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DE102013213479A1 - Underwater power plant - Google Patents

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DE102013213479A1
DE102013213479A1 DE102013213479.7A DE102013213479A DE102013213479A1 DE 102013213479 A1 DE102013213479 A1 DE 102013213479A1 DE 102013213479 A DE102013213479 A DE 102013213479A DE 102013213479 A1 DE102013213479 A1 DE 102013213479A1
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Germany
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stator
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DE102013213479.7A
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German (de)
Inventor
Andreas Majer
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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Abstract

Unterwasserkraftwerk mit einem Generator, welcher einem Stator und einen Rotor aufweist, wobei sich in dem Spalt zwischen Stator und Rotor Wasser befindet, und der gekapselte Stator von Wasser umströmt wird, wobei es sich bei dem Generator um eine Reluktanzmaschine handelt.Underwater power plant with a generator having a stator and a rotor, wherein in the gap between the stator and rotor water is, and the encapsulated stator is flowed around by water, wherein the generator is a reluctance machine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserkraftwerk, insbesondere ein Gezeiten- oder ein Flusskraftwerk.The invention relates to an underwater power plant, in particular a tidal or a river power plant.

Unterwasserkraftwerke sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Dabei werden z.B. freistehende Unterwasserkraftwerke in einer Meeresströmung oder einer Flussströmung versenkt. Es handelt sich dabei meist um Kraftwerke, die einen propellerförmigen Rotor und eine Maschinengondel aufweisen, wobei die Maschinengondel den Generator aufnimmt. Es kann sich jedoch auch um sogenannte hydrokinetische Turbinen handeln, die vor und/oder nach der Turbine Venturi-artige Röhren zur Beschleunigung der die Turbine antreibenden Wasserströmung aufweisen. Underwater power plants are known from the general state of the art. In doing so, e.g. freestanding underwater power plants immersed in a sea current or a river current. These are usually power plants, which have a propeller-shaped rotor and a nacelle, wherein the nacelle accommodates the generator. However, they can also be so-called hydrokinetic turbines, which have venturi-type tubes before and / or after the turbine for accelerating the water flow driving the turbine.

In einer Strömung versenkte Unterwasserkraftwerke müssen besondere Anforderungen bezüglich der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit des Betriebs erfüllen, da die Zugänglichkeit zu Unterwasserkraftwerken technisch sehr schwierig und damit auch sehr teuer ist. Funktionsstörungen die möglicherweise zu Wartungsarbeiten führen können, müssen daher konstruktiv auf ein Minimum reduziert werden. Ein möglichst einfacher und fehlertoleranter Aufbau kommt dieser Anforderung sehr entgegen.Underwater power plants submerged in a current must fulfill special requirements with respect to the lifetime and the reliability of the operation, since the accessibility to underwater power plants is technically very difficult and therefore very expensive. Malfunctions that can possibly lead to maintenance work must therefore be reduced to a minimum. A design that is as simple and fault-tolerant as possible meets this requirement very well.

So beschreibt beispielsweise die DE 10 2008 031 615 A1 ein Unterwasserkraftwerk, das einen elektrischen Generator mit einem Rotor mit permanentmagnetisierten Rotorpolen aufweist. Durch die Verwendung von permanentmagnetisierten Rotorpolen kann auf eine elektrische Erregung verzichtet werden, wodurch die damit verbundene mögliche Fehlerquelle konstruktiv vermieden wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der elektrische Generator mit Wasser umspült ausgebildet. Dabei ist insbesondere der Luftspalt zwischen dem Generatorläufer (Rotor) und dem Generatorstator geflutet. Der Vorteil der wasserumspülten Ausführungsform ist einerseits darin zu suchen, dass durch den Verzicht auf eine Kapselung und Dichtung des gesamten Generators die mögliche Fehlfunktion vermieden wird, die durch ein Versagen der Dichtung hervorgerufen werden kann. Außerdem wird der Generator so direkt durch das ihn umspülende Wasser gekühlt, wodurch ein separates Kühlsystem eingespart wird, das wiederum selbst eine potentielle Fehlerquelle darstellt. For example, describes the DE 10 2008 031 615 A1 an underwater power plant, which has an electric generator with a rotor with permanent magnetized rotor poles. By the use of permanent magnetized rotor poles can be dispensed with an electrical excitation, whereby the associated possible source of error is avoided constructively. In a particularly preferred embodiment, the electric generator is formed flushed with water. In particular, the air gap between the generator rotor (rotor) and the generator stator is flooded. The advantage of the water-pervaded embodiment is, on the one hand, the fact that the omission of an encapsulation and sealing of the entire generator avoids the possible malfunction which can be caused by a failure of the seal. In addition, the generator is cooled directly by the water around it, thereby saving a separate cooling system, which in turn is itself a potential source of error.

Die geschilderten Vorteile des genannten Standes der Technik werden dadurch erkauft, dass die Verwendung von permanenterregten Rotorpolen ein spezielles und aufwändiges Montageverfahren erforderlich macht (siehe Abschnitt [0005]). Außerdem sind permanenterregte Rotorpole sehr schwer und erfordern eine spezielle aufwändige Aufhängung der Pole am Generatorläuferkern. Es müssen zudem entsprechende Schutzmaßnahmen ergriffen werden, die vor Entmagnetisierung, Korrosion oder zu hoher Temperatur der Magnete schützen. Des Weiteren wirkt die permanente Magnetisierung der Rotorpole störend bei der Handhabung und dem gesamten Installationsprozess.The described advantages of the cited prior art are paid for by the fact that the use of permanently excited rotor poles requires a special and complicated assembly method (see section [0005]). In addition, permanent-magnet rotor poles are very heavy and require a special complex suspension of the poles on the generator rotor core. In addition, appropriate protective measures must be taken to protect against demagnetization, corrosion or excessive temperature of the magnets. Furthermore, the permanent magnetization of the rotor poles interferes with the handling and the entire installation process.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, unter Beibehaltung der aus dem zitierten Stand der Technik resultierenden Vorteile, die genannten Nachteile zu beheben und zusätzlich die Gestehungs- und Wartungskosten des Unterwasserkraftwerks zu reduzieren.The inventor has set itself the task, while maintaining the advantages resulting from the cited prior art, to remedy the disadvantages mentioned and in addition to reduce the cost of construction and maintenance of the underwater power plant.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a generator with the characterizing features of claim 1. Further advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the dependent therefrom dependent claims.

Der Erfinder hat erkannt, dass sich diese Aufgabe dadurch lösen lässt, dass eine Reluktanzmaschine als Generator verwendet wird. Reluktanzmaschinen benötigen weder eine elektrische Erregung noch permanentmagnetische Pole. Reluktanzmaschinen sind einfach aufgebaut und es ergeben sich niedrige Fertigungskosten und eine höhere Lebensdauer.The inventor has realized that this object can be achieved by using a reluctance machine as a generator. Reluctance machines require neither electrical excitation nor permanent magnetic poles. Reluctance machines are simple and result in low manufacturing costs and a longer life.

Wird die Reluktanzmaschine als synchroner Reluktanzgenerator ausgebildet, so ergeben sich gegenüber der permanenterregten Synchronmaschine keine nennenswerten Unterschiede bezüglich der Integration der Reluktanzmaschine in das Kraftwerkskonzept. Der Nachteil, der sich aus dem etwas niedrigeren Wirkungsgrad verglichen mit einer permanenterregten Synchronmaschine ergibt, wird durch die beschriebenen Vorteile bei einem Unterwasserkraftwerk mehr als aufgewogen. Durch die Vermeidung von fehlerbedingten langen und teuren Wartungsarbeiten und den geringeren Investitionskosten wird der Nutzen des Betreibers insgesamt gesteigert. If the reluctance machine is designed as a synchronous reluctance generator, there are no appreciable differences with respect to the permanent-magnet synchronous machine with regard to the integration of the reluctance machine into the power plant concept. The disadvantage that results from the slightly lower efficiency compared to a permanent-magnet synchronous machine is more than offset by the advantages described in an underwater power plant. By avoiding error-related long and expensive maintenance work and the lower investment costs, the overall benefit for the operator is increased.

Die Ausführungsform der Reluktanzmaschine als geschalteter Reluktanzgenerator ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Unterwasserkraftwerk mit variablen Drehzahlen laufen muss. Hier ergibt sich sogar ein höherer Wirkungsgrad, dessen Werte über einen weiten Arbeitsbereich bei über 85% liegen und größer sind als bei der Induktionsmaschine ( Joanna Bekiesch: „Sensorloser Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine“, Dissertation der Universität Siegen ).The embodiment of the reluctance machine as a switched reluctance generator is particularly advantageous when the underwater power plant has to run at variable speeds. This results even in a higher efficiency whose values are over a wide working range of over 85% and are larger than in the induction machine ( Joanna Bekiesch: "Sensorless operation of a switched reluctance machine", Dissertation of the University of Siegen ).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008031615 A1 [0004] DE 102008031615 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Joanna Bekiesch: „Sensorloser Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine“, Dissertation der Universität Siegen [0010] Joanna Bekiesch: "Sensorless operation of a switched reluctance machine", dissertation by the University of Siegen [0010]

Claims (3)

Unterwasserkraftwerk mit einem Generator, welcher einem Stator und einen Rotor aufweist, wobei sich in dem Spalt zwischen Stator und Rotor Wasser befindet, und der gekapselte Stator von Wasser umströmt wird dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Generator um eine Reluktanzmaschine handelt. Underwater power plant with a generator having a stator and a rotor, wherein in the gap between the stator and rotor water is, and the encapsulated stator flows around water is characterized in that it is the generator is a reluctance machine. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzmaschine ein synchroner Reluktanzgenerator ist.Underwater power plant according to claim 1, characterized in that the reluctance machine is a synchronous reluctance generator. Unterwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzmaschine ein geschalteter Reluktanzgenerator ist.Underwater power plant according to claim 1, characterized in that the reluctance machine is a switched reluctance generator.
DE102013213479.7A 2013-07-10 2013-07-10 Underwater power plant Ceased DE102013213479A1 (en)

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