DE102008014586A1

DE102008014586A1 - Energiegewinnungs-Sperrwerk in strömenden Gewässern

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Publication number: DE102008014586A1
Application number: DE102008014586A
Authority: DE
Original assignee: LERCHE HANS GEORG
Current assignee: LERCHE HANS GEORG
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-01-02
Also published as: DE202007004170U1

Abstract

Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüssen abgesenkt wird.
Wobei diese Vorrichtung aus mehren teilen aufgebaut ist und in Form einer Fundamentplatte (1) Abgesenkt wird oder als Fest auf Grunde des Flüsse errichtet ist und zur Wartung und Pflege begehbar ist. Auf einer Grundplatte dadurch gekennzeichnet,
dass sie fest im Grund des Flusses eingelassen ist
dass mehrere Strömungsrohre im Grundkörper nebeneinander eingebaut sind.

Description

Um die weitere globale Erwärmung zu verhindern bzw. zu vermindern, gilt es alle Energiequellen zu nutzen, die eine Energiegewinnung ohne das Entstehen von CO₂ ermöglichen.
Eine Energiequelle stellen die fließenden Gewässer und Gezeitenströmungen dar, auch strömende Medien wie Luft, in Form von Wind, sind Energiequellen die durch neue Kombinationen von bekannten Varianten genutzt werden sollte.
Bisher wird die Energie von fließenden Gewässern und Gezeiten dadurch genutzt, dass das Wasser durch Sperrwerke (z. B. Staudämme), aufgestaut wird und dann die so entstandene potentielle Energie in elektrische umgewandelt wird, indem das aufgestaute Wasser über Turbinen, Wasserräder oder andere Anlagen geleitet wird und diese in Rotation versetzt. Die Errichtung von Sperrwerken zur Speicherung von Wassermassen ist nur an geographisch günstigen Punkten möglich, in der Regel in Gebirgen, die (tiefe) Täler aufweisen.
Gezeitenkraftwerke können nur am Ausgang von Buchten oder Fjorde gebaut werden. Wasserräder die ohne Sperrung des gesamten fließenden Gewässers betrieben werden (z. B. Wassermühlen) setzen eine ausreichende große Gefällestrecke voraus. Der Eingriff in die Natur sollte auf ein geringes Maß reduziert werden.
Es gilt, die Energie von fließenden Gewässern in allen Landschaftsbildern, auch in der Ebene zu nutzen. Gleichzeitig sollen die Energiegewinnungsanlagen kein Hindernis für die Schifffahrt darstellen.
Die Aufgabenstellung, die Energiequellen der strömenden Flüsse auszunutzen und Elektroenergie zu gewinnen, möchten wir wie im weiteren beschrieben lösen.
Ausführung
In dem Querschnitt eines fließenden Gewässers wird ein Energiegewinnungs-Sperrwerk abgesenkt. Das Energiegewinnungs-Sperrwerk besteht zum Beispiel aus einem Betonkörper. In dem Betonkörper sind Strömungsrohre eingelassen. In diese sind Flügelräder, Wellen und Positionshalterungen eingebaut. Flügelrad und Wellen werden durch das strömende Wasser in Rotation versetzt.
Um eine höhere Auslastung der Strömungsenergie zu erzielen, können die Einfluss- oder Austrittöffnungen trichterförmig vergrößert werden. Hintereinander angeordnete Flügelräder, Turbinen oder andere Rotationsanlagen oder eine Kombination der genannten Anlagen erhöhen die Energieausnutzung. Auch können mehrere Energiegewinnungsrohre in einem Sperrwerk eingebaut werden. Für den Einbau von Energiegewinnungsrohre sind auch Brückenpfeiler geeignet, diese haben den Vorteil, dass die Energiegewinnungsanlagen begehbar wären.
Die Drehbewegung wird durch ein Übertragungssystem zum Dynamo übertragen. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Dynamo direkt auf die Welle des Flügelrades positioniert wird, so entfallen die Übertragungsträge der Drehbewegungen.
Energiegewinnungs-Sperrwerke werden in abgesenkten Zustand durch ihr Eigengewicht, (ein Hohlkörper wird mit Wasser geflutet), Anker und Fundamentplatten am Grund des Gewässers in ihrer Position gehalten. Bei Reparaturarbeiten wird der Hohlkörper durch einströmende Pressluft zum Schwimmen gebracht und durch Distanzstangen und Seile auf Position gehalten, Betongrundkörper werden mit Kränen aus dem Fluss gehoben. Die Energiegewinnungs-Sperrwerke sind in ihrer Höhe so dimensioniert, dass sie im abgesenkten Zustand kein Hindernis für die Schifffahrt darstellen. Es gibt auch die Möglichkeit die Energiegewinnungs-Sperrwerke in der Größe so zu errichten, dass sie durch Schoten abgedichtet und für Wartungsarbeiten begehbar sind.
Wir haben die Form des Sperrwerkes stromlinienförmig gewählt, um den Widerstand der dem umströmenden Wasser entgegensteht zu verringern.
Die trichterförmige Gestaltung des Einlaufes der Strömungsrohre dient einer Bündlung der Strömungsenergie. Wir erreichen, dass mehr Wasser durch das Strömungsrohr gepresst wird und so erhöhen sich die Umdrehungen des Flügelrades und die Ausbeute an Elektroenergie.
Ein beschleunigtes Durchströmen der Wassermassen wird auch durch den entstehenden Sog an der Rückseite des Sperrwerkes erzeugt.
Eine weitere Erhöhung der Drehbewegung des Flügelrades wird erreicht, durch die in den Einlauftrichtern installierten Strömungsflügel, die die Wassermassen schon vor dem Auftreffen auf das Flügelrad in eine Drehbewegung versetzt.
Hinter dem Sperrwerk vereinigen sich die umströmenden und durchströmenden Wassermassen wieder und erreichen die Strömungsgeschwindigkeit wie vor dem Auftreffen auf das Sperrwerk.
So können in größeren Abständen mehrere Energiesperrwerke errichtet werden die ein und denselben Wassertropfen nutzen.
Detaildarstellungen der Energiegewinnungs-Sperrwerke
1. diese Zeichnung zeigt den Grundkörper des Sperrwerkes, der teilweise als Hohlkörper ausgebildet sein kann. mit seiner Grundplatte, die wie in der Zeichnung 6 dargestellt auch ein Hohlkörper sein kann. Dem Aufbauteil mit den eingebauten Strömungsrohren und der Verankerungen des Energiegewinnungs-Sperrwerkes.
Um das Energiegewinnungs-Sperrwerk auf Position am Grund zu halten, kommen Halteseile und Distanzstangen zum Einsatz.
2. zeigt eine Strömungsröhre mit Flügelrad, dieses Flügelrad ist starr mit der Welle verbunden. Die Welle wird durch die Lagerschalen und dem Gegengewicht, in Position gehalten. Das Zahnrad überträgt mit Hilfe der Gliederkette die Drehbewegungen zum Dynamo. In der Zeichnung 6 ist das Dynamo gleichzeitig das Gegengewicht.
3. zeigt die Übertragung der Drehbewegung des Flügelrads zum Dynamo. Es wird die Gliederkette und Getriebe zum Umlenken der Kraftübertragung dargestellt.
Der Dynamo befindet sich oberhalb der Wasseroberfläche.
4. In dieser Zeichnung wird ein begehbares Sperrwerk im Querschnitt dargestellt. Durch die Schotten können die Strömungsrohre verschlossen werden. Durch Pressluft wird das Wasser aus dem Arbeitsraum gepresst. Druckschleusen ermöglichen das Betreten des Arbeitsraums zur Wartung und Inspektion. Da der Arbeitsraum ständig unter Überdruck sich befindet, ist es möglich, den Dynamo direkt in den Arbeitsraum zu Installieren. Die Gliederkette überträgt auch hier die Drehbewegung des Flügelrades direkt zum Dynamo.
5. In dieser Zeichnung wird das begehbare Sperrwerk in einem Querschnitt gezeigt. Die Schotten schließen die Strömungsrohre und man kann trockenen Fußes im Arbeitsraum seinen Tätigkeiten nachgehen.
6. In der Zeichnung wird ein Energiegewinnungs-Sperrwerk mit einem Hohlkörper gezeigt. Dieses kann durch Öffnen von Ventilen abgesenkt werden. Das Heben erfolgt durch einströmen von Pressluft in den Hohlkörper. So kann der Grundkörper wieder aufgeschwemmt werden. Des weiterem ist der Dynamo direkt auf der Welle des Flügelrades als Gegengewicht positioniert.
7. Zeigt, wie gedrehte Flügel in der trichterförmigen Öffnung der Strömungsrohre eingearbeitet sind. Das strömende Wasser wird schon vor dem Auftreffen auf das Flügelrad in Rotation gebracht.
Nr. 1 Fundamentplatte
Die Fundamentplatte Nr. 1 wird im Flussbett eingelassen, um auf ihr alle Aufbauten des Sperrwerkes Nr. 2 aufzubauen.
Nr. 2 Aufbau des Sperrwerkes
Der Aufbau des Sperrwerkes Nr. 2 ist aus einem Betonkörper. Diese Betonkörper werden durch Kräne gehoben und gesenkt. Schlitze für die Gliederkette Nr. 8 zur Kraftübertragung sind eingearbeitet.
Die Ankerösen Nr. 15 dienen zur Positionieren der Energiegewinnungs-Sperrwerke.
Nr. 3 eingebaute Strömungsrohre für das Flügelrad
In den Betonkörpern des Sperrwerkes Nr. 2 sind die Strömungsrohre Nr. 3 eingelassen. Die Strömungsrohre Nr. 3 sind an der Seite des Wasseraustritts zylindrisch erweitert.
Nr. 4 Flügelrad
Das Flügelrad Nr. 4 wird in die Strömungsrohre Nr. 3 eingebaut und auf Rolllagern montiert. Es können mehre Flügelräder Nr. 4 hintereinander auf eine Welle Nr. 5 sich befinden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers es erlaubt.
Nr. 5 Welle des Flügelrades
Die Welle Nr. 5 hält das Flügelrad Nr. 4 in den Lagern Nr. 6 und erlaubt die Rotation des Flügelrades. Die Welle Nr. 5 wird von den Lagerschalen Nr. 6 auf Rolllager gehalten.
Auf der Welle Nr. 5 sind das Zahnrad Nr. 8 und es kann auch der Dynamo Nr. 23 installiert sein.
Nr. 6 Lagerschalen für die Welle
In den Lagerschalen Nr. 6 wird die Welle Nr. 5 in Position gehalten und dort wird eine Reibungsarme Drehung der Welle Nr. 5 gewährleistet.
Nr. 7 Positionshalter der Lagerschalen
Die Positionshalter der Lagerschalen Nr. 7 hält die Konstruktion der Lager für die Welle Nr. 6 und Welle Nr. 5 in der Mitte der Strömungsrohre Nr. 3.
Nr. 8 Zahnrad
Das Zahnrad Nr. 8 ist fest mit der Welle Nr. 5 verbunden und es läuft die Gliederkette Nr. 9 über die Zähne. Darstellung siehe Querschnitt X-X
Nr. 9 Gliederkette zur Kraftübertragung
Die an der Welle Nr. 5 erzeugte Drehbewegung wird über eine Gliederkette Nr. 9 zum Getriebe Nr. 11 übertragen. Bei mehreren nebeneinander gelagerten Strömungsrohren Nr. 3 läuft die Gliederkette Nr. 9 über alle Wellen Nr. 5, um die gesamte Drehbewegung zum Getriebe Nr. 11 zu übertragen.
Nr. 10 Gegengewichte des Flügelrades
Das Gegengewicht Nr. 10 dient zum Ausbalancieren der Welle Nr. 5 des Flügelrades Nr. 4. Durch das Gegengewicht Nr. 10 wird ein gleichmäßiges Laufen in den Lagern Nr. 6 erreicht. In der 6 ist der Dynamo direkt auf der Welle Nr. 5 des Flügelrades Nr. 4 als Gegengewicht Nr. 10 positioniert.
Nr. 11 Getriebe zum Umlenken der Kraftübertragung am Sperrwerk
Das Getriebe Nr. 11 lenkt die Drehbewegung des Flügelrades Nr. 4 auf die Übertragungswelle Nr. 12, das Getriebe Nr. 11 befindet sich im Sperrwerk Nr. 2 und ist lösbar mit der Übertragungswelle Nr. 12 verbunden.
Nr. 11a Getriebe zum Umlenken der Drehbewegung der Übertragungswelle am Dynamo
Dieses Getriebe Nr. 11a lenkt die Drehbewegung der Übertragungswelle Nr. 12 auf die Ankerwllen des Dynamos Nr. 14. Für Reparaturen ist das Getriebe trennbar mit der Übertragungswelle Nr. 12 verbunden.
Nr. 12 Übertragungswelle
Die Übertragungswelle Nr. 12 überbrückt des Abstand vom Getriebe Nr. 11 im Sperrwerk und dem Getriebe Nr. 11a am Dynamo. Die Übertragungswelle Nr. 12 ist auf Rollen gelagert.
Nr. 13 Schutzrohr der Übertragungswelle
Im Schutzrohr Nr. 13 verläuft die Übertragungswelle. In der Wandung des Schutzrohres sind Lager befestigt. Durch Abdichten Nr. 15 befindet sich kein Wasser im Schutzrohr.
Nr. 14 Dynamo
Der Dynamo Nr. 14 erzeugt aus der Drehbewegung des Flügelrades Nr. 4 Elektroenergie.
Nr. 15 Verankerung
In der Verankerung Nr. 15 werden Seile und Streben befestigt um eine Positionierung des Sperrwerkes am Grunde des Flusses zu erreichen.
Nr. 16 Druckschleuse
Die Druckschleuse Nr. 16 ermöglicht es den Arbeitsraum Nr. 17 unter der Wasseroberfläche zu begehen, ohne ein Fluten des Arbeitsraumes Nr. 17 zu verursachen.
Nr. 17 Begehbarer Arbeitsraum
Ist ein Raum, in dem alle Maschinen und technischen Anlagen, die unter der Wasseroberfläche sich befinden.
Nr. 18 Schotten
Die Schotten Nr. 18 schließen die Strömungsrohre Nr. 3 um bei Wartungsarbeiten das Eindringen von Wasser in den Arbeitsraumes Nr. 17 zu verhindern.
Nr. 19 Trichterförmige Frontseite
Die Nr. 19 zeigt die Trichterförmige Frontseite des Sperrwerkes, damit wird die Strömungsenergie des auftreffenden Wasser erhöht.
Nr. 20 Ausblasventil
Zeigt ein Ausblasventil Nr. 20 zum endleeren des Hohlkörpers zum zwecke des Aufschwemmens.
Nr. 21 Grundkörper als Hohlkörper
Zeigt den Grundkörper als Hohlkörper Nr. 21, der durch Öffnen von Ventilen Gesenkt werden kann.
Nr. 22 Ventil zum einblasen von Pressluft
Das Heben erfolgt, indem über ein Ventil Nr. 22 Pressluft in den Hohlkörper Nr. 21 eingeblasen wird.
Nr. 23 Dynamo auf der Welle des Flügelrades
Die Nr. 23 zeigt ein Dynamo, der direkt auf die Welle Nr. 5 des Flügelrades Nr. 4 Installiert ist. Die Übertragung der Drehbewegung erfolgt direkt auf das Dynamo Nr. 14.
Nr. 24 gedrehte Flügel
Die Nr. 24 zeigt gedrehte Flügel in der Trichterförmigen Öffnung der Strömungsrohre Nr. 3. Sie befinden sich vor dem Flügelrad Nr. 4. Diese Flügel Nr. 24 sollen das strömende Wasser schon vor dem auftreffen auf die Flügelräder Nr. 4 in Rotation bringen und so die Drehbewegung des Flügelrades Nr. 4 beschleunigt.

Claims

Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüssen abgesenkt wird. Wobei diese Vorrichtung aus mehren teilen aufgebaut ist und in Form einer Fundamentplatte (1) Abgesenkt wird oder als Fest auf Grunde des Flüsse errichtet ist und zur Wartung und Pflege begehbar ist. Auf einer Grundplatte dadurch gekennzeichnet, dass sie fest im Grund des Flusses eingelassen ist dass mehrere Strömungsrohre im Grundkörper nebeneinander eingebaut sind.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömende Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 1, wobei der Aufbau des Sperrwerkes (2) beispielsweise ein Betonkörper sein kann, der dadurch gekennzeichnet ist, dass Strömungsrohre (3) eingearbeitet sind.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfluss- oder Ausflussöffnungen der Strömungsrohre (3) zylindrisch erweitert sind.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungsrohre Positionshalter (7) für Lagerschalen (6) eingelassen sind.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lagerschalen (6) eine Welle (5) in Rotation gehalten werden kann.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (5) ein oder mehrere Flügelräder (4) befestigt sind.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in Strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (5) ein Zahnrad (8) fest aufgearbeitet ist.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (5) ein Gegengewicht (10) aufgearbeitet ist, um eine ausbalancierte Drehbewegung der Welle (5) zu erreichen.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, 4, 5, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass über das Zahnrad (8) eine Gliederkette (9) läuft, um die Drehbewegungen der Welle (5) an ein Getriebe (11) zu übertragen.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, 4, 5, 7 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe (11) die Drehbewegung der Welle (5) in eine andere Richtung überträgt.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 2, 4, 5, 7, 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Umgelenkte Drehbewegung über eine Übertragungswelle (12) auf die Ankerwelle eines Dynamos (14) übertragen wird.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömenden Flüsse abgesenkt wird, nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein Dynamo (14) aus der Übertragenen Drehbewegung Elektroenergie erzeugt.
Weiterhin mit der Möglichkeit den Grundkörper mit mehreren strömungsrohre die nebeneinander eingebaut sind, zu versehen. Der Grundkörper aus einem Hohlkörper besteht und durch Flutung gesenkt und durch einströmende Pressluft gehoben werden kann. In dem Einlauftrichter der Strömungsrohre gedrehte Flügel eingearbeitet sind, um die strömenden Wasser schon vor dem Auftreffen auf das Flügelrad in Rotation zu versetzen.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömende Flüsse abgesenkt wird, dass mehrere Strömungsrohre im Grundkörper nebeneinander eingebaut sind.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömende Flüsse abgesenkt wird, dass der Grundkörper ein Hohlkörper, ist der durch Flutung abgesenkt werden kann.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömende Flüsse abgesenkt wird, dass durch das Einströmen von Pressluft der Hohlkörper gehoben werden kann.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömende Flüsse abgesenkt wird, dass in den Einlauftrichtern der Strömungsrohre gedrehte Flügel eingearbeitet sind, um das strömenden Wasser schon vor dem Auftreffen auf das Flügelrad schon in Rotation zu versetzen.
Energiegewinnungs-Sperrwerk, das beispielsweise in strömende Flüsse abgesenkt wird, dass ein Dynamo direkt auf die Welle des Flügelrades positioniert ist.