-
Eine
weitere Entwicklung der Erfindung Meerwasserkraftanlage – bekannt
aus der Offenlegungsschrift
DE 10 352 919 A1 .
-
Eine
ideale Energiequelle muss unerschöpflich, umweltverträglich, vielerorts
verfügbar
und kostengünstig
sein. Wasser zählt
zu den umweltfreundlichen, ständig
erneuerbaren Energieressourcen (J. Giesecke und E. Mosonyi – Wasserkraftanlagen).
-
Die
Erfindung Meerwasserkraftanlage verwendet das Meerwasser unendlich,
dasselbe in dem sie es zu einer einfachen Bewegung vom „Meer aufs Land,
vom Land aufs – (Goethe – Faust,
Erster Teil) zu fließen
zwingt als eine unendliche Form der Sonnenenergie, die sich mit
anderen Mitteln zu Strom verwandelt – frei nach Clauswitz.
-
Die
Erfindung Meerwasserkraftanlage nutzt, um Energie zu erzeugen, die „potentielle
Energie eines Speichervolumens",
in diesem Fall das Meer oder das Ozeanwasser nach dem Prinzip der
Energieumwandlung in einer geschlossenen Leitung – Meerwasserzuleitung – Festland – Ableitung – Meer.
-
Die
Erfindung betrifft die Konstruktion auf dem Meeresboden eines Entnahmebauwerks [1]
mit einem Entnahmeturm [2] und einer Stahlrohrleitung
[3] und auf dem Festland mit Fortführung der
Stahlrohrleitung [3] einem Wasserschluss [4],
einem Krafthaus (5, mit Turbine [6]
und einer Abflussrohrleitung [3] ins Meer.
-
Auf
dem Meeresboden wird ein Entnahmebauwerk [1] mit einem
Entnahmeturm [2] konstruiert und mit einer
Stahlrohrleitung [34] verbunden und
auf das Festland geführt
auf einer Trasse, die das Krafthaus [5] mit den
Turbinen [6] umkreist um an den Behälter [35] angeschlossen zu werden. Aus dem Behälter [35] wird das zusammengeflossene Wasser
aus den Turbinen [6] von einer Abflussrohrleitung
[34] ins Meer getragen.
-
Eine
andere Möglichkeit
wäre, das
freigewordene Wasser der Turbinen (K6) direkt der Stahlrohrleitung
[34] zu übertragen um es ins Meer zu führen.
-
Die
Erfindung erlaubt die Anwendung jedes existierenden Turbinensystems.
Bei Anwendung von PELTON- oder Francis-Turbinen und einer entsprechenden
Fallhöhe
mit angemessenen Durchflussleistungen von 350 bis 400 MW erzeugen
können
vielerorts.
-
20-25
Krafthäuser
mit je zwei bis drei eingebauten vertikalen Pelton-Turbinen errichtet
entlang der Nordsee- und Südseeküsten in
Deutschland können
den ganzen elektrischen Energiebedarf der Bundesrepublik Deutschland
sichern.
-
Natürlich muss
für das
Errichten eines solchen elektrischen Systems eine Vereinbarung zwischen
Politik, Industrie, Gewerkschaft vorausgehen.
-
Medium
Meereswasser – 35
Kg Salz bei 1000 Kg Meerwasser – Alle
zehn Meter Tiefe nimmt der Druck um 1 bar (100KPa) zu.
-
Die
Sichtverhältnisse
unter Wasser sind relativ ungünstig.
Schon in bis 40 Meter Tiefe nimmt es eine blaugraue Färbung an.
Sichtweiten von 6 bis 12 Meter sind im Wasser als optimal zu bezeichnen.
-
Die
Akkustik im Wasser ist gut und bietet wertvolle Hilfe für Sprechfunktionen
bei der Verständigung
und Orientierung in diversen Tiefen.
-
Nach
Helmholtz'schem
Gesetz wird durch Reibung von zwei unterschiedlich dichten Medien
an deren Grenzschicht eine wellenförmige Ausgleichsbewegung geschaffen,
die nach einer gewissen Anfangsphase sinusförmigen Charakter hat. Die Wasserteilchen
beschreiben dabei an Ort und Stelle kreisförmige Bahnen (Orbitalbahnen),
die in der Folge der Reibung zur Tiefe hin immer einen geringeren Durchmesser
haben.
-
Die
Wellenbewegung erlischt nach unten und wird schon bei einer Wassertiefe,
die etwa der halben Wellenlänge
entspricht, nahezu unmerklich (aus Physische Geographie, Teubner
Verlag 1989, D. Kelletat, S. 59 und Gierhoff-Emden 1980, Seite 574) Wellen
mit kleineren und mittleren Höhen < 1 bis 2 mm und
2-4 m sind relativ die häufigsten
Wellenhöhen
der verschiedenen Meere und Ozeane. Wellen mit extremen Größenordnungen über 4 m
oder gar über
6 m gehören
zu den Seltenheiten – nach
Bigelow H. B. und Edmundson W. T.
-
Die
Erfindung Meerwasserkraftanlage wird gebaut im Küstengebiet/Ufer/Schore/Schilfregionen (Terminologie
im Küstengebiet
nach Valentin – 1952, Seite
89), auf dem Meeresboden 25-30 m – nach Wunsch mehr oder weniger
Tiefe unter der Meeresoberfläche.
In dieser Tiefe geht nämlich
die Wellenenergie durch Reibung so weit verloren, dass geomorphologisch
kaum noch Aktivitäten
auf dem küstennahen
Unterwasserhang entfaltet werden. Oder man will eine Tiefe, die
der halben Wellenlänge
an jedem Küstenabschnitt
entspricht. Auf dem Meeresboden werden ein Entnahmebauwerk [1]
mit einem Entnahmeturm [2] fixiert mit einer Stahlrohrleitung
[3] und auf dem Festland mit der Fortführung der
Stahlrohrleitung [3], einem Wasserschluss [4],
einem Krafthaus (5 mit Turbine [6]
und einer Abflussrohrleitung [3] im Meer.
-
Auf
dem Meeresboden wird ein Entnahmebauwerk [1] mit einem
Entnahmeturm [2] und einer Stahlrohrleitung
[34] konstruiert. Die Stahlrohrleitung
[34] wird auf dem Festland fortgeführt als
autonome Stahlrohrleitung [34] auf einer
Trasse, welche das Krafthaus [5] mit den Turbinen
[6] umkreist um an einen Behälter [35]
angeschlossen zu werden. Eine Abflussrohrleitung [34]
wird das übernommene
Wasser aus dem Behälter
[35], vermischt mit dem Wasser der
Stahlrohrleitung [34], ins Meer tragen. Oder
nach Wunsch, des auf dem Meeresboden konstruierte Entnahmebauwerks
[1] mit einem Entnahmeturm [2] und einer
Stahlrohrleitung [34] wird weitergeführt auf
das Festland auf einer Trasse, welche das Krafthaus [5]
mit den Turbinen [6] umkreist um von einer Stahlrohrleitung [3]
das freigewordene Wasser aus der Turbine [6] zu übernehmen
und gemeinsam die Wassermasse der Turbinen [6] und die
Wassermasse der Stahlrohrleitung [34]
ins Meer zu fließen.
-
Das
System Entnahmebauwerk [1] mit Entnahmeturm [2]
hat die Rolle, einen vorprogrammierten Meerwasserdurchfluss hydraulisch günstig zu
einer geschlossenen Stahlrohrleitung [34]
zu leiten und auf eine geforderte Stahlrohrgeschwindigkeit mit einem
entsprechenden Druck zu befördern.
-
Entnahmebauwerk
[1] und Entnahmeturm [2] sind
freistehende, überflutete,
vertikale Konstruktionen im Meer.
-
Das
Entnahmebauwerk [1] ist eine massive Stahlbetonkonstruktion,
geformt aus einem Hohlzylinder [8] und mindestens
zwei runden oder viereckigen, rechteckigen Befestigungsflanschen
[7].
-
Entnahmebauwerk
[1] und Hohlzylinder [8] sowie
Befestigungsflansche [7] bilden eine einzige Stahlbetonkonstruktion.
-
Das
Entnahmebauwerk [1] mit Hohlzylinder [8]
kann ausgebildet werden als Träger des
ersten Stahlrohres oder Stahlrohrleitung [3] oder
Stahlrohrleitung [34].
-
Die
Befestigungsflansche [7] sind mit mindestens vier
Perforationen versehen. Jede Perforation enthält eine Aluminiumbuchse [9] (Buchse aus seewassergeeignetem Aluminium-Werkstoff ALMg
3,5 mm). Durch die Löcher
der Befestigungsflansche [7] mit Aluminiumbuchsen
[9] werden eine Art massive Einschlagboden-Stahlrohrhülse (10 oder Stahlpalisaden [11]
eingeschoben. Die Einschlagboden-Stahlrohrhülsen [10]
und die Stahlrohrpalisaden [11] werden
verzinkt und mit einem seewasserwiderstandsfähigem Kunststoff versehen oder
sie erhalten eine Keramikschutzisolation, verzinken. Kunststoff-
und Keramikisolation dienen zum Schutz vor Korrossion der Stahlhülse [10] und der Stahlpalisaden [11]. Befestigen durch ihr tiefes Eindringen
in den Meeresboden an dem ausgewählten
Platz das Entnahmebauwerk [1].
-
Die
Einschlagbodenhülsen
[10] kann man, nachdem sie das Entnahmebauwerk
[1] am Meeresboden fixiert haben, mit Beton- oder Stahlbeton
füllen.
-
Die
Einschlagbodenhülsen
[10] können in dem Teil, der in den
Meeresboden eindringt, mit einer einfachen Vorrichtung versehen
werden. Im inneren der Einschlagbodenhülse – ein Rohr [10] – werden
zwei Metallhülsen
[14] mit anschraubbaren, zylinderförmigen Stiften
[12] versehen. Die Rohrwände der
Einschlagbodenhülse
[10] werden im Voraus durchlöchert – die Löcher werden
mit einem Kunststoff- oder Aluminiumstöpsel [13] blockiert.
Nachdem die Einschlagbodenhülsen
aus Stahlrohr [10] das Entnahmebauwerk
[1] am Meeresboden befestigt haben, wird in den
Körper der
leeren Einschlagbodenhülse
aus Stahlrohr [10] Beton gegossen.
Erreicht die Betonmasse die inneren Metallhülsen [14]
mit den angeschraubten zylinderförmigen
Stiften [12], so drückt sie
die inneren Metallhülsen
[14] an die Wand der Einschlagbodenhülsen des
Stahlrohres [10].
-
Die
zylinderförmigen
Stifte [12] stossen die Aluminium-
oder Kunststoffstöpsel
[13] heraus und dringen wie Krallen
in den Meeresboden ein und bieten der gesamten Konstruktion mehr
Stabilität.
-
Die
ganze Konstruktion des Entnahmebauwerkes [1] mit Entnahmeturm
[2] mit Befestigungsflansch [7]
werden so konzipiert, dass das Meereswasser die Konstruktion durchfluten kann.
-
Natürlich kann
man zum Befestigen des Entnahmebauwerkes [1] die Methoden
anwenden, die man einsetzt zur Konstruktion und Befestigung von
Bohrinseln, Plattformen mit Bohrturm, Stahltürmen, Hubinseln mit absenkbaren
Beinen, Stahlbetontürme
zur Beförderung
von Erdöl-
und Erdgasvorkommen. Im Laufe der Zeit sind diese Konstruktionen immer
größer geworden
und die Wassertiefe, in denen sie arbeiten, erreichen hinderte von
Metern tiefe und bald werden sie in tausenden von Metern tiefer dringen,
um noch den letzten Tropfen Erdöl
zu fördern.
-
Eine
andere Möglichkeit:
Der Entnahmeturm [2] wir konzipiert in Form eines
Zylinders, ist inkrustiert in das Entnahmebauwerk [1],
enthält
in der Talflanke eine Entnahmekonstruktion [15] als
Kreisrohrkrümmer
und Richtungsänderung
der Strömung
zu Stahlrohrleitung [3]. Eine andere Möglichkeit:
Der Entnahmeturm [2] konzipiert in Form eines
Zylinders ist inkrustiert in das Entnahmebauwerk [1],
enthält
an der Talflanke eine Entnahmekonstruktion [15]
als Kreisrohrkrümmer und
Richtungsänderung
der Strömung
zu einer autonomen Stahlrohrleitung [34].
Die Stahlrohrleitung [3] und die Stahlrohrleitung
[34] werden dem Relief des Meeresgrundes
angepasst und geradlinig oder leicht geneigt zum Festland geführt. Die
Stahlrohrleitung [3] trägt ihr Wasser zum Krafthaus
[5] und Turbinen [6]. Die
Stahlrohrleitung [34] umkreist auf
dem Festland das Krafthaus [5] und Turbinen
[6] um dann auf einer vorprogrammierten Trasse
das freigewordene Meerwasser der Turbinen [6] zu übernehmen und
vermischt mit ihrem Wasser ins Meer zu fließen.
-
Der
Hohlzylinder [8] inkrustiert in das Entnahmebauwerk
[1] und das Stahlrohr [3] befestigt
im Entnahmebauwerk [1] enthalten im Eingangsbereich
eine trichterförmige
Erweiterung.
-
Der
Hohlzylinder [8] inkrustiert in das Entnahmebauwerk
[1] und das Stahlrohr [34]
befestigt im Entnahmebauwerk [1] enthalten
im Eingangsbereich eine trichterförmige Erweiterung. An dem Entnahmebauwerk
[1] mit inkrustiertem Stahlzylinder [8]
oder dem Entnahmebauwerk [1] mit befestigtem
Stahlrohr [3] wird im Eintrittsbereich
der Meerwassermasse ein Rechen [16]
mit Querprofilen zum Schutz der Meerestiere montiert und eventuell
als Absperrung ein Kegelschieber [17].
An dem Entnahmebauwerk [1] mit inkrustiertem Stahlzylinder
[8] oder dem Entnahmebauwerk [1]
mit befestigtem Stahlrohr [34] wir
im Eintrittsbereich der Meereswassermasse ein Rechen [16] mit Querprofilen zum Schutz der Meerestiere
montiert und eventuell als Absperrung ein Kegelschieber [17].
-
Der
Kegelschieber [17] kann auch auf dem
Festland installiert werden gleich nach dem Übergang der Stahlrohrleitung
[3] mit der Stahlrohrleitung [34]
vom Meer auf das Festland.
-
Der
Kegelschieber [17] kann durch Fernbedienung
gesteuert werden. Der Rechen [16]
kann durch Fernbedienung gereinigt werden. Alle Bestandteile der
Meerwasserkraftanlage kann man im Werk im Voraus produzieren und
auf dem Meeresboden mit Hilfe eines Meereskranes an den gewünschten
Platz im Meer fixieren.
-
Das
Meereswasser dringt in die im Entnahmebauwerk [1]
befestigten Stahlrohre (3 oder 34)
oder in den Stahlzylinder [8] ein und
wird weitergeleitet an das Stahlrohrleitungssystem [3]
und an das hydraulische System der Stahlrohrleitung [34].
-
Stahlrohrteile
[3] können
miteinander verbunden werden durch Flansche [18]
oder durch Muffen [19]. Stahlrohrteile
[34] können miteinander verbunden
werden durch Flansche [18] oder durch
Muffen [19]. Die so nach Bedarf verbundenen
Stahlrohre [3] bilden zusammen zwischen
dem Entnahmebauwerk [1] und Krafthaus [5]
eine aufgeschlossene Stahlrohrleitung [3] oder
nach Wunsch eine geschlossene Stahlrohrleitung. Belüftungsmöglichkeiten
durch ein klein dimensioniertes Betonrohr [20],
das eine direkte Verbindung zwischen dem Entnahmebauwerk [1]
und auf dem Festland errichtete Kompressoranlage [21].
-
oder
durch eine Bojenstation [22], die durch
Ankerseile und Anker am Meeresboden fixiert und durch einen Schlauch
die Luft von der Meeresoberfläche
zum Entnahmebauwerk [1] transportiert. Bei Wasserkraftanlagen
kommen wegen der guten Montagemöglichkeiten
und der hohen Zuverlässigkeit
meistens Stahlrohrleitungen zur Ausführung. Verwendet werden hochfeste
Feinkornstähle
und thermisch vergütete,
schweißbare
Stähle.
Die Feinkornstähle
sind gut schweißbar,
herbzäh
und sprödebruchsicher.
Durch die Feinkornqualität
ist eine ausreichende Alterungsbeständigkeit auch bei tieferen Temperaturen
gewährleistet
(aus J. Giesecke und E. Mosonyi, Wasserkraftanlagen, Seite 171).
In ihrer ersten Phase folgen die Stahlrohre [3] und Stahlrohre
[34] vom Meer aufs Land geradlinig
oder leicht geneigt auf dem Meeresboden, auf Stahlbetonboden (Pfeiler),
zusammen gestellt aus den Komponenten (25, 26, 33).
Die Pfeiler [25] werden nach Bedarf
dimensioniert.
-
Der
Abstand zwischen dem Entnahmebauwerk [1] und Festland
muss minimum 40-50 m sein, kann sich aber auch kilometerweit ausdehnen, wie
auf den gezeitenbeeinflussten Küsten.
-
Durchschnittliche
Nutzungsdauer von Anlagenteilen bei Wasserkraftanlagen: Krafthaus
im Tiefbau – 80
bis 100 Jahre.
Maschinenausrüstung, Turbinen, Kegelschieber, Schutz
usw. 30 bis 60 Jahre.
Elektrische Ausrüstung – Generatoren, Transformatoren,
Hochspannungsausrüstung
usw. 30 bis 50 Jahre.
(aus Leitlinien zur Durchführung von
Kosten-Vergleichsrechnungen, 5. Auflage München 1994).
-
Sehr
wichtig ist es, die Metallteile vor Korrosion zu schützen. Jedes
Mittel zum Korrosionsschutz ist geeignet, sei es die aktiven Korrosionsschutzmaßnahmen
oder die passiven Korrosionsschutzmaßnahmen müssen angewendet werden, um
Stillstandszeiten in Folge der Auswechslung diverser korrodierten
Metallteile der Wasserkraftanlage zu vermeiden. Eine Möglichkeit
wäre die
Stahlrohre [3] und die Stahlrohre [34] vor dem Seewasser zu isolieren, denn
nur einen totale Isolierung ist ein totaler Schutz.
-
Jedes
Stahlrohr [3 und 34]
wird umhüllt durch
einen Mantel [22] aus Aluminium, seewassergeeignetes
Aluminium – Knetlegierung
ALMg 3,5mm oder einem Mantel aus Beton [22].
Die Stahlrohre [3 und 34]
sind der Länge
nach im Außenteil
mit mehreren Metallringen und Kugellagern oder Rollen [23] versehen. Der Mantel [22]
aus Aluminium oder Beton wird mit Hilfe der Metallringe [23] über
die Stahlrohre [3 und 34]
gezogen.
-
Der
Mantel [22] erhält im Außenteil der Länge nach
mehrere Behälter
[24] aus Aluminium oder Beton. Zwischen
dem Stahlrohr [3] und Stahlrohr [34] und dem Mantel [24]
entsteht ein leerer Raum.
-
Der
Behälter
[24] kommuniziert mit dem Innenraum
der Stahlrohre [3 und 34]
und Mantel [22]. Stahlrohre [3 und 34], Mantel [22] und
Behälter
[17] werden im Werk vorgefertigt. Man
nimmt an, die Länge
eines Stahlrohres wäre
ca. 6-8m.
-
Stahlrohr
[3], Mantel [22],
Ringe [23], Behälter [24]
bilden eine kompakte Einheit. Stahlrohr [34],
Mantel [22], Ringe [23],
Behälter
[24] bilden eine kompakte Einheit.
-
Der
Raum zwischen dem Stahlrohr [3] und dem
Stahlrohr [34] wird mit Öl gefüllt. Die Rolle
dieser Vorrichtung – billig
und effizient ist die Außenseite
aus Metall der Stahlrohrleitungen [3 und 34] vor Korrosion zu schützen. Außerdem übernimmt
die fluide Masse des Öls
alle Normalkräfte
in Rohrrichtung, Hauptspannungen, Ringspannungen, Radialspannungen,
Temperaturbelastungen sowie den schwankenden Innendruck, der bei
Druckstößen auftritt,
treibt ein Teil der Ölmasse
in den Behälter [24]. Bei Senkung gewisser Spannungswerte zieht
sich das Öl
aus dem Behälter
[24] wieder in den Raum zwischen Stahlrohr
[3] und Stahlrohr [34]
und Mantel [22].
-
Bei
der Befestigung der Stahlrohrleitung [3 und 34] am Meeresboden müssen die spezifischen morphologischen
Probleme des Küstenabschnittes,
wo die Stahlrohrleitung [3 und 34]
gelegt wird, analysiert und entsprechend gehandelt werden. Denn
in der Wassertiefe wo das Entnahmebauwerk [1] mit der
Stahlrohrleitung (3 oder 34)
verbunden wird, ist die Wellenbewegung nahezu unmerklich oder sogar
erloschen. Je näher
man an das Festland herankommt, desto mehr sinkt die Wassertiefe,
sodass Wellen und Brandung eine sehr aktive Wirkung auf den festlandnahen
Meeresboden ausüben.
Dazu kommen in gewissen Regionen die unter Minus herrschenden Temperaturen
im Winter.
-
Um
die Stabilität
der Stahlrohrleitung am Meeresboden zu sichern, muss die Trasse
zwischen dem Entnahmebauwerk [1] und Festland
in zwei Abschnitte eingeteilt werden.
a) Der erste Teil zwischen
dem Entnahmebauwerk [1] und einer relativ ruhigen
Tiefe und b) wo Tidenhub und Brandung negative Auswirkungen auf die
Stabilität
der Stahlrohrleitung [3 und 34]
haben könnten.
-
Der
zweite Teil beginnt von dieser schwierigen Linie wo Tidenhub, Brandung
aktiv werden und Minustemperaturen eintreten und Festland. Die Stahlrohrleitung
[3] oder Stahlrohrleitung [34]
kann in mehreren Arten am Meeresboden befestigt werden, z. B.
- 1. Die Stahlrohrleitung [3]
oder die Stahlrohrleitung [34] werden
zwischen dem Meeresboden eingeerdet geradlinig oder leicht geneigt.
- 2. Die Stahlrohrleitung [3] oder
die Stahlrohrleitung [34] wird zwischen
dem Entnahmebauwerk [1] und Festland auf Stahl- oder Stahlbetonpfeiler
(25 und 26)
gelegt und zusammen eingeerdet.
- 3. Die Stahlrohrleitung [3] oder
der Stahlrohrleitung [34] wird zwischen
dem Entnahmebauwerk [1] zum Festland auf dem ersten
Teil der Strecke mit Stahl- oder
Stahlbetonpfeiler (25 und 26) auf dem Meeresboden fixiert und auf
dem zweiten Teil der Strecke zum Festland eingeerdet.
-
Nachdem
die Stahlrohrleitung [3] und Stahlrohrleitung [34] das Meereswasser auf das Festland
gebracht haben, beginnt für
das Element Wasser die zweite Phase „ vom Land auf das Meer". Entsprechend der
Topographie des Geländes,
das meist flach ist und den genauen Bodenuntersuchungen und entsprechend
der Rolle, die jede Stahlrohrleitung (3 oder 34) im hydroenergetischen System einnimmt.
Die Stahlrohrleitung [34] trägt das übernommene
Meerwasser mit dem entsprechenden Druck auf einer Trasse, die das
Krafthaus [5] mit Turbinen [6]
umkreist, um das freigewordene Wasser aus den Turbinen [6]
von einem Segment der Stahlrohrleitung [3] zu übernehmen
und gemeinsam mit dem Wasser welches die Stahlrohrleitung [34] trägt,
ins Meer zu fließen.
Oder die Stahlrohrleitung [34] nachdem
sie das Krafthaus [5] mit den Turbinen [6]
umkreist hat und die Stahlrohrleitung [34]
an den Behälter
[35] angeschlossen.
-
Der
Behälter
[35] dient für eine kurze Zeit als Sammelbecken
der Meerwassermasse, die von den Turbinen [6] freigeworden
ist und durch ein Stahlrohrleitungssegment [3] den Behälter [35] übertragen
hat.
-
Die
Wassermasse der Stahlrohrleitung [34]
vermischt sich mit den Wassermassen des Behälters [35]
um gemeinsam durch ein Segment der Stahlrohrleitung [34] ins Meer zu fließen. Die Stahlrohrleitung [34] und das Meerwasser, das sie mit sich
trägt,
nimmt nicht direkt teil am Prozess der Stromerzeugung. Die Stahlrohrleitung [34] und das Meerwasser welches sie mit
sich trägt,
hat die Rolle eines Wasser-Fließbandes,
welches das freigewordene Wasser aus den Turbinen [6]
ins Meer führ.
-
Die
Stahlrohrleitung [3] arbeitet im Tandem mit der
Stahlrohrleitung [34]. Das Meerwasser,
der Stahlrohrleitung [34], dient exklusiv
als Wasser-Fließband
einer vorprogrammierten geringeren Meerwassermasse mit geringerem
Druck, der Stahlrohrleitung [3], die
das Meerwasser zum Krafthaus [5] und Turbinen
[6] transportiert hat und das nachdem verlassen
der Turbinen [6] in den Behälter [35] fällt.
-
Der
größte Teil
der Energie, den die Stahlrohrleitung [34]
benötigt,
um die vorgesehene geneigte Trasse zu durchlaufen und in einem vorprogrammierten
Punkt die freigewordene Wassermasse der Turbinen [6]
zu übernehmen,
erhält
sie aus dem Meer, aus dem Verhältnis
Meerestiefe und Meeresdruck (10m Tiefe = 1 Bar). Das Entnahmebauwerk [1]
mit Entnahmeturm [2] und Stahlrohrleitung [34] muss auf dem Meeresboden in einer Tiefe
konstruiert werden, dass der existierende Meerestiefendruck der
Stahlrohrleitung [34] es erlaubt,
die vorgesehene Trasse zu durchfliesen, um das Meerwasser, das von
den Turbinen [6] freigeworden ist zu übernehmen
und es auf einer geneigten Strecke ins Meer zu bringen.
-
Die
Stahlrohrleitung [34], wird auf dem Meeresboden,
so gebaut, dass sie immer geradlinig oder geneigt aktiv wirken kann.
Geneigt oder geradlinig vom Meer aufs Festland und geneigt vom Festland
ins Meer.
-
Die
Stahlrohrleitung [3 und 34],
kann auch andere geometrische Formen annehmen und auch aus anderen
Materialien gebaut werden, wenn sie dem Zweck entsprechen.
-
Als
Voraussetzung für
eine standgerechte und risikolose, auf dem Festland weiterführende Stahlrohrleitung
[3 und 34] kann die
aus dem Meer überflutete
Stahlrohrleitung [3 und 34]
einfach auf die Erdoberfläche
mit Hilfe der Stahl- oder Stahlbetonpfeiler (25 und 26) befestigt werden oder eingeerdet in
Graben mit parallelen Wänden
oder gelegt in die durch Tunnel Bohrmaschinen im Vollschnittverfahren
realisierten Kreisprofile im horizontalen Stollen und dann in vertikale
oder geneigte Schächte.
-
Am
effizientesten wäre
bei einer Meerwasserkraftanlage die horizontale Weiterführung auf
dem Festland der Stahlrohrleitungen auf einer Strecke von 8 bis
10 km und dann die Stahlrohrleitung [3] mit einer
4 bis 5 km langen geneigten, als Schacht konzipierten Stahlrohrleitung
[3] zu verbinden. Am Übergang von der horizontalen
Stahlrohrleitung (3) wird ein Wasserschloss [27] eingeschaltet. Das Wasser der Stahlrohrleitung
[3] wird vor dem Krafthaus [5] übertragen
in Verteilungsrohrleitungen entsprechend der montierten Turbinenzahl. Geeignet
wären vertikale
Pelton-Turbinen. In den Verteilungsrohrleitungen werden vor den
Turbinen Verschlussorgane angeordnet, da der Fließquerschnitt
nur vollständig
zu öffnen
oder zu schließen
ist, eignet sich am besten der Kugelschieber (ist auch billiger
als die Drosselklappe, die eventuell auch eingesetzt werden könnte). Die
angegebenen Trassen von 8 bis 10 km und 4 bis 5 km langen Schacht
haben einen unverbindlichen Charakter.
-
Wenn
es sich um große
Wasserkraftanlagen handelt mit einer vorprogrammierten Energieleistung von
350 bis 400 MW pro Pelton-Turbine werden die Verteilungsrohre getrennt
und die Verschlüsse
auch getrennt in separate Abteilungen vor dem Turbinenraum montiert.
-
Eine
zweite Möglichkeit
wäre die
Stahlrohrleitung [3] mit dem geführten Meereswasser
eines am Festland errichteten Einlaufbauwerkes mit Einlaufbecken
zu übertragen.
Indem das Einlaufbecken die Aufgabe hat, das in der Rohrleitung herangeführte Wasser
mit einem geeigneten Übergang gleichmäßig verteilt
in die zum Krafthaus führende Rohrleitung
zu leiten. Gleichzeitig fällt
diesem Ausgleichsbecken die Dämpfung
von Durchflussschwankungen bei kurzfristigem Lastwechsel der Turbine
zu. Bei größer dimensionierten
Einlaufbecken können diese
sogar die Rolle eines Tagesspeichers übernehmen. Ebenso stellt die
Verhinderung eines unkontrollierten Lufteintrags durch eine ausreichende
Einlaufüberdeckungshöhe eine
wichtige Aufgabe dar. Des Weiteren muss für die Ableitung von überflüssigem Wasser
ein selbständig
regelndes Entlastungsbauwerk vorgesehen werden, wo in der Regel
ein Streichwehr oder ein Heber mit anschließendem Tosbecken zur Energievernichtung
und einem Entlastungskanal angeordnet werden. Am Ende des Einlaufbeckens
wird vor dem eigentlichen Übergangsbereich
stets ein Feinrechen zum Schutz der Druckrohrleitung sowie der Maschinensätze vor
Treibgut sowie gleichzeitig zur Unfallverhütung eingebaut. Des Weiteren
befindet sich dort ein Verschlussorgan, meist in Form eines Schutzes.
Darüber
hinaus ein Geschiebespülkanal
zum Abzug, der sich im Einlaufbecken in Folge der Strömungsberuhigung
absetzenden Sedimente vorgesehen werden (aus Wasserkraftanlagen – J. Giesecke
und E. Mosonyi, Seite 158).
-
Das
Krafthaus [5] der Meerwasserkraftanlage
ist eine unter der Erde ausgeführte
Bauarbeit in dem theoretisch und praktisch alle Turbinentypen angeordnet
werden können.
Natürlich
kann das Krafthaus [5] auch auf Erde gebaut werden.
Das Krafthaus [5] kann konzipiert werden als
ein mehretagiges Gebäude
in dem Turbinen [6], Welle [28],
Generator [33], Kran [29] gruppiert
in dem tiefsten Raum des Gebäudes
installiert werden.
-
Nach
der Position der Turbine [6] richtet sich
die Anordnung und Höhenlage
von Einlaufschacht bzw. Einlaufspirale zur Wasserführung sowie der
Unterwasserschacht bzw. Saugrohr zur Wasserableitung sowie Verschluss
und Regelorgane und dann in separaten Etagen des gleichen Gebäudes durch
Kabelschacht und Kabeltrasse verbunden die elektrotechnischen Ausrüstungen
und durch höher installierte
Regelung-Leichtlauftechnik
mit Fernwirkungseinrichtung mit Befehlsautomatik, Rückmeldebild,
Zähler,
Messung- und Gefahrmeldung.
-
Transformatoren
[30] und Hochspannungsschachtanlagen
[31] können auch im Freien aufgestellt
werden. Als Variante: Die Mechanik zusammengesetzt aus Absperrorgane,
Turbine, Saugrohr, Auslaufbauwerk, als eine Einheit konzipiert und in
einer Stahlbetonkonstruktion [32]
(eine Art Stahlbetonbunker) durch Kabeltrasse und Kabelschacht-/Stollen
oder Schächte
verbunden mit im Werk, im Voraus gebauten, elektrische Ausrüstungskammer
und im Werk im Voraus gebaute Regel- und Leittechnik und Rückmeldebild,
Zähler,
Messung, Gefahrenkammern. Transformatoren und Hochspannungsschaltanlagen-Kammern.
-
Die
Errichtung dieser separaten Kammern verteilt auf der Erdoberfläche oder
separat errichtet im inneren der Erde als eine „Art Satelliten" der Stahlbetonkonstruktion
[32] schaffen andere „Spannungsermittlung" in Folge reduzierten äußeren Lasten
und natürlich
andere Spannungsverteilung im Untergrund wie bei suplimentären Bauwerkslasten des „Stockwerkes".
-
In
beiden Fällen
muss eine genaue Erfassung der statischen, dynamischen sowie hydraulischen
Belastung des Baues und der Maschinen eine überwiegende Rolle einnehmen.
Nachdem die Stahlrohrleitung [3] das Meerwasser
im Krafthaus [5] durch Absperr- und die anderen
notwendigen Maschinen: Turbinen [6], Generatoren
[23] sowie hydraulische und elektrische
Anlagen durchquert und die elektrischen Geräte die Energie des Wassers
in Strom umgewandelt hat, die Transformatoren [30]
und Schaltanlagen [31] auf die notwendige
Netzspannung gebracht wurde, kann der erzeugte Strom dem Verbraucher übertragen
werden.
-
Sehr
wichtig bei Anwendung des Meerwassers zum Stromerzeugen ist oftmals
eine Zwischendecke bzw. wand zum Schutz vor aus der Decke bzw. Wände austretenden
Sickerwasser sowie sich bildenden Schwitzwasser notwendig. Zur Unterbindung von
Schwitzwasser wird die erwärmte
Abluft bevorzugt durch diese Zwischenräume geführt, während für das Sickerwasser entsprechende
Sammelrinnen und -systeme mit Meßeinrichtungen zur Beobachtung
vorgesehen werden müssen.
Dabei kann das Wasser unter Umständen
durch gelöste
Mineralien und Schadstoffe etc. äußerst aggressiv
sein und spezielle Abdichtungsmaterialien notwendig machen (J. Giesecke,
E. Mosonyi – Wasserkraftanlagen,
Seite 410).
-
Sehr
wichtig für
das optimale Funktionieren der Meerwasserkraftanlage ist eine gute
Klimatisierung des Ganzen durch Belüftung, Beheizung oder Kühlung und
die Erhaltung eine konstanten Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit.
-
Weil
das Krafthaus [5] in die Erde eingebaut werden
kann, ist seine Einbindung in die Landschaft und die Lärmemission
schon im Voraus gelöst.
-
Entsprechend
der Betriebsweise der Turbinen (Gleichdruckturbinen und Überdruckturbinen) werden
Saugrohr bzw. Saugschlauch angepasst. Saugrohr bzw. Saugschlauch
sind Teil der Turbinen.
-
Die
effizienteste Turbine für
die Meerwasserkraftanlage ist die Peltonturbine mit vertikaler Wellenausrichtung
in Anlagen mit großer
Fallhöhe
und hohem Durchfluss; mit einer Leistung von 300-400 MW je Peltonturbine.
Nach dem Verlassen der Schaufelbecher fällt das Wasser frei in das
Unterwasser. Bei Peltonturbinen [6] ist es
von Bedeutung, um Kavitationsschaden zu vermeiden, eine optimale
Tieflagerung und eine korrekte Belüftung der Turbinen gewährleistet
wird.
-
Das
Laufrad der Turbinen darf nicht im Unterwasser waten, es muss ein
Abstand zwischen dem Laufrad und Unterwasserstand erhalten bleiben. Durch
die Übernahme
des aus dem Schaufelbecher des Laufrades gefallenen Meereswassers
ins Unterwasser beginnt der Abfluss zum Meer.
- 1.
Direkt durch die Stahlrohrleitung [3].
- 2. Durch Betonstollen/Stahlbetonstollen geradlinig oder geneigt.
- 3. Wenn die Energie des Wassers nach dem Verarbeiten durch die
Turbinen [6] nicht mehr ausreicht, ins
Meer zu fließen,
dann kann man die Wassermasse der Stahlrohrleitungsstollen [3]
weiter ins Meer führen
mit Hilfe von Pumpen [36], angetrieben
mit dem billigen Strom, der kurzzeitig zur Verfügung steht, zu verschiedenen
Tageszeiten, der so genannte billigere Strompreis der Pumpspeicherwerke.
Man kann heute davon ausgehen, dass im bundesdeutschen Stromnetz
die Einsatzzeiten für
Pumpen und Turbinen von Pumpspeicherwerken etwa 4-5 Stunden pro
Tag und Nacht liegen oder Tag und Nacht ins Meer führen mit
Hilfe von Pumpen [36], angetrieben
mit dem noch billigeren Strom (20-25 KW = 1 Cent) der Meerwasserkraftanlage.
- 4. Oder das freigewordene Wasser der Turbinen [6]
wird ins Meer geführt
durch das Wasser-Fließband
der Stahlrohrleitung [34].
-
In
Ländern,
wo das Trinkwasser für
Mensch, Tier und Pflanzen knapp ist, kann ein Teil des Meerwassers,
das ins Meer zurückgeführt wird,
mit Hilfe des sehr billig erzeugten Stromes der Meerwasserkraftanlage
(prognostizierter Preis 20-25 KW = 1 Cent) entsalzt werden und als
Trinkwasser sowie in Bewässerungsanlagen
seine lebenswichtige Rolle weiterführen.
-
Eine
andere Möglichkeit
Energie mit Hilfe der Meerwasserkraftanlage zu erzeugen in Gebieten,
wo das Meeresufer felsig und steil ist, wäre das Entnahmebauwerk [1]
und Entnahmeturm [2] und die Stahlrohrleitung
[34] ins Meer zu fixieren.
-
Das
Meerwasser wird von dem Entnahmebauwerk [1], Entnahmeturm
(2 übernommen
und der Stahlrohrleitung [3] übertragen.
Die Stahlrohrleitung [3] führt das übernommene Wasser auf einer
geneigten Trasse zum Krafthaus [5], nachdem
das Wasser die Turbine [6] verarbeitet haben würde, wird
das Meerwasser auf einer relativ kurzen und geneigten Trasse ins
Meer geführt
und der Stahlrohrleitung [34] übertragen.
-
Die
Stahlrohrleitung [34] ist im Meer
gelagert zwischen 2 Meerestiefen einer Meerestiefe, vor der Druck
groß ist
und eine Meerestiefe von der der Druck klein ist. Das Meerwasser,
das von der Turbine [6] durch die Stahlrohrleitung
[3] übernommen
wurde wird der Stahlrohrleitung [34]
im oberen Teil, wo der Druck klein ist, übertragen. Am Eingang des Meerwassers
in die Stahlrohrleitung (34 und am
Ausgang des Meerwassers aus der Stahlrohrleitung [34]
werden ferngesteuerte Absperrorgane [37]
montiert.
-
Wenn
es notwendig ist und wo es notwendig ist, kann man nach Bedarf ebene
oder räumliche
Tosbecken, Sprungschanzen – mit
oder ohne Wasserpolster im Unterwasser, Schwellkammern, Belüftungssysteme,
Absperrungen bauen. Die Vielzahl der Lösungsmöglichkeiten bei meiner Erfindung
bietet für die
Gestaltung der Betriebseinrichtungen erschwert eine Schematisierung
und technische Standardisierung.
-
Erprobte
Systeme können
selten direkt kopiert werden. Vor der Ausführung müssen meist sehr umfangreiche
hydraulische und bautechnische Untersuchungen, Berechnungen, Modellversuche
vorgenommen werden (Wasserkraftanlagen, Seite 157, Prof. Dr. Ing.
Hans Blind, Technische Universität München).
-
Wenn
man die heutigen Energieressourcen analysiert und den steigenden
Energiebedarf der Welt, kann man sich vorstellen, dass die Menschheit auf
einer sinkenden Titanic schwimmt, wo regenerative Energie wie Sonne,
Wind, Biogas, Kohle und Atomenergie als kleine Rettungsboote zum Überleben
auf einer Gnade der Zeit sind. Das einzige was uns bleibt, ist die
reine und unerschöpfliche
Energie des Meerwassers. Wir können
uns von einem kleinen Teil der Meerwasserenergie bedienen. Den anderen Teil
müssen
wir schützen
Tag und Nacht für
die, die nach uns kommen in den nächsten Jahrhunderten!
-
- 1
- Entnahmebauwerk
- 2
- Entnahmeturm
- 3
- Stahlrohrleitung
- 4
- Wasserschloss – ohne Zeichnung
- 5
- Krafthaus – ohne Zeichnung
- 6
- Turbine – ohne Zeichnung
- 7
- Befestigungsflansche
- 8
- Hohlzylinder
- 9
- Aluminiumbüchse – ohne Zeichnung
- 10
- Einschlagbodenhülsen auf
Hohlrohr mit Beton (oder)
- 11
- Stahlpalisaden
- 12
- Stifte
- 13
- Stöpsel
- 14
- Innere
Metallhülse
- 15
- Entnahmekonstruktion – ohne Zeichnung
- 16
- Rechen – ohne Zeichnung
- 17
- Kegelschieber – ohne Zeichnung
- 18
- Flansche – ohne Zeichnung
- 19
- Muffen – ohne Zeichnung
- 20
- Betonrohr-Belüftung – ohne Zeichnung
- 21
- Kompressoranlage
Festland – ohne
Zeichnung
- 22
- Mantel-Aluminium-Beton
- 23
- Metallringe
mit Kugellager oder Rollen
- 24
- Behälter
- 25
- Stahlbeton-Boden
- 26
- Stahlbeton-Boden
- 27
- Generator
- 28
- Welle – ohne Zeichnung
- 29
- Kran – ohne Zeichnung
- 30
- Transformatoren – ohne Zeichnung
- 31
- Hochspannungschaltanlagen – ohne Zeichnung
- 32
- Stahlbetonkonstruktion
als Variante – ohne Zeichnung
- 33
- Stütze – ohne Zeichnung
- 34
- Stahlrohrleitung
- 35
- Behälter
- 36
- Pumpen
- 37
- Absperrorgane – ohne Zeichnung