DE10058919A1 - Strömungskraftwerk - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk (1) mit einem verankerten Schwimmkörper (2), in dem wenigstens ein Strömungskanal (3, 7, 8) mit wenigstens einer Konvertervorrichtung (4) vorgesehen ist, wobei mit der Konvertervorrichtung (4) hydraulische Strömungsenergie in mechanische Energie umsetzbar ist, wobei der Strömungskanal (3, 7, 8) dazu ausgelegt ist, die Strömungsenergie von Brandungswellen auszunutzen, dass der Eintritt (3a) des Strömungskanals (3, 7, 8) oberhalb der Wasserlinie des Schwimmkörpers (2) auf einer der Brandung (5) zugewandten Längsseite (2d) des Schwimmkörpers (2) angeordnet ist und mit Gefälle zu einem auf der gegenüberliegenden Längsseite (2e) des Schwimmkörpers (2) angeordneten Austritt (3b) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk mit einem ver­ ankerten Schwimmkörper, in dem wenigstens ein Strömungskanal mit wenigstens einer Konvertervorrichtung vorgesehen ist, wobei mit der Konvertervorrichtung hydraulische Strömungs­ energie in mechanische Energie umsetzbar ist.

Ein gattungsgemässes Strömungskraftwerk ist in der DE 30 48 290 A1 offenbart. Als Schwimmkörper ist hier ein Schiffskörper vorgesehen, den ein als Einlaufrohr bezeichneter Strömungs­ kanal vom Bug mit Gefälle zum Heck durchdringt. Mit dieser Vorrichtung sollen Wasserströmungen an der Küste, in Seen, Strömen oder Flüssen zur Energiegewinnung genutzt werden. Hierfür ist ein breiter Bug vorgesehen, der Wasser aufstaut und als Trichter für das Einlaufrohr dient.

Da mit dem bekannten Strömungskraftwerk Wasser vor dem Bug aufgestaut wird, befindet sich bei dieser Konstruktion sowohl der Eintritt des Strömungskanals als auch der Austritt un­ terhalb der Wasserlinie. Unklar ist, wozu das Gefälle des Strömungskanals dienen soll. Es lenkt die Strömung zwar um bewirkt jedoch keine ausnutzbare Geschwindigkeits- oder Druck­ änderung der Strömung. Vielmehr erfährt die Strömung durch den Einbau einer Konvertervorrichtung in dem Strömungskanal einen erhöhten Widerstand. Dieser ist größer als der Strömungswider­ stand ausserhalb des Strömungskanals. Somit ist die Strömungs­ energie in dem Strömungskanal gering und das bekannte Strö­ mungskraftwerk wenig effektiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines gattungsgemässen Strömungskraftwerks zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Strömungskanal dazu ausgelegt ist, die Strömungsenergie von Brandungswellen auszunutzen, und dass der Eintritt des Strö­ mungskanals zu diesem Zweck oberhalb der Wasserlinie des Schwimmkörpers auf einer der Brandung zugewandten Längsseite des Schwimmkörpers angeordnet ist und mit Gefälle zu einem auf der gegenüberliegenden Längsseite des Schwimmkörpers angeord­ neten Austritt verläuft.

Die Energie von Brandungswellen ist ausserordentlich hoch. Bereits bei einer Wellenhöhe von nur 1,5 Metern beinhaltet eine Brandungswelle eine Leistung von 1,66 Kilowatt je Meter der Wellenfront, wie Untersuchungen an der Westküste der bri­ tischen Inseln ergeben haben.

Vorrangig wird mit dem Strömungskraftwerk die kinetische Ener­ gie der auf die Küste auflaufenden Brandungswellen ausgenutzt. Der Strömungskanal des Strömungskraftwerks weist eine Höhen­ differenz zwischen dem Eintritt und dem Austritt auf, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit zusätzlich erhöht wird. Der Ein­ tritt des Strömungskanals ist so hoch über der Wasserlinie angeordnet, dass ein Teil der Wassermenge eines Wellenbergs in den Strömungskanal eintreten kann und mit Gefälle zu dem Aus­ tritt strömt.

Mit der vorgeschlagenen Konstruktion werden die mit hoher kinetischer Energie auflaufenden Brandungswellen an dem Ein­ tritt kanalisiert und ein Teil der von dem Wellenberg entnom­ menen Wassermenge in dem Strömungskanal geleitet. Der Strö­ mungskanal wird mit jedem auflaufenden Wellenberg zyklisch durchströmt, so dass sich eine diskontinuierliche Umsetzung der Strömungsenergie in mechanische Energie ergibt. Der Grad der Diskontinuität lässt sich beispielsweise dadurch verrin­ gern, dass ein Teil der Strömungsenergie zur Beschleunigung einer Schwungmasse aufgewendet wird, die während des Ausbleibens der Wasserströmung die Bewegung der Konvertervorrichtung aufrechterhält. Das Strömungskraftwerk kann in vielfältiger Form als Energiespeicher dienen. Mit der gewonnen mechanischen Energie kann beispielsweise Druckluft oder Druckwasser her­ gestellt und vorgehalten werden.

Ferner wird ein Vorteil darin gesehen, dass sich das Strö­ mungskraftwerk grundsätzlich nahe am Verbraucher plazieren läßt. Ebenfalls kann es nahe dem Entsorger plaziert werden, wenn der spätere Entsorgungsaufwand für das Strömungskraftwerk als entscheidender wirtschaftlicher Aspekt angesehen wird. Das schwimmende Strömungskraftwerk ist daher jederzeit sehr einfach an einen anderen Liegeplatz verlegbar. Es kann zum Beispiel sehr einfach von in Küstennähe liegenden Bebauungs­ gebieten abgezogen werden, um eine Geräuschbelästigung zu vermeiden. Besonders einfach ist dies, wenn ein eigener An­ trieb vorgesehen ist, der das Strömungskraftwerk manövrier­ fähig macht, wobei in dem Ballastraum Kraftstoff für einen Antriebsmotor gespeichert werden kann.

Für die Installation ist kein Bauland nötig, wodurch sich der Genehmigungsaufwand und die Kosten reduzieren. Günstigerweise können mehrere Strömungskraftwerke in Stufen nach Bedarf in­ stalliert werden.

Eine weitere Ausbildung des Strömungskraftwerks sieht neben­ einanderliegend in dem Schwimmkörper eine Vielzahl von Strö­ mungskanälen vor. Dabei ist der Schwimmkörper über eine Ver­ ankerungseinrichtung in Schrägstellung zur Wellenfront der Brandungswellen verankerbar, so dass der Wellenberg einer auflaufenden Brandungswelle einen Strömungskanal nach dem anderen erreicht und Wasser aufeinanderfolgend in die benach­ barten Strömungskanäle eintritt. In jedem einzelnen Strömungs­ kanal wird die Strömungsenergie diskontinuierlich umgewandelt, wobei jedoch durch Zusammenschaltung der mechanischen Energie der Grad der Diskontinuität drastisch reduziert werden kann. Es lässt sich mit dieser Konstruktion nahezu eine kontinuier­ liche mechanische Leistung abgreifen.

Zusätzlich kann der Wirkungsgrad des Strömungskraftwerkes dadurch verbessert werden, dass der Strömungskanal vom Ein­ tritt zum Austritt einen Querschnittsverlauf aufweist, mit dem eine Beschleunigungswirkung für das durchströmende Wasser erzielbar ist. Die Geometrie des Strömungskanals und die da­ durch erzeugbare Beschleunigungswirkung für das durchströmende Wasser lässt sich so auf die Konvertervorrichtung abstimmen, dass diese unter optimalen Betriebsbedingungen mit hoher Effi­ zienz arbeitet.

Ein weiterer Nutzen ergibt sich dann, wenn jeder Strömungs­ kanal so in dem Schwimmkörper angeordnet ist, dass er dann, wenn der Schwimmkörper in mittlerer Schrägstellung zur Wellen­ front verankert ist, etwa in Ausbreitungsrichtung der Wellen­ front liegt. Die von einem Wellenberg abgezweigte Wassermenge kann auf diese Weise nahezu in der Ausbreitungsrichtung, näm­ lich etwa rechtwinklig zur Wellenfront, durch den Strömungs­ kanal fliessen. Durch diese einfache Maßnahme werden Energie­ verluste durch Umleitung der Strömung in dem Strömungskanal weitestgehend vermieden.

Zweckmässig ist die Länge jedes Strömungskanals bzw. die zu durchströmende Breite des Schiffskörpers so ausgelegt, dass sich stets dann ein Wellental an dem Austritt des Strömungs­ kanals befindet, wenn Wasser ausströmt. Da das Strömungskraft­ werk ausser der kinetische Energie einer auflaufenden Bran­ dungswelle auch aus der Höhendifferenz zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Strömungskanals eine Beschleunigungs­ wirkung erzielt, wird eine große Höhendifferenz angestrebt und der Austritt relativ weit unter dem Niveau des Eintritts des Strömungskanals vorgesehen. Durch die Anpassung der Breite des Schwimmkörpers ist es möglich, den Strömungskanal so auszule­ gen, dass das zyklisch mit der Frequenz der Brandungswelle austretende Wasser den Strömungskanal immer nur dann verlässt, wenn sich an dessen Austritt gerade ein Wellental befindet und sich der Austritt dadurch oberhalb der momentanen Wasserlinie befindet.

Ein Zusatznutzen wird erreicht, wenn an jedem Austritt eines Strömungskanals eine Rückstauklappe angeordnet ist. Diese verhindert, dass am Austritt eines Strömungskanals dann Wasser einläuft, wenn sich der Austritt im Bereich eines Wellenberges unterhalb der Wasserlinie befindet. Solches Wasser würde dann, wenn sich ein Wellental im Bereich des Austritts befindet, nur langsam auslaufen und das Austreten der in dem Strömungskanal beschleunigten Wassermenge behindern. Durch die einfache Maß­ nahme, eine Rückstauklappe anzuordnen, kann das Eindringen von Wasser auf der Seite des Austritts des Strömungskanals zu­ verlässig verhindert werden.

Günstigerweise sind auf jeder Längsseite des Schwimmkörpers sowohl Eintritte als auch Austritte von Strömungskanälen an­ geordnet. Dies erlaubt es, den Schwimmkörper aus einer in Ausbreitungsrichtung der Wellenfront orientierten Anfangslage für den Betrieb entweder zu der einen oder anderen Seite in eine Schrägstellung zur Wellenfront zu bringen. Dies ist ins­ besondere dann von Vorteil, wenn eine Wellenfront quer auf eine Küste aufläuft. Mit Eintritten für Strömungskanäle auf beiden Längsseiten lässt sich stets ein Teil der Strömungs­ kanäle in Ausbreitungsrichtung der Wellenfront bringen, un­ abhängig davon, ob die Brandungswellen quer von einer Seite oder quer von der anderen Seite auf eine Küste auflaufen.

Hilfreich ist es, wenn die Verankerungseinrichtung einen an dem Grund des Küstengewässers oder an Land befestigten Steg aufweist, dass der Steg um vertikale Achsen drehfest aber mit dem Tidehub heb- und senkbar ausgelegt ist, und dass der Schwimmkörper mit seinem der Brandung abgewandten Heck über ein Gelenk mit dem Steg verbunden ist. Durch die gelenkige Verbindung mit dem Steg kann der Schwimmkörper in die ge­ wünschte Schrägstellung relativ zu den Brandungswellen ge­ bracht werden. Er lässt sich beispielsweise über eine Anker­ kette, die günstigerweise am Bug des Schwimmkörpers angebracht ist, in der gewünschten Schrägstellung halten. Die Ankerkette ist zu diesem Zweck mit ihrem dem Bug abgewandten Ende fi­ xiert. Durch Verkürzung oder Verlängerung der Ankerkette kann dabei die Schrägstellung des Schwimmkörpers variiert werden.

Einfacherweise ist wenigstens ein Generator vorgesehen, dem die mechanische Energie zuführbar und mit dem die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist.

Anwendbar ist diese Ausführungsform des Strömungskraftwerks beispielsweise für die Wasserstoffproduktion. Vorteilhaft ist sowohl der benötigte Rohstoff Wasser als auch die benötigte elektrische Energie an der Liegestelle des Strömungskraftwerks vorhanden, so dass Wasserstoff auf elektolytischem Wege von Wassermolekülen abgespaltet werden kann. Als weitere Anwendung ist die Abwasserbehandlung zu nennen. Dabei kann über Leitun­ gen zugeführtes Abwasser oder Klärsubstrat in dem Ballastraum gepuffert und nach der Behandlung auf dem Strömungskraftwerk zurückgepumpt werden.

Eine alternative Ausbildung sieht vor, dass an jeder Konver­ tervorrichtung ein separater Generator angeschlossen ist.

Eine andere Alternative des Strömungskraftwerks sieht vor, dass die mechanische Energie mehrerer Konvertervorrichtungen zusammengefaßt einem Generator zugeführt ist. Nach diesem Vorschlag können mehrere Konvertervorrichtungen zu Gruppen zusammengefasst mit einem Generator verbunden sein oder alle Konvertervorrichtungen einen einzigen Generator speisen. Je nach Größe des Schwimmkörpers und Anzahl der Strömungskanäle und Konvertervorrichtungen lässt sich stets der beste Kompro­ miss zwischen Generatorgröße sowie Montage und Wartungsaufwand für den oder die Generatoren finden. Je mehr Konvertervor­ richtungen mechanische Energie an den Generator liefern, desto größer bzw. leistungsfähiger muß dieser sein.

Vorteilhafterweise sind mehrere Konvertervorrichtungen über eine Transmissionswelle verbunden, die einen Generator an­ treibt. Bei dieser Konstruktion werden die momentan nicht durchströmten Konvertervorrichtungen von den durchströmten Konvertervorrichtungen in Bewegung gehalten. Dadurch treten nahezu keine Anlaufverluste bei einer erneuten Durchströmung einer unbeaufschlagten Konvertervorrichtungen auf.

Ein weiterer Nutzen ergibt sich, wenn jede Konvertervorrich­ tung ein radial durchströmtes Freistrahllaufrad aufweist, da diese Bauart eines Strömungslaufrads sehr anpassungsfähig an stark schwankende Wasserströme ist und bereits relativ geringe Wasserströme und Fallhöhen gut in mechanische Energie umsetzen kann. Bekannt ist beispielsweise eine solche Konvertervor­ richtung unter der Bezeichnung "Ossberger-Turbine". Sie nutzt schon Fallhöhen von etwa 1 Meter sehr effektiv aus.

Die Funktion des Strömungskraftwerks lässt sich dadurch weiter verbessern, dass in dem Schwimmkörper ein Ballastraum vor­ gesehen ist. Der Ballastraum ist vorzugsweise im unteren Be­ reich des Schwimmkörpers angeordnet. Er verhindert, dass der Schwimmkörper nicht durch die einzelnen Brandungswellen auf­ schwimmen und wippen kann. Durch den Ballast ist der Schwimm­ körper trotz des Wellengangs stets in einer etwa waagerechten Schwimmlage. Durch den Füllstand des Ballastraums ist außredem der Tiefgang des Schwimmkörpers variierbar. Auf diese Weise ist eine stabile Lage des Schwimmkörpers gegeben. Ein Auf- und Abschwimmen zwischen einzelnen Brandungswellen wird dadurch verhindert. Ausserdem kann durch den Füllstand des Balla­ straums die Höhe des Eintritts sowie des Austritts des Strö­ mungskanals über der Wasserlinie eingestellt werden.

Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass der Ballastraum in Längsrichtung des Schwimmkörpers geteilt ist, so dass durch unterschiedliche Befüllung eine gezielte Schieflage um die Längsachse des Schwimmkörpers erzeugbar ist. Durch eine ge­ zielte Schieflage kann die Höhendifferenz zwischen dem Ein­ tritt und dem Austritt eines Strömungskanals verändert werden. Dies zahlt sich zum Beispiel dann aus, wenn Brandungswellen mit geringer Wellenhöhe auflaufen, die dann, wenn der Schiffs­ körper ohne Schieflage schwimmen würde, nicht bis an den Ein­ tritt des Strömungskanals heranreichen würden. Durch eine gezielte Schieflage ist es mit der vorgeschlagenen Konstruktion möglich, die Höhe des Eintritts relativ zur Wasserlinie zu verringern, damit auch von Wellenbergen mit geringerer Wellenhöhe Wasser in den Eintritt des Strömungskanals fliessen kann. Der Austritt des Strömungskanals wird selbstverständlich durch eine Absenkung des Eintritts angehoben, so dass sich insgesamt die Höhendifferenz zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Strömungskanals verringert. Ebenso kann die Hö­ hendifferenz vergrössert werden, indem der Schwimmkörper in eine entgegengesetzte Schieflage gebracht wird. Da bei dem Strömungskraftwerk im wesentlichen die kinetische Energie der Wassermasse einer auflaufenden Brandungswelle ausgenutzt wird, kann der Eintritt des Strömungskanals stets in eine optimale Höhenlage manöveriert werden. Bei einer grossen Wellenhöhe ist es zweckmässig, den Eintritt durch gezielte Schieflage des Schwimmkörpers anzuheben und den Austritt dadurch abzusenken, wobei hier ein Kompromiss zwischen Eintrittshöhe und Höhendif­ ferenz gefunden wird, um zu gewährleisten, dass die durch­ strömende Wassermenge frei ausströmen kann.

Ein weiterer Nutzen wird darin gesehen, dass der Schwimmkörper aus einem Schiffsrumpf gebildet ist. Es wird angestrebt, die Schiffsrümpfe ausgedienter Schiffe, beispielsweise von Ozean­ schiffen mit großen Rumpflängen zu einem Strömungskraftwerk umzurüsten und nicht zu verschrotten.

Da vielerorts starke Brandungswellen auftreten, deren Wellen­ fronten eine Länge von 250 Meter und mehr aufweisen, ist es nützlich, ausserordentlich lange Schiffsrümpfe zu verwenden. Da der Schiffsrumpf in Schrägstellung zu der Wellenfront der Brandungswelle verankert werden muss, ist die ausnutzbare Länge der Wellenfront in jedem Fall geringer als die Länge des Schiffsrumpfes. Um etwa eine Wellenfront von 250 Metern Länge auszunutzen, müsste der Schiffsrumpf je nach Schrägstellungs­ winkel zur Wellenfront eine Länge von 350 bis 400 Metern auf­ weisen.

Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft dargestellt und anhand der einzelnen Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf ein Strömungskraft­ werk, das in den Brandungswellen einer Küste verankert ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf das Strömungskraftwerk gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Strömungskraftwerk gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Vorderansicht auf das Strömungskraftwerk gemäß Fig. 1,

Fig. 5 den Querschnitt eines Strömungskanals gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines Strömungskraftwerks,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Strömungskraft­ werks gemäß Fig. 6.

Nach der Zeichnung besteht das Strömungskraftwerk 1 aus einem Schwimmkörper, der aus einem alten Schiffsrumpf 2 gebildet ist. In dem Schiffsrumpf 2 sind acht Strömungskanäle 3, 7 und 8 vorgesehen. Die Strömungskanäle 3, 7 und 8 sind mit je einer Konvertervorrichtung 4 ausgestattet, mit der hydraulische Strömungsenergie in mechanische Energie umsetzbar ist. Die Eintritte 3a der Strömungskanäle 3, 7 und 8 liegen oberhalb der Wasserlinie auf der der Brandung 5 zugewandten Längsseite 2d des Schiffsrumpfs. Jeder Strömungskanal 3, 7 und 8 verläuft mit Gefälle zu einem auf der gegenüberliegenden Längsseite 2e des Schiffsrumpfs 2 angeordneten Austritt 3b.

Der Schiffsrumpf 2 ist über eine Verankerungseinrichtung 6 in Schrägstellung zur Wellenfront 5a der Brandungswellen ver­ ankert. Die Verankerungsvorrichtung 6 weist einen an Land befestigten Steg 6a auf, der mit dem Tidehub heb- und senkbar ist. Der Schiffsrumpf 2 ist mit seinem der Brandung 5 abge­ wandten Heck 2a über ein Gelenk 6b mit dem Steg 6a verbunden. Weiterhin weist die Verankerungseinrichtung 6 eine Ankerkette 6c auf, die mit einem Ende an dem Bug 2b des Schiffsrumpfes 2 angebracht ist und deren anderes Ende (nicht dargestellt) an einem Fixpunkt, beispielsweise einer auf dem Grund veranker­ ten, in der Brandung 5 stehenden Stütze befestigt ist. Die Wellen, die auf der der Brandung 5 zugewandten Längsseite 2d gegen den Schiffsrumpf 2 treffen, drücken diesen zur Küste hin. Die Ankerkette 6c hält den Schiffsrumpf 2 zurück und sichert den gewünschten Schrägstellungswinkel α. In dieser schräggestellten Lage tritt ein Wellenberg einer auflaufenden Brandungswelle zunächst in den ersten Strömungskanal 3, der dem Bug 2b am nächsten liegt. Dabei fliesst ein Teil der abge­ zweigten Wassermenge durch den ersten Strömungskanal 3 hin­ durch und betätigt die Konvertervorrichtung. Währenddessen läuft der Wellenberg der Brandungswelle weiter auf die Küste auf und erreicht nacheinander den zweiten Strömungskanal 7, den dritten Strömungskanal 8 und jeden weiteren Strömungs­ kanal. Je nach Anzahl der Strömungskanäle und der Wellenlänge zwischen zwei Wellenbergen kann es sein, dass dann, wenn der erste Wellenberg den dritten, vierten, etc. Strömungskanal erreicht, bereits der folgende Wellenberg schon wieder in den ersten Strömungskanal 3 eintritt. Es ist so leicht verständ­ lich, dass mit steigender Anzahl der Strömungskanäle der Grad der Diskontinuität bei der Umwandlung der Strömungsenergie in mechanische Energie abnimmt. Der Grad an Diskontinuität kann so gering werden, das nahezu kontinuierlich elektrische Ener­ gie erzeugbar ist.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Strömungskraftwerk ist als Hybridkraftwerk ausgebildet, daher sind zusätzliche Maß­ nahmen dargestellt, welche die Diskontinuität in der Erzeugung elektrischer Energie mindern. Zum einen ist auf dem Deck des Schiffsrumpfes 2 ein sogenannter Windenergiekonverter 9 zur Ausnutzung der Strömungsenergie des Windes vorgesehen. Dieser Windenergiekonverter 9 macht sich die in der Nähe eines umströmten Körpers erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu Nutze. Die gewonnene mechanische Energie wird ebenfalls in elektrische Energie umgewandelt. Vorteilhafterweise wird zur Umwandlung der mechanischen Energie des Windenergiekonverters 9 die gleiche Einrichtun verwendet, die auch die in den Strö­ mungskanälen gewonnene mechanische Energie umwandelt. In dem Windenergiekonverter 9 sind ferner Solarzellen 10 integriert, die bei ausreichender Sonneneinstrahlung auf photovoltaischem Wege elektische Energie erzeugen. Die Solarzellen 10 bilden eine Windleiteinrichtung für die Luft, die den Schiffsrumpf umströmt. Die Luft wird durch die Windleiteinrichtung all­ mählich zu einem radialen Windlaufrad 9a des Windenergiekon­ verters 9 ablenkt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Windes wird mit Hilfe der Windleiteinrichtung erhöht.

In der in Fig. 2 dargestellten Seitenansicht des Strömungs­ kraftwerkes gemäß Fig. 1 sind insgesamt acht Strömungskanäle 3, 7 und 8 vorgesehen. Die in den Strömungskanälen 3, 7 und 8 angeordneten Konvertereinrichtungen weisen je ein radial durchströmtes Freistrahllaufrad 3c, 7c und 8c auf sowie hier nicht gezeigte Leiteinrichtungen. Vorteilhafterweise liegen die Wellen der Freistrahllaufräder 3c, 7c und 8c in einer Flucht und sind daher sehr einfach miteinander zu verbinden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wellen der Frei­ strahllaufräder 3c, 7c und 8c miteinander gekuppelt. Selbst­ verständlich besteht auch die Möglichkeit, meherere Frei­ strahllaufräder 3c, 7c und 8c gruppenweise oder alle Frei­ strahllaufräder 3c, 7c und 8c auf einer gemeinsamen Trans­ missionswelle anzuordnen. Die Freistrahllaufräder 3c, 7c und 8c treiben gemäß der Fig. 4 und 5 einen einzigen Generator 11 an, der in dem Bug 2b des Schiffsrumpfes 2 angeordnet ist.

Dasselbe gilt für das in fünf Sektionen eingeteilte radiale Windlaufrad 9a des Windenergiekonverters 9, das sein Drehmo­ ment über ein Zugmittel 9b ebenfalls auf den im Bug 2b an­ geordneten Generator 11 leitet.

In Fig. 3 ist die Draufsicht auf das Strömungskraftwerk dargestellt. Darin ist erkennbar, wie die Strömungskanäle 3, 7 und 8 durch den Schiffsrumpf 2 verlaufen. Bei dieser Konstruk­ tion nämlich senkrecht von einer Längsseite 2d des Schiffs­ rumpfes 2 zur gegenüberliegenden Längsseite 2e. Die Breite jedes Strömungskanals 3, 7 und 8 entspricht der Länge des radialen Freistrahllaufrades 3c, 7c und 8c. Eine Brandungs­ welle, die in den Strömungskanal 3, 7 und 8 eines zur Wellen­ front schräg gestellten Schiffsrumpfes 2 einläuft, kann bei dieser Konstruktion nicht in ihrer Ausbreitungsrichtung A durch den Strömungskanal 3, 7 und 8 fliessen. Sie muss viel­ mehr etwa um den Schrägstellungswinkel a des Schiffsrumpfes 2 umgelenkt werden.

In Fig. 4 ist eine Vorderansicht auf das Strömungskraftwerk dargestellt. Zu erkennen ist der Bug 2d des Schiffsrumpfes 2, der zu einer aus fünf Bugsegmenten zusammengesetzten Spitze zusammenläuft. Verdeckt und in gestrichelter Linie dar­ gestellt, ist der Strömungskanal 3, in dem das radiale Frei­ strahllaufrad 3c angeordnet ist. Es handelt sich um eine ver­ einfachte schematische Darstellung, in der die Position des Freistrahllaufrades 3c nicht exakt eingetragen ist. Das Frei­ strahllaufrad 3c ist bevorzugt näher an dem Austritt 3b des Strömungskanals 3 angeordnet, damit die durch das Gefälle des Strömungskanals 3 mögliche Beschleunigung des durchströmenden Wassers voll ausgenutzt werden kann. Weiterhin ist in der Seitenansicht das radiale Windlaufrad 9a des Windenergiekon­ verters 9 zu sehen, das über das Zugmittel 9b mechanische Energie auf den gemeinsamen Generator 11 überträgt. In dem Boden des Schiffsrumpfes 2 ist ein Ballastraum vorgesehen, der sich entlang des Schiffsrumpfes 2 erstreckt und in zwei Balla­ straumhälften 13a und 13b unterteilt ist. Die Ballastraumhälf­ ten 13a und 13b sind getrennt voneinander zu befüllen und zu entleeren. Durch eine ungleichmäßige Befüllung der Balla­ straumhälften 13a und 13b lässt sich eine Krängung des Schiffsrumpfes 2 um seine Längsachse herbeiführen. Diese Mög­ lichkeit ist vorgesehen, um die ansonsten feste Höhendifferenz zwischen dem Eintritt 3a und dem Austritt 3b des Strömungs­ kanals 3 und der übrigen Strömungskanäle verändern zu können.

In Fig. 5 ist schematisch der Querschnitt des Strömungskanals 3 in verkleinert dargestellt sowie die Lage des radialen Frei­ strahllaufrades 3c innerhalb des Strömungskanals 3.

Eine alternative Ausführungsform des Strömungskraftwerkes ist in den Fig. 6 und 7 vereinfacht dargestellt. Gleiche Merk­ male sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf einen Schwimmkörper des Strö­ mungskraftwerks. Auch hierbei handelt es sich um einen Schiffsrumpf 2. Das Strömungskraftwerk unterscheidet sich von der vorbeschriebenen Ausführungsform durch die Geometrie der Strömungskanäle 3, 7 und 8. Außerdem durch die Anordnung der Strömungskanäle 3, 7 und 8 in dem Schiffsrumpf 2 sowie durch die Art der Konvertervorrichtungen 4, die die Strömungsenergie in mechanische Energie umwandeln.

In Fig. 7 ist der Schiffsrumpf 2 in einer verkleinerten Per­ spekive gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu der vorbe­ schriebenen Ausführungsform ergibt sich durch die Verwendung einer anderen Konvertervorrichtung 4. Anstelle eines radialen Freistrahllaufrades ist in der Konstruktion der Fig. 6 und 7 ein axiales Laufrad vorgesehen. Die Drehachsen der einzelnen Axiallaufräder 3c, 7c und 8c liegen jeweils in Strömungsrich­ tung der Strömungskanäle 3, 7 und 8. Weil die mechanische Bewegungskoppelung der Axiallaufräder 3c, 7c und 8c mehrerer Strömungskanäle 3, 7 und 8 nur über aufwendige Getriebe zu realisieren wäre, ist bei dieser Ausführungsform auf die Kop­ pelung verzichtet und stattdessen für jede Konvertervorrich­ tung ein separater Generator vorgesehen. Die Konstruktion nutzt die kinetische Energie sehr effektiv aus, weil jeder Strömungskanal 3, 7 und 8 in dem Schiffsrumpf 2 so angeordnet ist, dass bei einer mittleren Schrägstellung des Schiffsrump­ fes 2 relativ zu der Wellenfront das Wasser genau in Ausbrei­ tungsrichtung A durch die Strömungskanäle 3, 7 und 8 fliessen kann ohne umgelenkt zu werden. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bis 5 ist es hingegen aus konstruktiven Gründen nicht vorgesehen, die Strömungskanäle 3, 7 und 8 schräg in dem Schiffsrumpf 2 anzuordnen. Dies wegen der Maßga­ be, dass alle Freistrahllaufräder 3, 7 und 8 in einer Flucht angeordnet sein sollen, um die Konstruktion einfach zu halten.

Damit in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 bei der zyklischen Durchströmung jedes Strömungskanals 3, 7 und 8 keine hohen Anlaufverluste auftreten, weil die Axiallaufräder 3c, 7c und 8c aus dem Stillstand beschleunigt werden müssen, ist den Strömungskanälen 3, 7 und 8 eine Schwungmasse zugeord­ net. Die Schwungmasse hält eine abklingende Rotation des je­ weiligen Axiallaufrades 3c, 7c und 8c in der Zeit zwischen zwei Wasserdurchströmungen aufrecht.

Bezugszeichenliste

1

Strömungskraftwerk

2

Schiffsrumpf

2

a Heck

2

b Bug

2

d Längsseite

2

e Längsseite

3

Strömungskanal

3

a Eintritt

3

b Austritt

3

c Freistrahllaufrad

5

Brandung

5

a Wellenfront

6

Verankerungseinrichtung

6

a Steg

6

b Gelenk

6

c Ankerkette

7

Strömungskanal

7

c Freistrahllaufrad

8

Strömungskanal

8

c Freistrahllaufrad

9

Windenergiekonverter

9

a radiales Windlaufrad

10

Solarzelle

11

Generator

12

Zugmittel

13

a Ballastraumhälfte

13

b Ballastraumhälfte
α Schrägstellungswinkel

Claims (16)

1. Strömungskraftwerk (1) mit einem verankerten Schwimmkörper (2), in dem wenigstens ein Strömungskanal (3, 7, 8) mit wenigstens einer Konvertervorrichtung (4) vorgesehen ist, wobei mit der Konvertervorrichtung (4) hydraulische Strö­ mungsenergie in mechnische Energie umsetzbar ist, da­ durch gekennzeichnet, dass der Strö­ mungskanal (3, 7, 8) dazu ausgelegt ist, die Strömungs­ energie von Brandungswellen auszunutzen, dass der Eintritt (3a) des Strömungskanals (3, 7, 8) oberhalb der Wasserli­ nie des Schwimmkörpers (2) auf einer der Brandung (5) zugewandten Längsseite (2d) des Schwimmkörpers (2) an­ geordnet ist und mit Gefälle zu einem auf der gegenüber­ liegenden Längsseite (2e) des Schwimmkörpers (2) angeord­ neten Ausstritt (3b) verläuft.

2. Strömungskraftwerk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass in dem Schwimmkörper (2) nebeneinanderliegend eine Vielzahl von Strömungskanälen (3, 7, 8) vorgesehen ist, dass der Schwimmkörper (2) über eine Verankerungseinrichtung (6) in Schrägstellung zur Wellenfront der Brandungswellen verankerbar ist, so dass der Wellenberg einer auflaufenden Brandungswelle einen Strömungskanal (3, 7, 8) nach dem anderen erreicht und Wasser aufeinanderfolgend in die benachbarten Strömungskanäle (3, 7, 8) eintritt.

3. Strömungskraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (3, 7, 8) vom Eintritt zum Austritt einen Querschnittsverlauf aufeist, mit dem eine Beschleunigungswirkung für das durchströmende Wasser erzielbar ist.

4. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass jeder Strö­ mungskanal (3, 7, 8) so in dem Schwimmkörper (2) angeord­ net ist, dass er dann, wenn der Schwimmkörper (2) in mitt­ lerer Schrägstellung zur Wellenfront verankert ist, etwa in Ausbreitungsrichtung (A) der Wellenfront liegt.

5. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Länge jedes Strömungskanals (3, 7, 8) beziehungsweise die zu durchströmende Breite des Schwimmkörpers (2) so ausgelegt ist, dass sich stets dann ein Wellental an dem Austritt des Strömungskanals (3, 7, 8) befindet, wenn Wasser aus­ strömt.

6. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass an jedem Austritt (3b) eines Strömungskanals (3, 7, 8) eine Rück­ stauklappe angeordnet ist.

7. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass auf jeder Längsseite (2d, 2e) des Schwimmkörpers (2) sowohl Ein­ tritte (3a) als auch Austritte (3b) von Strömungskanälen (3, 7, 8) angeordnet sind.

8. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Veranke­ rungseinrichtung (6) einen am Grund oder an Land befestig­ ten Steg (6a) aufweist, dass der Steg (6a) um vertikale Achsen drehfest aber mit dem Tidehub heb- und senkbar ausgelegt ist, und dass der Schwimmkörper (2) mit einem der Brandung (5) abgewandten Heck (2a) über ein Gelenk (6b) mit dem Steg (6a) verbunden ist.

9. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Generator (11) vorgesehen ist, dem die mechanische Energie zuführbar und mit dem die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist.

10. Strömungskraftwerk nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass an jeder Konvertervorichtung (4) ein sepatarer Generator angeschlossen ist.

11. Strömungskraftwerk nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die mechanische Energie mehrerer Konvertervorichtungen (4) zusammengefaßt einem Generator (11) zugeführt ist.

12. Strömungskraftwerk nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mehrere Konvertervorrichtun­ gen (4) über eine Transmissionswelle miteinander verbunden sind, die an einem Generator (11) angeschlossen ist.

13. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Konvertervorrichtung (4) ein radial durchströmtes Frei­ strahllaufrad (3c, 7c, 8c) oder ein Axiallaufrad (3c, 7c, 8c) aufweist.

14. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schwimmkörper (2) ein Ballastraum (13a, 13b) vorgesehen ist.

15. Strömungskraftwerk nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Ballastraum (13a, 13b) in Längsrichtung des Schwimmkörpers (2) geteilt ist, so dass durch unterschiedliche Befüllung ein gezielte Schief­ lage um die Längsachse des Schwimmkörpers (2) erzeugbar ist.

16. Strömungskraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (2) aus einem Schiffsrumpf (2) gebildet ist.