DE102007022779A1 - Hybridanlage mit einem Wasserrad - Google Patents

Hybridanlage mit einem Wasserrad Download PDF

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Hans-Peter Schumacher
Dirk Adam
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Abstract

Hybridanlage zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen mit
· mindestens einem ersten Energiewandler zur Bereitstellung elektrischer Energie, dessen abrufbare Leistung von externen Einflussfaktoren, insbesondere dem Windangebot oder der Sonneneinstrahlung, abhängig ist,
· einem Wasserrad, das mit Wasser aus einem ersten Wasserreservoir betreibbar ist,
· einem elektrischen Generator, der von dem Wasserrad angetrieben wird, und
· einer elektrischen Wasserpumpe, deren Saugseite mit einem zweiten Wasserreservoir und deren Druckseite mit einem ersten Wasserreservoir verbunden ist, wobei das erste Wasserreservoir oberhalb des zweiten Wasserreservoirs angeordnet ist und der mindestens eine erste Energiewandler und der elektrische Generator mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridanlage zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen.
  • Derartige Hybridanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß unterschiedliche regenerative Energiequellen zur Bereitstellung elektrischer Energie verwendet werden, um unabhängig von der Verfügbarkeit einer bestimmten Energiequelle elektrische Energie zur Verfügung stellen zu können.
  • Ein Beispiel ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 046 701 A1 bekannt. Die bekannte Hybridanlage wird als regeneratives Energiesystem bezeichnet und kombiniert eine Windenergieanlage, die elektrische Energie erzeugt und in ein Versorgungsnetz einspeist, mit einem Verbrennungsmotor, der mit einem aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenen Brennstoff, beispielsweise Rapsöl, betrieben wird. Der Verbrennungsmotor treibt einen Generator an und erzeugt so elektrische Energie, die ebenfalls in das Versorgungsnetz eingespeist wird. Im Wesentlichen ist die bekannte Hybridanlage für eine Versorgung von Inselnetzen gedacht. Dabei ersetzt der mit Rapsöl angetriebene Verbrennungsmotor einen herkömmlich eingesetzten Dieselgenerator und kann dadurch die Umweltverträglichkeit verbessern.
  • Ein anderer Ansatz ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 20 700 A1 bekannt geworden, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie betrifft. In dieser Patentanmeldung ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, einen Windpark mit einem Pumpspeicherwerk zu kombineren. Das Pumpspeicherwerk nutzt ein stillgelegtes Bergwerk als tiefliegendes Wasserreservoir. Wasser aus einem höher liegenden Reservoir, beispielsweise einem Fluss, wird in das Bergwerk eingeleitet, wobei es eine Turbine antreibt. Die Turbine erzeugt mit Hilfe eines Generators elektrische Energie, die in ein Netz eingespeist werden kann. Mit Hilfe von gesonderten Pumpen ist vorgesehen, daß Wasser aus dem Bergwerk wieder in das höher gelegene Wasserreservoir zurück zu pumpen.
  • Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Hybridanlage zur Bereitstellung elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen zur Verfügung zu stellen, die einfach und robust aufgebaut ist, nur ein Minimum an Wartungsarbeiten und Sachverstand zum Betrieb erfordert, und die auch in kleinem Maßstab wirtschaftlich und als zuverlässiger Lieferant elektrischer Energie verwendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Hybridanlage zur Bereitstellung elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen hat
    • – mindestens einen ersten Energiewandler zur Bereitstellung elektrischer Energie, dessen abrufbare Leistung von externen Einflussfaktoren, insbesondere dem Windangebot oder der Sonneneinstrahlung, abhängig ist,
    • – ein Wasserrad, das mit Wasser aus einem ersten Wasserreservoir betreibbar ist,
    • – einen elektrischen Generator, der von dem Wasserrad angetrieben wird, und
    • – eine elektrische Wasserpumpe, deren Saugseite mit einem zweiten Wasserreservoir und deren Druckseite mit dem ersten Wasserreservoir verbunden ist, wobei das erste Wasserreservoir oberhalb des zweiten Wasserreservoirs angeordnet ist, und der mindestens eine erste Energiewandler und der elektrische Generator mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind.
  • Diese Hybridanlage erlaubt das Bereitstellen elektrischer Energie auch dann, wenn der mindestens eine erste Energiewandler aufgrund ungünstiger externer Einflussfaktoren gar keine elektrische Energie oder nur eine geringe Menge zur Verfügung stellen kann. In diesem Fall kann die potentielle Energie des gegenüber dem zweiten Wasserreservoir erhöhten Wassers in dem ersten Wasserreservoir mit Hilfe des Wasserrads und des elektrischen Generators in elektrische Energie umgewandelt werden, um einen Bedarf zu decken. Wasserrad und elektrischer Generator bilden ein Kleinstwasserkraftwerk. Bei günstigen externen Einflussfaktoren und/oder bei geringer Nachfrage nach elektrischer Energie kann die von dem mindestens einen ersten Energiewandler bereitgestellte elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Wasserpumpe eingesetzt werden, um Wasser in das erste Wasserreservoir zu pumpen. Dadurch wird die überschüssige elektrische Energie als potentielle Energie in dem ersten Wasserreservoir gespeichert. An das elektrische Versorgungsnetz können Verbraucher angeschlossen werden.
  • Die erfindungsgemäße Hybridanlage zeichnet sich durch einen außerordentlich einfachen und robusten Aufbau aus. Sie kann weitgehend wartungsfrei betrieben werden. Insbesondere bedarf es keiner besonderen Fachkenntnisse, um die einzelnen Bestandteile der Hybridanlage zu verstehen und zu betreiben. Gegebenenfalls sind auch einfachere Reparaturen ohne spezielle Fachkenntnisse möglich. Dies ermöglicht den Betrieb der Hybridanlage als zuverlässige und robuste Energiequelle auch in abgelegenen Regionen und ohne hoch qualifiziertes Fachpersonal. Die Dimensionierung der Hybridanlage ist flexibel und kann sich den geografischen Gegebenheiten anpassen. Beispielsweise können die Möglichkeiten zum Anlegen geeigneter Wasserreservoirs oder zur Nutzung bereits natürlich vorhandener Wasserreservoirs durch Auswahl eines geeigneten Wasserrads und einer geeigneten Durchflussmenge flexibel ausgenutzt werden. Je nach verfügbarerem Gefalle, d. h. je nach Höhendifferenz zwischen den Wasserspiegeln der beiden Wasserreservoirs, kann die Art des Wasserrads festgelegt werden, beispielsweise als ober-, unter- oder mittelschlächtiges Wasserrad. Der Durchmesser des Wasserrads liegt je nach Bauart in der Regel im Bereich zwischen 2 m und 12 m. Bei einem Wasserrad entsprechend kleinen Durchmessers oder einem unterschlächtigen Wasserrad sind bereits sehr geringe Höhendifferenzen nutzbar. Legen die lokalen Gegebenheiten hingegen eine größere Höhendifferenz zwischen den beiden Wasserreservoirs nahe, kann auch diese durch Anpassung des Wasserrads, beispielsweise durch Einsatz eines oberschlächtigen Wasserrads entsprechend großen Durchmessers, optimal genutzt werden. Die Leistung eines Wasserrads ergibt sich aus dem Produkt der Fallhöhe und der Wassermenge (Schluckvolumen), wobei steigenden Wassermengen durch ein Wasserrad entsprechend großer Breite Rechnung getragen werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil ist, daß ein Wasserrad bei entsprechender Auslegung schon bei geringen Fallhöhen von beispielsweise 1 m und bei geringen Schluckvolumina seine maximale Leistung erreicht. Im Gegensatz dazu sind Wasserturbinen erst bei größeren Fallhöhen und in der Regel bei größeren Schluckvolumina wirtschaftlich nutzbar. Ein Wasserrad ist für den vorgesehenen Einsatzbereich auch deshalb einer Wasserturbine überlegen, weil es keiner aufwendigen Drehzahlregelung bedarf und weil es weniger anfällig gegenüber schwankenden Wassermengen und mit Laubdrift oder Schwebstoffen verunreinigtem Wasser ist. Letzteres stellt bei Wasserturbinen wegen der hohen Drehzahlen eine erhebliche Gefahr dar, die eine aufwendige Rechenanlage zur Reinigung des Wassers erforderlich macht.
  • Grundsätzlich kann das Versorgungsnetz ein beliebiges Versorgungsnetz sein, beispielsweise das Versorgungsnetz eines lokalen Energieversorgungsunternehmens. Bevorzugt handelt es sich bei dem Versorgungsnetz jedoch um ein Inselnetz. Die erfindungsgemäße Hybridanlage ist für den Inselbetrieb besonders geeignet, weil sie völlig unabhängig von einer weiteren Quelle elektrischer Energie betrieben werden kann. Insbesondere ist ein Wiederanfahren der Hybridanlage selbst nach einer längeren Betriebspause ohne weiteres möglich. Die Hybridanlage kann daher auch in entlegenen Regionen aufgebaut und ohne jegliche weitere Energieversorgung in Betrieb genommen werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist das Versorgungsnetz ein Niederspannungsnetz. In diesem Fall können elektrische Verbraucher besonders einfach an das Versorgungsnetz angeschlossen werden. Eine Umspannvorrichtung oder ein separates Hoch- oder Mittelspannungsnetz ist nicht erforderlich.
  • In einer Ausgestaltung weist der mindestens eine erste Energiewandler eine Photovoltaikanlage auf. Eine Photovoltaikanlage erzeugt elektrische Energie unmittelbar aus Sonnenlicht. Sie kann nahezu wartungsfrei und ohne eine aufwendige Steuerung betrieben werden. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung einer Windenergieanlage, welche ebenfalls robust und einfach aufgebaut sein kann.
  • Bevorzugt sind mehrere erste Energiewandler vorhanden, die unterschiedliche regenerative Energiequellen nutzen. Beispielsweise kann eine Windenergieanlage mit einer Photovoltaikanlage kombiniert werden. Auf diese Weise wird eine Abhängigkeit der ersten Energiewandler von einem einzigen externen Einflussfaktor vermieden. Die Verfügbarkeit der elektrischen Energie des mindestens einen ersten Energiewandlers kann dadurch stark erhöht werden. Im Beispiel kann die Windenergieanlage in Zeiten ohne ausreichende Sonneneinstrahlung, beispielsweise nachts, betrieben werden, während die Photovoltaikanlage bei ausreichender Sonneneinstrahlung auch dann elektrische Energie bereitstellt, wenn die Windenergieanlage in Folge einer Flaute abgeschaltet werden muß.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Wasserreservoir gegenüber dem zweiten Wasserreservoir um 1 bis 10 m erhöht. Höhendifferenzen in dieser Größenordnung sind für den Betrieb eines Wasserrads völlig ausreichend. Im Gegensatz dazu geht die aus dem Stand der Technik bekannte Hybridanlage unter Nutzung eines stillgelegten Bergwerks und einer Turbine von einer Höhendifferenz von z. B. 1000 m aus. Dies veranschaulicht den vergleichsweise minimalen baulichen Aufwand, der für die Errichtung geeigneter Wasserreservoirs bei der erfindungsgemäßen Hybridanlage erforderlich ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist das zweite Wasserreservoir von einem natürlichen Fluss, einem See oder Meer gebildet. Grundsätzlich kann das zweite, tiefer gelegene Wasserreservoir auch von einem Tank oder einer künstlichen Wasseranlage gebildet sein. Beispielsweise kann ein künstlich angelegtes Betonbecken verwendet werden. Durch Ausnutzung der natürlichen Gegebenheiten können Aufwand und Kosten für die Errichtung der erfindungsgemäßen Hybridanlage jedoch deutlich reduziert werden. In Betracht kommt zum Beispiel die Ausnutzung von Felssenken oder sonstigen Senken im Boden. Bei geeignetem Untergrund, beispielsweise Lehmboden, kann eine derartige Bodensenke unmittelbar als Wasserreservoir nutzbar sein. Möglich ist auch eine Abdichtung mit Hilfe einer Folie, ähnlich wie bei künstlich angelegten Teichen.
  • In Einzelfällen kann auch das erste Wasserreservoir aufgrund günstiger Umstände bereits in der Natur vorhanden sein. In der Regel wird es jedoch erforderlich sein, das erste Wasserreservoir künstlich anzulegen. Beispielsweise kann auf einer leichten Anhöhe ein Teich oder ein Becken angelegt werden. Dies ist mit vergleichsweise einfachen Maßnahmen möglich.
  • Bevorzugt ist das erste Wasserreservoir ein Fischteich. Auf diese Weise ist eine sinnvolle Zweitnutzung des Wasserreservoirs möglich. Dies ist insbesondere deshalb möglich, weil die Verwendung eines Wasserrads nur äußerst geringe Ansprüche an die Sauberkeit des verwendeten Wassers stellt. Selbst größere Verunreinigungen stellen kein Problem dar. Selbst bei einer parallelen Nutzung des ersten Wasserreservoirs als Fischteich sind somit keine oder nur sehr einfache Maßnahmen zur Reinigung des Wassers bei dessen Entnahme aus dem Wasserreservoir notwendig.
  • In einer Ausgestaltung beträgt die maximale Leistung des elektrischen Generators weniger als 50 kW. In diesem relativ geringen Leistungsbereich kann ein Wasserrad bereits sehr effizient eingesetzt werden. Dies gilt sogar für eine maximale Leistung des elektrischen Generators von beispielsweise nur wenigen kW oder weniger als 1 kW.
  • In einer Ausgestaltung ist die maximale elektrische Leistung des mindestens einen ersten Energiewandlers größer als die maximale Leistung des elektrischen Generators. Zweckmäßigerweise ist die gesamte Hybridanlage dabei so ausgelegt, daß die Nachfrage nach elektrischer Energie in dem Versorgungsnetz nötigenfalls von dem elektrischen Generator des Wasserrads temporär allein bereitgestellt werden kann. Die genannte Dimensionierung des mindestens einen ersten Energiewandlers stellt dann sicher, daß immer dann, wenn der mindestens eine erste Energiewandler mit seiner maximalen Leistung betrieben wird, die höchste zu erwartende Nachfrage des Versorgungsnetzes gedeckt werden und gleichzeitig die Wasserpumpe zum Auffüllen des ersten Wasserreservoirs betrieben werden kann. Es wird dadurch eine hohe Verfügbarkeit der elektrischen Energie bei einer weitgehenden Unabhängigkeit von der momentan abrufbaren Leistung des mindestens einen ersten Energiewandlers erreicht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Steuerung vorgesehen, die die bereitgestellte Leistung der Hybridanlage durch Steuerung des Wasserflusses zum Wasserrad und/oder des mindestens einen ersten Energiewandlers und/oder der Wasserpumpe steuert. Durch die gesteuerte Versorgung des Wasserrads kann die Menge der von dem elektrischen Generator bereit gestellten elektrischen Energie gezielt beeinflusst werden.
  • In einer Ausgestaltung speist die Hybridanlage eine einem vorgebbaren Sollwert entsprechende Leistung in das Versorgungsnetz ein. Bevorzugt erfolgt die Sollwertvorgabe in Abhängigkeit der Nachfrage nach elektrischer Energie in dem Versorgungsnetz. Es kann eine Regelung auf diesen Sollwert vorgesehen sein.
  • In einer Ausgestaltung ist ein Fernüberwachungssystem vorgesehen, das den Betrieb der Hybridanlage überwacht und im Fall einer Störung eine Meldung absetzt. Durch das Fernüberwachungssystem kann eine Störung der Hybridanlage zuverlässig erkannt werden, ohne daß hierzu qualifiziertes Fachpersonal vor Ort sein müsste. Infolge der von dem Fernüberwachungssystem abgesetzten Meldung kann ein qualifizierter Service-Techniker eine Reparatur der Anlage vornehmen. Gegebenenfalls ist er durch die Meldung bereits über die Art der Störung informiert, so daß er benötigte Ersatzteile mitbringen und die Anlage in der Regel bei seinem ersten Besuch vor Ort wieder in Stand setzen kann.
  • In einer Ausgestaltung ist das Wasserrad ein Segmentkranz-Wasserrad. Derartige Wasserräder bestehen aus gleichartigen Segmenten, durch deren Anzahl und Anordnung der Durchmesser und die Breite des Wasserrads angepasst werden können. Dadurch können unterschiedliche, den jeweiligen Gegebenheiten angepasste Hybridanlagen auf Grundlage gleicher Bauteile errichtet werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung sind das erste Wasserreservoir und/oder das zweite Wasserreservoir als aufblasbare Kunststoffbecken ausgeführt. Die Kunststoffbecken können aus einer Kunststoffolie bestehen und aufblasbare Elemente, die die Seitenwände des Beckens bilden, sowie einen Boden aufweisen. Das Becken kann durch eine weitere Folie abgedeckt sein, um das Wasser vor Verdunstung zu schützen. Derartige Wasserreservoirs sind einfach zu transportieren und können nach Bedarf an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden. Alternativ können allseitig geschlossene Kunststoffbehälter als Wasserreservoirs genutzt werden. Diese können mit einem Ablauf, einem Zulauf und einer Entlüftungsöffnung versehen sein. Sie können aus einer flexiblen Kunststoffolie gefertigt sein und beispielsweise quaderförmig sein. Bei Verwendung eines allseitig geschlossenen, flexiblen Kunststoffbehälters ähnlich eines großen Kunststoffbeutels ist eine ausreichende Stabilität einfacher zu erreichen als bei einer aufblasbaren Konstruktion. Außerdem ist ein Überlaufen infolge einer Verformung einer Beckenwand ausgeschlossen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist die Hybridanlage einen Container auf, in dem eine Steuerung angeordnet ist und der eine Befestigungseinrichtung für mindestens einen der ersten Energiewandler und/oder das Wasserrad aufweist. Der Container kann bevorzugt ein 20-Fuß- oder ein 40-Fuß-Standardcontainer sein. Die Befestigungseinrichtung kann beispielsweise eine Aufnahme für den Turm einer Windenergieanlage oder für eine Photovoltaikanlage sein. Dadurch ist die Hybridanlage einfach zu transportieren und kann nach Bedarf an unterschiedlichen Standorten eingesetzt werden. Gleichzeitig ist die Steuerung in dem Container sicher und vor Witterungseinflüssen geschützt untergebracht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektrische Wasserpumpe in dem Container angeordnet. In diesem Fall kann der Container Anschlüsse für Leitungen zum ersten und zweiten Wasserreservoir aufweisen, die mit der Druck- bzw. Saugseite der Pumpe verbindbar sind. Dadurch kann neben der Steuerung auch die Wasserpumpe geschützt in dem Container installiert werden, und das Auf- und Abbauen der Anlage vereinfacht sich.
  • In einer Ausgestaltung können das Wasserrad und mindestens eins der Wasserreservoirs zum Transport in dem Container verstaut werden. Dies vereinfacht den Transport der Hybridanlage. Besonders geeignet für diese Ausgestaltung ist die Verwendung der aufblasbaren Kunststoffbecken oder sonstigen Kunststoffbehälter als Wasserreservoirs, weil diese im entleerten Zustand geeignete Packmaße aufweisen können. Bevorzugt finden auch die ersten Energiewandler in dem Container Platz oder sind auf dessen Oberseite platzsparend, beispielsweise klappbar, befestigt. Dadurch kann die gesamte Hybridanlage als kompakte Einheit transportiert werden, gegebenenfalls auch über weite Strecken per Schiff, Bahn oder Lkw.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hybridanlage in einer vereinfachten, schematischen Darstellung;
  • 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Hybridanlage mit einem Container in einer vereinfachten, schematischen Darstellung.
  • Die Hybridanlage aus 1 verfügt über zwei erste Energiewandler in Form einer Windenergieanlage 8 und einer Photovoltaikanlage 9. Beide sind über eine gemeinsame elektrische Leitung 10 und geeignete Netzanschlussmittel 11 mit einem bei 1 angedeuteten lokalen Versorgungsnetz verbunden. Die Netzanschlussmittel 11 können z. B. einen Transformator oder einen Wechselrichter umfassen.
  • Über eine weitere elektrische Leitung 12 gelangt die elektrische Energie der Windenergieanlage 8 und der Photovoltaikanlage 9 zu einer elektrischen Wasserpumpe 7, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei der Wasserpumpe 7 handelt es sich um eine robuste, handelsübliche Wasserpumpe. Die Wasserpumpe 7 fördert Wasser aus einem zweiten Wasserreservoir 3 über eine Rohrleitung 13 in ein erstes Wasserreservoir 4. Das erste Wasserreservoir 4 ist gegenüber dem zweiten Wasserreservoir um einige Meter erhöht angeordnet.
  • Aus dem ersten Wasserreservoir gelangt das Wasser über eine weitere Rohrleitung 14, die mit einem regelbaren Absperrventil 15 versehen ist, zu einem unterschlächtigen Wasserrad 5, welches einen Generator 6 antreibt. Stromabwärts des Wasserrads wird das Wasser in das zweite Wasserreservoir 3 geleitet. Der von dem Wasserrad 5 angetriebene elektrische Generator 6 erzeugt elektrische Energie, die direkt oder ggf. über weitere geeignete Netzanschlussmittel in das lokale Versorgungsnetz 1 eingespeist wird.
  • Zur Steuerung der Hybridanlage dient eine Steuerung 2, welche als Eingangsgröße 16 die von den ersten Energiewandlern bereitgestellte elektrische Leistung, die von dem Generator 6 bereitgestellte elektrische Leistung und einen vorgebbaren Sollwert 17 für die im lokalen Versorgungsnetz 1 nachgefragte elektrische Leistung erhält. Die Steuerung 2 erzeugt nach Maßgabe des Sollwerts 17 und der aktuell bereitgestellten elektrischen Leistungen der Hybridanlage ein Steuersignal 18 für das regelbare Steuerventil 15 zur bedarfsgerechten Steuerung des Wasserrads 5.
  • Die Hybridanlage nach 1 ist für den Inselbetrieb vorgesehen und kann mit dem Generator 6 eine elektrische Leistung von 5 kW zur Verfügung stellen. Bei einer Fallhöhe von ca. 3,5 m ist dazu eine Wassermenge von ungefähr 200 1/s erforderlich. Um eine Nachfrage nach einer elektrischen Leistung von 5 kW für einen Zeitraum von 4 h unabhängig von der Leistung der Windenergieanlage 8 und der Photovoltaikanlage 9 decken zu können, sind ca. 2900 m3 Wasser in dem ersten Wasserreservoir 3 vorzuhalten. Ein geeignetes Becken kann beispielsweise eine Grundfläche von 40 m × 40 m und eine Höhe von 1,8 m aufweisen.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Hybridanlage ist in 2 gezeigt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der 1 versehen. Bei der gezeigten Ausführung sind die Steuerung 2 und die elektrische Wasserpumpe 7 in einem 20-Fuß-Standardcontainer 20 untergebracht. Es kann auch ein 40-Fuß-Standardcontainer verwendet werden. Der Container weist Anschlüsse auf, über die die Druckseite der Wasserpumpe 7 mittels geeigneter Leitungen mit dem ersten Wasserreservoir 4, die Saugseite der Wasserpumpe 7 mit dem zweiten Wasserreservoir 3 verbunden ist.
  • Das erste Wasserreservoir 4 ist oberhalb des Containers 20 eingezeichnet, was dessen um einen oder mehrere Meter gegenüber dem zweiten Wasserreservoir 3 erhöhte Position veranschaulichen soll. Das Wasserrad 5, das den elektrischen Generator 6 antreibt, ist mit einem Gestell an dem Container befestigt. Alternativ kann das Wasserrad 5 mit Hilfe eines separaten, sich auf dem Boden abstützenden Gestell aufgestellt werden. Wie im Ausführungsbeispiel der 1 wird das Wasserrad 5 mit Wasser aus dem ersten Wasserreservoir 4 angetrieben und führt das Wasser anschließend in das zweite Wasserreservoir 3 ab. Beide Wasserreservoire 3, 4 sind in Form von aufblasbaren Kunststoffbecken ausgeführt und können zu Transportzwecken zusammengelegt und im Container 20 verstaut werden.
  • Die Windenergieanlage 8 hat einen Turm, der klappbar an einer Befestigungseinrichtung auf dem Dach des Containers 20 befestigt ist. Somit dient der Container 20 als Fundament, das für Windenergieanlagen der vorgesehenen Größe eine ausreichende Tragfähigkeit aufweist. Die Photovoltaikanlage 9 ist ebenfalls als klappbares Modul an einer Befestigungseinrichtung auf dem Dach des Containers 20 befestigt. Die von Windenergieanlage 8, Photovoltaikanlage 9 und Generator 6 bereitgestellte elektrische Energie wird nach Maßgabe der Steuerung 2 in ein Inselnetz 1 eingespeist. Die Steuerung 2 übernimmt dabei insbesondere die Regelung der das Wasserrad 5 antreibenden Wassermenge und steuert die elektrische Wasserpumpe 7.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004046701 A1 [0003]
    • - DE 19720700 A1 [0004]

Claims (20)

  1. Hybridanlage zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen mit • mindestens einem ersten Energiewandler (8, 9) zur Bereitstellung elektrischer Energie, dessen abrufbare Leistung von externen Einflussfaktoren, insbesondere dem Windangebot oder der Sonneneinstrahlung, abhängig ist, • einem Wasserrad (5), das mit Wasser aus einem ersten Wasserreservoir (4) betreibbar ist, • einem elektrischen Generator (6), der von dem Wasserrad (5) angetrieben wird, und • einer elektrischen Wasserpumpe (7), deren Saugseite mit einem zweiten Wasserreservoir (3) und deren Druckseite mit einem ersten Wasserreservoir (4) verbunden ist, wobei das erste Wasserreservoir (4) oberhalb des zweiten Wasserreservoirs (3) angeordnet ist und der mindestens eine erste Energiewandler (8, 9) und der elektrische Generator (6) mit einem elektrischen Versorgungsnetz (1) verbunden sind.
  2. Hybridanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungsnetz (1) ein Inselnetz ist.
  3. Hybridanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungsnetz (1) ein Niederspannungsnetz ist.
  4. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine erste Energiewandler eine Photovoltaikanlage (9) aufweist.
  5. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine erste Energiewandler eine Windenergieanlage (8) aufweist.
  6. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste Energiewandler (8, 9) vorhanden sind, die unterschiedliche regenerative Energiequellen nutzen.
  7. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wasserreservoir (4) gegenüber dem zweiten Wasserreservoir (3) um 1 bis 10 m erhöht ist.
  8. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wasserreservoir (3) von einem natürlichen Fluß, einem See oder Meer gebildet ist.
  9. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wasserreservoir (4) künstlich angelegt ist.
  10. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wasserreservoir (4) ein Fischteich ist.
  11. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Leistung des elektrischen Generators (6) weniger als 50 kW beträgt.
  12. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung des mindestens einen ersten Energiewandlers (8, 9) größer als die Leistung des elektrischen Generators (6) ist.
  13. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (2) vorgesehen ist, die die bereitgestellte elektrische Leistung der Hybridanlage durch Steuerung der Durchflußmenge des Wasserrads (5) und/oder des mindestens einen ersten Energiewandlers (8, 9) und/oder der Wasserpumpe (7) steuert.
  14. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridanlage eine einem vorgebbaren Sollwert (17) entsprechende Leistung in das Versorgungsnetz (1) einspeist.
  15. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fernüberwachungssystem vorgesehen ist, das den Betrieb der Hybridanlage überwacht und im Falle einer Störung eine Meldung absetzt.
  16. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserrad (5) ein Segmentkranz-Wasserrad ist.
  17. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wasserreservoir (4) und/oder das zweite Wasserreservoir (3) als aufblasbare Kunststoffbecken ausgeführt sind.
  18. Hybridanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Container (20) aufweist, in dem eine Steuerung (2) angeordnet ist und der eine Befestigungsvorrichtung für mindesten einen der ersten Energiewandler (8, 9) und/oder das Wasserrad (5) an dem Container aufweist.
  19. Hybridanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Wasserpumpe (7) in dem Container (20) angeordnet ist.
  20. Hybridanlage nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserrad (5) und mindestens eins der beiden Wasserreservoir (3, 4) zum Transport in dem Container (20) verstaut werden können.
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