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Gezeiten -Wasserstands-Gleichrichteanlage Die Erfindung betrifft eine
Gezeiten-W asserstands-Gleichrichteanlage mit sich selbsttätig bei Flut füllenden
und bei Ebbe entleerenden Hoch- und Niedrigwasserbehältern zur Ausnutzung der vollen
Fluthöhe als stets gleichbleibende nutzbare Druckhöhe des Wassers für einen pausenlosen
Betrieb von Wasserturbinen unabhängig von dem jeweiligen Stand des Wassers in den
Hoch- und Niedrigwasserbehältern und der Gezeitenwelle im freien Meer.
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Es sind bereits Gezeitenkraftwerke bekannt, deren Turbinen entsprechend
dem jeweiligen Wasserstand bei Ebbe und Flut durch Turbinenfahrstühle auf und ab
bewegt werden, um ihre Saughöhe gleich zu halten.
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Jedoch bei keiner der bisher bekannten Anlagen wird die volle Fluthöhe
nutzbar gemacht, weil bei ihnen der Wasserstand während einer Gezeitenperiode nicht
gleich gehalten werden kann, so daß nur ein Teil der natürlichen Fluthöhe genutzt
wird.
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Die Erfindung betrifft die besondere Ausbildung der Wasserführung
und Wasserhaltung in den Hoch-und Niedrigwasserbehältern und besteht darin, daß
nicht die Turbine, sondern die gesamte ihr zufließende und aus ihr ausströmende
Wassermenge während einer Gezeitenperiode (121l2 Stunden) so bewegt wird, daß das
Wassergefälle zwischen den Hoch- und Niedrigwasserbehältern stets unverändert bleibt,
so daß die volle Fluthöhe als nutzbare Druckhöhe des Wassers für einen pausenlosen
Betrieb der Turbinen ausnutzbar ist.
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Erzielt wird dies dadurch, daß die in den Hoch-und Niedrigwasserbehältern
von Luftpolstern getragenen Kolben das ein- und ausströmende Wasser stets so bewegen,
daß sich zwar der Behälterinhalt bei ein- und ausströmendem Wasser während einer
Gezeitenperiode ändert, nicht aber der Wasserstand in den Behältern. Unabhängig
von dem jeweiligen Behälterinhalt und dem Stand der Gezeitenwelle im freien :Meer
wird der Wasserstand im Hochwasserbehälter stets in Flutlinie Fl und im Niedrigwasserbehälter
in Ebbelinie Eb gehalten (Abb. 1 bis 3), so daß eine stets gleichbleibende nutzbare
Druckhöhe bzw. Saughöhe für die Turbinen erzielt wird, die der natürlichen Fluthöhe
H entspricht.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen des Gegenstandes der
Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt
der Anlage nach Ausführungsform I, Abb. 2 eine Draufsicht gemäß Abb. 1, Abb.3 einen
Längsschnitt der Anlage nach Ausführungsform II, Abb. 4 eine Draufsicht nach Abb.
3.
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Gemäß den Zeichnungen besteht die Gezeiten-Wasserstands-Gleichrichteanlage
der Ausführungsform I (Abb. 1 und 2) aus dem Hochwasserbehälter A, dem Niedrigwasserbhälter
B, den beiden Zwischenbehältern E und F, der Turbine T und einer in den Zeichnungen
nicht dargestellten Druckluftanlage mit Druckluftbehältern als Druckluftspeicher.
In den Bebältern A und B werden die Kolben K1 und K2 durch Luftpolster getragen
und in den Abstandrollen R senkrecht geführt, wobei die Schlauchdichtungen G1 und
G2 die Druckluft unter den Kolben gegen. das Wasser über den Kolben abdichten. Die
Wasserführungen sind mit den Planschiebern a, c, t1, t2, d, f,
g, i
versehen und durch entsprechende Schwimmerkontakte mit den beiden Bodenventilen
b und e für Druckluft so verbunden, daß das Umstellen der einzelnen
Planschieber und Bodenventile auf elektrischem Wege selbsttätig bewirkt wird. Der
Hochwasserbehälter A füllt sich bei Hochwasser (Flut) selbsttätig, und der Niedrigwasserbehälter
B wird bei Niedrigwasser (Ebbe) selbsttätig entleert, wobei die Kolben K1 und K2
durch Zuführen oder Ablassen von Luft ihre Richtung selbsttätig ändern und dadurch
der Wasserstand in den Behältern A und B bei ein-und ausströmendem
Wasser stets unverändert bleibt. Durch geeignete Schaltung der Schwimmerkontakte
an den Planschiebern läßt sich die ganze Anlage zeitlich so an die Gezeitenwelle
anpassen, daß sie fast keiner Bedienung bedarf, sondern sich weitestgehend selbsttätig
regelt.
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Für Ausführungsform II (Abb. 3 und 4) wird die Anlage durch die Schwimmerbehälter
Cl und C2 mit den Schwimmern Si und S2 sowie den Druckbehälter D erweitert. Die
drei Behälter sind um die
Schwimmerhöhe las über die übrigen
Behälter hinaus verlängert und durch die Planschieber j, 1, m, n,
0, p, q, r, t1 so verbunden, daß sie die Wirkung von kommunizierenden
Röhren haben.
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Die Wirkungsweise der Ausführungsform II ist wie die nach Ausführungsform
I, nur daß die- nutzbare Druckhöhe lad des Wassers im Druckbehälter
D
um die Schwimmerhöhe las erhöht wird. Das Wasser wird abwechselnd
über und unter die Schwimmer S1 und S2 geleitet und durch diese in den Druckbehälter
D gehoben. Die Schwimmer werden durch Kolbenschieber so gesteuert, daß sie ihre
Bestimmung selbsttätig wechseln (senken und heben).
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Für Ausführungsform III (in den Zeichnungen nicht dargestellt) werden
die Behälter A und F der Ausführungsform I um die Höhe x über die Flutlinie Fl hinaus
verlängert, so daß durch zusätzliche Druckluft der Kolben K1 um die Höhe x gehoben
wird und die nutzbare Druckhöhe lai des Wassers im Behälter F um die Höhe x erhöht
wird. Die erforderliche zusätzliche Druckluft kann durch billigen Nachtstrom aufgespeichert
und bei Bedarf für die Erzeugung von Spitzenstrom verwendet werden.
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Der Betrieb der Gezeiten-W asserstands-Gleichrichteanlage gestaltet
sich folgendermaßen: Der Luftdruck in den abgeschlossenen Räumen unter den Kolben
K1 und K2 in den Behältern A und B sei so gewählt, daß der Kolben K1 im HochwasserbehälterA
etwas unter der FlutlinieFl gehalten wird und der Kolben K2 im Niedrigwasserbehälter
B unter die Ebbelinie Eb zu stehen kommt.
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Hat das Wasser im freien Meer bei Flut den höchsten Stand erreicht,
so werden die Planschieber a und i durch die Schwimmerkontakte selbsttätig geöffnet.
Das Wasser strömt in den Hochwasserbehälter A und bewegt den Kolben K1 nach unten.
Je mehr Wasser in den Behälter strömt, um so mehr wird der Kolben nach unten bewegt
und die Luft unter den Kolben K1 zusammengedrückt. Der Wasserstand im Hochwasserbehälter
A bleibt jedoch trotz des einströmenden Wassers unverändert in der Flutlinie
FL. Gleichzeitig strömt Wasser aus dem freien Meer auch in den Behälter F
und fließt durch den Turbinenschieber t1 in die Turbine T. Das aus ihr bei t2 ausströmende
Wasser gelangt über den Behälter E durch den Planschieber d in den Niedrigwasserbehälter
B und bewegt auch hier durch sein Gewicht den Kolben K2 nach unten, wobei die Luft
unter den Kolben K2 ebenfalls zusammengedrückt wird.
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Ist der Hochwasserbehälter A so weit gefüllt, daß der Inhalt für den
Betrieb der Turbine T für die Dauer einer Gezeitenperiode (121/z Stunden) ausreicht,
und beginnt das Wasser im freien Meer wieder unter die Flutlinie Fl zu sinken,
werden durch die Schwimmerkontakte die Planschieber a und i selbsttätig
geschlossen und der Schieber c geöffnet. Es strömt nun Wasser aus dem Hochwasserbehälter
A durch den Planschieber c in den Behälter F und von da durch die Turbine
T in den Niedrigwasserbehälter B.
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Durch das aus dem Hochwasserbehälter A ausströmende Wasser wird der
Druck auf den Kolben K1 geringer, die Luft unter dem Kolben K1 dehnt sich aus und
bewegt den Kolben mit der senkrecht darüber stehenden Wassersäule nach oben, so
daß auch jetzt trotz des ausströmenden Wassers der Spiegel des Wassers im Behälter
A ständig in Flutlinie Fl gehalten wird, unabhängig von dem veränderlichen
Wasserinhalt des Behälters. Da gleichzeitig der Wasserspiegel im Niedrigwasserbehälter
B trotz des einströmenden Wassers durch den Kolben K., stets in der Ebbelinie Eb
gehalten wird, bleibt auch das Gefälle zwischen den Hoch- und Niedrigwasserbehältern
A und B in der vollen Fluthöhe H als nutzbare Druckhöhe für
die Turbine T erhalten, ohne daß die Turbine selbst bewegt zu werden braucht.
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Hat nach etwa 61/4 Stunden das Wasser im freien Meer den tiefsten
Stand erreicht, so werden durch die Schwimmerkontakte die Planschieber f und g selbsttätig
geöffnet und der Schieber d geschlossen, so daß nunmehr das aus der Turbine T ausströmende
Wasser direkt über den Behälter E durch den Planschieber g ins freie Meer zurück
fließt, während das Wasser aus dem Niedrigwasserbehälter B durch den Planschieber
f ins freie Meer ausströmt, wobei sich die Luft unter dem Kolben K2 ausdehnt und
den Kolben so weit nach oben bewegt, bis der Niedrigwasserbehälter B restlos entleert
ist.
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Ist der Niedrigwasserbehälter B entleert, und beginnt das Wasser im
freien Meer wieder über die Ebbelinie Eb zu steigen, so werden die Planschieber
f
und g durch die Schwimmerkontakte wieder selbsttätig geschlossen und der
Schieber d geöffnet, so daß das aus der Turbine T ausströmende Wasser wieder in
den Niedrigwasserbehälter B strömen kann, ohne daß der Wasserspiegel im Niedrigwasserbehälter
B ansteigt.
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Nach Ablauf der Gezeitenperiode (121/z Stunden) wird der Hochwasserbehälter
A erneut gefüllt.
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Das Maß, um das sich die Luft unter den Kolben K1 und K2 in den Behältern
A und B zusammendrückt. ist von der jeweiligen Höhe lax der
senkrechten Wassersäule über den Kolben abhängig. Bei einer Wassersäule von 10 m
Höhe über den Kolben würde sich die Luft unter den Kolben auf die Hälfte, bei 30
m Höhe auf ein Viertel und bei 90 m auf ein Zehntel zusammendrücken. Bei einer Behältertiefe
von 40 m und einer Wassersäule von 30 m Höhe über den Kolben würde der Kolben etwa
30 m nach unten bewegt werden. Um den Kolben weiter nach unten zu bewegen, müßte
allenfalls durch das Bodenventil b bzw. e Luft abgelassen werden, die jedoch zum
Teil wieder verwendet oder aufgespeichert wird, um bei der Aufwärtsbewegung der
Kolben K1 und K2 als zusätzliche Druckluft über eine geeignete Druckluftanlage in
die Behälter A und B zurückgedrückt zu werden. Die Bodenventile b
und e in den Hoch- und Niedrigwasserbehältern A und B sind mit den übrigen Planschiebern
so verbunden, daß der Luftdruck unter den Kolben K1 und K2 stets der senkrecht über
den Kolben stehenden Wassersäule entspricht, und die Kolben stets so gehoben bzw.
gesenkt werden, daß der Wasserspiegel im Hochwasserbehälter A stets in Flutlinie
Fl und im Niedrigwasserbehälter B stets in Ebbelinie Eb bleibt.
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Die Druckluftanlage muß daher entsprechende Druckluftbehälter als
Speicher erhalten, um die nötige Druckluft mit billigem Nachtstrom zu gewinnen.
Die allenfalls bei der Abwärtsbewegung der Kolben abzulassende Druckluft kann in
die Speicher geleitet, und dann verdichtet wieder für die Aufwärtsbewegung der Kolben
K1 und K2 verwendet werden. Auch die Gezeiten selbst können durch geeignete Schwimmerbehälter
zur Erzeugung von Druckluft nutzbar gemacht werden. Ebenso können die beim Füllen
und Leeren der Hoch- und Niedrigwasserbehälter A und B entstehenden
Strömungen in den Wasserführungen a und f durch geeignete Strömungsmaschinen
zur Erzeugung der erforderlichen Druckluft verwendet werden.
Die
Vorteile dieser Erfindung sind: Ihr hoher Wirkungsgrad, da die volle natürliche
Fluthöhe als nutzbare Druckhöhe des Wassers für einen pausenlosen Betrieb der Turbine
ausgenutzt wird; die Unabhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Gezeitenwelle
und der Hubhöhe der Kolben K1 und K2 von der natürlichen Fluthöhe; die einfache
Bauart der Anlage, die sich selbsttätig regelt und fast keiner Bedienung bedarf.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Erfindung ist, daß sie nicht
auf Flußmündungen angewiesen ist und in diesen den Schiffsverkehr nicht behindert.