DE102008009453A1

DE102008009453A1 - Wasserkraftwerk, mehrstufig, unter Nutzung von Ebbe und Flut, Verfahren und Technik

Info

Publication number: DE102008009453A1
Application number: DE102008009453A
Authority: DE
Inventors: Guenter Heinrich Born
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-17
Filing date: 2008-02-17
Publication date: 2009-08-20

Abstract

An Meeren und Flüssen mit Tidenhub, Ebbe und Flut (Figur 2 Ziff. 11, 12) werden im Festland (Figur 1, Ziff. 1) Terrassen angelegt (2, 8, 4). Auf den Terrassen werden Rohre verlegt; auf der Terrasse (2) liegen Rohre (5), in welche vom Naturgewässer her (11) bei Flut Wasser einströmt, welches zu Wasserkraftwerken strömt und dort elektrische Energie erzeugt. Auf der unteren Terrasse (4) liegen Rohre (6), durch welche bei Ebbe das Flutwasser aus den oberen Terrassen und Rohren nach unten und bei Ebbe zum Naturgewässer (11, 12) abfließt. Das Rohr (5) liegt unterhalb des Wasserspiegels bei Flut. Das Rohr (6) liegt oberhalb des Wasserspiegels bei Ebbe. Ventile und Schieber regeln Zufluss und Abfluss des Wssers. Die Rohre (5) und ihre Wasserkraftanlagen können auf Hebebühnen gelagert sein, so dass Veränderungen im Tidenhub ausgeglichen werden können. Während der Flut kann Überschusswasser in Rohren und in Becken (10) gespeichert werden, bis die Ebbe ein Abfließen des Wassers aus den Rohren und Becken (6, 7, 10) zulässt. Die Rohre (5, 6, 7, 9, 13) werden über Ventile und Schieber gesteuert, so dass bestimmte Wassermengen zu den Wasserkraftanlagen und zu anderen Rohren und Anlagen abfließen und dann von dort wieder entnommen werden kann. Die Rohre (5, 6) liegen auf ihrer Wasserseite (11, 12), dem Meer oder Fluss, über deren Gewässerboden. Die gesamte Anlage ist landseitig zwischen dem Wasserstand bei Ebbe und Flut angeordnet. Die Wasserturbinen sind in den Rohren oder an ...

Description

Kritik des Standes der Technik:
Bisherige Gezeitenkraftwerke bedürfen zur Aufnahme des Flutwassers einen natürlichen Fluss mit entsprechend hohem Aufnahmevermögen an Flutwasser. Die Meeresküsten sind weltweit von enormer Länge; dort konnten bisher jedoch keine Gezeitenkraftwerke gebaut werden, da es an Flüssen fehlt, welche das Flutwasser aufnehmen könnten.
Senken im Festland entlang der Meeresküsten sind zur Aufnahme von Flutwasser aus Gezeitenkraftwerken oder von Meerwasser allgemein nicht geeignet, weil das Flutwasser während der Ebbe nicht in das Meer zurück fließen kann. Während der Ebbezeiten können dadurch Wasserkraftwerke nicht betrieben werden. In den Senken verbleibendes Flutwasser bzw. Meerwasser wird versalzen, verschlammen und die Landwirtschaft schwer schädigen. Fauna und Flora würden völlig verändert.
Das vom Patentanmelder des hier beanspruchten Verfahrens, G. H. Born, schon vorher unter dem Aktenzeichen 10 2004 021 510.3–15 angemeldete und patentierte Verfahren ist nur in sehr warmen Regionen anwendbar, in welchen die Wasserverdunstung des in die Anlagen eingeführten Wassers möglich ist.
Aus den vorgenannten Gründen sind sehr viele Küstenregionen für die Gewinnung elektrischer Energie durch Gezeitenkraftwerke nicht nutzbar.
In die und in der Meerestiefe eingesetzte Wasserturbinen werden sehr schnell unbrauchbar und daher nutzlos; die Investitionen hierfür werden buchstäblich im Wasser verloren gehen. Die Gründe hierfür sind mannigfaltig.
In das Meerwasser eingesetzte und dort verankerte Wasserturbinen konnten sich seit Jahrzehnten nicht durchsetzen, sind also praktisch nicht realisierbar und nicht nützlich. Ja sie stellen eine große Gefahr für die Umwelt und für das Meer dar. Elektrische Defekte im Meer hätten katastrophale Folgen für die Tiere und sogar für Menschen, und auch für die im Meer verlegten Kommunikationskabel. Die im Meer ausbrechenden Katastrophen zerstören die im Meer versenkten Turbinen und Anlagen. Die bekannten Gezeitenkraftwerke können Veränderungen im Tidenhub bei Ebbe und Flut nicht oder nur beschränkt ausgleichen und verlieren dadurch ihre volle Funktionsfähigkeit.
Aufgabenstellung:
Entlang aller Meeresküsten mit Ebbe und Flut und in allen Klimazonen soll es möglich sein, aus der Wasserkraft der Meere elektrische Energie zu gewinnen, ohne dabei Mensch und Natur, und ohne die technischen Anlagen zu gefährden.
Lösung der Aufgaben:
An Meeresküsten oder an Flüssen mit Ebbe und Hut werden landseitig (1 Ziff. 1) mehrstufige Terrassen Ziff. 2, 8, 4) angelegt. Auf der Oberstufe (2) werden Rohre (5) verlegt, welche mit ihren Wassereinlässen unterhalb des Meeresspiegels bei Flut (11) liegen. Auf der Unterstufe (4) werden Rohre (6) verlegt, die mit ihren Wasserauslässen oberhalb des Wasserspiegels des Meers oder Flusses bei Ebbe liegen. Ventile und Schieber (3, 14 etc.) sichern und regeln die Wasserein und -auslässe in den Rohren (5, 6, 7, 9, 13 und in 10). Überschusswasser fließt über Rohre (13) zu Wasserrückhaltebecken (10) ab.
Vermessungen der Wasserspiegel bei Ebbe und Hut, des Meeresbodens, der Landseite dienen der genauen Einpassung der technischen Anlagen, um die Flut für die Gewinnung elektrischer Energie und andererseits die Entsorgung des Flutwassers nach den Turbinen zu gewährleisten. Das Flutwasser wird nach den Turbinenanlagen durch die Rohre (6) und bei Bedarf aus den Becken (10) bei Ebbe in Richtung Naturgewässer (11, 12) entsorgt.
Die Wasserrückhaltebecken (10) nehmen Flutwasser auf und speichern dies, bis die Ebbe einsetzt. Die Becken (10) können aber auch Wasser über die Rohre (9) an die Rohre (6) abführen, von denen aus das Wasser bei Ebbe an das Meer oder den Fluss zurück geführt wird. Dazwischen angeordnete Wasserkraftanlagen können ebenfalls über die Rohre (9) mit Wasser versorgt werden.
Während des ganzen Tages bleiben die Rohre (5, 6, 7, 9) mit Wasser ganz oder teilweise gefüllt, so dass die in den und zwischen den Rohren verbauten bzw. gelagerten Wasserturbinen mit Generatoren betrieben werden können. Entsprechend werden die Rohre und die Becken (10) dimensioniert. Ventile und Schieber regeln alle notwendigen Vorgänge. So bleibt z. B. der Schieber am Auslass des Rohres (6) geschlossen, bis die Ebbe ein Öffnen des Schiebers (14) und den Auslass des im Rohr (6) und in den Becken (10) stehenden Wassers auch über (9) erlaubt.
Mehrere Becken (10) können nebeneinander angeordnet sein und miteinander kommunizieren. In die Becken (10) kann auch Sickerwasser aus dem Erdreich über Zusatzrohre einlaufen.
Rohre (5) und Wasserkraftanlagen können auf Hebebühnen gelagert sein, um Höhendifferenzen bei Flut ausgleichen zu können. Wasserdichte und bewegliche Gelenke in den Rohren erlauben Vorgänge für heben und senken der Anlagen.
Rohre (9) erlauben das Abführen des Speicherwassers aus den Becken (10) zu den Rohren (7), zu Turbinen (15) und von dort zu den Rohren (6) und von hier bei Ebbe nach (12) Die gesamte Anlage ist zwischen den Tidenhüben aus Ebbe und Flut eingepasst (11, 12).
Gitter, Abweiser und Kammern halten Treibgut und Fremdgut von den Turbinenanlagen fern. Die Turbinenanlagen sind in Fallrohre (7, 9 und aus 10) sowie in und an den Rohrachsen (5,6) eingesetzt.
Alle Volumen aller Rohre und aller Becken sind derart berechnet, dass die Wasserkraftanlagen permanent bei Ebbe, Flut und in den Zwischenzeiten mit Wasser versorgt und betrieben werden können. Schieber und Ventile regeln den Bedarffall. Die Becken (10) können versickerfrei versiegelt werden.
Erzielbare Vorteile:
Die beanspruchte Anlage mit ihren Verfahren lässt die Gewinnung elektrischer Energie an allen Küsten mit Ebbe und Flut und in allen Klimazonen zu. Die Anlagen sind im Festland verbaut und damit leicht zugänglich. Damit sind alle Arbeitsvorgänge sowie die elektrischen Anlagen und Transportwege leicht und gefahrlos durchzuführen. Die Natur bleibt frei von Unwägbarkeiten. Die Anlagen können einen Defekt nicht in das Meer übertragen. Das Meer mit seiner Fauna und Gewalt kann die Anlagen nicht beschädigen oder unbrauchbar machen. Unglücksfälle im Meer, Erdrutsche, Vulkanausbrüche, Gasausbrüche, Schiffskatastrophen, verloren gegangene Container, können die Anlagen nicht schädigen. Die Anlagen werden laufen so lange es die Meere, Ebbe und Flut gibt. Die Hebebühnen mit ihren darauf gelagerten Rohren und Wasserkraftwerken können einen veränderten Tidenhub ausgleichen.
Die Tidenhübe zwischen Ebbe und Flut sind zwar weltweit verschieden und nicht immer sehr hoch, so dass die Anlagen in relativ geringer Höhe zwischen (11) und (12) verbaut und betrieben werden müssen. Deshalb müssen die Anlagen breit und weit in das Festland (1) hinein verbaut und betrieben werden. Dies hebt aber die Nachteile bestehender anderer und fremder Anlagen auf. Die hier beanspruchten Anlagen bewegen sich breit und tief in das Festland (1) hinein und erreichen somit viele Menschen und Ansiedlungen. Die Zuflüsse und Rückflüsse des Wassers in und aus den Anlagen lassen sich mit entsprechenden Volumen und Gefällen sowie Anzahl der Rohre und Becken regeln.
Salzwasser kann nicht in die Böden und nicht in das Grundwasser des Festlandes eindringen, weil das Flutwasser in dichten Rohren geführt wird. Die Becken (10) sind ebenfalls so abgedichtet, dass Salzwasser nicht in Böden und Grundwasser eindringen kann.
Da durch den relativ geringen Tidenhub der Meere die Anlagen breit und tief in das Festland verbaut werden müssen, stellt dies jedoch einen Vorteil dar, denn damit werden großflächig weite Landstriche entlang der Meeresküsten und Flüssen mit Ebbe und Flut mit Energie versorgt, so dass viele kleine Ansiedlungen mit Handwerk und Mittelstand angelegt werden können. Das Sozialgefüge in einem Landstrich oder Staat kann stabiler gestaltet werden als in den überfüllten Megastädten. Auch im Tourismus innerhalb einer von Menschen gesuchten Naturschönheit kann in einer breit angelegten Infrastruktur ein gedeihlicher Fortschritt mit den hier beanspruchten Verfahren erzielt werden. In und mit den Wasserbecken (12) können Lebensmittel und Trinkwasser erzeugt werden.

1 und 2

1: Festland an Meeren und Flüssen mit Tidenhub, Ebbe und Flut
2: Terrasse obere Sohle
3: Ventile
4: Terrasse untere Sohle
5: Rohr zur Aufnahme von Wasser bei Flut
6: Rohr zur Abführung des Flutwassers bei Ebbe
7: Gefällerohre von den oberen Rohren 5 zu den unteren Rohren 6
8: Festland mit der Böschung der Terrasse
9: Rohr vom Wasserrückhaltebecken 10 zu Rohr 7 und von dort zu Rohr 6
10: Wasserrückhaltebecken unterhalb des Flutrohres 5
11: Wasserspiegel des Meeres oder Flusses bei Hut
12: Wasserspiegel des Meeres oder Flusses bei Ebbe
13: Rohr von Rohr 5 zum darunter liegenden Wasserbeckens 10
14: Ventile
15: Wasserturbinen und Generatoren in oder zwischen den Rohren

Claims

Wasserkraftwerk, mehrstufig, unter Nutzung von Ebbe und Flut, dadurch gekennzeichnet, dass an Gewässern wie den Meeren oder an Flüssen (2 Ziff. 11, 12) im Festland (1 Ziff. 1) mehrstufige Terrassen angelegt werden (1 Ziff. 2, 4, 8), bestehend aus den Oberstufen (2) mit oder ohne Gefälle, den Böschungen (8) und den Unterstufen (4) mit oder ohne Gefälle. Auf den Oberstufen (2) werden Wasserrohre (5) verlegt, deren Rohreinlässe unter der Wasseroberfläche des Gewässers bei Flut (11) liegen. Auf den Unterstufen (4) werden Rohre (6) verlegt, deren Wasserauslässe oberhalb der Wasseroberfläche bei Ebbe (12) liegen. Die Wasserrohre (5 und 6) sind über weitere Wasserrohre (7) und über weitere Ventile und Schieber (14) miteinander verbunden. In den Wasserrohren (5, 6, 7, 9, 13) sind Wasserturbinen (15) eingebaut, oder Wasserkraftwerke mit Turbinen und Generatoren sind zwischen die Wasserrohre geschaltet. Landseitig sind unterhalb der Oberstufen (2,5) und gleichzeitig oberhalb der Unterstufen (4, 6) Wasserbecken (10) vorgewiesen. Von den Wasserbecken (10) führen Rohre (9) zu den Rohren (7). Von den Wasserbecken (10) können weitere andere Rohre mit Ventilen und Schiebern durch das Festland (1) hinaus zu den Wasserflächen (12) führen. In und an den Wasserrohren sind Ventile oder Schieber (3, 14) vorgewiesen. Wasserseitig stehen die Rohre (5, 6) mit ihren Wasserein und -Auslässen über der Gewässerfläche (11, 12). Rohr (5) ist Wassereinlass bei Flut. Rohr (6) ist Wasserauslass bei Ebbe. Die Wasserturbinen sind in die Fallrohre (7, 9, aus 10) und in oder an die Rohrachsen (5, 6) eingesetzt oder angeordnet. Die Volumen aller Rohre und Becken sind so bemessen, dass die Wasserkraftanlagen permanent auch bei Ebbe, Flut und in den Zwischenzeiten mit Wasser versorgt und betrieben werden können. Schieber und Ventile regeln den Bedarfsfall.
Anspruch 2 gemäß Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen der Wasserrohre (5, 6, 7, 9) und die Wasserbecken (10) so bemessen sind, dass sie die Wasserkraftwerke (15 und weitere) auch während der Ebbezeit mit Wasser versorgen können.
Anspruch 3 gemäß den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserauslassrohre (6) so bemessen sind, dass sie das Flutwasser (11) bei Ebbe aus den Anlagen (2, 8, 4, 10) in die Ebbeflächen (12) zurück führen können.
Anspruch 4 gemäß der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Tidenhub des Gewässers, der Gewässerboden und die landseitigen Flächen kartographiert werden, und dass die Anlagen (1 und 2) entsprechend der Vermessungsdaten angelegt und betrieben werden.
Anspruch 5 gemäß der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wasserrückhaltebecken (10) landseitig angelegt werden, und dass Sickerwasser in vorher bestimmte Becken (10) ablaufen kann, und dass bestimmte Becken für die Zucht von Wassertieren und von Pflanzen und zur Trinkwassergewinnung genutzt werden. Ein Becken (10) kann zu einem See ausgeweitet sein. Mehrere Becken oder Seen (10) können miteinander kommunizieren; aus allen kann Überschusswasser zum Naturgewässer (11, 12) über zusätzliche Rohre bei Ebbe ablaufen.
Anspruch 6 gemäß der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserrohre (5) und Wasserkraftanlagen auf Hebebühnen gelagert sein können, um veränderte Tidenhübe auszugleichen, und dass in diesen Sonderfällen zwischen Rohren (5) bewegliche, wasserdichte Muffen oder Verbindungsrohre zwischengeschaltet sind. Und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass Rohre Entlüftungsrohre vorweisen können.
Anspruch 7 gemäß Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rohre (5) Gitter und Abzweigungen zu Kammern zum Abscheiden von Fremdstoffen aus dem Meer vorgewiesen sind. Die Rohre (5) sind gegen Treibgut und Fremdgut an ihren Enden flutseitig mit Schutzgittern, Abweisern und dergleichen geschützt.