DE60017447T2

DE60017447T2 - System zur erzeugung von wasserstoff durch nutzung einer wasserströmung

Info

Publication number: DE60017447T2
Application number: DE60017447T
Authority: DE
Inventors: Peter Alexander Josephus Pas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: EP1228309B1; ES2236003T3; ATE287041T1; NL1013559A1; CA2391538C; EP1228309A1; US7352074B1; WO2001034973A1; PT1228309E; AU1742101A; CA2391538A1; DE60017447D1; AU776400B2; NL1013559C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System entsprechend des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser durch Nutzung einer Wasserströmung beispielsweise eines Golfstroms oder Gezeitenstroms, wobei eine Anzahl unter Wasser befindlicher Module umfasst sind.
Ein derartiges System ist in US-A 4,850,190 offenbart.
Es gibt keine wie auch immer gearteten Umweltprobleme in Zusammenhang mit der Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser und der Umwandlung des erzeugten Wasserstoffs mit Sauerstoff. Es gibt keine schädlichen Nebenprodukte wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid oder Stickstoffoxid. Wasserströmungen wie Golfströme, die angeregt sind durch Solarenergie und Gezeitenströme, die angeregt sind durch die Mondphase, stehen frei zur Verfügung und die Energie aus ihnen unterliegt keiner Verknappung.
In der Vorrichtung entsprechend US-A 4,850,190 sind alle Module an einem Kabelsystem in Folge eines über das andere angehängt, derart dass ungünstige Wetterbedingungen nicht einen ungünstigen Effekt hervorrufen können. Die Module, die mit einer Turbine und einem Generator versehen sind, sind in derselben Richtung angehängt, d.h. ihre Stirnseiten sind gegen die Golfströmung gerichtet.
Dieses System hat eine Anzahl signifikanter Nachteile. Die Module sind schwierig erreichbar für Wartung und Reparatur. Deren Richtung kann nicht schnell auf eine Veränderung in der Wasserströmung angepasst werden. Die Tiefe jedes Moduls kann nicht so ausgewählt werden, dass die Turbine von der schnellsten Wasserströmung angetrieben wird. Die Ausbeute des Systems ist demnach relativ gering. Im Notfall ist es unmöglich, ein Modul in einer Position quer zur Strömungsrichtung zu manövrieren. So ein Fall tritt beispielsweise ein, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers zu hoch ist.
Das Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und somit wird ein System gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Vorzugsweise bestehen die Mittel, welche es ermöglichen, die Tiefe der Module unter Wasserniveau auf die Tiefe einzustellen, in der die Wasserströmung am vorteilhaftesten ist, aus Ballasttanks und zumindest einem Ruderblatt, welches drehbar um eine horizontale Achse sein kann und die Module werden an ihren Stirnseiten über mindestens zwei geneigte oder horizontale Kabel mit einem Anker verbunden, der mit dem Seeboden verankert ist.
Um die Winkelposition bezüglich der Strömungsrichtung einstellen zu können, kann ein um eine vertikale Achse drehbares Ruderblatt verwendet werden.
Um zusehends die Energieeffizienz der Module zu erhöhen, kann die Turbine jedes Moduls in einen kontinuierlichen Strömungskanal in Form eines Venturi-Rohres untergebracht sein, welcher in Richtung der Strömung gesehen, einen Kanal aufweist, der sich fortschreitend verengt, einen sich anschließenden engen Kanal und einen sich anschließenden Kanal, der sich fortschreitend erweitert.
Die Zerlegungsmittel sind in den Modulen angeordnet. Ein Zugangsturm mit einem oberen über Wasserniveau herausragenden Abschnitt ist an der Spitze jedes Moduls angebracht.
Der Generator jedes Moduls könnte in Reihe mit der Turbine angeordnet sein. Jedoch ist dies für den vorher beschriebenen Venturi-Effekt ungünstig. Demnach wird der Generator jedes Moduls in einem radialen Abstand von der Turbine entfernt positioniert und die Drehbewegung der Turbinen werden über eine oder mehrere Zahnradgetriebe und einer Drehachse auf die Welle des Generators übertragen.
Um zu verhindern, dass große Fische oder Meeressäuger die Turbine zerstören, ist ein Gitter an der Stirnseite der Turbine jedes Moduls eingepasst. Das Gitter kann leicht von Muscheln und Algenbewuchs gereinigt werden, wenn eine oder mehrere Bürsten, die an einem Arm bewegt werden können, dem Gitter zugeordnet sind.
Zur Gewichtsersparnis und zum Schutz vor Verformungen können die Turbinenschaufeln eine Hohlraumkonstruktion sein.
Vorzugsweise weist jede Turbine zwei Schaufelsätze auf, die in gegenläufigen Richtungen durch die Wasserströmung in Drehung versetzt werden können.
Um den Venturi-Effekt erreichen zu können und gleichzeitig ausreichenden Raum für die Ballasttanks und ähnliches bereitzustellen, kann das Gehäuse der Module eine Doppelwandkonstruktion aufweisen, wobei die Bereiche zwischen den Doppelwänden in Kammern durch Quer- und Längseinteilung unterteilt sein können. Aufgrund der Verwendung der Ballasttanks können die Module auch schwimmbar gemacht werden.
Zumindest einige der Kammern können miteinander über Öffnungen in den Einteilungen in Verbindung stehen. Das System umfasst einen zentralen Lagerturm, der mit dem Seeboden verankert ist, und eine Landungsbrücke und Mittel zum Überführen von in Tanks gelagertem Wasserstoff an das Ufer in einen Tank.
Der zentrale Lagerturm steht über Wasserstofftransportleitungen mit einer Wasserstofftransportleitung in Verbindung, die sich von jedem Modul aus erstreckt, wobei der Punkt, an dem sich die zwei Leitungen treffen, sich an den Ankern befinden, an denen die Module über Kabel verbunden sind.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Modul, welches für ein vorher beschriebenes System geeignet ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren detaillierter erklärt, wobei ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
1 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Systems.
2 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines eingesetzten Moduls.
3 zeigt einen Längsschnitt des Moduls.
Das dargestellte System zur Herstellung von Wasserstoff umfasst eine große Anzahl von Modulen 1, welche über Leitungen 2, 3 mit einem zentralen Lagerturm 4 verbunden sind. Der Lagerturm weist Tanks 5 auf, um den erzeugten Wasserstoff unter relativ hohem Druck beispielsweise bis zu 30 bar aufzunehmen als auch Bereiche 6, welche als Lager oder Bürobereich dienen können. Ein Lagerturm ist an dem Seeboden verankert.
Eine Plattform 7 mit Leuchtsignal 8 ist auf der Spitze des Lagerturms angebracht. Eine Landungsbrücke 9, wo ein Tanker 10 oder ein anderes Schiff anlegen kann, schließt sich an die Plattform 7 an.
Jedes Modul 1 hat ein doppelwandiges Gehäuse mit Innenwänden 11 und Außenwänden 12. Das Gehäuse umgibt einen Strömungskanal 13, der die Form eines Venturi-Rohres hat, d.h. gesehen von vorne nach hinten einen Bereich 14, welcher sich von außen nach innen verengt und in einen engen Bereich 15 mündet, welcher seinerseits in einen Bereich 16 mündet, der sich von innen nach außen weitet. Eine Turbine 17 ist in einem Kanal 13 befestigt, wobei die Turbine 17 zwei Schaufelsätze 18 und 19 aufweist, welche von der Wasserströmung durch den Kanal 13 angetrieben werden, wodurch ihre Wellen zum Drehen veranlasst werden. Zur Gewichtsersparnis können die Schaufeln eine Hohlraumkonstruktion sein. Die Wellen der Schaufelsätze sind über eine Getriebeübersetzung 20 mit einer Drehachse 21 verbunden. Die Schaufeln der Sätze 18, 19 sind so ausgerichtet, dass ihre Wellen von der Wasserströmung in der gegenläufigen Richtung angetrieben werden. Die Getriebeübersetzung 20 überträgt die Drehbewegung der Wellen beider Schaufelsätze auf die Drehachse 21 derart, dass letztere in eine Richtung dreht. Ein Generator 22, der elektrische Energie erzeugt, ist so gestaltet, dass er über eine Übersetzung an dem anderen Ende der Drehachse 21 dreht. Die erzeugte elektrische Energie wird in einer Zerlegungsvorrichtung 23 verwendet, welche eine Anode und eine Kathode aufweist, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Ein hoher Wasserstoffdruck beispielsweise bis zu 30 bar kann erreicht werden, wenn die Reaktion 2H₂O→2H₂ + O₂ im Wasser innerhalb der Zerlegungsvorrichtung, der KOH zugesetzt wurde, durchgeführt wird. Die Zerlegungsvorrichtung 23 arbeitet batchweise.
Der erzeugte Wasserstoff wird unter in Druckkesseln erzeugtem Druck gelagert, welche nicht dargstellt sind und welche in einer oder mehreren Kammern der Doppelwand des Gehäuses 11, 12 untergebracht sind. Ein Gitter 24, welches verhindert, dass große Meeressäuger, beispielsweise Haie oder Wale, in der Lage sind, die Turbine zu zerstören, ist an der Stirnseite des Gehäuses eingepasst. Eine an einem drehbaren Arm angebrachte Bürste 26 erlaubt es, Muscheln oder Algen von dem Gitter zu entfernen. Das doppelwandige Gehäuse ist in Kammern durch Quereinteilungen 27 und Längseinteilungen 28 unterteilt. Einige Kammern dienen als Ballasttanks, wodurch der Auftrieb des Moduls kontrolliert werden kann. Es gibt eine oder mehrere Pumpen an Bord, die nicht dargestellt sind, um das Ballastwasser zuzuleiten und abzuleiten. Andere Kammern sind über Öffnungen 29 miteinander in Verbindung.
Ein Zugangsturm 30 mit einem breiten Eingangs- und Ausgangsbereich 31 für das Wartungspersonal ist an jedem Modul 1 angebracht. Eine Treppe 32 erstreckt sich über die Länge des Turms ebenso wie eine Luftleitung 33.
Ein Ruderblatt 35, welches um eine horizontale Achse gedreht werden kann und ein Ruderblatt 36, welches um eine vertikale Achse gedreht werden kann, sind an der Rückseite jedes Moduls 1 angebracht. An der Stirnseite ist jedes Modul 1 über zwei hängende oder horizontale Kabel 37, 38, die mit dem Meeresboden verbunden sind, mit der Spitze einer Ankerstange 39 verbunden.
Die Wasserstoffleitung 2 jedes Moduls verläuft zu der Spitze der entsprechenden Ankerstange 39, wo sie mit einer Leitung 3 verbunden wird, die zu dem zentralen Lagerturm 4 führt.
Die vertikale Positionierung jedes Moduls in der am meisten bevorzugten Wassertiefe wird mittels der Ballasttanks und des Ruderblatts 35, welches um eine horizontale Achse drehen kann, beeinflusst. Positionieren jedes Moduls 1 derart, dass die Stirnseite desselben so ausgerichtet ist, dass sie direkt der Strömungsrichtung gegenübersteht (gezeigt durch 40 in 2) wird im Wesentlichen automatisch erreicht, indem die beiden Kabel 37, 38 drehbar an dem oberen Bereich der Ankerstange 39 verbunden sind. Das Wasser, welches durch den Venturirohr-förmigen Strömungskanal fließt, bringt das Modul in die vorteilhafteste Richtung bezüglich des Golfstroms oder Gezeitenstroms. Dies bedeutet im Falle eines Gezeitenstroms, dass bei Wechsel der Gezeiten die Module um ungefähr 180° bezüglich der Ankerstange 39, an der sie über die beiden Kabel 37, 38 verbunden sind, drehen.
Durch Entfernen von Wasser aus der Ballastkammer kann ein Modul als ein Behälter (siehe 1) abgeschleppt werden. Das Modul kann auf dem Grund platziert werden, indem die Ballastkammern, möglicherweise unterstützt durch das Ruderblatt 35, gefüllt werden.
Der erzeugte Sauerstoff kann in die Luft freigesetzt werden entweder von jedem Modul oder von dem zentralen Lagerturm. Eine andere Möglichkeit ist das Lagern des Sauerstoffs in Behältern und dessen Vermarktung.
Das Ruderblatt 36, welches ferngesteuert sein kann und um eine vertikale Achse gedreht werden kann, dient dazu, die Position des Moduls unter Berücksichtigung des Wasserstroms verändern zu können und Korrekturen der Winkelposition der Module in der horizontalen Ebene durchführen zu können. Wenn beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit bis auf eine solche Größe ansteigt, dass die Gefahr besteht, dass die Schaufelsätze 18, 19 oder deren Lagerung zerstört werden, werden die Module in eine Richtung quer zu der Wasserströmung befördert, so dass die Schaufelsätze nicht angetrieben werden. Es ist auch möglich, dass die Schaufelsätze 18, 19 einstellbar sind und dass – im Falle einer zu hohen Wasserströmung – die Schaufelsätze in eine derartige Winkelposition gebracht werden, dass sie nicht angetrieben werden. Die Anpassung der Schaufelwinkel erfolgt über Fernsteuerung.

Claims

System zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser durch Nutzung einer Wasserströmung, wie beispielsweise einen Golfstrom oder Gezeitenstrom, wobei das System umfasst: – eine Anzahl unter Wasser befindlicher Module (1), welche jeweils eine Turbine (17) aufweisen, die von der Wasserströmung angetrieben werden kann und die über mindestens ein Zahnradgetriebe (20) mit einem Generator (22) gekoppelt ist, um elektrische Energie zu erzeugen; und – Zerlegungsmitteln (23), um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung der generierten elektrischen Energie zu zerlegen, wobei die Module (1) mit Mitteln (13, 37, 38) versehen sind, um die Stirnseite der Module – gesehen in Längsrichtung der Turbinen – in die Richtung der Wasserströmung oder einer davon abweichenden Winkelstellung automatisch auszurichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1) mit Mitteln (35) versehen sind, um die Tiefe der Module (1) unter Wasserniveau zu steuern; in dem die Zerlegungsmittel (23) in den Modulen (1) angeordnet sind; in dem ein Zugangsturm (30) mit einem oberen über Wasserniveau herausragenden Abschnitt (31) an der Spitze jedes Moduls (1) angebracht ist; und in dem der Generator (22) jedes Moduls (1) in einem radialen Abstand von der Turbine (17) entfernt positioniert ist und die Drehbewegung der Turbinen (17) über das mindestens eine Zahnradgetriebe (20) und einen Drehstab (21) auf die Welle des Generators (22) übertragen wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die es erlauben die Tiefe der Module unter Wasserniveau an die Tiefe anzupassen, in der die Wasserströmung am vorteilhaftesten ist, aus Ballasttanks und zumindest einem Ruderblatt (35) bestehen, welches drehbar um eine horizontale Achse befestigt ist und indem die Module an ihren Stirnseiten über mindestens zwei geneigte oder horizontale Kabel (37, 38) mit einem Anker (39) verbunden sind, der mit dem Seeboden verankert ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul ebenfalls ein drehbar um eine vertikale Achse befestigtes Ruderblatt (36) aufweist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (17) jedes Moduls (1) in einem Strömungskanal (13) in Form eines Venturirohrs untergebracht ist, welcher – in Blickrichtung der Strömung – einen Kanal (14) aufweist, der sich fortschreitend verengt, einen sich anschließenden engen Kanal (15) und einen sich anschließenden Kanal (16), der sich fortschreitend erweitert.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gitter (24) an der Stirnseite der Turbine jedes Moduls (1) eingepasst ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Bürsten (26) dem Gitter (24) zugeordnet sind, die an einem Arm bewegt werden können.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufeln (18) eine Hohlraumkonstruktion sind.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Turbine zwei Sätze (18, 19) von Schaufeln aufweist, die in gegenläufigen Richtungen durch die Wasserströmung in Drehung versetzt werden können.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Module eine doppelwandige (11, 12) Konstruktion ist und die Bereiche zwischen den Doppelwänden in Kammern durch Quereinteilungen (27) und Längseinteilungen (28) unterteilt sind.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kammern miteinander über Öffnungen (29) in den Einteilungen in Verbindung stehen.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen zentralen Lagerturm (4), der mit dem Seeboden verankert ist, eine Landungsbrücke und Mittel zum Überführen von in Tanks gelagertem Wasserstoff an das Ufer oder in einen Tanker umfasst.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Lagerturm über Wasserstofftransportleitungen (3) mit einer Wasserstofftransportleitung (2) in Verbindung steht, die sich von jedem Modul aus erstreckt, wobei der Punkt, an dem sich die Leitungen (2) und (3) treffen, sich an Ankern (39) befindet, an denen die Module (1) über Kabel (37, 38) verbunden sind.