Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das OWC-Wellenenergiekraftwerk ist der zur Zeit zukunftstr\u00e4chtigste Typ zur Umwandlung von Wellenenergie in nutzbaren Strom. Die laufenden Forschungsarbeiten besch\u00e4ftigen sich insbesondere mit der Dimensionierung der Strukturen hinsichtlich auftretender Belastungen, der Minimierung der hydraulischen Verluste und der Entwicklung von neuartigen Turbinen-Generatoren-Typen. Die Entwicklung aller bisher untersuchten Luftturbinensysteme wird jedoch als problematisch und die Kommerzialisierung als hin-dernd angesehen. Aufbauend auf den internationalen Forschungsergebnissen soll eine Bestandsaufnahme der verf\u00fcgbaren Hydroturbinen durchgef\u00fchrt und mit Basisuntersuchungen gepr\u00fcft werden, ob ein Einsatz konventioneller Hydroturbinen im OWC-Wellenenergiekraftwerk eine energetische Weiterentwicklung darstellen kann. Um den Wirkungsgrad gegen\u00fcber derzeitigen Entwicklungen deutlich zu stei-gern, sollen dazu kleinma\u00dfst\u00e4bliche Untersuchungen am physikalischen Modell zeigen, ob und wie eine Hydroturbine in einem OWC-Wellenenergiekraftwerk, eine Konzeption zur Str\u00f6mungsgleichrichtung so-wie eine str\u00f6mungsoptimierte Form der Ein- und Auslaufkammern umgesetzt werden kann.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs ist eine Bestandsaufnahme der heute verf\u00fcgbaren Hydroturbinen f\u00fcr m\u00f6gliche Anwendungen in einem OWC-Wellenenergiekraftwerk durchgef\u00fchrt worden. Es ist mit Hilfe von laseroptischen Geschwindigkeitsmessungen (Particle Image Velocimetrie) im welleninduzierten Str\u00f6mungsfeld an der Einlass\u00f6ffnung eines OWC-Wellenenergiekraftwerks erstmals gelungen, die den Gesamtwirkungsgrad eines OWC-Wellenenergiekraftwerks ma\u00dfgeblich bestimmenden Verluste, d. h. die Dissipation von turbulenter kineti-scher Energie, zu bestimmen. Es sind weiterhin Wirkungsgradverl\u00e4ufe in Abh\u00e4ngigkeit von der Frequenz der anlaufenden Wellen unter Variation geometrischer Parameter und des D\u00e4mpfungsverhaltens eines OWC-Wellenenergiekraftwerks ermittelt worden. Diese Wirkungsgradverl\u00e4ufe sind zun\u00e4chst f\u00fcr heute \u00fcblicherweise in einem OWC-Wellenenergiekraftwerk eingesetzte Luftturbinen ermittelt worden. Anschlie\u00dfend ist unter Ver\u00e4nderung verschiedener geometrischer Randbedingungen (Zu- und Ablaufkammern, \u00d6ffnungsweiten, und Verteilung der Zu- und Abl\u00e4ufe etc.) mit Basisuntersuchungen an einem physikalischen Modell der zu erwartende Wirkungsgrad bei Einsatz von Hydroturbinen in einem OWC-Wellenenergiekraftwerk quantifiziert worden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im ersten Teil des Projekts sind die heute verf\u00fcgbaren Turbinen f\u00fcr einen derartigen Einsatz erfasst und zusammengestellt worden. Damit ist der heutige Stand auf dem Gebiet der Anlagen zum Einsatz im Bereich der kleinen Wasserkraft ermittelt und es sind m\u00f6gliche Projektpartner f\u00fcr sp\u00e4tere Projektphasen er-kannt und benannt worden.
\nDie Basisuntersuchungen am physikalischen Modell verliefen im ersten Teil sehr erfolgreich. Erstmals ist es gelungen, \u00fcber eine ganzheitliche Betrachtung und Vermessung des Str\u00f6mungsfeldes im Einlaufbereich eines OWC-Wellenenergiekraftwerks Energieverluste beim Einlaufen von Wellen in die Hauptkammer eines OWC-Wellenenergiekraftwerks zu quantifizieren und daraus Empfehlungen f\u00fcr die Gestaltung des Einlaufbereichs abzuleiten. Dazu ist die Particle Image Velocimetrie als Ganzfeldverfahren zur Untersuchung von Str\u00f6mungsfeldern eingesetzt worden. Dieses Messverfahren hat den experimentellen Aufwand gegen\u00fcber den Planungen zu Projektbeginn (hier war der Einsatz einer Ultraschallsonde vorge-sehen) erheblich erh\u00f6ht. Die Ergebnisse rechtfertigen jedoch diesen versuchstechnischen Mehraufwand und haben bereits Eingang in einige Ver\u00f6ffentlichungen gefunden.
\nIm dritten Teil ist der Wirkungsgrad m\u00f6glicher Hydroturbinen bei einem Einsatz in einem OWC-Wellenenergiekraftwerk im physikalischen Modell untersucht worden. Leider entsprachen die erzielten Ergebnisse nicht den Erwartungen. Die Wirkungsgradverl\u00e4ufe im untersuchten Frequenzband liegen f\u00fcr eine Hydroturbine deutlich unter denen f\u00fcr die heute \u00fcblicherweise eingesetzten Luftturbinen. Mit der idealisierenden Annahme, den am Einlauf in die Zulaufkammer anstehenden Energiefluss des Wassers vollkommen und verlustfrei nutzen zu k\u00f6nnen, sind maximal Wirkungsgrade zu erzielen, die in etwa einem Zehntel der heute eingesetzten Luftturbinen entsprechen.
\nDiese geringen Wirkungsgrade einer Hydroturbine k\u00f6nnen physikalisch wie folgt erkl\u00e4rt werden: Es entstehen in den Zu- bzw. Ablaufkammern zwei schwingungsf\u00e4hige Systeme die \u00fcber einen Verbindungskanal (Hydroturbine) miteinander kommunizieren. Die Ventile zwischen den beiden Kammern sind so geschaltet, dass sie eine gerichtete Str\u00f6mung durch den Verbindungskanal erzeugen (Potentialdifferenz zwischen Zu- und Ablaufkammer). Es besteht die Hauptschwierigkeit, das System in Zu- und Ablaufkammer zur Schwingung anzuregen, weil die Massentr\u00e4gheit des Systems nur schwer mit der durch die periodische Wellenbewegung angefachten oszillierenden Bewegungen der Wassers\u00e4ule in der Hauptkammer des OWC-Wellenenergiekraftwerks System zu \u00fcberwinden ist. Der Gesamtwirkungsgrad sinkt gegen\u00fcber einem OWC-Wellenenergiekraftwerk mit Luftturbine deswegen dramatisch ab. Das Kosten-Nutzen-Verh\u00e4ltnis kann somit gegen\u00fcber einem OWC-Wellenenergiekraftwerk mit Luftturbine nicht verbessert werden. Es gilt zuk\u00fcnftig zu erforschen, ob und ggf. wie eine Koppelung von Luftturbine und Hyd-roturbine zu verbesserter Energieausbeute f\u00fchren kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes oder mit Bezug zum Projekt entstandene Ver\u00f6ffentlichungen
\n[GSL00]\tGraw K-U, Schimmels S & Lengricht J. 2000. Quantifying the losses around the lip of an OWC by use of Particle Image Velocimetry (PIV). Aalborg: Proc Fourth European WaveEnergy Conference: I 1.
\n[LSG01]\tLengricht J, Schimmels S & Graw K-U. 2001. 3-D particle image velocimetry in complex wave motion. Maui, Hawaii: Proc. The 3rd Pacific Symposium on Flow Visualization and Im-age Processing: C5-3 (CD-ROM F3107.pdf).
\n[Len01]\tLengricht J. 2001. Investigation of a disturbed wave field by phase resolution. Tempe, Arizona: Proc. 3rd International Symposium on Environmental Hydraulics 2001.
\n[LSSG01]\tLengricht J, Schimmels S, Schlurmann T & Graw K-U. 2001. Whole field velocity mapping in waves. Chennai: Proc. International Conference in Ocean Engineering ICOE 2001.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Erkenntnisse aus den sehr umfangreichen Modelluntersuchungen sollen jedoch genutzt werden, um abzusch\u00e4tzen, inwiefern die hier erstmals unterbreitete Idee eines OWC-Wellenenergiekraftwerks mit konventioneller Hydroturbine nicht doch noch vielversprechend weiterverfolgt werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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