DE19544141A1

DE19544141A1 - System zur Wasserkrafterzeugung

Info

Publication number: DE19544141A1
Application number: DE19544141A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Mehler
Original assignee: GUETHER RALF 83435 BAD REICHENHALL DE
Current assignee: MEHLER, WOLFRAM, 98667 WALDAU, DE SCHALLER, DIETER
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1997-05-28

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Wasser krafterzeugung aus Fließwasser mittels Wasserturbinen, die über eine Turbinendruckleitung gespeist werden und einen Generator antreiben, mit mindestens einer Wasserkraftanlage mit einem Einlaufbauwerk zur Entnahme eines Teils des Fließ wassers aus dem Fließwasserstrom, mit einem stromabwärts und entfernt vom Einlaufbauwerk angeordneten, die Wasserturbine und den Generator umfassenden Kraftwerk und einer parallel zum verbleibenden Fließwasserstrom verlaufenden, aus einer Wasserzuleitung zum Kraftwerk und einer Wasserableitung vom Kraftwerk bestehenden Triebwasserleitung.

Wasserkraftanlagen bieten gegenüber Energieerzeugungsanla gen, die fossile oder nukleare Brennstoffe verwenden, eine Reihe von Vorteilen. Neben einer ständigen und kostenlosen Erneuerung der Energiequelle bestehen die Vorteile unter anderem in einem hohen Wirkungsgrad, einer langen Lebens dauer, niedrigen Betriebskosten sowie fehlender Luftver schmutzung und Wassererwärmung. Nachteilig sind bei Was serkraftanlagen unter anderem die geringe Anzahl günstiger Standorte, die Ortsgebundenheit und damit große Entfernung zu den Verbrauchszentren sowie unregelmäßige Wasserdarbie tungen.

Um die unregelmäßige Wasserdarbietung auszugleichen, ist es bekannt, das Fließwasser in Speicherseen zu sammeln oder an dem Fließgewässer mehrere Staustufen vorzusehen. Als Nach teil ergeben sich hierbei aber zum einen ein erheblicher Flächenverlust und zum anderen hohe Baukosten, insbesondere durch den sehr aufwendigen Staudamm- und Stollenbau. Bei Staustufenkraftwerken sind außerdem oftmals neben den Stau wehren auch Schleusen vorzusehen, um einen Schiffsverkehr zu ermöglichen.

Speicherkraftwerke sind nur in besonderen geographischen Lagen möglich, wodurch sich der Nachteil einer großen Entfer nung zu den Verbrauchszentren weiter verstärkt. Auch die Zahl geeigneter Standorte für Staustufenkraftwerke ist be grenzt und bei geringem Gefälle sind viele Kraftwerksstufen mit entsprechend vervielfachten Kosten erforderlich.

Kraftanlagen der eingangs genannten Art, sogenannte Umlei tungskraftanlagen, sind nur bei größerem Gefälle verwendbar, da die entnommene Wassermenge bis zum Kraftwerk nahezu auf der Höhe der Entnahmestelle gehalten wird und daher bei lan gen Umleitungsstrecken immense Bauwerke erforderlich wären, die hohe Kosten verursachen und einen starken Eingriff in die Landschaft darstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Wasserkrafterzeugung aus Fließwasser anzugeben, welches unter Beibehaltung der Vorteile der Wasserkrafterzeugung gegenüber anderen Energieerzeugungssystemen auch an ungün stigeren Standorten verwendbar und daher weniger ortsgebun den ist, sowie geringere Baukosten verursacht.

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im wesentlichen die gesamte Wasser zuleitung zwischen Einlaufbauwerk und Wasserturbine als Tur binendruckleitung ausgebildet ist.

Anders als bei bekannten Umleitungskraftanlagen wird erfin dungsgemäß also das aus einem Fließwasserstrom abgezweigte Überschußwasser nicht drucklos und nicht mehr oder weniger ohne Gefälle zum Kraftwerk transportiert, um dann erst dort in eine Turbinendruckleitung mit starkem Gefälle eingespeist zu werden, sondern das Überschußwasser wird im wesentlichen parallel zum verbleibenden Fließwasserstrom durch eine Druckleitung zum Kraftwerk geführt und direkt aus dieser Druckleitung auf die Wasserturbine geleitet. Die Wasserzu leitung zwischen Einlaufbauwerk und Wasserturbine wirkt da durch insgesamt als Turbinendruckleitung, welche es erlaubt, den gesamten Höhenunterschied zwischen Einlaufbauwerk und Kraftwerk zur Energiegewinnung auszunutzen, ohne daß das abgezweigte Wasser bis zum Kraftwerk auf der Höhe der Entnah mestelle gehalten werden muß.

Durch die Verwendung einer Druckleitung zur Umleitung des Überschußwassers ist die erfindungsgemäße Wasserkraftanlage auch bei geringem Gefälle, also praktisch an beliebiger Stelle eines Flußlaufes zwischen Quelle und Meer einsetzbar, denn ein geringes Gefälle kann durch eine entsprechende Länge der Druckleitungsrohre ausgeglichen werden, ohne daß hierfür aufwendige Bauten erforderlich wären. Es müssen lediglich Druckleitungsrohre zwischen Einlaufbauwerk und Kraftwerk verlegt werden, was längs des Flußlaufes oder auch unter Abschneiden von Biegungen des Flusses erfolgen kann, wodurch Baukosten gespart und Leitungsverluste vermindert werden können.

Neben dem möglichen Ausnutzen des Flußgefälles quasi von der Quelle bis zum Meer, also einem Ausnutzen auch flacher Gefäl le und geringer Wassermengen, zeichnet sich das erfindungsge mäße System durch gute Umweltverträglichkeit aus, da der Fluß nicht aufgestaut wird, also kein Land überschwemmt wird, und die Restwassermenge im Fluß auch nicht verlangsamt wird. Darüberhinaus kann die gesamte Anlage unterirdisch ver legt werden. Das erfindungsgemäße System kann daher auch als alternatives Unterflur-Wasserkraftanlagen-System bezeichnet werden.

Ein weiterer Vorteil besteht im dezentralen Energieanfall und der sich daraus ergebenden kurzen Energietransportwege aufgrund der längs des gesamten Flusses verteilbaren Wasser kraftanlagen, die jeweils mit einem eigenen Generator ausge stattet sind. Schließlich können die Kraftwerkseinheiten kleiner gehalten werden, was deren Kosten verringert und die Lebensdauer der Anlage erhöht.

Erfindungsgemäße Wasserkraftanlagen können nach einer Ausge staltung der Erfindung stufenweise hintereinander angeordnet sein, wobei die Wasserableitung der jeweils höher gelegenen Stufe bevorzugt über das Einlaufbauwerk der anschließenden tieferen Stufe in deren Wasserzuleitung mündet. An jedem Einlaufbauwerk kann außerdem neben dem Triebwasser der vor herigen Stufe jeweils weiteres zusätzliches Überschußwasser aus dem Fließwasserstrom zugeführt werden, so daß sich die Triebwassermenge von Stufe zu Stufe vergrößert.

Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Wasserkraftanlagen längs eines Flußsystems angeordnet sein, insbesondere indem an jeder Stelle des Flußsystems, an der eine ausreichende Überschußwassermenge vorhanden ist, ein Einlaufbauwerk einer Wasserkraftanlage vorgesehen wird. Wasserkraftanlagen werden dabei nicht nur längs des Hauptflusses, sondern auch längs der Nebenflüsse angeordnet, wobei die Triebwassermengen beim Zusammenfließen zweier Flüsse beziehungsweise beim Einmünden eines Nebenflusses in einen Hauptfluß ebenfalls über ein Einlaufbauwerk zusammengeführt werden können. Quasi von den Quellen bis zum Meer können so alle Flüsse eines Flußsystems zur Wasserkrafterzeugung herangezogen werden, das heißt, nahezu der gesamte Höhenunterschied zwischen Quelle und Meer und nahezu die gesamte Wassermenge des Flußsystems werden für die Energieerzeugung nutzbar.

Bei jeder Einmündung eines Nebenflusses kann ein eigenes Einlaufbauwerk vorgesehen sein, in welchem die Triebwasser mengen aus höheren Wasserkraftanlagen des Hauptflusses und des Nebenflusses zusammengefaßt werden. Es ist aber auch mög lich, die Wasserzuleitungen verschiedener Wasserkraftanlagen aufeinandertreffender Flüsse abschnittsweise parallel zuein ander vorzusehen und diese dann erst nach einer bestimmten Strecke zusammenzuführen.

Außerdem können auch über längere Strecken und insbesondere auch über mehrere Stufen zueinander parallele Wasserzulei tungen vorgesehen sein, die verschiedenen Wasserkraftanlagen zugeordnet sind, um bei Auftreten einer großen Überschußwas sermenge, insbesondere bei einem Hochwasser, zusätzliche Was serkraftanlagen zu aktivieren. Auf diese Weise können Über schwemmungen vermieden werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Was serkraftanlagen mit Steuermitteln zur Steuerung der Turbinen in Abhängigkeit von der zugeführten Wassermenge versehen. Auch auf diese Weise kann wechselnden Wassermengen Rechnung getragen werden. Bevorzugt sind zur Steuerung Sensoren für die zugeführte Wassermenge und Schieber vorgesehen, wobei die Sensoren insbesondere im Bereich des Einlaufbauwerks angeordnet und als Niveauregler ausgebildet sind. Die Schieber befinden sich an der Turbinendruckleitung und verän dern deren Austrittsquerschnitt an der Turbine und ermögli chen somit, daß der Druck in der als Turbinendruckleitung dienenden Wasserzuleitung konstant gehalten wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die auch un abhängig beansprucht wird, ist vor der Einlaßöffnung des Einlaufbauwerks eine Einlaßschütze mit horizontalen Streben und einem Rechen vorgesehen, wobei der Rechen in Art eines vertikalen Förderbandes mit abstehenden Zinken ausgebildet ist, die sich zwischen den horizontalen Streben der Einlaß schütze hindurch erstrecken. Anders als bei bekannten Einlaß schützen werden also die aus dem Fließwasser abgefangenen Gegenstände nicht herausgehoben, sondern stromabwärts geför dert, so daß eine Entsorgung entfallen kann. Die Gegenstände können statt dessen auf natürliche Weise abgelagert werden, wenn sie sich nicht ohnehin im Flußwasser auflösen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen, je weils in schematischer Darstellung,

Fig. 1 ein Fließgewässer mit einer erfindungsge mäßen Wasserkraftanlage,

Fig. 2 ein Flußsystem mit einem Netzwerk aus erfin dungsgemäßen Wasserkraftanlagen und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Einlaßschütze mit Rechen in Vorderansicht (a) und Draufsicht.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Fließgewässers 1, wel ches in Richtung des Pfeiles 2 strömt. Zwischen den Punkten A und B des Fließgewässers 1 ist eine erfindungsgemäße Was serkraftanlage angeordnet.

Die erfindungsgemäße Wasserkraftanlage umfaßt am Punkt A ein Einlaufbauwerk 3 und stromabwärts hierzu am Punkt B ein Kraftwerk 4 mit im einzelnen nicht dargestellter Wasserturbi ne und ebenfalls nicht dargestelltem Generator zur Energie erzeugung. Zwischen Einlaufbauwerk 3 und Kraftwerk 4 ist eine Wasserzuleitung 5 vorgesehen, die als Turbinendruck leitung ausgebildet ist, also direkt bei der Wasserturbine mündet. Schließlich weist die erfindungsgemäße Wasserkraft anlage eine Wasserableitung 6 auf.

Über eine Einlaßöffnung 7 des Einlaufbauwerks 3 wird aus dem Fließgewässer 1 eine bestimmte Wassermenge entnommen und der Wasserzuleitung 5 zugeführt. Die entnommene Wassermenge rich tet sich nach der maximal zulässigen entnehmbaren Wasser menge, die als Überschußwassermenge bezeichnet wird. In der Wasserzuleitung 5 strömt das Überschußwasser vom Einlaufbau werk 3 zum Kraftwerk 4, überwindet also denselben Höhenunter schied wie das Fließgewässer 1 zwischen den Punkten A und B, wobei die gesamte Wasserzuleitung 5 zwischen den Punkten A und B als Turbinendruckleitung dient. Die damit erzeugbare Energiemenge ergibt sich demnach aus der entnommenen Über schußwassermenge und dem genannten Höhenunterschied, wobei die Energieerzeugung in an sich bekannter Weise im Kraftwerk 4 mittels einer oder mehrerer Wasserturbinen und eines oder mehrerer Generatoren erfolgt.

Die Wasserzuleitung 5 ist bevorzugt unterirdisch verlegt, so daß keine Veränderung der Landschaft erforderlich ist. Eben so können Einlaufbauwerk 3 und Kraftwerk 4 unter der Erde an geordnet sein, so daß insgesamt überhaupt keine Landschafts veränderung gegeben ist. Die Rückführung des Überschuß wassers über die Wasserableitung 6 kann anstatt in das Fließ gewässer 1 auch in eine weitere, tiefere Wasserkraftanlage über deren Einlaufbauwerk 103 erfolgen, wobei dann, wie in Fig. 1 unterhalb des Punktes B dargestellt, das Einlauf bauwerk 103 eine zusätzliche Einlaßöffnung 108 aufweist. In diesem Fall kann die Wasserableitung 6 auch entfallen, so daß das Kraftwerk 4 und das Einlaufbauwerk 103 der nachfol genden Stufe zu einem Bauwerk verschmelzen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung einer Vielzahl von erfindungsge mäßen Wasserkraftanlagen mit Einlaufbauwerk 3, Kraftwerk 4 und Wasserzuleitung 5 in einem Flußsystem. Wie dargestellt, können nicht nur am Hauptfluß 1 sondern auch an allen Neben flüssen 9 erfindungsgemäße Wasserkraftanlagen vorhanden sein. An den Stellen des Zusammenflusses von Haupt- und Nebenfluß sind dann bevorzugt jeweils Einlaufbauwerke 3 angeordnet, um die Triebwassermengen der höheren Wasserkraft anlagen zusammenzufassen und in das Einlaufbauwerk 3 der nachfolgenden tieferen Wasserkraftanlage zu leiten. Auf diese Weise kann die gesamte anfallende Überschußwassermenge des Flußsystems 1, 9 zwischen den Quellen 10 und dem Meer 11 zur Energieerzeugung ausgenutzt werden.

Wie dargestellt, können die Wasserzuleitungen 5 der Wasser kraftanlagen auch teilweise parallel zueinander geführt sein, um immer dort ein Einlaufbauwerk 3 anordnen zu können, wo eine ausreichende Überschußwassermenge vorhanden ist. Zudem kann durch zwei oder mehr parallel angeordnete Wasser zuleitungen 5 verschiedener Wasserkraftanlagen auf einen unterschiedlichen Anfall von Überschußwasser reagiert wer den, wie er insbesondere bei starken Regenfällen auftritt. Auf diese Weise können Überschwemmungen verhindert werden.

Wie ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist, können die Wasser kraftanlagen auch so angeordnet sein, daß Flußbiegungen abgeschnitten werden. Die Wasserzuleitungen 5 verlaufen in diesen Fällen dann also nicht längs des Flußlaufes sondern entlang der kürzesten Strecke zwischen Einlaufbauwerk 3 und dem stromabwärts am Fluß 1, 9 gelegenen Kraftwerk 4.

Fig. 3 zeigt eine Einlaßschütze 12 mit horizontalen Streben 13, wie sie vor den Einlaßöffnungen 7, 107 der erfindungs gemäßen Einlaufbauwerke 3, 103 angeordnet werden kann. Die Einlaßschütze 12 ist mit einem Rechen 14 versehen, der in Art eines vertikal angeordneten Förderbandes 15 mit abstehen den Zinken 16 ausgebildet ist, die sich zwischen den horizon talen Streben 13 der Einlaßschütze 12 hindurch erstrecken. Durch das Förderband 15 können von der Einlaßschütze 12 abgefangene Gegenstände in das Fließgewässer 1 zurückbe fördert werden, indem das Förderband 15 entsprechend der Strömungsrichtung angetrieben wird.

Bezugszeichenliste

1 Fließgewässer
2 Fließrichtung
3, 103 Einlaufbauwerk
4 Kraftwerk
5, 105 Wasserzuleitung
6 Wasserableitung
7, 107 Einlaßöffnung
108 zusätzliche Einlaßöffnung
9 Nebenfluß
10 Quelle
11 Meer
12 Einlaßschütze
13 horizontale Strebe
14 Rechen
15 Förderband
16 Rechenzinken

Claims

1. System zur Wasserkrafterzeugung aus Fließwasser mittels Wasserturbinen, die über eine Turbinendruckleitung ge speist werden und einen Generator antreiben, mit minde stens einer Wasserkraftanlage mit einem Einlaufbauwerk zur Entnahme eines Teils des Fließwassers aus einem Fließwasserstrom, mit einem stromabwärts und entfernt vom Einlaufbauwerk angeordneten, die Wasserturbine und den Generator umfassenden Kraftwerk und einer parallel zum verbleibenden Fließwasserstrom verlaufenden, aus einer Wasserzuleitung zum Kraftwerk und einer Wasser ableitung vom Kraftwerk bestehenden Triebwasserleitung, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte Wasserzuleitung (5) zwi schen Einlaufbauwerk (3) und Wasserturbine im Kraftwerk (4) als Turbinendruckleitung ausgebildet ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wasserzuleitung (5) unterirdisch verlegte Rohre vorgesehen sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuleitung (5) zumindest abschnittsweise längs des Fließwasserstroms (1) geführt ist.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuleitung (5) zumindest teilweise bei Bie gungen des Fließwasserstroms (1) ohne entsprechende Biegung ausgeführt ist.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Wasserkraftanlagen stufenartig hin tereinander angeordnet sind.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserableitung (6) der höher gelegenen Stufe über das Einlaufbauwerk (103) der tieferen Stufe in deren Wasserzuleitung (105) mündet.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Einlaufbauwerk (3, 103) weiteres Wasser aus dem Fließwasserstrom (1) zuführbar ist.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Wasserkraftanlagen längs eines Flußsystems (1, 9) angeordnet sind.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Stelle des Flußsystems (1, 9), an der eine ausreichende entnehmbare Wassermenge vorhanden ist, ein Einlaufbauwerk (3) einer Wasserkraftanlage vorgesehen ist.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuleitungen (5) verschiedener Wasserkraft anlagen zumindest teilweise parallel zueinander ver laufen.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel vorhanden sind zur Steuerung der Turbi nen in Abhängigkeit von der zugeführten Wassermenge.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Sensoren für die zugeführte Wasser menge und Schieber zur Veränderung des Austrittsquer schnitts der Wasserzuleitung (5) an der Wasserturbine umfassen.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren im Bereich des Einlaufbauwerkes (3) an geordnet sind.

14. System zur Wasserkrafterzeugung aus Fließwasser mit einer ein Einlaufbauwerk zur Entnahme eines Teils des Fließwassers aus dem Fließwasserstrom aufweisenden Wasserkraftanlage und mit einer mit einem Rechen ver sehenen Einlaßschütze vor der Einlaßöffnung des Einlauf bauwerkes, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßschütze (12) horizontale Streben (13) aufweist und daß der Rechen (13) zur Rückführung von abgefangenen Gegenständen in den Fließwasserstrom (1) in Art eines vertikal angeordneten Förderbandes (15) ausge bildet ist, welches auf der der Einlaßöffnung (7, 107) zugewandten Seite der Einlaßschütze (12) angeordnet und mit abstehenden Zinken (16) versehen ist, die sich zwischen den horizontal verlaufenden Streben (13) der Einlaßschütze (12) hindurch erstrecken.