DE102015224144A1

DE102015224144A1 - Bidirektionales Gezeitenkraftwerk

Info

Publication number: DE102015224144A1
Application number: DE102015224144.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Reich; Jörg Lochschmidt
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017093016A1

Abstract

Bidirektionales Gezeitenkraftwerk umfassend ein erstes und ein zweites Saugrohr (23, 24) und eine Turbinen-Generator-Einheit (1), wobei das Kraftwerk einen ersten und einen zweiten Wasserweg (21, 22) umfasst, welche nebeneinander angeordnet sind, und wobei der erste Wasserweg (21) für eine Strömungsrichtung und der zweite Wasserweg (22) für die entgegengesetzte Strömungsrichtung vorgesehen ist, und wobei das erste Saugrohr (23) in dem ersten Wasserweg (21) und das zweite Saugrohr (24) in dem zweiten Wasserweg (22) jeweils entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung angeordnet ist, und wobei die Turbinen-Generator-Einheit (1) eine Führung (10) umfasst, und wobei die Wasserwege (21, 22) zu der Führung (10) passende Aufnahmen (20) umfassen, die so ausgebildet sind, dass die Einheit (1) mittels der Führung (10) in vertikaler Richtung so in die Aufnahmen (20) einführt werden kann, dass die Einheit (1) im jeweiligen Wasserweg (21, 22) entsprechend der vorgesehenen Fließrichtung zum jeweiligen Saugrohr (23, 24) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bidirektionales Gezeitenkraftwerk.
Die bekannten Lösungen für Gezeitenkraftwerke können in zwei grundlegende Gruppen untergliedert werden:

a) Kraftwerke mit bidirektional anströmbaren Maschinen
b) Kraftwerke mit unidirektional anströmbaren Maschinen

Bei der Verwendung von bidirektional anströmbaren Maschinen besteht der Nachteil darin, dass solche Maschinen trotz erheblichem Aufwand für die hydraulische Auslegung in der Regel einen niedrigeren Wirkungsgrad erreichen, als Maschinen, die nur für eine Fließrichtung optimiert werden müssen.
Bei der Verwendung von unidirektional anströmbaren Maschinen kann in der einfachsten Ausgestaltung eines solchen Kraftwerks nur eine Halbperiode der Gezeitenströmung zur Energieerzeugung genutzt werden. Um diesen Nachteil zu überwinden und um auch im Fall von b) ein bidirektionales Gezeitenkraftwerk zu realisieren, wurden jedoch wiederum mehrere bekannte Lösungen vorgeschlagen.
So wird z.B. in der GB 2 436 857 B vorgeschlagen, zusätzliche Dammstrukturen mit entsprechenden Schleusen dazu zu verwenden, dass der Durchfluss durch die unidirektional anströmbaren Maschinen während der vollen Gezeitenperiode stets in einer Richtung erfolgt. Diese Lösung erfordert einen sehr hohen zusätzlichen Bauaufwand mit entsprechenden zusätzlichen Kosten.
Eine andere Lösung wird in US 4 159 188 vorgeschlagen. Hier umfasst die Kraftwerksanordnung zwei fest in der Dammstruktur installierte Saugrohre, die kollinear in entgegengesetzter Ausrichtung angeordnet sind. Eine unidirektional anströmbare Maschine ist drehbar zwischen diesen Saugrohren angeordnet und wird bei jeder Umkehr der Strömungsrichtung durch Drehen um eine vertikale Achse um 180° passend zur geänderten Strömungsrichtung ausgerichtet. Auch bei dieser Lösung ist der konstruktive Aufwand sehr hoch.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, ein bidirektionales Gezeitenkraftwerk mit einer unidirektional anströmbaren Maschine anzugeben, das wesentlich einfacher und damit kostengünstiger aufgebaut ist, als im Stand der Technik bekannt ist. Dabei löst das erfindungsgemäße Kraftwerk auch noch ein weiteres Problem von solchen Gezeitenkraftwerken. Die Maschinen dieser Kraftwerke unterliegen dem maritimen Bewuchs durch Algen, Muscheln und dergleichen und müssen häufig aufwändig gereinigt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird diese Reinigung entscheidend vereinfacht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein bidirektionales Gezeitenkraftwerk mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftwerks ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 Turbinen-Generator-Einheit eines erfindungsgemäßen Gezeitenkraftwerks;
2 Turbinen-Generator-Einheit eines erfindungsgemäßen Gezeitenkraftwerks mit Tafel;
3 erfindungsgemäßes Gezeitenkraftwerk gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 erfindungsgemäßes Gezeitenkraftwerk gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt in Draufsicht eine Turbinen-Generatoren-Einheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Gezeitenkraftwerk, welche mit 1 bezeichnet ist. Die Turbinen-Generatoren-Einheit 1 ist in eine tafelartige Haltestruktur integriert, welche auf beiden Seiten Führungen 10 aufweist. Der Pfeil deutet die vorgesehene Richtung an, in der Wasser durch die Einheit strömen kann.
2 zeigt in Draufsicht eine Turbinen-Generator-Einheit 1, bei der die tafelartige Haltestruktur breiter ausgeführt ist als in 1. Die Turbinen-Generator-Einheit befindet sich am einen Ende der tafelartigen Haltestruktur. Die Seite der tafelartigen Haltestruktur, die sich in Richtung des anderen Endes erstreckt, bildet eine Tafel 25, die als Teil eines Verschlussorgans fungiert (vgl. 4). Der Pfeil deutet die vorgesehene Richtung an, in der Wasser durch die Einheit strömen kann.
3 zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Gezeitenkraftwerk mit zwei Wasserwegen 21 und 22. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtungen an, die für die beiden Wasserwege vorgesehen sind. In jedem Wasserweg ist ein Saugrohr 23 und 24 gemäß der vorgesehen Strömungsrichtung angeordnet. Weiter sind in jedem Wasserweg Aufnahmen 20 vorgesehen, mittels denen eine Turbinen-Generator-Einheit 1 über die Führungen 10 in jeweils einen der Wasserwege integriert werden kann. Die Einführung der Einheit 1 erfolgt dabei in vertikaler Richtung z.B. mit Hilfe eines Krans oder irgendeiner anderen geeigneten Hebevorrichtung. Die Aufnahmen 20 sind so angeordnet, dass die Einheit 1 der jeweiligen vorgesehen Strömungsrichtung entsprechend orientiert eingebaut werden kann. Das bedeutet, dass die Einheit 1 direkt vor der jeweiligen Saugrohrmündung angeordnet ist. In 3 ist die Einheit 1 in den Wasserweg 22 integriert dargestellt. Weiter umfasst das erfindungsgemäße Gezeitenkraftwerk ein Verschlussorgan, das jeweils den Wasserweg verschließen kann, in dem sich die Einheit 1 nicht befindet. In 3 geschieht das durch die Tafeln 251 und 252, wobei die Tafel 251 durchgezogen dargestellt ist, da sie sich in Verschlussposition befindet. Tafel 252 ist gestrichelt dargestellt, das sie sich in geöffneter Position befindet (d.h. nach oben aus dem Wasserweg herausgezogen). In der dargestellten Anordnung kann daher Wasser nur durch den Wasserweg 22 fließen, Wasserweg 21 ist für die Durchströmung gesperrt.
Wenn sich in dem in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Gezeitenkraftwerk die Strömungsrichtung ändert, so werden folgende Schritte in der genannten Reihenfolge ausgeführt: Unterbrechung des Wasserstromes (z.B. durch Absenken der Tafel 252 oder eines weiteren Verschlussorgans, das den Wasserstrom durch das Kraftwerk generell unterbinden (nicht dargestellt)); Entfernen der Einheit 1 aus Wasserweg 22 in vertikaler Richtung (d.h. nach oben); Schwenken der Einheit 1 und Einführung in Wasserweg 21 mittels Aufnahmen 20 und Führungen 10; Verschließen des Wasserweges 22 mittels Tafel 252 (falls nicht bereits erfolgt); Öffnen des Wasserweges 21 mittels Tafel 251.
Bei einem Strömungsrichtungswechsel in anderer Richtung werden folgende Schritte durchgeführt: Unterbrechung des Wasserstromes (z.B. durch Absenken der Tafel 251 oder eines weiteren Verschlussorgans, das den Wasserstrom durch das Kraftwerk generell unterbinden kann (nicht dargestellt)); Entfernen der Einheit 1 aus Wasserweg 21 in vertikaler Richtung (d.h. nach oben); Schwenken der Einheit 1 und Einführung in Wasserweg 22 mittels Aufnahmen 20 und Führungen 10; Verschließen des Wasserweges 21 mittels Tafel 251 (falls nicht bereits erfolgt); Öffnen des Wasserweges 22 mittels Tafel 252.
4 zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Gezeitenkraftwerk mit zwei Wasserwegen 21 und 22. Im Gegensatz zu 3 grenzen die Wasserwege 21 und 22 direkt aneinander an, d.h. sie heben eine gemeinsame in der Mitte liegende Wand. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtungen an, die für die beiden Wasserwege vorgesehen sind. In jedem Wasserweg ist ein Saugrohr 23 und 24 gemäß der vorgesehen Strömungsrichtung angeordnet. Weiter sind in jedem Wasserweg Aufnahmen 20 vorgesehen, mittels denen eine Turbinen-Generator-Einheit 1 gemäß 2 über die Führungen 10 integriert werden kann. Dabei befindet sich die eigentliche Turbinen-Generator-Einheit 1 jeweils in einem Wasserweg, während der andere Wasserweg durch die in die Einheit 1 integrierte Tafel 25 verschlossen wird. Die Einführung der Einheit 1 erfolgt dabei in vertikaler Richtung z.B. mit Hilfe eines Krans oder irgendeiner anderen geeigneten Hebevorrichtung. Die Aufnahmen 20 sind so angeordnet, dass die Einheit 1 der jeweiligen vorgesehen Strömungsrichtung entsprechend orientiert eingebaut werden kann. Das bedeutet, dass die Einheit 1 direkt vor der jeweiligen Saugrohrmündung angeordnet ist. In 4 ist die Einheit 1 in den Wasserweg 22 integriert dargestellt, wobei der Wasserweg 21 durch die Tafel 25 verschlossen wird. In der dargestellten Anordnung kann daher Wasser nur durch den Wasserweg 22 fließen, Wasserweg 21 ist für die Durchströmung gesperrt.
Wenn sich in dem in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Gezeitenkraftwerk die Strömungsrichtung ändert, so werden folgende Schritte in der genannten Reihenfolge ausgeführt: Unterbrechung des Wasserstromes (z.B. durch Schließen eines weiteren Verschlussorgans, das den Wasserstrom durch das Kraftwerk generell unterbinden kann (nicht dargestellt)); Entfernen der Einheit 1 aus Wasserweg 22 in vertikaler Richtung (d.h. nach oben; dabei wird auch Tafel 25 aus dem Wasserweg 21 entfernt); Drehen der Einheit 1 um 180° (um eine geeignete vertikale Achse – ist in 4 durch einen kleinen Kreis angedeutet) und Einführung in Wasserweg 21 mittels Aufnahmen 20 und Führungen 10 (die Einheit 1 befindet sich nun vor dem Saugrohr 23; dabei wird auch der Wasserweg 22 durch Tafel 25 verschlossen); Öffnen des Wasserstromes (durch Öffnen des weiteren Verschlussorgans).
Bei einem Strömungsrichtungswechsel in anderer Richtung werden folgende Schritte durchgeführt: Unterbrechung des Wasserstromes (z.B. durch Schließen eines weiteren Verschlussorgans, das den Wasserstrom durch das Kraftwerk generell unterbinden kann (nicht dargestellt)); Entfernen der Einheit 1 aus Wasserweg 21 in vertikaler Richtung (d.h. nach oben; dabei wird auch Tafel 25 aus dem Wasserweg 22 entfernt); Drehen der Einheit 1 um 180° (um eine geeignete vertikale Achse – ist in 4 durch einen kleinen Kreis angedeutet) und Einführung in Wasserweg 22 mittels Aufnahmen 20 und Führungen 10 (die Einheit 1 befindet sich nun vor dem Saugrohr 24; dabei wird auch der Wasserweg 21 durch Tafel 25 verschlossen); Öffnen des Wasserstromes (durch Öffnen des weiteren Verschlussorgana).
Es ist anzumerken, dass ein erfindungsgemäßes Gezeitenkraftwerk auch mehrere der in 3 und 4 dargestellten Anordnungen umfassen kann. Auch in Kombination dieser Ausführungsformen.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen sind damit wesentlich einfacher aufgebaut, als die im Stand der Technik beschriebenen. Außerdem kann die Generator-Turbinen-Einheit sehr leicht gereinigt werden, da die erfindungsgemäße Anordnung ohnehin die Möglichkeit vorsieht, die Generator-Turbinen-Einheit in vertikaler Richtung aus den Wasserwegen zu entfernen. Damit besteht eine optimale Zugänglichkeit zum Zweck der Reinigung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2436857 B [0005]
US 4159188 [0006]

Claims

Bidirektionales Gezeitenkraftwerk umfassend ein erstes und ein zweites Saugrohr (23, 24) und eine Turbinen-Generator-Einheit (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk einen ersten und einen zweiten Wasserweg (21, 22) umfasst, welche nebeneinander angeordnet sind, und wobei der erste Wasserweg (21) für eine Strömungsrichtung und der zweite Wasserweg (22) für die entgegengesetzte Strömungsrichtung vorgesehen ist, und wobei das erste Saugrohr (23) in dem ersten Wasserweg (21) und das zweite Saugrohr (24) in dem zweiten Wasserweg (22) jeweils entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung angeordnet ist, und wobei die Turbinen-Generator-Einheit (1) Führungen (10) umfasst, und wobei die Wasserwege (21, 22) zu den Führungen (10) passende Aufnahmen (20) umfassen, die so ausgebildet sind, dass die Einheit (1) mittels den Führungen (10) in vertikaler Richtung so in die Aufnahmen (20) einführt werden kann, dass die Einheit (1) im jeweiligen Wasserweg (21, 22) entsprechend der vorgesehenen Fließrichtung zum jeweiligen Saugrohr (23, 24) angeordnet ist.
Gezeitenkraftwerk nach Anspruch 1, wobei das Gezeitenkraftwerk Mittel umfasst, die dazu ausgebildet sind die Turbinen-Generator-Einheit (1) von einem der Wasserwege (21, 22) in den anderen Wasserweg (22, 21) zu überführen.
Gezeitenkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gezeitenkraftwerk ein Verschlussorgan (25, 251, 252) umfasst, das dazu ausgebildet ist, jeweils den Wasserweg (21, 22) zu verschließen, in dem sich die Turbinen-Generator-Einheit (1) nicht befindet.
Gezeitenkraftwerk nach Anspruch 3, wobei das Verschlussorgan eine Tafel (25) umfasst, die an der Turbinen-Generatoreinheit (1) angebracht ist.