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Die Erfindung betrifft eine Wasserkraft-Staudruckeinrichtung mit einer Staudruckmaschine, die ein Laufrad mit einer Nabe, über den Umfang der Nabe verteilt angeordnete Schaufeln und die Schaufeln seitlich abschließenden Seitenwänden, sowie einen mit dem Laufrad mechanisch gekoppelten Generator hat. Das Laufrad ist zum Aufstauen eines Wasserstroms mit Hilfe der Nabe, den Schaufeln und den Seitenwänden ausgebildet.
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Zur Nutzung von Wasserenergie sind verschiedene Arten von Wasserrädern bekannt. Unterschlächtige Wasserräder werden durch einen unterhalb der Drehachse eines Laufrades auf Schaufeln des Laufrades auftreffenden Wasserstrom angetrieben. Bei oberschlächtigen Wasserrädern wird ein Wasserstrom oberhalb der Lagerachse des Laufrades auf die Schaufeln geleitet. Eine sehr wirtschaftliche Nutzung von Wasserenergie gelingt mit Staudruckmaschinen, bei denen der Wasserstrom durch das Laufrad selbst aufgestaut wird. Derartige Staudruckwasserräder haben auch den Vorteil, dass die großen Kammern derartiger Staudruckwasserräder stromabwärts wandernde Fische fast ohne Beschädigung passieren lassen.
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Stationäre Wasserkraft-Staudruckmaschinen sind bspw. in
AT 404 973 B ,
AT 501 575 A1 ,
WO 2011/106806 A2 und
WO 2007/065178 A1 bekannt.
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Aus
DE 603 13 618 T2 ist ein unterschlächtiges Wasserrad bekannt, das auf einer schwimmbaren Plattform in einen Wasserlauf montiert wird. Das mindestens eine Wasserrad ist dabei an der Oberseite der Plattform auf dieser aufgelagert und taucht mit seinen unterhalb der Nabe liegenden Schaufeln in den Wasserstrom ein, der mittels von der Plattform nach unten abragender Seitenwände kanalisiert ist.
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Wasserkraftanlagen haben ein hohes Gewicht und große Abmessungen. Der Transport von dem Herstellungsort zum Einsatzort und die dortige Montage sind daher aufwendig und problematisch. Bei der Entwicklung von Wasserkraft-Staudruckmaschinen ist zudem zu berücksichtigen, dass die gegebenen Verhältnisse in der Natur und der Landschaft weitestgehend erhalten bzw. nicht verändert werden. Die Wasserkraftanlage muss dabei wirtschaftlich und geeignet sein, ohne die Errichtung von Staustufen an bereits verfügbaren Plätzen installiert zu werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Wasserkraft-Staudruckeinrichtung zu schaffen, die einen einfachen und verbesserten Transport von der Werft zu dem Einsatzort ermöglicht und dort einfach und zuverlässig installiert werden kann.
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Die Aufgabe wird mit der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Für eine gattungsgemäße Wasserkraft-Staudruckeinrichtung wird vorgeschlagen, dass das Laufrad der Staudruckmaschine an einem schwimmbaren ersten Ponton gelagert ist. Der erste Ponton hat beidseits des Laufrades jeweils an die Seitenwände (Leitscheiben oder Deckscheiben) des Laufrades angrenzende Seitenwandabschnitte. Der Ponton bildet einen Auftriebskörper bilden, mit dem das von dem Ponton getragene Laufrad auf dem aufgestauten Wasserstrom schwimmend gelagert werden kann. Die Seitenwandabschnitte begrenzen den des Wasserstrom beidseitig des Pontons, wobei die Seitenwandabschnitte in der vorgesehenen Wasserstromrichtung gesehen in einem vor der Nabe liegenden, sich von dem Laufrad weg, z. B. zu einer Begrenzungswand eines den Wasserstrom führenden Kanals oder Wehrs oder eines den Ponton haltenden Pfosten hin, erstreckenden Bereich eine Höhe aufweisen, die über die Lagerebene der Nabe an dem Schwimmkörper hinaus ragt.
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Es wird somit vorgeschlagen, eine Wasserkraft-Staudruckmaschine schwimmbar auf einem Ponton zu lagern. Dies hat den Vorteil, dass die Staudruckmaschine in einer Werft fertig montiert werden und dann auf dem Wasserweg zum Einsatzort transportiert werden kann. Damit sind ansonsten auftretende Transportprobleme über unbefestigte Wege, die insbesondere aus dem relativ hohen Gewicht resultieren, gelöst.
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Der das Laufrad tragende Ponton bildet aber nicht nur einen von dem Ponton abragenden Auftriebskörper, der den Transport der Staudruckmaschine ermöglicht. Die Seitenwandabschnitte werden zudem als Schleusenwand zur Bildung einer Art Schleuse bzw. Kanalwand oder zur Verlängerung einer vorhandenen Schleuse genutzt, indem die Seitenwandabschnitte zur Führung eines aufgestauten Wasserstroms mindestens bis zu dem oberhalb der Lagerachse des Laufrades liegenden Oberwasserspiegel herauf gezogen sind und sich über den Umfang des Laufrades hinaus entgegengesetzt zur Wasserstromrichtung einlaufseitig vor dem Laufrad erstrecken. Die Seitenwände an den Schwimmkörpern des ersten Pontons ragen somit vorzugsweise in ihrer Höhe über einen für das Laufrad vorgegebenen maximalen Oberwasserspiegel hinaus.
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Der das Laufrad tragende erste Ponton stellt damit einen in Wasserstromrichtung offenen Kanal bereit, in dem das Laufrad angeordnet ist und der aufgrund der über die von der Nabenachse aufgespannten horizontalen Ebene hinaus nach oben (d.h. vom Wasserbett weg nach oben über den Wasserspiegel hinaus) gezogenen Seitenwandabschnitte ein Aufstauen des einlaufenden Wasserstroms durch das Laufrad ermöglicht.
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Bei Veränderung des Wasserspiegels des Unterwassers wird durch das selbstständige Aufschwimmen des ersten Pontons eine Höhenverschiebung gegenüber dem Oberwasserspiegel bewirkt. Dies hat zur Folge, dass das Wasser unterhalb des Laufrades frei abfließen kann. Die Staudruckmaschine wird damit immer auf einer optimalen Höhe zur Höhe des Ober- und Unterwasserspiegels gehalten. Ein Rückstau des Unterwassers, der den freien Auslauf des Wasserstroms aus dem Laufrad behindern könnte, wird hierdurch mit Sicherheit verhindert. Die Staudruckmaschine kann damit immer bei möglichst optimaler Leistung betrieben werden.
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Eine steuerbare Einrichtung zur Höhenverstellung und Trimmung der Höhe des ersten Pontons mit dem darauf angeordneten Laufrad gegenüber dem Oberwasserspiegel ist nicht erforderlich. Diese Verstellung erfolgt automatisch mit der Veränderung der Höhe des Unterwasserspiegels durch Aufschwimmen des Pontons.
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Dadurch, dass der erste Ponton einen Auftriebskörper bildet, kann die Eintauchtiefe des Laufrades in das Unterwasser einfach durch Änderung der Füllmenge des Auftriebskörpers mit Fluid oder einem gasförmigen Medium verändert werden. Vorteilhaft hat der Auftriebskörper einen regelbaren Wassereinlass, um den Innenraum des Auftriebskörpers mit Wasser zu fluten und damit den Ponton bedarfsweise abzusenken. Der Auftriebskörper hat vorzugsweise eine Pumpe, die mit dem Wassereinlass oder einem gesonderten Wasserauslass verbunden ist, um in dem Auftriebskörper vorhandenes Wasser aus dem Austriebskörper wieder heraus zu pumpen. Das Befüllen und Entleeren des Auftriebskörpers mit Wasser kann mit Hilfe einer Pumpe auf demselben Weg nur jeweils in umgekehrter Richtung erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Ponton mehrere voneinander abgeschottete Bereiche hat. Mit Hilfe von Auftriebsregelungselementen gelingt es, den Auftrieb der einzelnen abgeschotteten Bereiche individuell einzustellen. Damit lassen sich im Betrieb an der Aufhängung/höhenverschiebbaren Lagerung des Pontons auftretende Drehmomente kompensieren. Hierzu können die am ersten Ponton auftretenden Kräfte und/oder Momente beispielsweise mit Dehnungsmessstreifen an dem zwischen Kanalseitenwand und erstem Ponton befindlichen Lager gemessen und einer Steuerungs- bzw. Regelungseinheit zugeführt werden, die z. B. Ventile und Pumpen zur Flutung oder Lenzung der einzelnen abgeschotteten Bereiche derart ansteuert, dass die Vertikallagerung möglichst frei von Drehmomenten ist.
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Die abgeschotteten Bereiche können Querschotts, aber auch Längsschotts haben, so dass eine Auftriebsregelung in Längsrichtung mit den durch die Querschotts hintereinander angeordneten Bereichen S1, S2, S3 sowie mittels der Längsschotts ggf. auch eine Kompensation von Kippmomenten in Breitenrichtung durch in Breitenrichtung nebeneinander angeordnete Bereiche möglich ist.
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Damit kann ein in Abhängigkeit des Verhältnisses von Oberwasser OW zu Unterwasser UW sowie der Laufradhöhe (Pontonschwimmhöhe/Auftrieb) variierende Drehmoment, das auf die Aufhängung des ersten Pontons wirkt, kompensiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Ponton z. B. mittels eines Gleitlagers an den Seitenwandabschnitten höhenverschiebbar mit dem Ende einer zugeordneten Kanalseitenwand verbunden ist. Der durch die Kanalseitenwände gebildete Kanal hat wassereinlaufseitig einen höhenverschiebbar angeordneten Schütz.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Wasserkraft-Staudruckeinrichtung an den Auslass eines bestehenden Kanals oder in ein offenes Gerinne angebracht, indem die voneinander beabstandeten Seitenwandabschnitte (möglichst abgedichtet) z. B. mit den endseitigen Stirnwänden der Kanalseitenwände des Kanals oder mit in ein offenes Gerinne eingebauten Pfosten verbunden werden. Die Höhe des Oberwassers kann optional durch einen in dem Kanal ggf. vorhandenen höhenverstellbaren Schütz geregelt werden. Auf diese Weise kann z. B. eine bereits bestehende, für den Schiffsverkehr außer Betrieb genommene Schleuse oder ein Wehr zur Wassergewinnung genutzt werden. Durch die Kanalseitenwände des Kanals wird sichergestellt, dass sich ein hinreichendes Wasservolumen vor der Staudruckmaschine mit Hilfe des Laufrades aufstauen kann. Durch den höhenverstellbaren Schütz in dem Kanal wird eine einfache und schnelle Veränderung der Wasserdurchflussmenge sowie gegebenenfalls z. B. zur Wartung ein Absperren des Wasserdurchflusses ermöglicht. Der Schütz ist dabei in Wasserstromrichtung gesehen stromaufwärts des Laufrades angeordnet.
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In einer alternativen Ausführungsform ist ein zweiter Ponton vorgesehen, der eine Stauvorrichtung zum Aufstauen eines Wasserstroms sowie Befestigungselemente zum Verankern des Pontons hat, sodass der zweite Ponton relativ zum Boden des Wasserstroms ortsfest gelagert ist. Dieser zweite Ponton kann ebenfalls auf einer Werft vorgefertigt und zum Einsatzort transportiert werden. Er kann dann z. B. in einen bestehenden, Kanalseitenwände aufweisenden Kanal (z. B. eine Schleuse) eingebaut werden, wobei etwaige Schütze, Tore oder Wehre eines bestehenden Kanals außer Betrieb genommen werden können. Der zweite Ponton kann aber auch zwei im Abstand voneinander in ein offenes Gerinne eingebauten Pfosten (direkt) vorgelagert werden, um so ein Wehr zu bilden. Mit Hilfe der Stauvorrichtung des zweiten Pontons gelingt wiederum eine einfache Veränderung der Wasserdurchflussmenge und gegebenenfalls ein Absperren des Kanals. Im Betrieb kann die Stauvorrichtung eingefahren werden, sodass der zweite Ponton dann nicht benötigt wird. Bei einer notwendigen Leistungsbegrenzung der Staudruckmaschine kann dann durch Aktivieren der Stauvorrichtung eine Begrenzung des Wasserstroms vorgenommen werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn an der Unterseite des Laufrades eine Unterschale mit dem ersten Ponton verbunden ist. Die Unterschale liegt vorzugsweise auf dem Boden des Pontons auf. Die Unterschale bildet dabei einen Teil des ersten Pontons und verbessert die Strömungseigenschaften des durch das Laufrad in das Unterwasser abfließenden Wasserstroms. Diese Unterschale ist vorzugsweise in Wasserstromrichtung verschiebbar mit dem ersten Ponton verbunden. Auf diese Weise kann der Spalt zwischen Unterschale und dem Außenumfang des Laufrades eingestellt werden. Für den Fall, dass sich z. B. Treibgut an dem Laufrad verfangen hat, kann die Unterschale kurzzeitig so weit von dem Laufrad entfernt werden, dass das Treibgut frei kommt. Zudem kann mit der Einstellung des Abstands der Unterschale zum Laufrad die Leistung der Staudruckmaschine variiert werden.
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Die Unterschale ist vorzugsweise in Wasserstromrichtung wassereinlaufseitig angeordnet. Die Unterschale kann aber auch wasserauslaufseitig angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 – Skizze einer ersten Ausführungsform einer Wasserkraft-Staudruckeinrichtung in Seitenansicht;
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2 – Draufsicht auf die erste Ausführungsform der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung aus 1;
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3 – Skizze einer zweiten Ausführungsform einer Wasserkraft-Staudruckeinrichtung mit vorgelagertem zweitem Ponton;
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4 – Skizze der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung aus 3 mit auf einen höheren Unterwasserspiegel angepassten, aufgeschwommenen Ponton;
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5 – Frontansicht auf ein auf einem Ponton gelagertes Laufrad mit mehreren Schaufelsegmenten.
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1 lässt eine Skizze einer ersten Ausführungsform einer Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 in der Seitenansicht erkennen. Bei dieser Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 ist ein erster Ponton 2 vorhanden, der einen Auslauf einer vorhandenen, für den Schiffsverkehr außer Betrieb genommenen Schleuse 3 angekoppelt ist. Hierzu wird der erste Ponton 2 mit seiner wassereinlaufseitigen Stirnseite 4 abgedichtet oder den Wasserstrom weitestgehend aufhaltend an dem ausgangsseitigen Ende der Seitenwand 5 höhenverschieblich gelagert.
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Anstelle einer Schleuse 3 kann selbstverständlich auch ein anderer vorhandener oder neu gebauter Kanal, wie z. B. ein Wehr sein, die an torpfostenartigen Pfeilern 6, die im Abstand zueinander quer zur Wasserstromrichtung (durch den Pfeil gekennzeichnet) voneinander angeordnet sind und ein höhenveränderbaren Schott in Form eines Schützes haben. Die wassereingangsseitigen Pfeiler 6 sind wie bei der Schleuse 3 auch mit den wasserauslaufseitigen Pfeilern 5 über eine Seitenwand 7 verbunden, die einen Kanal für den Wasserstrom bildet.
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Der erste Ponton 2 ist ein sich über die Kanalbreite erstreckender Schwimmkörper, von dem hat zwei im Abstand voneinander angeordnete Seitenwandabschnitte 8 abragen. Der erste Ponton bildet einen Schwimmkörper 8, der nach dem Verdrängungsprinzip arbeitet und luftgefüllte Hohlkörper hat, die bedarfsweise mit Fluid, vorzugsweise Wasser aus dem Wasserstrom, oder im Falle eines vollständig abgeschlossenen Hohlkörpers mit Gas befüllbar sind. Damit kann die Eintauchtiefe des Pontons 2 in den Unterwasserstrom UW eingestellt werden, um diese Leistung der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 zu regeln.
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Erkennbar ist weiterhin, dass ein Laufrad 9 auf dem schwimmbaren ersten Ponton 2 rotierbar gelagert ist. Hierzu sind Lagerelemente 10 an der Oberseite der Seitenwandabschnitte 8 angeordnet, die eine Lagerwelle 11 des Laufrades tragen.
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Das Laufrad 9 ist zum Betrieb als Staudruckmaschine ausgeführt und hat hierzu eine Nabe 12, die zusammen mit an der Nabe umlaufseitig angeordnete Schaufeln 13 den Wasserstrom W aufstaut.
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Der Aufbau eines solchen Laufrades ist an sich hinlänglich bekannt und braucht daher nicht näher erläutert zu werden.
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Das Aufstauen des Wasserstroms W wassereinlaufseitig zum Laufrad 9, d. h. in vorgesehener Wasserstromrichtung des Wasserstroms W gesehen vor dem Laufrad 9 wird dadurch ermöglicht, dass die Seitenwandabschnitte 8 ausgehend von den Kanalseitenwänden 7 der Schleuse 3 und dem wasserauslaufseitigen Pfosten 5 in Richtung zur Nabe 12 und insbesondere der Nabenachse 11 des Laufrades 9 gesehen über die horizontale Ebene der Nabenachse 11 an den Seitenwandabschnitten 8 entgegengesetzt zum Wasserbett WB nach oben hinaus ragen. Diese Seitenwandabschnitte 8 bilden eine Begrenzungswand für den einen Wasserstrom W führenden Kanal derart, dass die Seitenwände mindestens über einen für das Laufrad 9 vorgegebenen maximalen Oberwasserspiegel OW hinaus ragen.
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Bei einem Ansteigen des Oberwasserspiegels OW bei Hochwasser HW schwimmt der Ponton 2 mit dem Laufrad 9 auf, sodass dann immer noch durch die Seitenwandabschnitte 8 eine Führung des dann durch das Hochwasser vorgegebenen maximalen Oberwasserspiegels OW ohne ein seitliches Überschwappen gewährleistet ist.
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Vom Wasserbett weiterhin hat die Staudruckmaschine einen Generator 14, der über eine Welle 15 mit dem rotierbaren Laufrad 9 gekoppelt ist und aus der in eine Drehbewegung des Laufrades 9 umgesetzten Energie des Wasserstroms W elektrische Energie erzeugt, d. h. ein Teil der Energie des Wasserstroms W in elektrischer Energie transformiert.
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Der erste Ponton 2 hat weiterhin eine Unterschale 15, die an der Unterseite des Laufrades 9 im dargestellten Ausführungsbeispiel wassereinlaufseitig auf dem Boden des ersten Pontons 2 angeordnet ist. Die Unterschale 15 ist vorzugsweise in Richtung des Wasserstroms W gesehen verschiebbar relativ zum Laufrad 9 (d. h. horizontal verschiebbar) auf dem ersten Ponton 2 gelagert. Die Unterschale 15 stellt einen Strömungskanal im unteren Bereich des Laufrades 9 bereit. Durch Verschiebung der Unterschale 15 kann die Laufleistung des Laufrades 9 angepasst werden. Zudem gelingt es durch Veränderung des Abstandes zwischen Unterschale 15 und dem Umfang des Laufrades 9 den Spalt zwischen Unterschale 15 und Laufrad 9 zu verändern, um bedarfsweise z. B. Treibgut durchzulassen, das sich zwischen Unterschale 15 und Laufrad 9 verfangen hat.
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Deutlich wird, dass der Ponton 2 mit seinem Laufrad 9 in den gestricheltes durch eine gestrichelte horizontale Linie skizzierten Wasserspiegels des Unterwassers UW soweit eintaucht, wie dieses zum ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich ist. Wassereinlaufseitig wird das Wasser bis zu dem durch eine gestrichelte Linie dargestellten Oberwasserspiegel OW durch das Laufrad 9 aufgestaut. Die aus der Höhendifferenz zwischen Oberwasserspiegel OW und Unterwasserspiegel UW resultierende kinetische Wasserenergie wird zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Rotation des Laufrades 9 ausgenutzt.
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Optional ist denkbar, dass der Generator 14 nicht auf einem der Seitenwandabschnitte 8 gelagert ist. Denkbar ist auch, dass auf jedem der beiden voneinander beabstandeten Seitenwandabschnitte 8 des Pontons 2 jeweils ein Generator 14 vorhanden ist.
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Denkbar ist aber auch eine Lösung, bei der mindestens ein Generator 14 in den wasserdicht abgeschlossenen Innenraum der Nabe 12 des Laufrades 9 eingebaut ist.
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Im Betrieb der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 treten im Horizontallager zwischen den Seitenwänden 5 der Schleuse/des Kanals und den Seitenwandabschnitten 8 des Pontons 2 bzw. dem Ponton 2 selbst Drehmomente auf, die von dem Verhältnis des Oberwasserspiegels OW zum Unterwasserspiegel UW sowie von der Höhe des Laufrades 9 abhängig sind. Durch den Wasserdruck der sich am Laufrad 9 aufstauenden Wassermassen wird der Ponton 2 in Richtung seines vom Vertikallager entfernten Endes in das Unterwasser hinein gedrückt.
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Um solchen Drehmomenten und ggf. auch Kippmomenten in Breitenrichtung sowie anderen störenden Kräften und Momenten entgegenzuwirken ist eine Regelungseinheit µC z. B. in Form eines geeignet programmierten Controllers µC vorgesehen. Weiterhin werden die auftretenden Kräfte und Momente direkt oder indirekt z. B. mittels Dehnungsmessstreifen DMS am Vertikallager zwischen Ponton 2 bzw. dessen Seitenwandabschnitten 8 und den Seitenwänden 5 der Schleuse gemessen und die Messdaten dem Controller µC zugeführt. Dieser steuert nun Pumpen und Ventile an, um einzelne mittels Querschotts und ggf. auch Längsschotts voneinander abgeschottete Bereiche S1, S2, S3 individuell zu fluten oder zu lenzen. Auf diese Weise kann die Auftriebsverteilung des ersten Pontons 2 über seine Fläche so variiert werden, dass störenden Kräften und Momenten entgegengewirkt wird.
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Denkbar ist zusätzlich oder alternativ hierzu, dass durch eine bereits werkseitig vorgegebene ungleiche Auftriebsverteilung des ersten Pontons 2 eine gewisse Kompensation voreingestellt wird.
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2 lässt eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 aus 1 erkennen. Deutlich wird, dass der erste Ponton 2 aus einem in der Seitenansicht und Draufsicht rechteckigen Auftriebskörper gebildet ist, von dem zwei voneinander beabstandeten Seitenwandabschnitte 8 abragen, die einen Kanal zwischen sich bildend im Abstand voneinander angeordnet sind. Zwischen den beiden Seitenwandabschnitten 8 ist das Laufrad 9 oberhalb des Bodens des ersten Pontons 2 angeordnet, das beidseits mit Lagerelementen 10 von den beiden Seitenwandabschnitten 8 getragen wird.
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Mindestens einer der Seitenwandabschnitte 8 trägt weiterhin den Generator 14, wobei auch mehrere Generatoren vorhanden sein können, sodass z. B. jeder Seitenwandabschnitte 8 mindestens einen Generator 14 hat. Deutlich wird, dass die Schleuse 3 oder das Wehr wassereinlaufseitig zwei im Abstand voneinander angeordnete torpfostenartige Pfeiler 6 aufweist, die einen Kanal zwischen sich bilden im Abstand voneinander angeordnet sind und einen Schütz 16 zwischen sich aufnehmen. Dieser Schütz 16 bildet ein höhenveränderbaren Schott, mit dem sich die Wasserdurchflussmenge des Wasserstroms W durch den Kanal durch Einstellen einer geeigneten Höhe des Schützes 16 verändern lässt. So kann z. B. überschüssiges Wasser durch geeignete Gerinne seitlich an der Schleuse 3 oder dem Wehr vorbei fließen.
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Erkennbar ist weiterhin, dass zwischen den Pfeilern 6 und den Wasserstrom abwärts dahinter liegenden Pfosten 5 jeweils eine Kanalseitenwand 7 vorhanden ist, die einen Kanal für den Wasserstrom W bereitstellt.
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3 lässt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 erkennen. Bei dieser Ausführungsform ist ein zweiter Ponton 17 mit einer Stauvorrichtung 18 in vorgesehener Wasserstromrichtung (siehe Pfeil) des Wasserstroms W vor dem ersten Ponton 2 vorgelagert. Dieser zweite Ponton 17 ist auf das Wasserbett WB aufgelagert und ortsfest relativ zum Wasserbett WB gehalten. Hierzu kann der zweite Ponton 17 z. B. mit den zugehörigen Pfosten 5 verbunden werden, in denen der erste Ponton 2 höhenverschiebbar getragen ist. Die ortsfeste Lagerung des zweiten Pontons 17 ist durch die durchgehende Linie am Pfosten 5 skizziert während die höhenveränderliche Befestigung des ersten Pontons 2 durch die gestrichelte Linie und den vertikalen beidseitigen Pfeil gekennzeichnet ist. Der Wasserstrom wird durch an die Stauvorrichtung 18 möglichst dicht angrenzende Seitenwände des zweiten Pontons 17 seitlich kanalisiert.
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Während des Betriebs der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 ist die an dem mindestens einen Schwimmkörper 19 des zweiten Pontons 17 angebrachte Stauvorrichtung 18 z. B. in Form eines Schlauchwehres weitgehend heruntergefahren, wie durch die durchgezogene Linie der Stauvorrichtung 18 skizziert ist. Dadurch wird der Wasserstrom W weitestgehend ungehindert durchgelassen. Im Falle eines stärker werdenden Wasserstroms, eines Hochwassers oder zur Leistungsreduzierung der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 kann die Stauvorrichtung 18 aktiviert werden, sodass sich diese quer zum Wasserstrom W stellt. Dies ist durch die gestrichelte Linie der Stauvorrichtung 18 skizziert. Hierzu kann die z. B. als Schlauchwehr ausgebildete Stauvorrichtung 18 z. B. mit einem gasförmigen Medium, wie z. B. Luft, oder mit Wasser aus dem Wasserstrom W befüllt werden. Das Schlauchwehr stellt somit einen Hohlkörper bereit, dessen Volumen veränderbar ist. Hierzu hat das Schlauchwehr in an sich bekannter Weise regelbare Befüllöffnungen und eine Pumpe, um den Befüllungsgrad des Schlauchwehres bedarfsweise anzupassen.
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Ein solcher zweiter Ponton 17 mit einer daran angeordneten Stauvorrichtung 18 hat den Vorteil, dass auch die Stauvorrichtung in einer Werft vorgefertigt und auf dem Wasserweg zum Einsatzort transportiert werden kann. Dieser zweite Ponton kann dabei z. B in ein bestehendes, offenes Wehr oder eine offene Schleuse eingebracht oder einfach vor zwei in ein offenes Gerinne im Abstand voneinander angebrachten Pfosten angeordnet werden, um damit ein verschließbares Wehr zu bilden. Der für den Betrieb der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 erforderliche Kanal wird dann durch die beiden voneinander beabstandeten, in das Wasserbett WB eingebrachten Pfosten 5 und den sich daran anschließenden hochgezogenen Seitenwandabschnitten 8 des ersten Pontons 2 gebildet.
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Denkbar ist auch eine Ausführungsform, bei der in ein offenes Gerinne einfach zwei Pfosten 5 voneinander beabstandet eingebracht und zwischen diesen beiden Pfosten 5 ein Schütz höhenveränderbar eingebaut wird. Mit Hilfe eines solchen Schützes kann der Wasserstrom vor dem ersten Ponton 2 abgesperrt werden, um die Wasserkraft-Staudruckeinrichtung zu warten oder die Leistung insbesondere bei relativ großer Wassermenge anzupassen.
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4 lässt eine Skizze der zweiten Ausführungsform der Wasserkraft-Staudruckeinrichtung 1 der Seitenansicht erkenne. Deutlich wird, dass in dieser Situation der Unterwasserspiegel UW im Vergleich zu einem Niedrigwasserspiegel NW stark angestiegen ist. Dies kann bspw. daraus resultieren, dass eine Wasserlage vorliegt, sodass der Unterwasserspiegel UW weitestgehend dem Oberwasserspiegel OW entspricht. Dann schwimmt der erste Ponton 2 aufgrund seiner Ausbildung als Auftriebskörper auf, sodass das Laufrad 9 mit Hilfe der höhenverschiebbaren Lagerung des ersten Pontons 2 an den Pfosten 5 vom Wasserbett WB vertikal nach oben verfahren wird. Der vorgelagerte zweite Ponton 17 verbleibt hingegen in seiner ortsfesten Position und liegt auf dem Wasserbett WB auf.
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5 lässt eine Frontansicht auf ein auf ein Ponton 2 gelagerten Laufrad 9 mit mehreren Schaufelradsegmenten S erkennen. Deutlich wird, dass das Laufrad 9 an einer Lagerachse 11 an Lagerelementen 10 von Seitenwandabschnitten 8 des ersten Pontons 2 aufgelagert ist. Deutlich wird, dass wassereinlaufseitig die Seitenwandabschnitte der Schwimmkörper 8 weit über die horizontale Ebene der Lagerachse 11 vom Wasserbett WB nach oben gezogen ist, sodass ein für ein vorgegebenen maximalen Oberwasserspiegel OW ausreichender Kanal durch die Schwimmkörper 8 des Pontons 2 bereitgestellt wird.
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Deutlich wird weiterhin, dass die sich quer in Erstreckungsrichtung der Lagerachse 11, d. h. in Richtung zwischen den beiden voneinander beabstandeten Seitenwandabschnitten 8 erstreckenden Schaufeln 13 nicht nur an den beiden Außenseiten des Laufrades 9 durch Seitenwände 20 begrenzt wird. Dass durch die innen liegenden Nabenwände und ein Paar voneinander beabstandeten Schaufeln 13 gebildete Wasseraufnahmevolumen wird durch weitere Zwischenwände 21 in mehrere Kammern (Segmente S) aufgeteilt. Auf diese Weise kann ein zu Unwucht führendes Schwappen des in die Segmente einleitenden Wasserstroms verhindert oder zumindest hinreichend reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 404973 B [0003]
- AT 501575 [0003]
- WO 2011/106806 [0003]
- WO 2007/065178 A1 [0003]
- DE 60313618 T2 [0004]
