DE102005032898A1

DE102005032898A1 - Verfahren und Anlage zum Gewinnen von Energie

Info

Publication number: DE102005032898A1
Application number: DE102005032898A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Kelaiditis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Es soll Energie gewonnen werden, indem die kinetische Energie in einem fließenden Gewässer einschließlich einer küstennahen Meeresströmung strömenden Wassers in mechanische Arbeit umgewandelt und die mechanische Arbeit genutzt wird, in der Regel durch weite Umwandlung in elektrische Energie. DOLLAR A Als eine diesem Zweck dienende Anlage ist beispielsweise unter dem Wasserspiegel, ggf. über den Wasserspiegel ragend, mindestens ein den Strömungsquerschnitt verengender Bau (2) errichtet, an dessem Ende, bei zweiseitiger Ausbildung für Gezeitenströmung in dessen Mitte, eine Einrichtung (6) zur Energieumwandlung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Energie sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einem weiteren Wege Energie zu erschließen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erfüllt, dass die kinetische Energie des in einem fließenden Gewässer einschließlich einer küstennahen Meeresströmung strömenden Wassers in mechanische Arbeit umgewandelt und die mechanische Arbeit genutzt wird.

In aller Regel wird die mechanische Arbeit weiter umgewandelt werden in elektrische Energie. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine unmittelbare Nutzung der mechanischen Arbeit möglich, etwa zum Antreiben einer Pumpe.

Weiter wird in der Regel der Strömungsquerschnitt mindestens eines Teils der Strömung zu einer die Energie umwandelnden Einrichtung hin verengt und damit eine größere Energiedichte, bezogen auf den Strömungsquerschnitt, erzielt werden.

Die kinetische Energie des strömenden Wassers muss nicht, jedenfalls nicht vollständig, unmittelbar in der Einrichtung zur Energieumwandlung wirken. Sie kann und wird auch schon vorher mindestens teilweise in potentielle Energie umgewandelt werden, worauf noch eingegangen wird.

Eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass unter dem Wasserspiegel, ggf. über den Wasserspiegel ragend, mindestens ein den Strömungsquerschnitt verengender Bau errichtet ist, an dessen Ende, bei zweiseitiger Ausbildung in dessen Mitte, eine Einrichtung zur Energieumwandlung angeordnet ist.

Dabei wird bei einseitiger Ausbildung mindestens am Ende des Baues ein Becken mit einem zu der Einrichtung zur Energieumwandlung führenden Auslass gebildet sein, meist aber mehr oder weniger der ganze Bau als ein Fangbecken wirken. Letzteres gilt auch bei der zweiseitigen Ausbildung.

Der den Strömungsquerschnitt verengende Bau kann mindestens teilweise
schräg mindestens zur einen Seite hin und/oder,
schräg nach unten und/oder
schräg nach oben verlaufen, insbesondere als Rampe, wobei vorzugsweise die Einrichtung zur Energieumwandlung hinter der Rampe auf dem Boden des Gewässers angeordnet ist.

Bei den ersten beiden dieser Varianten bildet sich in dem durch den Bau abgeteilten Raum des Gewässers unter der Einwirkung des anströmenden Wassers ein Staudruck. Dieser stellt potentielle Energie dar, die von der Einrichtung zur Energieumwandlung, z. B. in einer Turbine, unmittelbar oder nach vollständiger oder teilweiser Umsetzung in erneute kinetische Energie strömenden Wassers, ggf. mindestes teilweise nach nochmaliger Umsetzung in Staudruck, umgewandelt wird.

Bei der dritten Variante schiebt die Strömung das Wasser auf der Rampe nach oben, wodurch sie sich gleichfalls in potentielle Energie umwandelt. Inwieweit diese in der Form von hydrostatischem Druck unmittelbar von der Einrichtung zur Energieumwandlung umgesetzt wird oder noch einmal in kinetische Energie strömenden Wassers umgewandelt wird, richtet sich nach der Art und Anordnung der Einrichtung zur Energieumwandlung im ganzen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Anlage in Strömungsrichtung hinter der Einrichtung zur Energieumwandlung ein solchermaßen gestaltetes, insbesondere sich verbreiterndes, Ende auf, dass das an der Anlage vorbeiströmende Wasser hier Sog erzeugt.

Weitere Maßnahmen, die zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen können, sind in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie in den Patentansprüchen angefertigt.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung verdeutlicht.
1 zeigt eine erste Anlage zum Gewinnen von Energie aus einem Fluss in waagerechtem Schnitt,
2 zeigt eine zweite Anlage zum Gewinnen von Energie in einem Fluss in senkrechtem Schnitt,
3 zeigt eine dritte Anlage zum Gewinnen von Energie aus einem Fluss in senkrechtem Schnitt,
4 zeigt eine erste Anlage zum Gewinnen von Energie aus einer Gezeitenströmung in waagerechtem Schnitt und
5 zeigt eine zweite Anlage zum Gewinnen von Energie aus einer Gezeitenströmung in senkrechtem Schnitt.
In 1 sind zwei Ufer 1 eines in der Zeichnung von links nach rechts fließenden Flusses angedeutet.
In dem Flussbett ist eine senkrechte Mauer 2 errichtet, die etwa von der Mitte des Flusses aus schräg auf das eine Ufer 1 hinzuläuft. Am Anfang und am Ende der schrägen Mauer 2 verläuft jeweils ein kürzerer Mauerabschnitt 3 bzw. 4 parallel zur Flussrichtung.
Gegenüber dem Mauerabschnitt 4 ist eine gleiche Mauer 5 entlang des Ufers 1 gebaut. Zwischen dem Mauerabschnitt 4 und der Mauer 5 erstreckt sich an deren Ende eine Einrichtung 6 zum Umwandeln der kinetischen und potentiellen Energie des hier ankommenden Wassers in Elektrizität. Die insgesamt mit 6 bezeichnete Einrichtung ist z. B. zu denken als ein Gebäude, dessen eine Wand 7 zusammen mit dem Mauerabschnitt 4 und der Mauer 5 ein Becken 8 bildet, aus dem eine in der Wand 7 vorhandene Öffnung herausführt, so dass das Wasser in das Gebäude einströmen und in diesem angeordneten Turbinen zugeführt werden kann.
Auf seiner außerhalb der Anlage verbliebenen Breite ist der Fluss frei für Schiffsverkehr.
Nach 2 ist in Abstand über dem Boden 9 eines Flussbettes eine Decke 10 vorgesehen, die schräg nach unten abfällt. Am vorderen Ende der Decke 10 schließt sich eine flache senkrechte Staumauer 11 an. Am hinteren Ende geht die abfallende Decke 10 in eine kürzere, waagerechte Decke 12 über. Am Ende der waagerechten Decke 12 ist der Zwischenraum zwischen ihr und dem Boden 9 sowie zwei nicht gezeichneten Seitenwänden der Anlage wiederum durch ein Gebäude verschlossen, das eine der Einrichtung 6 entsprechende Einrichtung 13 zur Energieumwandlung darstellt.
Der Wasserspiegel ist bei 14 angedeutet.
Das Wasser unter der abfallenden Decke 10 wird durch das nachschiebende Wasser in eine größere Fließgeschwindigkeit gezwungen. Die der Einrichtung 13 zugeführte Energie wird damit, bezogen auf den Anteil am Strömungsquerschnitt des Flusses, erhöht.
Die Staumauer 11 bildet ein Hindernis, dem die Strömung ausweicht, so dass sich die unter die Decke 12 strömende Wassermenge noch einmal etwas erhöht.
Die Anlage nach 2 kann mit der Anlage nach 1 kombiniert werden.
Die Knicklinie 15 zwischen der abfallenden Decke 10 und der waagerechten Decke 12 und die Knicklinie 16 zwischen der abfallenden Decke 10 und der Staumauer 11 lägen dann in 1 wie mit jeweils gleicher Nummerierung gestrichelt eingezeichnet. Die Mauer 2 hätte vor der Knicklinie 16 gleiche Höhe wie die Staumauer 16 und nach der Knicklinie 16 die gleiche abfallende Höhe wie die Decke 10 und dann wie die waagerechte Decke 12.
Die Abmessungen der Anlage sind je nach der Situation zu optimieren. Bei hohem Wasserstand wird die Anlage überflutet sein, bei niedrigem Wasserstand herausragen. Ggf. wird die Zahl der zugeschalteten Turbinen je nach Wasserstand geändert. Statt, wie in 1, das eine Ufer 1 in die Anlage einzubeziehen, könnte die Anlage auch, dann vorzugsweise mit zwei konvergierenden Mauern, auf oder nahe der Flussmitte angeordnet sein, wo die Fließgeschwindigkeit am höchsten ist.
Die Anlage gemäß 2 grenzt bei Hochwasser den überhöhten Wasserstand ab.
Nach 3 ist durch einen leicht ansteigenden Einbau eine Rampe 17 geschaffen. An dieser wird das Wasser durch die nachschiebende Wassermenge hinaufgescho ben, so dass sie, siehe Pfeil 18, von größerer Höhe aus auf die, hier mit 19 bezeichnete, Einrichtung zur Energieumwandlung einwirken kann.
Die Anlage nach 4 zur Energiegewinnung aus einer Gezeitenströmung ist entsprechend den Richtungswechseln der Gezeitenströmung zweiseitig ausgebildet.
Sie besteht aus ins flache Meer gebauten, von der Landseite wie auch von der Meerseite her zu einer Turbinen-Generator-Einheit 20 hin konvergierenden Mauern 21. Kommt die Ebbe, fließt das Wasser in der einen Richtung, kommt die Flut, in der anderen; jeweils wird durch die konvergierenden Mauern 21 das Wasser ein wenig gestaut und die Strömung konzentriert und beschleunigt.
Die an der Anlage vorbeigehende Strömung wird durch von der Seite her drückendes Wasser in die Einschnürung der Anlage hineingelenkt und, wie durch Pfeile 31 verdeutlicht, auf das Ende der Einschnürung zu beschleunigt, so dass sie mit erhöhter Geschwindigkeit bei 22 an der Endkante vorbeistreicht. Hierdurch übt sie dort auf das innerhalb der Anlage befindliche Wasser einen Sog aus, der die Durchströmung der Anlage verstärkt.
In 5 ist eine in tieferem Wasser nahe der Oberfläche angeordnete Anlage dargestellt.
Sie ist auf Pfeilern oder Stelzen 23 errichtet und zusätzlich durch Abspannseile 24 gehalten. Im ganzen besteht sie aus einem Kanal 30, der sich von seinen beiden Enden her zur Mitte hin verjüngt. In der Mitte ist eine Turbine 25 angeordnet. Diese treibt einen Generator 26, der sich in einem normalerweise über den Wasserspiegel 27 ragenden, dort zugänglichen Maschinenhaus 28 befindet. Zwei obere Wandabschnitte 29 des gesamten Kanals 30 sind heb- und senkbar, um mindestens an ihren Enden etwa in der Höhe des Wasserspiegels 27 gehalten werden zu können.
Die zu 4 beschriebene Erzeugung von Sog findet auch hier, ggf. verstärkt, statt.
Der Kanal 30 könnte auch mit Luftkammern versehen und schwimmend angeordnet sein. Ortsfest gehalten wäre er dann durch eine Abspannung.

Claims

Verfahren zum Gewinnen von Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die kinetische Energie in einem fließenden Gewässer einschließlich einer küstennahen Meeresströmung strömenden Wassers in mechanische Arbeit umgewandelt und die mechanische Arbeit genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Arbeit weiter umgewandelt wird in elektrische Energie.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt mindestens eines Teils der Strömung zu einer die Energie umwandelnden Einrichtung hin verengt wird.
Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Wasserspiegel, ggf. über den Wasserspiegel ragend, mindestens ein den Strömungsquerschnitt verengender Bau (2; 10; 17; 21; 30) errichtet ist, an dessen Ende, bei zweiseitiger Ausbildung in dessen Mitte, eine Einrichtung (6; 13; 19) zur Energieumwandlung angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einseitiger Ausbildung mindestens am Ende des Baues (2; 10) ein Becken (8) mit einem zu der Einrichtung (6; 13) zur Energieumwandlung führenden Auslass gebildet ist.
Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den Strömungsquerschnitt verengende Bau (2; 21; 30) mindestens teilweise schräg mindestens zur einen Seite hin und/oder schräg nach unten und/oder schräg nach oben verläuft, insbesondere als eine Rampe (17), wobei vorzugsweise die Einrichtung (19) zur Energieumwandlung hinter der Rampe (17) auf dem Boden des Gewässers angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Strömungsrichtung hinter der Einrichtung (20) zur Energieumwandlung ein solchermaßen gestaltetes, insbesondere sich verbreiterndes, Ende aufweist, dass das an der Anlage vorbeiströmende Wasser hier (22) Sog erzeugt.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Gewinnung von Energie aus einer Gezeitenströmung zweiseitig ausgebildet ist (4, 5).
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie (5) in einem tieferen Gewässer oberflächennah, insbesondere aufgestelzt (23) oder schwimmend, angeordnet ist und die Einrichtung (25, 26) zur Energieumwandlung mindestens teilweise von oberhalb des Wasserspiegels (27) her zugänglich ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6; 13; 19; 20; 25, 26) zur Energieumwandlung mindestens eine, vorzugsweise einen Generator antreibende, Turbine aufweist.