DE102014111322B4

DE102014111322B4 - Wasserkraftwerk

Info

Publication number: DE102014111322B4
Application number: DE102014111322.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2034-08-09
Also published as: DE102014111322A1

Abstract

Wasserkraftwerk (1), das in einem fließenden Gewässer (2) schwimmend angeordnet werden kann, mit einem schwimmenden Kraftwerksträger (3) und mit einer Verankerungsvorrichtung (6), wobei der Kraftwerksträger (3) mit der Verankerungsvorrichtung (6) landseitig festgelegt werden kann, wobei der Kraftwerksträger (3) einen ersten Haltepunkt (8) und einen zweiten Haltepunkt (13) aufweist, wobei die Verankerungsvorrichtung (6) ein erstes Halteelement (4) zur Übertragung von Zugkräften aufweist, wobei es sich bei dem ersten Halteelement (4) um ein längliches, biegeschlaffes, elastisches Element handelt und wobei das erste Halteelement (4) mit dem ersten Haltepunkt (8) verbunden ist und stromaufwärts des Kraftwerksträgers (3) landseitig im Bereich eines Ufers (10) festgelegt werden kann, so dass das erste Halteelement (4) durch eine auf den Kraftwerksträger (3) wirkende Strömungskraft auf Zug beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltepunkt (8) stromaufwärtsseitig angeordnet ist, dass die Verankerungsvorrichtung (6) ein zweites Halteelement (5) zur Übertragung von Druckkräften aufweist, dass das zweite Halteelement (5) mit dem zweiten Haltepunkt (13) verbunden ist und landseitig im Bereich des Ufers (10) festgelegt werden kann, so dass das zweite Halteelement (5) durch eine auf den Kraftwerksträger (3) wirkende Strömungskraft auf Druck beansprucht wird und dass das zweite Halteelement (5) drehbar gelagert mit dem Kraftwerksträger (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk, mit den Merkmalen nach Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche schwimmenden Wasserkraftwerke werden zur Erzeugung elektrischer Energie in Flüssen eingesetzt. Zur Verankerung solcher Wasserkraftwerke ist es bekannt, die Wasserkraftwerke beispielsweise mit Hilfe von Bohrpfählen, Schwerkraftfundamenten oder Flukenanker in dem Flussbett zu verankern.
Zur Verankerung ist es aber auch bekannt, die Kraftwerksträger mit Hilfe von landseitig festgelegten steifen Auslegern in Position zu halten. Aufgrund der an dem Kraftwerksträger auftretenden Strömungskräfte ist es dabei erforderlich, dass diese Ausleger eine besonders hohe Festigkeit aufweisen, um die auftretenden Kräfte aufnehmen und übertragen zu können. Daher ist die Herstellung solcher Ausleger besonders aufwendig und kostenintensiv.
Des Weiteren ist es bekannt, die Kraftwerksträger mit Hilfe von Stahlseilen oder dergleichen, die stromaufwärtsseitig an dem Kraftwerksträger festgelegt sind und landseitig auf einander gegenüberliegenden Ufern des fließenden Gewässers festgelegt sind, in dem fließenden Gewässer in Position zu halten. Bei dieser Verankerungsart besteht ein großer Nachteil darin, dass durch die über die gesamte Flussbreite reichende Abspannung der Schiffsverkehr auf dem Fluss behindert wird.
In der Druckschrift AT 505 530 A1 wird eine Verankerungsvorrichtung für Schwimmkörper beschrieben. Die Verankerungsvorrichtung weist zwei Haltebäume auf, mit denen der Schwimmkörper landseitig mit dem Ufer verbunden wird.
In der Druckschrift US 2 983 243 A wird ein Bootsanker beschrieben, der an einem Baum am Ufer befestigt werden kann.
In der Druckschrift WO 2014/ 088 484 A1 wird ein durch einen Drachen angetriebenes Gezeitenkraftwerk beschrieben. Der Drachen ist mit einer Turbine des Gezeitenkraftwerks über ein Seil verbunden.
In der Druckschrift DE 42 29 869 C1 wird eine Einrichtung zum Verankern eines Pontons beschrieben. Die Verankerung erfolgt über Seile.
In der Druckschrift DE 20 2014 001 228 U1 wird ein schwimmendes Wasserkraftwerk beschrieben, das über Seile am Ufer befestigt werden kann.
Als Aufgabe der Erfindung wird es angesehen, ein Wasserkraftwerk mit einer Verankerungsvorrichtung bereitzustellen, durch die der Kraftwerksträger ohne Behinderung des Schiffsverkehrs in dem fließenden Gewässer in Position gehalten werden kann und das einfach und kostengünstig hergestellt und montiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Haltepunkt stromaufwärtsseitig angeordnet ist, dass die Verankerungsvorrichtung ein zweites Halteelement zur Übertragung von Druckkräften aufweist, dass das zweite Halteelement mit dem zweiten Haltepunkt verbunden ist und landseitig im Bereich des Ufers festgelegt werden kann, so dass das zweite Halteelement durch eine auf den Kraftwerksträger wirkende Strömungskraft auf Druck beansprucht wird und dass das zweite Halteelement drehbar gelagert mit dem Kraftwerksträger verbunden ist. Auf diese Weise können die auf den Kraftwerksträger wirkenden Strömungskräfte einfach über das erste Halteelement auf das Ufer übertragen werden. Um den Kraftwerksträger in dem fließenden Gewässer in Position zu halten, dient das auf Druck beanspruchbare zweite Halteelement, dass als Abstandshalter zu dem Ufer eingesetzt wird. Da die auftretenden Strömungskräfte im Wesentlichen über das erste Halteelement abgetragen werden, sind die über das zweite Halteelement abzutragenden Kräfte vergleichsweise gering, so dass eine kostengünstige Konstruktion des zweiten Halteelements möglich ist. Um auf einfache Weise zu erreichen, dass auf das zweite Halteelement ausschließlich Druckkräfte wirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Halteelement drehbar gelagert mit dem Kraftwerksträger verbunden ist. Auf diese Weise wird unter anderem ein über das erste Halteelement durch die auf den Kraftwerksträger wirkenden Strömungskräfte erzeugtes und an dem zweiten Haltepunkt auftretendes Drehmoment einfach in eine auf das zweite Halteelement wirkende Druckkraft umgewandelt. Vorteilhafterweise ist das zweite Halteelement auch landseitig drehbar gelagert festgelegt.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das zweite Halteelement auch auf Zug belastbar ist, um beispielsweise bei einer Verlagerung des Kraftwerksträgers zu Wartungszwecken gegebenenfalls auftretende Zugkräfte über das zweite Halteelement übertragen zu können.
Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kraftwerksträger ein stromabwärtsseitig angeordneten dritten Haltepunkt aufweist, dass die Verankerungsvorrichtung ein drittes Halteelement zur Übertragung von Zugkräften aufweist, und dass das dritte Halteelement mit dem dritten Haltepunkt verbunden ist und stromabwärts des Kraftwerksträgers landseitig im Bereich des Ufers festgelegt werden kann. Auf diese Weise kann die Position des Kraftwerksträgers zusätzlich stabilisiert werden und ein unerwünschtes Verdrehen des zweiten Halteelements vermieden werden.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem dritten Halteelement um ein längliches, biegeschlaffes, elastisches Element. Bei dem ersten Halteelement und/oder bei dem dritten Halteelement kann es sich erfindungsgemäß beispielsweise um ein Seil, ein Stahlseil, ein Band, eine Kette oder dergleichen handeln. Vorteilhafterweise werden zur Herstellung des ersten Halteelements handelsübliche Materialien eingesetzt, die einfach und kostengünstig hergestellt und beschafft werden können.
Bei dem zweiten Halteelement handelt es sich erfindungsgemäß vorteilhafterweise um ein längliches, biegesteifes Element. Als zweites Halteelement kann erfindungsgemäß beispielsweise eine Bühnenbautraverse, eine Fachwerkskonstruktion, ein Holzbalken oder ähnliche Stabkonstruktionen verwendet werden. Auf diese Weise kann auch das zweite Halteelement einfach und kostengünstig mit Hilfe handelsüblicher Gegenstände bzw. Materialien, die zur Übertragung von Druckkräften geeignet sind und somit als Abstandshalter für den Kraftwerksträger dienen können, hergestellt werden.
Um das zweite Halteelement einfach an dem Kraftwerksträger festlegen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Haltepunkt an einer dem Ufer zugewandten Seite des Kraftwerksträgers an dem Kraftwerksträger angeordnet ist.
Zum Ausgleich von Schwankungen des Wasserpegels und gegebenenfalls stärkeren Wellengangs ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Halteelement schwenkbar an dem Kraftwerksträger gelagert angeordnet ist. Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Halteelement auch landseitig schwenkbar gelagert befestigt ist. Dies dient der einfachen Installation und Wartung des Kraftwerksträgers.
Erfindungsgemäß ist das zweite Halteelement vorteilhafterweise über ein Kugelgelenk oder ein Kardangelenk drehbar gelagert mit dem Kraftwerksträger verbunden. Es ist aber auch denkbar und erfindungsgemäß vorgesehen alternativ ausgestaltete Drehgelenke zur Lagerung des zweiten Halteelements an dem Kraftwerksträger zu verwenden. Auf diese Weise kann besonders einfach erreicht werden, dass über das zweite Halteelement ausschließlich Druckkräfte übertragen werden müssen unabhängig davon, in welcher Position das zweite Halteelement zu dem Kraftwerksträger landseitig verankert wird.
Die Position des Kraftwerksträgers in dem fließenden Gewässer kann erfindungsgemäß dadurch vorgegeben werden, dass die Verankerungsvorrichtung Mittel aufweist, um eine Länge des ersten Halteelements vorgeben zu können. Zu diesem Zweck kann das Wasserkraftwerk erfindungsgemäß eine Seilwinde aufweisen, die landseitig oder an dem Kraftwerksträger befestigt ist und die zur Verkürzung bzw. Verlängerung des ersten Halteelements dient. Auf diese Weise kann der Kraftwerksträger beispielsweise durch Verkürzung des ersten Halteelements näher an das Ufer herangezogen werden, wobei ein maximaler Abstand des Kraftwerksträgers von dem Ufer durch eine Länge des zweiten Halteelements vorgegeben ist.
Zur Befestigung der Halteelemente am Ufer ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verankerungsvorrichtung Mittel aufweist, um das erste Halteelement und/oder das zweite Halteelement und/oder das dritte Halteelement an einem Baum am Ufer festzulegen, wobei die Mittel an einen Wachstumsstatus des Baums angepasst werden können. Die Mittel bestehen vorteilhafterweise aus einem Satz spezieller Zurrgurte und Klammern, die dem jeweiligen Wachstumsstatus der Bäume angepasst werden können.
Um die Halteelemente landseitig an dem Ufer befestigen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verankerungsvorrichtung mindestens einen mit Ballast befüllbaren Behälter aufweist, der landseitig an dem Ufer angeordnet werden kann und an dem das erste Halteelement und/oder das zweite Halteelement und/oder das dritte Halteelement festgelegt werden kann. Auf diese Weise können landseitige Haltepunkte besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Bei dem Ballast kann es sich beispielsweise um Wasser, Erde, Sand, Geröll oder dergleichen handeln. Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Halteelemente an Pfählen, Schraubfundamenten oder Betonfundamenten an dem Ufer festgelegt werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Wasserkraftwerk mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung von Schwimmkäfigen, Netzgehegen, Reusen oder dergleichen an dem ersten Halteelement und/oder dem zweiten Halteelement und/oder dem dritten Halteelement aufweist. Erfindungsgemäß ist beispielsweise vorgesehen, dass ein Netzgehege an einem Halteelement befestigt werden kann und durch das Netzgehege ein Bereich des fließenden Gewässers zur Fischzucht begrenzt wird. Die Schwimmkäfige, Netzgehege oder Reusen und die darin gezüchteten Fische können einfach dadurch eingeholt werden, dass die Länge des ersten Halteelements beispielsweise mit Hilfe der Seilwinde verkürzt wird.
Vorteilhafterweise sind bei dem erfindungsgemäßen Wasserkraftwerk sämtliche elektrischen und elektronischen Komponenten in einem Bereich des Kraftwerksträgers angeordnet, der oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist, wenn das Wasserkraftwerk bestimmungsgemäß in dem fließenden Gewässer angeordnet ist. Bei diesen Komponenten handelt es sich erfindungsgemäß unter anderem um einen Generator sowie eine Steuerungselektronik. Um die durch eine unterhalb der Wasseroberfläche bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Wasserkraftwerks in dem fließenden Gewässer angeordnete Antriebseinheit erzeugte kinetische Energie auf den oberhalb der Wasseroberfläche angeordneten Generator übertragen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der Antriebseinheit und dem Generator eine Getriebeeinheit angeordnet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerks werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:

1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Wasserkraftwerk,
2 eine schematisch dargestellte Vorderansicht auf das erfindungsgemäße Wasserkraftwerk.

In 1 und 2 ist jeweils schematisch ein Wasserkraftwerk 1 dargestellt. Das Wasserkraftwerk 1 ist in einem fließenden Gewässer 2 angeordnet. Das Wasserkraftwerk 1 weist einen in dem fließenden Gewässer 2 schwimmend angeordneten Kraftwerksträger 3 und eine aus einem ersten Halteelement 4 und einem zweiten Halteelement 5 bestehende Verankerungsvorrichtung 6 auf.
Eine Strömungsrichtung des fließenden Gewässers 2 ist durch einen Pfeil 7 gekennzeichnet. Das erste Halteelement 4 der Verankerungsvorrichtung 6 ist an einem stromaufwärtsseitigen ersten Haltepunkt 8 des Kraftwerksträgers 3 angeordnet. Bei dem ersten Halteelement 4 handelt es sich um ein Stahlseil. Landseitig ist das erste Halteelement 4 an einem mit Wasser befüllten Behältnis 9 festgelegt, dass an einem Ufer 10 des fließenden Gewässers 2 angeordnet ist. Eine Länge des ersten Halteelements 4 kann über eine nicht dargestellte und im Bereich des mit Wasser befüllten Behältnisses 9 angeordnete Seilwinde vorgegeben werden.
Das zweite Halteelement 5 ist über ein Kugelgelenk 11 an einem an einer dem Ufer 10 zugewandten Seite 12 des Kraftwerkträgers 3 angeordnetem zweiten Haltepunkt 13 drehbar gelagert festgelegt und ist landseitig an einem weiteren mit Wasser befüllten Behälter 9 festgelegt. Bei dem zweiten Halteelement 5 handelt es sich um eine Bühnenbautraverse.
Zudem weist die Verankerungsvorrichtung 6 ein drittes Halteelement 14 auf, dass an einem dritten Haltepunkt 15 an dem Kraftwerksträger 3 festgelegt und landseitig mit Mitteln 16 an einem Baum 17 festgelegt ist, wobei die Mittel 16 an einen Wachstumsstatus des Baums 17 angepasst werden können.

Claims

Wasserkraftwerk (1), das in einem fließenden Gewässer (2) schwimmend angeordnet werden kann, mit einem schwimmenden Kraftwerksträger (3) und mit einer Verankerungsvorrichtung (6), wobei der Kraftwerksträger (3) mit der Verankerungsvorrichtung (6) landseitig festgelegt werden kann, wobei der Kraftwerksträger (3) einen ersten Haltepunkt (8) und einen zweiten Haltepunkt (13) aufweist, wobei die Verankerungsvorrichtung (6) ein erstes Halteelement (4) zur Übertragung von Zugkräften aufweist, wobei es sich bei dem ersten Halteelement (4) um ein längliches, biegeschlaffes, elastisches Element handelt und wobei das erste Halteelement (4) mit dem ersten Haltepunkt (8) verbunden ist und stromaufwärts des Kraftwerksträgers (3) landseitig im Bereich eines Ufers (10) festgelegt werden kann, so dass das erste Halteelement (4) durch eine auf den Kraftwerksträger (3) wirkende Strömungskraft auf Zug beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltepunkt (8) stromaufwärtsseitig angeordnet ist, dass die Verankerungsvorrichtung (6) ein zweites Halteelement (5) zur Übertragung von Druckkräften aufweist, dass das zweite Halteelement (5) mit dem zweiten Haltepunkt (13) verbunden ist und landseitig im Bereich des Ufers (10) festgelegt werden kann, so dass das zweite Halteelement (5) durch eine auf den Kraftwerksträger (3) wirkende Strömungskraft auf Druck beansprucht wird und dass das zweite Halteelement (5) drehbar gelagert mit dem Kraftwerksträger (3) verbunden ist.
Wasserkraftwerk (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftwerksträger (3) ein stromabwärtsseitig angeordneten dritten Haltepunkt (15) aufweist, dass die Verankerungsvorrichtung (6) ein drittes Halteelement (14) zur Übertragung von Zugkräften aufweist, und dass das dritte Halteelement (14) mit dem dritten Haltepunkt (15) verbunden ist und stromabwärts des Kraftwerksträgers (3) landseitig im Bereich des Ufers (10) festgelegt werden kann.
Wasserkraftwerk (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem dritten Halteelement (14) um ein längliches, biegeschlaffes, elastisches Element handelt.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Halteelement (5) um ein längliches, biegesteifes Element handelt.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Halteelement (5) an einer dem Ufer (10) zugewandten Seite (12) des Kraftwerkträgers (3) angeordnet ist.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Halteelement (5) über ein Kugelgelenk (11) oder ein Kardangelenk drehbar gelagert mit dem Kraftwerksträger (3) verbunden ist.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung (3) Mittel aufweist, um eine Länge des ersten Halteelements (4) vorgeben zu können.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der Ansprüche 2, 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung (3) Mittel (16) aufweist, um das erste Halteelement (4) und/oder das zweite Halteelement (5) und/oder das dritte Halteelement (14) an einem Baum (17) am Ufer (10) festzulegen, wobei die Mittel (16) an einen Wachstumsstatus des Baums (17) angepasst werden können.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der Ansprüche 2, 3, 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung (3) mindestens einen mit Ballast befüllbaren Behälter (9) aufweist, der landseitig an dem Ufer (10) angeordnet werden kann und an dem das erste Halteelement (4) und/oder das zweite Halteelement (5) und/oder das dritte Halteelement (14) festgelegt werden kann.
Wasserkraftwerk (1) gemäß einem der Ansprüche 2, 3, 8, 9 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserkraftwerk (1) eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung von Schwimmkäfigen, Netzgehegen oder Reusen an dem ersten Halteelement (4) und/oder dem zweiten Halteelement (5) und/oder dem dritten Halteelement (14) aufweist.