Verfahren zum Betrieb einer Gezeiten-Wasserkraftanlage. Eine rationelle Ausnützung der Gezeiten- Wasserkräfte wird, von ganz wenigen Aus nahmefällen abgesehen, durch die einfache Anordnung eines Abschluldaninies ani Ein gang einer Meeresbucht erreicht, wobei das Wasser in den Abschlussdamm eingebaute Turbinen periodisch in entgegengesetzten Richtungen durchströmt. Diese Anordnung gibt bekanntlich die grösste Ausnutzung der Gezeiten-Wasserkraft, bei welcher die Unter bruchzeiten von möglichst kurzer Dauer sind, und dürfte infolgedessen wohl als einzige Ausbaumöglichkeit ernstlich in Frage kommen. Die eingebauten Turbinen müssen für beide Durchflussrichtungen benutzt werden können.
Es sind schon Vorschläge dieser Art be kannt, doch haften denselben derartige Nach teile an, dass sie sich für eine praktisch ein wandfreie Lösung des Problems der Aus nutzung der Gezeiten-Wasserkräfte nicht eignen.
Die grösste Ausnützungsmöglichkeit ge mäss der oben erwähnten Anordnung bedingt ein Arbeiten der Turbinen unter einem ver änderlichen Gefälle, wodurch sich für die Turbinen, bei einer günstigen Ausnutzung des jeweiligen Gefälles, entsprechend ver änderte Tourenzahlen ergeben. Diese Tat sache bringt den Nachteil, dass bei einer direkten Kupplung von Turbine und elek trischem Stromerzeuger die erzeugte Span nung und Frequenz nicht konstant sind. Zur Behebung dieses Nachteiles entstanden die Vorschläge, die in den Abschlussdamm ein gebaute Zentrale zur Speisung eines hydrau lischen Akkumulierwerkes zu verwenden, das unter konstantem Gefälle arbeitet.
Durch die Reibungsverluste in Pumpen und Lei tungen geht ein ganz erheblicher Prozentsatz der in der Gezeiten-Wasserkraft-Zentrale nutz bar gemachten Energie verloren, und über dies bedeutet ein besonderes Akkumulierwerk eine grobe Vermehrung des Anlagekapitals und der Gestehungskosten der erzeugten Stromeinheit.
Ferner müssen Durchflussöffnungen des Abschlussdammes und vor allem die Tur binenkanäle mit Absperrorganen versehen werden, um ein Durchströmen des Wassers zu verhindern, bis eine für den Betrieb der Turbinen genügende Differenz zwischen den Wasserspiegeln auf entgegengesetzten Seiten des Dammes sich eingestellt hat.
Die Durch- strömöffnungen müssen in einer derartigen Zahl vorhanden sein, dass, nachdem ein ge wisses Minimalgefälle erreicht ist, welches die untere Grenze der Ausnützbarkeit durch die Turbine bildet, und letztere abgestellt wird, der Wasserspiegelausgleich möglichst rasch herbeigeführt wird, um die Unterbruch zeit in der Stromerzeugung möglichst klein zu halten. Aus diesen Bedingungen ergibt sich eine sehr grosse Zahl von Durchfluss öffnungen und zu betätigenden Abschlussor ganen, deren Kosten im Verhältnis zur ge wonnenen Kraft derart hoch werden können, dass die Ausbauwürdigkeit einer Gezeiten- Wasserkraftanlage in Frage gestellt werden kann.
Zweck vorliegender Erfindung ist die Be seitigung der oben erwähnten Nachteile durch ein Verfahren zum Betriebe einer Gezeiten- Wasserkraftanlage, welches gestattet, in der im Abschlussdamm eingebauten Kraftzentrale Strom von konstanter Spannung und Frequenz zu erzeugen, die vorhandene Wasserkraft in der wirksamsten Weise auszunützen, eine Beschleunigung des Wasserspiegelausgleiches zu bewirken und dadurch die Unterbruchzeit in der Stromlieferung abzukürzen und die Zahl der zu reinen Abschlusszwecken nötigen Abschlussorgane stark zu reduzieren.
Erfindungsgemäss besteht das Verfahren zum Betrieb einer Gezeiten-Wasserkraftanlage, deren Kraftzentrale in einen Abschlussdamm eingebaut ist, dessen Durchflussöffnungen pe riodisch in entgegengesetztem Sinne durch strömt werden, darin, dass bei jedem eine Asynchronmaschine und mindestens eine Tur bomaschine aufweisenden Aggregat der Zen trale zwecks Erzeugung von Strom von kon stanter Spannung und Frequenz der mit einem veränderlichen Gefälle sich verändernden Drehzahl der Turbomaschine durch eine Änderung der Betriebsverhältnisse bestimmter Teile des Aggregates entgegengewirkt wird, unter gleichzeitiger Verwendung wenigstens eines Phasen-Kompensators zur Vermeidung ungünstiger Phasenverschiebungen und we nigstens eines unabhängig angetriebenen Synchrongenerators zur Festlegung der Pe riodenzahl,
wobei nach Erreichen eines be stimmten Minimalgefälles zunächst den Was serdurchfluss wesentlich hemmende Teile der Turbomaschine aus dem Durchflusskanal ent fernt und dann das Aggregat als Motor pumpe wirkend zur Herbeiführung eines be schleunigten Wasserspiegelausgleiches ver wendet wird und nach Erreichen dieses Aus gleiches durch die Turbomaschine selbst der Abschluss ihres Durehflusskanals im Damm bewirkt wird.
Zweckmässigerweise kann der sich verän dernden Drehzahl der Turbomaschine durch eine während des Betriebes vorzunehmende Änderung der elektrischen Schaltung der Asynchronmaschine oder durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Turbo- und Asynchronmaschinenwelle entgegenge wirkt werden.
Die zur Ausführung des Betriebsverfahrens dienende Kraftanlage besitzt erfindungsgemäss mindestens eine Arialturbine, welche zwei vor- und ausschaltbare und regulierbare Leit- apparate aufweist, von denen beim Arbeiten in der einen der beiden Drehrichtungen je weils nur der eine vorgeschaltet ist, während der andere ausgeschaltet ist.
Zweckmässigerweise können zwecks völ liger Freigabe des Wasserdurchflusses durch den Turbinenkanal beide Leitapparate zu gleich ausgeschaltet werden.
Ferner kann durch das innerhalb des Regulierbereiches liegende vollständige Schlie ssen wenigstens eines vorgeschalteten Leit- apparates ein wasserdichter Abschluss jedes Turbinenkanals erzeugt werden.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Anlage zur Ausführung des Betriebsverfahrens ist auf beiliegender Zeichnung gezeigt, in welcher Fig. 1 ein vertikaler Schnitt in der Längs achse des Dammes durch ein aus zwei Tur bomaschinen und einem Generator bestehen den Aggregat der Zentrale ist; Fig. 2 ist ein vertikaler Schiritt durch das Aggregat in der Querachse des Dammes ; Fig. 3 zeigt einen C3rruridriss von Fig. 1: Fig. 4 zeigt schematisch die Stellung der Leitapparate beim Arbeiten der Turbine in der einen Drehrichtung; Fig. 5 zeigt die Stellung der Leitapparate beim Arbeiten der Turbine in der andern Drehrichtung;
Fig. 6 stellt die ausgeschaltete Stellung beider Leitapparate dar, zwecks Herstellung einer freien Durchflussöffnung, und in Fig. 7 befinden sich beide Leitapparate in der eingeschalteten und geschlossenen Stellung, um einen wasserdichten Abschluss des Turbinenkanals herbeizuführen.
Auf beiliegender Zeichnung bedeuten und b zwei Turbinen, die mit Hilfe der Stirnradgetriebe c und d auf einen gemein samen Asynchrongenerator g arbeiten. Es kann aber auch nur eine einzige Turbine auf einem Asynchrongenerator arbeiten. In der Arbeitswelle des Generators kann ein im Übersetzungsverhältnis veränderliches Ge triebe h der im schweizerischen Patent Nr. 80734 gezeigten Art eingebaut sein. Die Turbinen selbst sind mit je einem obern und einem untern Leitapparat ausgestattet, dessen Drehschaufeln e und f, um horizontale Achsen drehbar, eine genaue Belastungsre gulierung der Turbinen ermöglichen. In der einen Durchflussrichtung arbeitet bloss der eine Leitapparat, zum Beispiel in der Durch flussrichtung von oben nach unten der obere e (Fig. 4) und in der entgegengesetzten Durchflussrichtuug der untere Leitapparat f (Fig. 5).
Die Schaufeln des nicht arbeiten den Leitapparates werden mit Hilfe einer speziellen Einrichtung aus dem Durchfluss rohre der axialen Turbine herausgedreht und befinden sich in der in der Zeichnung je weils gezeigten Lage.
Soll der Wasserdurchfluss freigegeben wer den, so werden beide Leitapparate e und f aus dem Durchflusskanal herausgedreht, wie in Fig. 6 gezeigt, und es bleibt nur noch das Laufrad, welches, wie oben angegeben, als Axialpumpe benutzt werden kann. Soll endlich der Wasserdurchfluss ganz abgesperrt werden, so werden beide Leitapparate in ihre Arbeitsstellung eingeschwenkt und beide geschlossen (Fig. 7), wodurch ein dichter Abschluss des fraglichen Durehflusskanals ent stellt.
Die Arbeitsweise der gezeigten Gezeiten- Wasserkraftanlage ist folgende, wobei ange nommen werden soll, dass das Minimalge fälle, bis zu welchem die Turbine zu arbeiten hat, ca. 1 m betrage Turbinen und Generatoren arbeiten mit einer durch höheres Gefälle bedingten höheren Tourenzahl in einer Drehrichtung. Das Ge fälle nimmt langsam ab, es erfolgt die Schal tung auf die kleinere Geschwindigkeit der Turbine resp.
Generatoren, wobei Spannung und Frequenz des erzeugten Stromes dadurch konstant gehalten werden, dass man eine Pol umschaltung des Generators oder für ein Übersetzungsverhältnis 1 zu 2 eine Kaska denschaltung zwischen zwei benachbarten Generatoren vornimmt, resp. dass das Über setzungsverhältnis zwischen der Turbinen- und der Generatorwelle durch Verstellung des Getriebes h geändert wird. Es kommt dann der Zeitpunkt, wo das Gefälle nur noch ca. 1 m beträgt und der Generator abge schaltet werden muss. In diesem Zeitpunkt wird der eine arbeitende Leitapparat eben falls ausgeschaltet und der Generator auf Motor unigestellt. durch Verringern seiner Tourenzahl unter die synchrone Tourenzahl.
Das ganze Aggregat arbeitet im selben Dreh sinn als Motur und Pumpe weiter wie der Generator vorber. Sobald die beiden Wasser spiegel auf entgegengesetzten Seiten des Dammes ausgeglichen sind, oder auch prak tisch kurz vorher, werden beide Leitapparate geschlossen, und der Motor treibt nur noch das Laufrad leer zwischen zwei geschlossenen Wänden und kann nach Belieben des Ma schinisten während der eintretenden Pause auf die andere Drehrichtung umgeschaltet werden, d. h. direkt abgestellt und dann wieder in der andern Drehrichtung ange lassen werden.
Sobald ca. 1 m Gefälle vor handen ist, dreht die Gruppe als Motor schon in der neuen Drehrichtung, es braucht bloss der Austrittsleitapparat ganz weggedreht und der Eintrittsleitapparat entsprechend ge- öffnet zu werden, um sofort bei Erhöhung der Tourenzahl über die synchrone Touren zahl die Gruppe als Turbinengenerator in Arbeit zu haben. Bei steigendem Gefälle wird das Aggregat so weiter arbeiten, und sobald das Gefälle die Erhöhung der Touren zahl der Turbine erheischt, kann dies ohne weiteres geschehen, wobei die Spannung und Frequenz durch oben angegebene Massnahmen wieder konstant gehalten werden und das Aggregat wieder als Turbinengenerator mit erhöhter Tourenzahl arbeitet.
rin die ungünstigen Phasenverschiebungen der Asynchronmaschinen auszugleichen, sind Phasen-Kompensatoren vorgesehen. Auf das ganze Netz muss wenigsens ein Synchron generator arbeiten, um die Periodenzahl fest zulegen.
Die Vorteile einer derartigen Gezeiten- Wasserkraftanlage sind folgende: Die vor- und ausschaltbaren, sowie regu lierbaren Leitapparate ergeben eine Turbine mit möglichst gutem Nutzeffekt und guten Regulierfähigkeiten und dadurch eine schr gute Ausnützung der Gezeiten-Wasserkraft.
Dadurch, dass der Abschluss der Turbinen kanäle durch die Leitapparate selbst erfolgen kann, wird eine grosse Ersparnis an Anschluss organen erzielt.
Das Ausschalten der Leitapparate ergibt einen Durchflusskanal durch den Damm, in welchem dem durchfliessenden Wasser durch das leere Laufrad mir ein ganz geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Die Durch flussmenge wird bei den ganz kleinen Spiegel differenzen, die sich unmittelbar vor dem Ausgleich ergeben, durch die Wirkung des Laufrades als Pumpe beträchtlich erhöht und somit die Ausgleichszeit verringert.
Die Verwendung von Asynchronmaschinen bietet den Vorteil, dass keine Parallelschal tung vorzunehmen ist und dass durch ein fache Tourenverstellung über oder unter die synchrone Tourenzahl sie als Generatoren oder Motoren arbeiten.