-
Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk mit einer Wasserturbine, die den Höhenunterschied zwischen einem Oberwasser und einem Unterwasser in einem Fließgewässer nutzt. Im Bereich relativ geringer Fallhöhen zwischen Oberwasser und Unterwasser, insbesondere weniger Meter, sind Wasserturbinen mit Leitschaufeln bekannt, mit denen eine Anpassung an die unterschiedlichen Wassermengen über einen weiteren Bereich erfolgen kann. Zusätzlich können auch die Schaufeln der Turbine selbst verstellbar ausgeführt sein, wie beispielsweise bei einer Kaplanturbine. Weiterhin kann auch eine elektronische Regelung des Generators erfolgen, sodass dieser mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen kann. Der Ablauf aus einer solchen Kaplanturbine und ähnlichen Turbinenvarianten erfolgt dabei im Regelfall durch ein Saugrohr, durch das hinter der Turbine ein Unterdruck erzeugt wird und die volle Fallhöhe genutzt werden kann.
-
Im Stand der Technik sind auch Wasserturbinen bekannt, deren Schaufeln nicht verstellbar ausgeführt sind, wie beispielsweise bei einer Propellerturbine oder einer Francisturbine, und deren Regelbereich kleiner ist. Bei modernen Versionen solcher Wasserturbinen ist es bei einer elektronischen Regelung des Generators oftmals ausreichend, nur verstellbare Leitschaufeln vorzusehen, um einen weiten Regelungsbereich in Bezug auf Strömungsgeschwindigkeit und Durchflussmenge zu erreichen. Solche Wasserturbinen können daher auch Leistung abgeben, wenn durch Schwankungen nur eine geringe Wassermenge zur Verfügung steht, oder aufgrund Änderungen des Wasserspiegels des Unterwassers nur eine geringe Fallhöhe bzw. bei sich ändernden nutzbaren Fallhöhen.
-
In fließenden Gewässern entstehen bei schneller Strömung und querliegenden Strukturen am Boden des Gewässers, insbesondere Rampen oder Stufen, oftmals stehende Wellen mit einer nach oben gerichteten Strömung. Es hat sich zu einer beliebten sportlichen Betätigung entwickelt, auf solchen stehenden Wellen gegen die Strömung abwärts mit Surfbrettern zu surfen. Hierfür werden sogar extra Vorrichtungen in Fließgewässern vorgesehen.
-
Aus der
DE 102016007623 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer künstlichen stehenden Welle in einem Fließgewässer bekannt, bei der eine keilförmige Vorrichtung am Boden des Fließgewässers verankert ist und durch das auflaufende Fließwasser eine stehende Welle ausgebildet wird, auf der ein Surfen möglich ist.
-
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass bei einer solchen stehenden Welle das Energieerzeugungspotenzial der hohen Strömungsgeschwindigkeit, das zumeist auf der Beschleunigung der Wasserströmung auf einer Gefällerampe beruht und somit einem Gefälle zwischen einem Oberwasser und Unterwasser, nicht genutzt wird, auch wenn keine sportliche Betätigung bzw. kein Surfen erfolgt, wie etwa zu den Nachtstunden.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wasserkraftwerk zur Verfügung zu stellen, mit dem das Energieerzeugungspotenzial genutzt werden kann und trotzdem die Möglichkeit besteht, zumindest temporär eine stehende Welle zur sportlichen Nutzung für das Surfen zur Verfügung zu stellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Wasserkraftwerk mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Vorteilhaft ist bei einem Wasserkraftwerk mit einem Zulauf aus einem Oberwasser, einem Ablauf in ein Unterwasser und einer Turbine, sowie einer im Unterwasser nach dem Wasserkraftwerk angeordneten zweiten Stauvorrichtung, mit der das Unterwasser aufgestaut werden kann, die zweite Stauvorrichtung so nahe an dem Wasserkraftwerk angeordnet ist, dass bei einem Aufstauen des Unterwassers der Wasserspiegel in dem Ablauf des Wasserkraftwerks in das Unterwasser auf eine Mittelwasserebene angehoben wird, wobei das Gefälle zwischen Mittelwasserebene und Unterwasser zur Erzeugung eines schnellen Wasserstroms, insbesondere durch Überströmung der zweiten Stauvorrichtung und Beschleunigung des Wasserstroms auf einer Rampe genutzt wird und der Wasserstrom gegen eine Wellenerzeugungsstruktur, insbesondere eine in entgegengesetzte Richtung geneigte Rampe gelenkt wird, sodass eine nach oben gerichtete stehende Welle gebildet wird.
-
Im normalen Turbinenbetrieb ist die zweite Stauvorrichtung so eingestellt, dass das Unterwasser nicht gestaut wird, beispielsweise bei einem Klappenwehr abgesenkt. Es ergibt sich dann die maximale Fallhöhe zwischen Oberwasser und Unterwasser, die für die Wasserturbine zur Verfügung steht und deren potentielle Energie in elektrische Leistung umgesetzt werden kann. Wenn z.B. in der Nacht kein Surfbetrieb auf der Welle stattfindet, kann das Wasserkraftwerk maximale Leistung bringen.
-
Mit der zweiten Stauvorrichtung kann man das Unterwasser auf eine beliebige Mittelwasserebene angehoben werden. Damit ergibt sich eine verringerte Fallhöhe zwischen dem Oberwasser und der Mittelwasserebene, die von der Turbine noch genutzt werden kann.
-
Die Turbine kann eine durch Leitschaufeln und/oder verstellbare Turbinenschaufeln und/oder eine elektrische Regelung eines Generators an unterschiedliche Wassermengen und Strömungsgeschwindigkeiten anpassbare Turbine sein.
-
In günstiger Ausführungsform besteht der Ablauf aus einem Saugrohr.
-
Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn die Turbine von einem Typ ist, der mit einem Saugrohr im Ablauf versehen ist und in seiner Durchflussmenge in einem weiten Bereich geregelt werden kann. Solche Turbinen sind gegenüber einem Ansteigen des Unterwassers bzw. des Gegendrucks am Auslauf des Saugrohrs unempfindlich und können im Rahmen ihres Regelbereichs mit reduzierter Leistung weiterhin laufen.
-
Mit der zweiten Stauvorrichtung kann dabei die Welle unterschiedlich gestaltet werden, indem durch verschiedene Stauhöhen eine größere potentielle Energie für die Welle zur Verfügung steht und eine entsprechend größere oder geringere Strömungsgeschwindigkeit des Wassers eingestellt werden kann, abhängig auch von der Durchflussmenge. Die Turbine ist dabei vorteilhaft so auszulegen, dass sie mit allen Mittelwasserebenen, vom Unterwasser bis zum maximalen Stauniveau der zweiten Stauvorrichtung, die Fallhöhen und Wassermengen verarbeiten kann.
-
Die zweite Stauvorrichtung kann als Klappenkonstruktion oder als Schlauchwehr/Rubberdam aufblasbar ausgeführt werden, oder als Kombination von beidem. Dabei ist es auch möglich, beispielsweise einen Rubberdamm als Gummielement hydraulisch durch Wasser aufzufüllen.
-
die Wellenerzeugungsstruktur kann eine feste Beton-/Stahlinstallation sein oder kann ebenfalls beweglich ausgeführt sein. Insbesondere kann die Wellenerzeugungsstruktur auch verstellbar als Klappenkonstruktion und/oder ebenfalls als Schlauchwehr/Rubberdamm aufblasbar bzw. hydraulisch befüllbar ausgeführt werden, sowie als Kombination von beidem.
-
Die Wellenerzeugungsstruktur braucht dabei für ihren Aufbau bzw. bei verstellbaren Wellenerzeugungsstrukturen für ihre jeweilige Stellung für eine „stehende Welle im Fluss“ eine bestimmte Fallhöhe, bzw. für verschiedene Fallhöhen, entsprechend der potentiellen Energie, jeweilig bestimmte Wassermengen, um die Welle zu erzeugen. Diese Regelung bzw. Steuerung der Fallhöhe und auch der Wassermenge z.B. über den Leitapparat der Turbine und/oder eine Regelung des Generators, kann über eine doppelt regulierte Wasserturbine in Kombination mit der zweiten Stauvorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
-
Beispielsweise kann nach dem Saugrohr auf der Kanalsohle ein bewegliches Wehr, welches den Wasserspiegel um eine Höhe zwischen 0,5m bis 1,2m, insbesondere um 0,8m oder beliebig bis zum Oberwasser anheben kann, vorgesehen sein
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den Figuren näher beschrieben. Es zeigt
- 1 ein erfindungsgemäßes Wasserkraftwerk im Längsschnitt und
- 2 das Wasserkraftwerk der 1 in Perspektivansicht.
-
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wasserkraftwerk 1 im Längsschnitt mit der Wasserturbine 2, dem Oberwasser 3 sowie dem Ablauf 4. Eine Fallhöhe 5 bis zu einer Mittelwassereben 6 steht der Turbine 2 zu Energieerzeugung zur Verfügung. Die Mittelwasserebene 6 wird durch die zweite Stauvorrichtung 7 aufgestaut. Eine zweite Fallhöhe 8 zwischen der Mittelwasserebene 6 und einem Unterwasser 9 steht zur Erzeugung einer Welle 10 zur Verfügung, die sich durch eine die zweite Stauvorrichtung 7 überströmende Wasserströmung an einer Wellenerzeugungsstruktur 11 bildet.
-
Die 2 zeigt Wasserkraftwerk 1 der 1 in einer Perspektivansicht. Von einem Oberwasser 3 fließt das Wasser durch einen Leitapparat 12 der Turbine 2 und den als ein Saugrohr 13 ausgebildeten Ablauf 4 vor die zweite Stauvorrichtung 7, bei der sich das Wasser auf der Mittelwasserebene 6 befindet. Von dort überströmt es die zweite Stauvorrichtung 7 und wird an der Wellenerzeugungsstruktur 11 nach oben geleitet, wodurch sich die Welle 10 ausbildet.
-
Wenn die Welle 10 nicht für eine sportliche Betätigung benötigt wird, kann die zweite Stauvorrichtung 7 abgesenkt werden und es ist auch möglich, die Wellenerzeugungsstruktur 11 absenkbar vorzusehen, sodass das Wasser aus dem Ablauf 4 ungestört abfließen kann und für die Turbine 2 die volle Fallhöhe bis zu dem Unterwasser 9 zur Verfügung steht.
-
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
-
- DE 102016007623 A1 [0004]
