Die Erfindung betrifft ein Strömungskraftwerk für den Offshore- oder Onshore- Betrieb, somit in Meeren oder in Flüssen, umfassend als wesentliche Bauteile eine Wasserturbine, einen mit dieser in Triebverbindung stehenden Generator sowie eine auf dem Gewässerboden stehende oder schwimmende Tragkonstruktion. Turbine und Generator befinden sich in einem torpedoförmigen Gehäuse. Auf DE 10 2013 001 212 sowie DE 10 2012 025 127 wird verwiesen. Ein solches Kraftwerk umfasst als wesentliche Bauteile eine Wasserturbine sowie einen elektrischen Generator - beide im Folgenden„Energieeinheit" genannt. Sie sind miteinander drehfest verbunden, meist dadurch, dass ihre Rotoren auf ein und derselben Antriebswelle sitzen, umgeben von einem Gehäuse. Turbine, Generator und Gehäuse bilden die sogenannte Gondel. Diese ist von einer Tragkonstruktion getragen, die ihrerseits auf dem Gewässerboden steht, beispielsweise auf dem Meeresboden. Auch hier kann die Tragkonstruktion schwimmen. Sie kann im Boden mehrere Meter tief eingelassen sein. Auch gibt es Schwergewichtskonstruktionen, zum Beispiel aus Beton, die kein Anbohren des Bodens verlangen. Die Tragkonstruktion kann aus einem Pfahl bestehen.

Anlagen zum Erzeugen von Energie aus Meeresströmungen können aus einer Mehrzahl von Strömungskraftwerken der genannten Bauart gebildet sein. Solche Anlagen weisen verschiedene Arten der Automatisierung und Steuerung auf. Üblich sind Automatisierungen, die nach Sollgrößen betrieben werden. Die folgenden Sollgrößen kommen in Betracht: Die Geschwindigkeit der

Meeresströmung, die maximierte Momentanleistung oder die Drehzahl oder das Drehmoment der Energieeinheit. Dabei beruht die Automatisierung stets auf einer Regelung von Momentanwerten. Es werden somit Werte der genannten

Sollgrößen erfasst, und augenblicklich so verwendet, wie sie sind. Die Gesamt-Meeresenergie kommt zustande durch die folgenden Kräfte:

(1) Kräfte durch die Grundströmung. Dies ist die Tidenströmung des Meeres landeinwärts oder landauswärts. Dabei verläuft die Strömung im

Wesentlichen in ein und derselben Richtung.

(2) Kräfte zufolge Turbulenz. Die Turbulenz geht zurück auf Abweichungen von der Hauptströmungsrichtung. Sie ist an verschiedenen Orten verschieden. Sie variiert zeitlich.

(3) Kräfte zufolge der Wellenbewegungen. Dies geht auf ein Bewegen der einzelnen Welle zurück. Einzelne Wasserteilchen führen dabei eine

Kreisbewegung aus und erzeugen Komponenten in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung.

Die Kräfte zu (1) und zu (2) hängen zwar jeweils vom Standort ab. Sie sind jedoch relativ zueinander weitgehend konstant.

Die Gesamtbelastung eines Strömungskraftwerkes und damit einer Anlage aus mehreren Strömungskraftwerken ist eine Kombination aus den Kräften zu (1), (2) und (3). Die Gesamtlast ist eine wichtige Größe, da das einzelne

Strömungskraftwerk beziehungsweise eine Anlage vor Erreichen einer Höchstlast abgeschaltet werden muss.

Die genannten lokalen Änderungen des Energieaufkommens und damit der auftretenden Kräfte können auch auf andere zyklische Effekte als die oben beschriebenen zurückgehen, zum Beispiel auf Wirbel, die durch Ablösungen von Widerständen im Tidenstrom erzeugt werden. Dies tritt beispielsweise bei Inseln auf. Auch hier lassen sich Prognosen wie bei Wellenbewegungen erzeugen, entweder durch direkte oder indirekte Messung. Am wichtigsten sind noch die Kräfte zu (3). Diese haben einen signifikanten Einfluss auf die Gesamtlast, die auf die Turbine wirkt.

Bisher bemühte man sich, die genannten Kräfte zu erfassen, um eine Überlastung der Anlage durch eine quasi statische Veränderung der Drehzahl der

Energieeinheit und damit eine Überlastung zu vermeiden. Dies wurde bisher jedoch nicht im gewünschten Ausmaß erreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Strömungskraftwerk der genannten Bauart derart zu gestalten, dass Überlastzustände vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, dass es nicht genügt, die genannten Kräfte zu erfassen und zum selben Zeitpunkt auch zur Regelung der Energieeinheit zu nutzen. Vielmehr schlägt der Erfinder vor, aus dem zu einem Zeitpunkt ti oder davor herrschenden Kräften eine Prognose bezüglich jener Kräfte zu erstellen, die zu einem künftigen Zeitpunkt t ₂ auftreten werden. Es wird somit eine Prognose bezüglich eines künftigen Energieangebotes erstellt, das zu einem Zeitpunkt t ₂ herrschen wird. Damit erhält man zugleich eine Angabe über die zu erwartenden, auf die Turbine wirkenden Kräfte.

Ferner schlägt der Erfinder einen Regler vor, um die Drehzahl der gemeinsamen Antriebswelle rechtzeitig vor dem genannten Zeitpunkt t ₂ auf einen Wert einzuregeln, sodass die daraus resultierenden Lasten auf zulässigen Werten gehalten werden.

Die Kräfte zu (1) folgen einem vorhersehbaren Tidenzyklus. Die Kräfte zu (2) stehen üblicherweise in Relation zu diesem Zyklus und hängen hiervon ab. Die Kräfte zu (3) sind hiervon - wie oben erwähnt - vollkommen unabhängig. Zwar sind die Amplituden von Wellenkräften nicht vorhersehbar, wohl aber in ihrer Relation zueinander, somit von Welle zu Welle. So wird grundsätzlich eine Welle nicht plötzlich ausbleiben, und es wird auch im Allgemeinen eine Welle von übermäßiger Höhe nicht plötzlich auftreten. Auch ist die Periodendauer der Wellen erfahrungsgemäß gleichmäßig. Durch Beobachtung der aktuellen Wellensituation kann daher ein Strömungskraftwerk beziehungsweise eine ganze Anlage vor dem Eintreffen der nächsten Welle in einen Betriebszustand (Drehzahl der

Energieeinheit) gefahren werden, derart, dass die Last beim Durchlaufen der nächsten Welle ausgeglichen oder zumindest minimiert wird.

Die aktuelle Last beim Durchlaufen einer Welle wird somit minimiert. Damit wird die Gefahr von Schäden verringert. Einzelne Anlagen können somit als Messposten für den gesamten Energiepark dienen. Der Wellengang kann derart stark sein, dass konventionelle Strömungskraftwerke wegen der hierdurch auftretenden hohen Kräfte gar nicht mehr betrieben werden können. Durch Anwendung der Erfindung ist es jedoch möglich,

Strömungskraftwerke auch noch bei extrem hohen Wellen zu betreiben. Ein erfindungsgemäßes Strömungskraftwerk lässt sich daher während viel größerer Zeiträume nutzen, und muss gegebenenfalls überhaupt nicht mehr abgeschaltet werden. Es bedeutet, dass die Jahres- oder Lebensleistung eines

erfindungsgemäßen Strömungskraftwerkes wesentlich höher sein kann, als diejenige eines herkömmlichen Kraftwerkes. Beispiel für das Betreiben eines erfindungsgemäßen Strömungskraftwerks:

Bei einem Strömungskraftwerk wird die Wellenbewegung erfasst. Diese kann beispielsweise aus der Last- oder Leistungskurve des Kraftwerkes leicht gewonnen werden. Es werden somit zu einem Zeitpunkt ti die Daten einer über das

Kraftwerk hinweglaufenden Welle erfasst, vor allem die Amplitude der einzelnen Welle sowie die Wellenfrequenz. Hiermit gewinnt man eine Prognose für das Energieangebot und damit für die Kräfte, die auf das Kraftwerk bei Überlaufen der nachfolgenden Welle zu einem Zeitpunkt t ₂ herrschen werden. Rechtzeitig vor Eintreffen der nachfolgenden Welle wird die Drehzahl des

Kraftwerkes derart angepasst, dass das durch die nachfolgende Welle erzeugte Energieangebot und die damit verbundenen Kräfte entsprechend verringert werden. Befindet sich der Scheitelpunkt der nachfolgenden Welle gerade über dem

Kraftwerk, beziehungsweise hat das Kraftwerk auch bereits ein wenig

überschritten, so wird die Drehzahl wieder angepasst, und zwar im Hinblick auf das folgende Wellental. Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage mit zwei Unterwasser- Strömungskraftwerken.

Figur 2 veranschaulicht das Zusammenwirken von Energieangebot und einer beispielhaften Drehzahl über der Zeit.

Der in Figur 1 gezeigte Offshore-Energiepark umfasst zwei Strömungskraftwerke gemäß der Erfindung. Die beiden Strömungskraftwerke sind baugleich. Sie umfassen jeweils eine Energieeinheit 1, umfassend eine Turbine sowie einen Generator, der hier nicht gezeigt ist. Turbine und Generator befinden sich in einer torpedoförmigen Gondel. Auf dem Meeresboden steht jeweils eine Tragkonstruktion 2. Sie kann im

Meeresboden durch Einlassen von Pfählen verankert sein. Sie kann aber auch durch entsprechendes Eigengewicht mit dem Meeresboden genügend fest verbunden sein. Die Tragkonstruktion 2 umfasst einen Turm 2.1 sowie Stäbe 2.2.

Das in Figur 2 gezeigte Diagramm zeigt den Verlauf des Energieangebotes [E] über der Zeit [t], sowie die Drehzahl [n], wiederum über der Zeit [t].

Wie man sieht, wird die Anlage derart gefahren, dass die Drehzahl der

Energieeinheit bei einem Wellenberg ein Minimum aufweist, aber bei einem Wellental ein Maximum.

Läuft eine Welle über das Kraftwerk hinweg, so verändert sich entsprechend der Wellenhöhe die Leistung des Kraftwerkes beziehungsweise der Anlage, da die Kräfte zu (1) und (2) jene gemäß (3) überlagern. Gleiches gilt für die mechanische Last, zum Beispiel in Form von Schubkräften am Fundament. Aus diesen

Zeitsignalen (Leistung des Ausgangs, Kräfte am Fundament, separate

Strömungsmessung) lassen sich die Wellen quasi„ablesen", und es lässt sich eine Gegensteuerung einleiten.

Die Drehzahl der Energieeinheit lässt sich mittels eines Umrichters in gewünschter Weise beeinflussen.

Die Prognoseeinheit kann einen üblichen Regler umfassen. Sie kann auch den D- Anteil eines PID-Reglers umfassen.

Die Prognoseeinheit kann die Messungen der notwendigen Parameter selbst durchführen, oder es kann ein eigenständiges Messgerät hierzu vorgesehen werden. Bezugszeichen liste Energieeinheit

Tragkonstruktion

Turm

Stäbe