DE102013104673A1

DE102013104673A1 - Device for increasing the efficiency of power generation at dams

Info

Publication number: DE102013104673A1
Application number: DE102013104673.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen, welche nachrüstbar ist und an der Außenseite des Staudamms im Wasserstrom vor dem Wasseraustritt angeordnet wird. Neben einer zusätzlichen Energiegewinnungsmöglichkeit wird zusätzlich durch Minderung der Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Staudamm die Belastung für die Natur im Unterwasser reduziert.The invention relates to a device for increasing the effectiveness of electricity generation at dams, which can be retrofitted and is arranged on the outside of the dam in the water flow before the water outlet. In addition to an additional possibility of generating energy, reducing the exit speed of the water from the dam also reduces the burden on nature in the underwater.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen bzw. Talsperren. The invention relates to a device for increasing the efficiency of power generation at dams or dams.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die immer knapper werdenden fossilen Rohstoffe haben in den vergangenen Jahren dazu geführt, dass vielerorts ein Weggang von der Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung hin zu einer umfangreicheren Gewinnung von regenerierbarer Energie erfolgte. Dieser Trend wurde nicht zuletzt durch die atomare Katastrophe in Fukushima, Japan, verstärkt. The increasingly scarce fossil raw materials have led in recent years to the fact that in many places a departure from the use of fossil fuels for energy to a more extensive recovery of renewable energy was carried out. This trend was reinforced not least by the nuclear disaster in Fukushima, Japan.

Dabei wurden Schwerpunkte auf die Nutzung von Windenergie und solarer Energie gesetzt, in verschiedenen Studien wurde die Energiegewinnung aus Wasser als am Ende ihrer Kapazität eingestuft. Emphasis was placed on the use of wind energy and solar energy, in various studies, the energy production from water was classified as at the end of their capacity.

Das liegt vor allem daran, dass insbesondere in Mitteleuropa aber auch in weiteren Industriestaaten an geeigneten Stellen in den Mittelgebirgen und Gebirgen bereits viele Staudämme zur Energiegewinnung erreichtet waren. Der Neubau weiterer Anlagen scheiterte nicht zuletzt am Umweltschutz, da mit der Errichtung eines Staudammes und der damit verbundenen Entstehung eines Stausees immer auch ein starker Eingriff in die Natur verbunden ist. This is mainly due to the fact that especially in Central Europe but also in other industrialized countries many dams for energy production have already been built at suitable places in the low mountain ranges and mountains. Last but not least, the construction of new facilities failed due to environmental protection, as the construction of a dam and the associated formation of a reservoir are always associated with a strong intervention in nature.

Bei Stauwasserkraftwerken wird über einen angestauten See durch Wasser kinetische Energie gespeichert. Staudämme, die zur Energiegewinnung genutzt werden, weisen in der Nähe oder in der Staumauer einen Auslass auf, durch den das aufgestaute Wasser geführt aus dem Stausee abgelassen wird. In der Staumauer befinden sich Turbinen, die durch die Kraft dieses abfließenden Wassers angetrieben werden und über einen angeschlossenen Generator Strom erzeugen. In jedem Ablauf befindet jedoch immer nur eine Turbine mit einem Generator. At backwater power plants, kinetic energy is stored by water over a dammed lake. Dams used for energy production have an outlet near or in the dam, through which the dammed-up water is led out of the reservoir. In the dam are turbines, which are driven by the power of this outflowing water and generate electricity via a connected generator. In each sequence, however, there is always only one turbine with a generator.

Nachdem das Wasser die Turbine durchlaufen hat, wird es ungenutzt in das Unterwasser abgegeben. Dabei hat das Wasser noch eine solche Kraft, dass Veränderungen der Topografie durch das aufkommende Wasser erfolgen, was zu Nachteilen für die Umwelt führt. Zudem entstehen durch die in der ersten Turbine erzeugten Verwirblungen des Wassers weitere Schäden im Unterwasser. After the water has passed through the turbine, it is released into the underwater unused. The water still has such a power that changes in the topography caused by the emerging water, resulting in disadvantages for the environment. In addition, caused by the turbulence of the water generated in the first turbine further damage in the underwater.

Daher stellt sich die Aufgabe, die Effektivität von bereits bestehenden Staudämmen zu steigern. Therefore, the task is to increase the effectiveness of existing dams.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen, die auch nachträglich bei beliebigen Staudämmen ergänzt werden kann. Diese Einrichtung umfasst im Wesentlichen eine weitere Turbine, die über Streben derart an der Staumauer befestigt ist, dass sie in relativ kurzer Entfernung vor dem Austritt des Wassers außerhalb der Staumauer angeordnet ist. In einer zweiten Lösung der Aufgabe kann auch ein Umlaufgenerator an gleicher Position angeordnet sein, bei dem die Erzeugung der Energie mit weniger großen Schwierigkeiten verbunden ist. Eine zweite Turbine innerhalb des Auslasses scheidet aus, da eine Vorrotation des Wassers beim Durchlaufen der ersten Turbine die Wirksamkeit einer zweiten gegen Null führt. The solution to this problem is achieved by the inventive device for increasing the efficiency of power generation of dams, which can also be supplemented later at any dams. This device essentially comprises a further turbine, which is fastened to the dam via struts in such a way that it is arranged at a relatively short distance before the outlet of the water outside the dam. In a second solution of the object, a circulation generator can be arranged at the same position, in which the generation of energy is associated with less great difficulties. A second turbine within the outlet is eliminated because a pre-rotation of the water as it passes through the first turbine results in a second to zero efficiency.

Vorzugsweise wird ein Abstand der Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen von einem Meter gewählt, damit das Wasser keinen Rückstau im Ablauf erzeugt, was die Leistung der ersten, innerhalb der Staumauer befindlichen Turbine herabsetzen würde. Preferably, a distance of the device is selected to increase the efficiency of power generation at dams of one meter, so that the water generates no backflow in the drain, which would reduce the performance of the first turbine located within the dam.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen wird über eine Stahlkonstruktion an der Staumauer großflächig befestigt ohne die Festigkeit der Staumauer zu beeinträchtigen. So wird eine entstehende Zugbelastung an der Staumauer durch die Einrichtung auf eine große Fläche verteilt. The device according to the invention for increasing the efficiency of power generation at dams is attached over a steel structure on the concrete wall over a large area without compromising the strength of the dam. Thus, an emerging tensile load on the dam is distributed by the device over a large area.

Vorteilhaft ist, dass das ausströmende Wasser in seiner Wucht und Geschwindigkeit gemindert wird, so dass derzeit auftretende Beeinträchtigungen der Natur im Unterwasser gemindert werden. So kann eine Senkung der hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Auslassrohren zu einer Geschwindigkeitsminderung im Unterlauf führen, wodurch sich Wasserlebewesen in kurzer Entfernung zum Staudamm wieder ansiedeln können. It is advantageous that the outflowing water is reduced in its force and speed, so that currently occurring impairments of the nature in the underwater are reduced. Thus, lowering the high flow velocity in the outlet pipes can lead to a reduction in speed in the lower reaches, which allows water organisms to settle again at a short distance from the dam.

Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention

Die Erfindung wird durch drei Zeichnungen in ein Ausführung näher dargestellt. Dabei zeigen The invention is illustrated by three drawings in an embodiment in more detail. Show

1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen, 1 a plan view of the device according to the invention for increasing the efficiency of power generation at dams,

2 eine erste Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen und 2 a first side view of the device according to the invention for increasing the efficiency of electricity production at dams and

3 eine zweite Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen. 3 a second side view of the device according to the invention for increasing the efficiency of power generation at dams.

1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung 1 zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen. Diese umfasst einen Umlaufgenerator 2, welcher symmetrisch um eine Generatorachse 4 herum angeordnet ist und der seinerseits über eine im Umlaufgenerator drehbar gelagerte Turbine verfügt, die über mehrere Flügel 3 verfügt. Der Umlaufgenerator 2 ist über Stützen 5 mit Befestigungsflächen 6 verbunden, welche plan an der Staumaueraußenwand 7 anliegen. Die Befestigungsflächen 6 weisen Bohrungen 8 auf, durch welche Befestigungsmittel in die Staumauer hinein getrieben werden können. Über diese Befestigungsmittel wird die auf den Umlaufgenerator 2 einwirkende Kraft an die Staumauer 7 abgegeben, ohne deren Statik zu verändern. 1 shows the device according to the invention 1 to increase the efficiency of power generation at dams. This includes a circulation generator 2 which is symmetrical about a generator axis 4 is arranged around and in turn has a rotatably mounted in the circulation turbine, the turbine over several wings 3 features. The circulation generator 2 is about supports 5 with mounting surfaces 6 connected, which plan on the dam exterior wall 7 issue. The attachment surfaces 6 have holes 8th on, through which fasteners can be driven into the dam. About these fasteners is on the circulation generator 2 acting force on the dam wall 7 without changing their statics.

Die Zahl der Befestigungsmittel und die Größe und Form der Befestigungsflächen 6 sowie die Anzahl der Befestigungsflächen 6 und der damit verbundenen Stützen 5 kann von der durch die 1 gezeigten Darstellung abweichen. Die Dimensionierung der Kraft aufnehmenden Teile ist von der Ausströmungsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Staudamm abhängig. The number of fasteners and the size and shape of the mounting surfaces 6 as well as the number of attachment surfaces 6 and the associated supports 5 can from the by the 1 differ from the illustration shown. The dimensioning of the force-absorbing parts is dependent on the outflow velocity of the water from the dam.

In 2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen. An der Staumauer 7 ist über die nicht dargestellten weil flächenhaft auf der Staumauer anliegenden Befestigungsflächen 6 und die daran anschließenden Stützen 5 ein Umlaufgenerator 2 angeordnet. Mit seiner Generatorachse 4 ist er so ausgerichtet, dass diese in etwa, vorzugsweise exakt mittig auf die Austrittöffnung des zur Stromerzeugung im Staudamm genutzten Wassers ausgerichtet ist. Um die Generatorachse 4 herum sind Flügel 3 angeordnet, welche so gestaltet sind, dass durch den Umlaufgenerator durchströmendes Wasser zu einer Drehung der Flügel 3 um die Generatorachse 4 führt, wodurch Strom im Umlaufgenerator erzeugt werden kann. In 2 is a side view of the device according to the invention 1 to increase the efficiency of power generation at dams. At the dam wall 7 is about the not shown because areally applied to the dam mounting surfaces 6 and the adjoining supports 5 a circulation generator 2 arranged. With its generator axis 4 it is aligned so that it is aligned approximately, preferably exactly centered on the outlet opening of the water used to generate electricity in the dam. To the generator axis 4 there are wings around 3 arranged, which are designed so that flowing through the circulation generator water to a rotation of the wings 3 around the generator axis 4 leads, whereby electricity in the circulation generator can be generated.

Auch in 3 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen gezeigt, wobei hier von einer – wie im Regelfall – schrägen und gewölbten Staudammmauer ausgegangen wurde. Neben den schon zuvor beschriebenen Elementen (Umlaufgenerator 2, Flügel 3, Generatorachse 4, Stützen 5) ist hier der Wasserstrom 9 dargestellt, der aus der Staumauer 7 austritt. Um die auf die Einrichtung 1 zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen einwirkende Kraft zu verkleinern, ist auf der der Staumauer zugewandten Seite der Einrichtung 1 zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen mindestens ein Strömungsteiler 10 vorgesehen, der in der Generatorachse 4 angeordnet ist. Aber auch ein nicht dargestellter Strömungsteiler in Form eines Ringes kann an der der Staumauer 7 zugewandten Seite des Umlaufgenerators 2 angeordnet sein, um auch hier einwirkende Kräfte abzumildern und gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Umlaufgenerators 2 zu erhöhen. Also in 3 is a side view of the device according to the invention for increasing the efficiency of power generation of dams shown, in which case it was assumed - as a rule - oblique and curved dam wall. In addition to the previously described elements (circulation generator 2 , Wings 3 , Generator axis 4 , Support 5 ) here is the water flow 9 shown from the dam 7 exit. To the on the device 1 To reduce the force acting on dams to increase the efficiency of power generation, is on the side of the device facing the dam 1 to increase the efficiency of power generation at dams at least one flow divider 10 provided in the generator axis 4 is arranged. But also an unillustrated flow divider in the form of a ring can at the dam 7 facing side of the circulation generator 2 be arranged to mitigate here acting forces and at the same time the flow velocity within the circulation generator 2 to increase.

Als Abstand des Umlaufgenerators 2 von der Staumauer 7 ist vorzugsweise ein Meter gewählt, um einerseits den Konstruktionsumfang der Einrichtung 1 zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen zu senken, als auch die Effektivität der innerhalb der Staumauer 7 befindlichen Turbine durch Rückstau nicht zu senken. As the distance of the circulation generator 2 from the dam 7 is preferably selected a meter, on the one hand the construction scope of the device 1 to reduce the efficiency of power generation at dams, as well as the effectiveness of within the dam 7 turbine due to backwater.

Da es sich bei der vorhergehenden, detailliert beschriebenen Einrichtung zur Steigerung der Effektivität der Stromgewinnung an Staudämmen um ein Ausführungsbeispiel handelt, kann dieses in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Befestigungsflächen und der Stützen in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann die Stromerzeugungseinrichtung in einer anderen Form als der dargestellte Umlaufgenerator ausgestaltet werden, wenn dies aus Gründen der Effektivität oder durch die Vorgaben am Einbauort notwendig ist. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Since the previous device described in detail for increasing the efficiency of power generation at dams is an exemplary embodiment, this can be modified in a customary manner by a person skilled in the art to a large extent, without departing from the scope of the invention. In particular, the concrete embodiments of the attachment surfaces and the supports can follow in a different form than in the described here. Likewise, the power generating device can be configured in a different form than the circulating generator shown, if this is necessary for reasons of effectiveness or by the specifications at the installation site. Further, the use of the indefinite article "on" does not preclude that the features in question may also be duplicated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Einrichtung Facility
2 2: Umlaufgenerator circulation generator
3 3: Flügel wing
4 4: Generatorachse generator axis
5 5: Stützen Support
6 6: Befestigungsflächen mounting surfaces
7 7: Staumauer dam
8 8th: Bohrungen drilling
9 9: Wasserstrom water flow
1010: Strömungsteiler flow divider

Claims

Facility ( 1 ) for increasing the efficiency of power generation at dams, characterized in that the device ( 1 ) has a power generating device, which via supports ( 5 ) and mounting surfaces ( 6 ) on the outside of a dam ( 7 ) is arranged, that from the dam wall effluent water strikes the power generating device.

Facility ( 1 ) to increase the efficiency of power generation at dams Claim 1, characterized in that the power generating device is a circulation generator ( 2 ).

Facility ( 1 ) to increase the efficiency of power generation at dams according to claim 1, characterized in that the power generating device is a generator to which a turbine in the water flow ( 9 ) is affiliated.

Facility ( 1 ) for increasing the efficiency of power generation at dams according to claim 1, characterized in that the device has at least 4 supports ( 5 ).

Facility ( 1 ) for increasing the efficiency of power generation at dams according to claim 1, characterized in that in the water flow ( 9 ) at least one flow divider ( 10 ) is provided, the at least a portion of the water flow ( 9 ) on the wings ( 3 ) of the power generating device.