DE102010018892B3

DE102010018892B3 - Weir with turbine

Info

Publication number: DE102010018892B3
Application number: DE102010018892A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Traugott; Lenard Vorpahl
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-05-01
Also published as: CN102869878A; WO2011134711A3; EP2564055A2; BR112012027376A2; DE102010018892A1; WO2011134711A2

Abstract

Stauwehr mit darin angeordneter Turbinenanlage, wobei die Turbinenanlage als eine Einheit in einer Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet ist und das Stauwehr mit einem Fischweg ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenanlage einen kleineren Montagequerschnitt aufweist als ein entsprechender Aufnahmequerschnitt der Ausnehmung (3) und eine Differenz der Querschnitte als Fischweg (7, 8) ausgebildet ist.Weir with a turbine system arranged therein, the turbine system being arranged as a unit in a recess of the weir and the weir being equipped with a fishway, characterized in that the turbine system has a smaller assembly cross-section than a corresponding receiving cross-section of the recess (3) and a difference the cross-section is designed as a fish path (7, 8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Stauwehr mit einer darin angeordneten Turbinenanlage, wobei die Turbinenanlage als eine Einheit in einer Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet ist und das Stauwehr mit einem Fischweg ausgestattet ist.The invention relates to a weir with a turbine system arranged therein, wherein the turbine system is arranged as a unit in a recess of the weir and the weir is equipped with a fishway.

Vorrichtungen zur Stromerzeugung in gestauten Wasserläufen sind in einer Vielzahl bekannt. Die Einrichtungen stellen jedoch einerseits einen Eingriff in das Ökosystem der Gewässer dar, da Staumauern oder Wehre ein unüberwindbares Hindernis für wandernde Fische bilden. Der Bau eines Maschinenhauses zur Aufnahme und Instandhaltung der Turbine bedeutet einen weiteren Aufwand und Eingriff sowohl in das Ökosystem der Gewässer als auch ins Landschaftsbild.Devices for power generation in jammed water courses are known in a variety. On the one hand, the facilities are an intervention in the aquatic ecosystem, as dams or weirs are an insurmountable obstacle to migratory fish. The construction of a turbine house for receiving and maintaining the turbine means a further effort and intervention both in the ecosystem of the waters and in the landscape.

In der DE 195 10 347 C1 , die ein Stauwehr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt, ist eine Aufstieghilfe für aquatische Organismen an Stauanlagen in Fließgewässern beschrieben, bei der die Fische über eine Wendeltreppe die Höhe der Staumauer überwinden können. Nachteilig ist hierbei der erhebliche bauliche Aufwand, zusätzlich zu der im Verhältnis kleinen Wehranlage ist ein wesentlich größeres Kanalsystem erforderlich.In the DE 195 10 347 C1 , which shows a weir according to the preamble of claim 1, an ascent for aquatic organisms at dams in streams is described in which the fish can overcome the height of the dam via a spiral staircase. The disadvantage here is the considerable construction effort, in addition to the relatively small weir system, a much larger channel system is required.

Die DE 100 17 598 C2 beschreibt einen Bypass, der die Fische an der Turbine vorbei leitet. Auch hier besteht der Nachteil eines erheblichen baulichen Aufwandes. Da der Bypass unterhalb der Turbinenanlage angelegt ist, ist der Landschaftsschutz zwar berücksichtigt, die unterirdische Bauweise verteuert jedoch die gesamten Gestehungskosten und erschwert eine Wartung.The DE 100 17 598 C2 describes a bypass that directs the fish past the turbine. Again, there is the disadvantage of a considerable construction effort. Since the bypass is created below the turbine plant, the landscape protection is taken into account, but the underground construction increases the overall cost and makes maintenance more difficult.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Stromerzeugung an einem Stauwehr in einem Gewässerlauf zu schaffen, wobei diese Vorrichtung die oben genannten Nachteile bei der Anlage von Fischwegen überwinden soll. Des Weiteren soll die vorliegende Erfindung auf ein Maschinenhaus und die damit verbundenen Aufwendungen sowie Eingriffe ins Ökosystem verzichten.The present invention is based on the object to provide a device for generating electricity at a weir in a watercourse, this device should overcome the above-mentioned disadvantages in the installation of fishways. Furthermore, the present invention is to dispense with a nacelle and the associated expenses and interventions in the ecosystem.

Die Lösung der Aufgabe sieht ausgehend von der DE 195 10 347 C1 vor, dass die Turbinenanlage einen kleineren Montagequerschnitt aufweist als ein entsprechender Aufnahmequerschnitt der Ausnehmung und dass eine Differenz der Querschnitte als Fischweg ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der bauliche Aufwand bei der Einrichtung der Turbinenanlage gering gehalten wird. Die Turbinenanlage wird als eine Einheit in nur eine Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet. Somit sind keine die Landschaft schädigenden Bauwerke, wie beispielsweise ein Maschinenhaus oder ein separater Fischweg notwendig, da letzterer in die Ausnehmung mit integriert ist.The solution of the task looks starting from the DE 195 10 347 C1 before that the turbine plant has a smaller mounting cross-section than a corresponding receiving cross-section of the recess and that a difference of the cross-sections is formed as a fish way. The advantage here is that the structural complexity is kept low when setting up the turbine system. The turbine system is arranged as a unit in only one recess of the weir. Thus, no damage to the landscape structures, such as a nacelle or a separate fishway are necessary because the latter is integrated with the recess.

In einer Ausführungsform ist die Turbinenanlage mit einem geschlossenen und durchströmten Diffusor versehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Energie des strömenden Wassers optimal genutzt und der abströmseitige Auslass der Turbinenanlage entfernt vom Stauwehr angeordnet werden kann. Auskolkungen im Bereich des Stauwehrs werden dadurch reduziert.In one embodiment, the turbine system is provided with a closed and flowed through diffuser. The advantage here is that the energy of the flowing water can be used optimally and the downstream outlet of the turbine system can be located away from the weir. Outcrops in the area of the weir are thereby reduced.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung im Bereich zwischen Wasseroberfläche und Gewässergrund angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass auch Wassertiere, die grundnah leben, das durch das Stauwehr gebildete Hindernis überwinden können. Zur Vermeidung von Auskolkungen ist im grundnahen Bereich für eine Stabilisierung des Grundes zu sorgen.In a further embodiment, the recess is arranged in the region between the water surface and the bottom of the water. The advantage here is that even aquatic animals living close to the ground can overcome the obstacle formed by the weir. In order to avoid spoilage, stabilization of the ground must be ensured in the basement area.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein abströmseitiger Ausgang zum Fischweg quer zur Fließrichtung des Gewässers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Ausgang in einem Bereich liegt, in dem die Strömung beruhigt ist.In a further embodiment, a downstream outlet to the fishway is arranged transversely to the flow direction of the water body. The advantage here is that the output is located in an area where the flow is calm.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist im Anströmbereich des Stauwehrs eine Ablenkvorrichtung für Fische vorgesehen. Diese verhindert, dass die Wassertiere in den Sog der Turbinenanlage geraten und durch diese Ablenkvorrichtung direkt in den Fischweg gelenkt werden.In a further advantageous embodiment, a deflecting device for fish is provided in the inflow area of the weir. This prevents the aquatic animals get sucked into the turbine system and are directed by this deflector directly into the fishway.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein anströmseitiger Zugang zum Fischweg im Abströmbereich der Ablenkvorrichtung angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Fische durch die Ablenkvorrichtung direkt zum Zugang des Fischweges geleitet werden. Ist die Ablenkvorrichtung als enger Rechen ausgebildet, so werden die Fische entlang des Rechens zum Fischweg geführt und können damit das Stauwehr überwinden.According to a further embodiment, an inflow-side access to the fishway is arranged in the outflow region of the deflection device. The advantage here is that the fish are directed by the deflector directly to the entrance of the fish way. If the deflection device is designed as a narrow rake, the fish are guided along the rake to the fish path and can thus overcome the weir.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Fließweg des Wassers entlang des Fischweges mäandrierend ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass die Strömung im Fischweg gebremst und der Durchfluss verringert wird. Ist der Fischweg ausreichend groß dimensioniert und sind in den einzelnen Schleifen der Mäander Bereiche niedriger Strömung ausgebildet, so bietet diese Ausformung den Fischen bei der Überwindung des Hindernisses den geringsten Widerstand.In a further advantageous embodiment, the flow path of the water along the fishway is formed meandering. The advantage here is that the flow in the fish way braked and the flow is reduced. If the fishway is dimensioned sufficiently large and areas of low flow are formed in the individual loops of the meander, this formation offers the fish the least resistance in overcoming the obstacle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Fischweg als raue Rampe ausgeführt. Auch Ausführungen als Fischleiter oder Fischtreppe sind möglich. Von Vorteil ist dabei, dass die Strömung auf natürliche Weise gebremst wird und den Wassertieren eine bekannte Umgebung zur Überwindung des bestehenden Hindernisses geboten wird.In a further advantageous embodiment, the fishway is designed as a rough ramp. Also versions as a fish ladder or fish ladder are possible. The advantage here is that the flow is naturally slowed down and the aquatic animals a familiar environment to overcome the existing obstacle is offered.

Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus der Kombination der Ansprüche.Further advantageous embodiments will become apparent from the combination of claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen dieEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below. It show the

1 eine schematische Draufsicht auf ein Flusskraftwerk und die 1 a schematic plan view of a river power plant and the

2 einen vertikalen Schnitt durch ein Flusskraftwerk. 2 a vertical section through a river power plant.

Die 1 zeigt in einer Draufsicht ein, zwischen den beiden Ufern 1 eines Flusses liegendes, Stauwehr 2. In diesem Stauwehr 2 ist eine Ausnehmung 3 vorgesehen, worin eine Vorrichtung zur Stromerzeugung, insbesondere eine Turbine 4, angeordnet ist. Diese verfügt anströmseitig über einen Rechen 5, der gleichzeitig als Ablenkvorrichtung für Fische dient. Abströmseitig ist in Verlängerung zur Turbine 4 ein Diffusor 6 dargestellt, der deren Wirkungsgrad erheblich verbessert. Die Ausnehmung 3 ist breiter als der Einlaufbereich der Vorrichtung zur Stromerzeugung. Links und/oder rechts davon, im dargestellten Ausführungsbeispiel beidseitig, ist jeweils ein Freiraum erkennbar, an den Fischwege 7, 8 angeschlossen sind. Die Ablenkwirkung des Rechens 5 ist so ausgelegt, das die Fische mit der Strömung zum anströmseitigen Zugang der Fischwege 7, 8 geleitet werden. Als Fischwege 7, 8 können alle bekannten Fischtreppen oder Fischleitern zum Einsatz kommen. In der Darstellung erkennbar ist die Lage der abströmseitigen Ausgänge 9 der Fischwege 7, 8, die senkrecht zur Fließrichtung des Flusses angelegt sind. Eine Mäander 10 links und rechts der Vorrichtung zur Stromerzeugung begrenzt die Strömung durch die Ausnehmung 3.The 1 shows in a plan view, between the two shores 1 of a river, weir 2 , In this weir 2 is a recess 3 provided, wherein a device for power generation, in particular a turbine 4 , is arranged. This has a rake on the upstream side 5 , which also serves as a deflector for fish. Outflow side is in extension to the turbine 4 a diffuser 6 shown, which significantly improves their efficiency. The recess 3 is wider than the inlet area of the power generation device. Left and / or right thereof, in the illustrated embodiment on both sides, a free space is recognizable, at the fishways 7 . 8th are connected. The deflection effect of the rake 5 is designed so that the fish with the flow to the upstream access of the fishways 7 . 8th be directed. As fishways 7 . 8th All known fish ladders or fish ladders can be used. The position of the outgoing exits can be seen in the illustration 9 the fishways 7 . 8th , which are applied perpendicular to the flow direction of the river. A meander 10 left and right of the power generation device limits the flow through the recess 3 ,

Mittels einer Hebevorrichtung 11 lässt sich die gesamte Vorrichtung zur Stromerzeugung aus dem Stauwehr heben. Die Hebevorrichtung 11 besteht hierzu beispielsweise aus zwei Schienen, zwischen denen die Turbinenanlage geführt ist. Das Heben erfolgt beispielsweise durch einen Kran oder ein ähnliches Gerät.By means of a lifting device 11 the entire power generation device can be lifted out of the weir. The lifting device 11 For this purpose, for example, consists of two rails, between which the turbine plant is guided. The lifting is done for example by a crane or similar device.

Die Vorrichtung zur Stromerzeugung ist im günstigsten Fall als Tauchturbine ausgeführt. Die Tauchturbine bildet eine kompakte Einheit aus Turbine 4, Generator und bedarfsweise Steuer- und Leistungselektronik. Durch diese Anordnung wird ein Krafthaus, wie es bei Turbinenanlagen üblich ist, eingespart. Im Idealfall wird an die Tauchturbine direkt ein Kabel zur Weiterleitung der erzeugten elektrischen Energie angeschlossen. Ist die Tauchturbine außerdem an einer Hebevorrichtung 11 gelagert, so hat dies den Vorteil, dass die Turbine 4 auf einfache Weise für Wartungszwecke zugänglich ist.The device for power generation is designed in the best case as a dive turbine. The diving turbine forms a compact turbine unit 4 , Generator and as needed control and power electronics. By this arrangement, a powerhouse, as is customary in turbine plants, saved. Ideally, a cable for forwarding the electrical energy generated is connected directly to the diving turbine. Is the diving turbine also on a lifting device 11 stored, so this has the advantage that the turbine 4 easily accessible for maintenance purposes.

Die 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch das Stauwehr 2. Der Anströmbereich mit einer aufgestauten Wasseroberfläche 11 ist links des Stauwehrs 2 dargestellt. In einer Ausnehmung 3 des Stauwehrs 2 ist die Vorrichtung zur Stromerzeugung bestehend aus dem Rechen 5, der Turbine 4, dem Diffusor 8 und der Hebevorrichtung 9 integriert. Vom Fischweg 6 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Bereich mit der Mäander 10 dargestellt. Im Abströmbereich, in der Figur rechts dargestellt, ist die Wasseroberfläche 11 niedriger als im Anströmbereich.The 2 shows a horizontal section through the weir 2 , The inflow area with a dammed up water surface 11 is left of the weir 2 shown. In a recess 3 the weir 2 is the device for power generation consisting of the rake 5 , the turbine 4 , the diffuser 8th and the lifting device 9 integrated. From the fish way 6 For reasons of clarity, only the area with the meander is indicated 10 shown. In the outflow area, shown in the figure on the right, is the water surface 11 lower than in the inflow area.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Ufershore
22: Stauwehrweir
33: Ausnehmungrecess
44: Turbineturbine
55: Rechenrake
66: Diffusordiffuser
77: FischwegFischweg
88th: FischwegFischweg
99: abströmseitiger Ausgangdownstream outlet
1010: Mäandermeander
1111: Hebevorrichtunghoist
1212: Wasseroberflächewater surface
1313: Gewässergrundbody of water

Claims

A weir with turbine system arranged therein, wherein the turbine system is arranged as a unit in a recess of the weir and the weir is equipped with a fishway, characterized in that the turbine system has a smaller mounting cross section than a corresponding receiving cross section of the recess ( 3 ) and a difference of the cross sections as fish way ( 7 . 8th ) is trained.

Dam weir according to claim 1, characterized in that the turbine plant with a closed and flowed through the diffuser ( 6 ) is provided.

Weir according to claim 1 or 2, characterized in that the recess ( 3 ) in the area between a water surface ( 11 ) and a body of water ( 12 ) is arranged.

Dam weir according to one of the preceding claims, characterized in that a downstream outlet ( 9 ) to the fishway ( 7 . 8th ) is arranged transversely to the flow direction of the water body.

Dam weir according to one of the preceding claims, characterized in that a deflecting device for fish is provided in the inflow area.

A weir according to claim 5, characterized in that an upstream inlet to the fishway ( 7 . 8th ) is arranged in the outflow region of the deflection device.

Dam weir according to one of the preceding claims, characterized in that the flow path of the water along the fishway ( 7 . 8th ) is formed meandering.

Dam weir according to one of the preceding claims, characterized in that the fish way ( 7 . 8th ) is executed as a rough ramp.