 56 erfolgen, die vorzugsweise jeweils mit einem Freilauf versehen sind, damit bei geringen Windgeschwindigkeiten und, daraus resultierend, einer geringen Förderleistung der Zahnradpumpen 40 und 42 und einer geringen Drehgeschwindigkeit der Zahnradmotoren 50 und 52 entsprechend der Rotationskörper 28 nicht gebremst oder gar zum Stillstand gebracht werden kann. Andererseits ist auch eine Vorkehrung getroffen, damit der Rotationskörper 28 keine zu hohe Geschwindigkeit erreichen kann. Dies ist in Form eines Drehzahlbegrenzers 58 verwirklicht, der drehstarr mit dem Rotationskörper 28 verbunden ist und in einer dem Fachmann geläufigen Weise zum Beispiel über einen Fliehkraftmechanismus wirken kann. Der Drehzahlbegrenzer 58 steht über die Verbindungen 60 entweder direkt mechanisch in Verbindung mit den Dreiwegeventilen 46 und 48 oder aber in Informationsverbindung mit diesen. Wird die Drehzahl des Rotationskörpers 28 entsprechend der Vorgabe zu hoch, so öffnen die Dreiwegeventile 46 und 48 den Bypasspfad B2 , so dass weniger Hydraulikflüssigkeit für den Antrieb der Zahnradmotoren 50 und 52 zur Verfügung steht.The gear motors 50 and 52 are set in rotation by the flowing hydraulic fluid and act on the rotating body 28, which is arranged in the underwater part and can be set in rotation in the form of a gyroscope. The transmission of the kinetic energy between the gear pumps 50 and 52 and the rotary body 28 can take place via intermediate gears 54 and 56, which are preferably each provided with a freewheel, so at low wind speeds and, as a result, a low delivery capacity of the gear pumps 40 and 42 and a low rotational speed of the gear motors 50 and 52 corresponding to the rotating body 28 cannot be braked or even brought to a standstill. On the other hand, provision is also made so that the rotating body 28 cannot reach a speed that is too high. This is realized in the form of a speed limiter 58, which is connected in a rotationally rigid manner to the rotary body 28 and can act in a manner familiar to the person skilled in the art, for example via a centrifugal mechanism. The speed limiter 58 is either directly mechanically connected to the three-way valves 46 and 48 via the connections 60, or is in an information connection to these. If the rotational speed of the rotary body 28 becomes too high in accordance with the specification, the three-way valves 46 and 48 open the bypass path B2, so that less hydraulic fluid is available for driving the geared motors 50 and 52.
Die im Vielpolgenerator erzeugte elektrische Energie wird zunächst vorzugsweise einer Energiepufferungseinrichtung 62 zugeführt, die beispielsweise eine erste Teileinheit 64 zur Wasserstoffelektrolyse besitzen kann. Der erzeugte Wasserstoff kann in einer weiteren Teileinheit 66, z.B. in Form von Hochdruckflaschen, gespeichert werden und über ein Stromaggregat 68, z.B. in form einer Brennstoffzelle wieder zur Verfügung gestellt werden, um eine Meerwasser- Entsalzungsanlage 70 zu betreiben, der in Pfeilrichtung E Meerwasser zugeführt wird und aus der in Pfeilrichtung F Trinkwasser abgepumpt wird und über eine Leitung an das nahestehende Ufer gefördert wird. DieThe electrical energy generated in the multi-pole generator is first preferably fed to an energy buffering device 62, which can have, for example, a first subunit 64 for hydrogen electrolysis. The hydrogen generated can be stored in a further subunit 66, for example in the form of high-pressure bottles, and again via a power unit 68, for example in the form of a fuel cell be made available to operate a seawater desalination plant 70, which is supplied in the direction of arrow E sea water and from which drinking water is pumped out in the direction of arrow F and is conveyed via a line to the nearby bank. The
Meerwasser-Entsalzungsanlage kann nach einem beliebigen Verfahren arbeiten, das heute in der Technik bekannt ist, vorzugsweise arbeitet die Meerwasser-Entsalzungsanlage 70 aber nach dem Umkehrosmoseverfahren.Seawater desalination plant can operate by any method known in the art today, but preferably seawater desalination plant 70 operates by reverse osmosis.
Durch das Zusammenwirken der Pufferung von kinetischer Energie im Rotationskörper 28 und der Pufferung von elektrischer Energie in der Energiepufferungseinrichtung 62 lassen sich auch längere Windflauten überbrücken und trotzdem mit geringen Kosten die benötigte Energie für den Betrieb einer energieaufwendigen Meerwasserentsalzung bereitstellen.The interaction of the buffering of kinetic energy in the rotating body 28 and the buffering of electrical energy in the energy buffering device 62 can also bridge longer wind drafts and still provide the energy required for the operation of an energy-consuming seawater desalination at low cost.
Aufgrund der Verwendung von Gelhard-Rotoren kann die schwimmfähige Windkraftanlage sehr günstige kW-Stundenpreise erreichen, der bei Anlagen bis 10 kW bei ax. 0,05 EUR und bei Anlagen ab 10 kW bei etwa 0,04 EUR liegt. Gleichzeitig wird die Umwelt entlastet und, bei Verwendung derartiger Meerwasser-Entsalzungsanlagen zur Deckung des Trinkwasserbedarfes, die durch Klimaveränderung entstehende Wasserzunähme in den Meeren kompensiert. Due to the use of Gelhard rotors, the buoyant wind turbine can achieve very favorable kWh prices, which for systems up to 10 kW at ax. 0.05 EUR and for systems from 10 kW is approximately 0.04 EUR. At the same time, the environment is relieved and, if such desalination plants are used to cover drinking water needs, the increase in water in the oceans caused by climate change is compensated.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schwimmfähige Windkraftanlage umfassend:1. Floating wind turbine comprising:
einen Auftriebskörper (12), von dem sich an entgengesetzten Seitena buoyancy body (12), of which on opposite sides
eine Rotoreinheit (18); unda rotor unit (18); and
ein Unterwasserteil (14) erstrecken; wobeian underwater part (14) extends; in which
die Rotoreinheit (18) mindestens einen Gelhard-Rotor (18a, 18b) umfasst.the rotor unit (18) comprises at least one Gelhard rotor (18a, 18b).
2. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Unterwasserteil (14) ein als Kreisel ausgebildeter Rotationskörper (28) vorgesehen ist, der in Rotationsrichtung antreibbar ist.2. Floatable wind power plant according to claim 1, characterized in that in the underwater part (14) a rotary body (28) formed as a gyroscope is provided which can be driven in the direction of rotation.
3. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (28) auf seiner Umfangsflache magnetische Pole (30) besitzt und gemeinsam mit einer Spulenanordnung (32) auf der umgebenden Innenwandung des Unterwasserteils (14) als Vielpolgenerator wirkt.3. Floatable wind turbine according to claim 2, characterized in that the rotating body (28) has on its circumferential surface magnetic poles (30) and together with a coil arrangement (32) acts on the surrounding inner wall of the underwater part (14) as a multi-pole generator.
4. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2 weiter umfassend eine Vielpolgenerator, der zwischen zwei Rotreinheiten der Windkraftanlage angeordnet ist.4. Floatable wind turbine according to claim 1 or 2 further comprising a multi-pole generator which is arranged between two red units of the wind turbine.
5. Schwimmfähige Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserteil (14) gegenüber dem Auftriebskörper5. Floatable wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the underwater part (14) relative to the buoyancy body
(12) dicht abschließbar und evakuierbar ist. (12) can be sealed and evacuated.
6. Schwimmfähige Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (18) zwei Gelhard-Rotoren (18a, 18b) umfasst, deren Rotorwellen (38a, 38b) koaxial zueinander angeordnet sind und bei Windbeaufschlagung in gegensinnigen Drehrichtungen rotieren.6. Floatable wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor unit (18) comprises two Gelhard rotors (18a, 18b), the rotor shafts (38a, 38b) of which are arranged coaxially to one another and rotate in opposite directions when the wind is applied.
7. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rotorwelle (38a, 38b) jeweils eine Zahnradpumpe (40, 42) antreibt, mit der Hydraulikflüssigkeit in einem zugehörigen Hydraulikkreislauf förderbar ist.7. Floatable wind turbine according to claim 6, characterized in that each rotor shaft (38a, 38b) drives a gear pump (40, 42) with which hydraulic fluid can be conveyed in an associated hydraulic circuit.
8. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hydraulikkreislauf einen Zahnradmotor (50, 52) umfasst, durch dessen Zahnradbewegung der Rotationskörper (28) antreibbar ist.8. Floatable wind turbine according to claim 7, characterized in that each hydraulic circuit comprises a gear motor (50, 52), by the gear movement of the rotating body (28) can be driven.
9. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 8, weiter umfassend ein Zwischengetriebe (54, 56) und/oder einen Freilauf zwischen jedem Zahnradmotor (50, 52) und dem Rotationskörper (28) .9. Floatable wind turbine according to claim 8, further comprising an intermediate gear (54, 56) and / or a freewheel between each gear motor (50, 52) and the rotating body (28).
10. Schwimmfähige Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, weiter umfassend in jedem Hydraulikkreislauf eine Bypassleitung (B2) um den Zahnradmotor (50, 52) und ein Dreiwegeventil (46, 48), mit dem die Durchflussverteilung zwischen Bypassleitung und Leitung10. Floatable wind turbine according to one of claims 6 to 9, further comprising in each hydraulic circuit a bypass line (B2) around the gear motor (50, 52) and a three-way valve (46, 48) with which the flow distribution between the bypass line and line
(Bl) zum Zahnradmotor (50, 52) einstellbar ist.(Bl) to the gear motor (50, 52) is adjustable.
11. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwegeventil (46, 48) in jedem Hydraulikkreislauf mit einem Drehzahlbegrenzer (58) zusammenwirkt, der mechanisch oder informationstechnisch mit dem Rotationskörper (28) gekoppelt ist.11. Floatable wind turbine according to claim 10, characterized in that the three-way valve (46, 48) in each hydraulic circuit cooperates with a speed limiter (58) is mechanically or information technology coupled to the rotary body (28).
12. Schwimmfähige Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Meerwasser-Entsalzungsanlage, die über die erzeugte Windenergie betreibbar ist.12. Floatable wind power plant according to one of the preceding claims, further comprising a seawater desalination plant that can be operated via the wind energy generated.
13. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 11, sofern dieser auf Anspruch 3 rückbezogen ist, weiter umfassend eine Einrichtung (62) zur Pufferung der elektrischen Energie.13. Floatable wind power plant according to claim 3 or one of claims 4 to 11, if this is related to claim 3, further comprising a device (62) for buffering the electrical energy.
14. Schwimmfähige Windkraftanlage nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (62) zur Pufferung der elektrischen Energie umfasst:14. Floatable wind power plant according to claim 12, characterized in that the device (62) for buffering the electrical energy comprises:
eine Anlage zur Elektrolyse (64) ,an electrolysis plant (64),
eine Einrichtung zur Wasserstoffspeicherung (66) ; sowiehydrogen storage means (66); such as
eine Brennstoffzelle (68) . a fuel cell (68).
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