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Die
Erfindung betrifft ein Unterwasserkraftwerk für ein Fließgewässer
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Unterwasserkraftwerk
umfasst eine Turbine, einen mit der Turbine verbundenen Generator
und einen Schwimmkörper. Die Turbine ist unterhalb des
Schwimmkörpers angeordnet und mit diesem derart verbunden,
dass der Einlauf der Turbine entgegen der Strömungsrichtung des
Fließgewässers ausgerichtet ist. Außerdem
ist die Turbine mittels zumindest eines Zugmittels, beispielsweise
eines Seils oder einer Kette, am Bettboden des Fließgewässers
befestigt.
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Ein
Unterwasserkraftwerk der eingangs genannten Art ist beispielsweise
aus
DE 10134509 A1 bekannt.
Die Turbine des Unterwasserkraftwerks weist am vorderen Ende ihres
Einlaufs ein parabolisch geformtes Einlaufgitter auf, damit die
Turbine nicht durch massive und umschlingende Treibgüter blockiert
werden kann. Die Turbine ist mit dem Einlaufgitter sowohl am Schwimmkörper
als auch an einem auf dem Bettboden des Gewässers ruhenden Gewicht
befestigt. Der Auslauf der Turbine ist nicht durch ein Gitter geschützt.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Unterwasserkraftwerken der
eingangs genannten Art ergeben sich folgende Probleme:
Wartungsarbeiten
im Bereich des Einlaufs der Turbine können nicht ohne eine
vorherige Demontage des Einlaufschutzgitters erfolgen. Hierzu ist
eine vollständige Demontage des gesamten Unterwasserkraftwerks
erforderlich. Problematisch ist mitunter auch, dass nur Turbinen
mit integriertem Einlaufschutzgitter Verwendung finden können.
Ein Austausch der Turbine durch ein Modell ohne Schutzgitter ist
somit nicht möglich bzw. erfordert die Auslegung und Nachrüstung
der neuen Turbine mit einem auf den Einlauf der neuen Turbine passenden
Einlaufschutzgitter. Trotz gutem Schutz der Turbine vor Treibgütern durch
das Einlaufschutzgitter hat es sich als nachteilig erwiesen, dass
sich im Auslauf der Turbine kein Schutzgitter befindet. So können
beispielsweise Fische bei Stillstand der Turbine durch den Auslauf
in die Turbine gelangen und sich dort verfangen. Dies kann zum einen
den Fischen zum Verhängnis werden, zum anderen wird dadurch
die einwandfreie Funktion der Turbine sowie deren Integrität
gefährdet. Auch hat es sich als problematisch herausgestellt,
dass sich die Turbine bei sehr niedrigem Wasserstand u. U. auf dem
Bettboden des Fließgewässers absetzt. Tritt dieser
Fall ein, so kann ein Zusetzen der Turbine durch Algen, Schlamm und
sonstige Schwebstoffe in unmittelbarer Nähe zum Bettboden des
Fließgewässers nicht durch das Einlaufschutzgitter
verhindert werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, bei einem Unterwasserkraftwerk
der eingangs genannten Art eine Verbesserung des Schutzes der Turbine
vor Treibgütern, Schwebstoffen sowie Lebewesen bei gleichzeitig
verbessertem Schutz der Lebewesen herbeizuführen. Zudem
sollen die weiteren Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten
Unterwasserkraftwerke vermieden werden, insbesondere soll eine verbesserte
Wartungszugänglichkeit sowie Austauschbarkeit durch die
Erfindung gewährleistet werden.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 der vorliegenden
Erfindung gelöst. Demnach liegt eine erfindungsgemäße
Lösung der Aufgabe vor, wenn ein kastenförmiger
Gitterschutzkäfig mit zwei im Wesentlichen in Strömungsrichtung ausgerichteten
Seitenwänden, einer im Wesentlichen in Strömungsrichtung
ausgerichteten Oberwand, einer im wesentlichen in Strömungsrichtung ausgerichteten
Unterwand, einer der Strömung zugewandten Vorderwand sowie
einer der Strömung abgewandten Rückwand vorgesehen
ist, wobei die Turbine mit dem Generator in dem Gitterschutzkäfig
untergebracht und an diesem befestigt und über den Gitterschutzkäfig
indirekt mit dem Schwimmkörper und dem zumindest einen
Zugmittel verbunden ist. Durch den Gitterschutzkäfig werden
die Turbine vor Treibgütern und Lebewesen, sowie Lebewesen
vor der Einwirkung der Turbine wirksam und rundum geschützt.
Als Turbine können verschiedenste Aggregate alternativ
eingesetzt werden, ohne dass es dazu der Neukonstruktion eines auf
die jeweilige Turbine passenden Einlaufschutzgitters bedarf. Dadurch, dass
die Turbine nicht direkt mit dem Schwimmkörper und dem
zumindest einen Zugmittel verbunden ist, sondern eine Verbindung
nur indirekt über den Schutzkäfig besteht, kann
eine schnelle Austauschbarkeit der Turbine ohne Demontage des kompletten Unterwasserkraftwerks
herbeigeführt werden. Für den Austausch ist lediglich
die Befestigung der Turbine mit dem Gitterschutzkäfig zu
lösen, worauf die alte Turbine aus dem Gitterschutzkäfig
entfernt und eine neue Turbine in dem Gitterschutzkäfig
eingesetzt werden kann. Während die Erfindung den Austausch der
Turbine ohne komplette Demontage des Unterwasserkraftwerks ermöglicht,
eignet sich die Kastenform des Gitterschutzkäfigs hervorragend
dafür, vollständig demontierte oder neue Unterwasserkraftwerke
platzsparend auf einem Wartungs- oder Installationsschiff zu lagern.
In der Regel sind Turbine und Generator mittig in dem Gitterschutzkäfig
untergebracht, so dass zwischen Turbine und Gitterschutzkäfig
rundum ein gewisser Abstand besteht. Der Abstand bietet Menschen
und anderen Lebewesen gegenüber einem reinen Einlaufschutzgitter
einen weitaus höhe ren Schutz vor den Einwirkungen der Turbine.
Zudem sorgt der Abstand bei einem eventuellen Aufsetzten der Turbine
bzw. des Gitterschutzkäfigs auf dem Bettboden des Fließgewässers
bedingt durch einen niedrigen Wasserstand dafür, dass die Turbine
nicht so leicht durch Algen, Schlamm und sonstige Schwebstoffe im
Bereich des Bettbodens zugesetzt wird.
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Weitere
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
weist der Gitterschutzkäfig eine öffenbare Klappe
auf. Eine öffenbare Klappe eignet sich besonders für
die erforderliche Zugänglichkeit der Turbine bei Wartungsarbeiten.
Außerdem wird dadurch der problemlose Austausch der Turbine ermöglicht.
Vorzugsweise ist dabei die Rückwand des Gitterschutzkäfigs
als öffenbare Klappe ausgebildet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen Oberwand,
Unterwand und Seitenwände des Gitterschutzkäfigs
Gitterstäbe auf, die in Strömungsrichtung verlaufen.
Somit wird eine ungehinderte Wasserdurchströmung gewährleistet.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Forderwand
des Gitterschutzkäfigs nach Art einer Pyramide ausgebildet
ist, wobei die Spitze der Pyramide gegen die Strömung zeigt,
und wobei die Forderwand Gitterstäbe aufweist, die sternförmig
von der Spitze der Pyramide ausgehend verlaufen. Die sternförmige
Anordnung der Gitterstäbe ermöglich erstens eine
ungehinderte Wasserdurchströmung und führt i.
V. m. der Pyramidenform zweitens dazu, dass Treibgüter,
wie z. B. Treibholz, in optimaler Weise abgewiesen werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind für
eine Höhenverstellung des Unterwasserkraftwerks Mittel
zur Einstellung des Abstands zwischen Schwimmkörper und
Gitterschutzkäfig vorgesehen. Dadurch kann die Tauchtiefe
der Turbine im Fließgewässer eingestellt werden,
wodurch eine optimale Anpassung des Unterwasserkraftwerks an die
Strömungsverhältnisse des Fließgewässers
ermöglich wird. Vorzugsweise erfolgt die Höhenverstellung über
längenverstellbare Träger, die den Schwimmkörper
und die Oberwand des Gitterschutzkäfigs verbinden. Hierdurch
wird eine einfache, kostengünstige und stabile Art der
Höhenverstellung realisiert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schwimmkörper
als eine an der Wasseroberfläche des Fließgewässers
schwimmende Boje ausgeführt. Die Position des Unterwasserkraftwerks wird
dadurch beispielsweise für Schiffe eindeutig kenntlich
gemacht.
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Als
besonders vorteilig hat es sich herausgestellt, wenn an der Boje
zusätzlich eine Hinweisleuchte angebracht ist. Dies erhöht
zum einen die Aufmerksamkeit, zum anderen ist die Position des Unterwasserkraftwerks
auch bei Nacht ersichtlich. Vorzugsweise umfasst die Boje für
einen autarken Betrieb der Hinweisleuchte auf ihrer Oberseite ein
Solarmodul.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest
eine Zugmittel an der Unterwand des Gitterschutzkäfigs
und an einer auf dem Bettboden des Fließgewässers
ruhenden Fundamentplatte befestigt. Die Fundamentplatte sichert
die Position der Turbine und verhindert, dass die Turbine von der
Strömung abgetrieben wird.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist
der Gitterschutzkäfig an seiner Unterwand einen Abstandhalter
zur Wahrung eines Mindestabstands des Gitterkäfigs zum
Bettboden des Fließgewässers auf. Falls es aufgrund
eines niedrigen Wasserstands zum Aufsetzen der Turbine auf dem Bettboden
des Fließgewässers kommt, wird dadurch der Abstand
der Turbine zum Bettboden, der durch die Unterbringung in dem Gitterschutzkäfig
ohnehin besteht, vergrößert. Für den
Fall des Aufsetzens wird somit ein Zusetzen der Turbine durch Algen,
Schlamm sowie Treibstoffe, die im Bereich des Bettbodens des Fließgewässers
vorhanden sind, wirksam verhindert. Vorzugsweise umfasst der Abstandhalter
eine an der Unterwand des Gitterschutzkäfigs angelenkte
Radaufhängung und ein am Ende der Radaufhängung
gelagertes Rad, und ist zur Einstellung des Mindestabstands nach
Art eines klappbaren Fahrwerks ausgeführt. Dadurch wird
ein sanftes Aufsetzen der Turbine bzw. des Gitterschutzkäfigs
auf dem Bettboden des Fließgewässers gewährleistet,
wobei Stöße, die bei kritischem Wasserstand und
unruhigem Fließgewässer laufend auftreten können,
durch das Rad abgefedert werden.
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Als
vorteilig hat es sich erwiesen, wenn das zumindest eine Zugmittel
eine Kette ist. Durch beispielsweise Stahlketten ist eine sichere
Verankerung gegeben.
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Vorzugsweise
ist der Gitterschutzkäfig aus Stahl hergestellt. So wird
eine große Robustheit und Langlebigkeit des Gitterschutzkäfigs
erreicht.
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Vorzugsweise
ist auch der Schwimmkörper aus Stahl hergestellt, wodurch
die erforderliche Robustheit des Schwimmkörpers beispielsweise
bei der Kollision mit Schiffen gewährleistet wird.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Unterwasserkraftwerks
im eingebauten Zustand in einem Fließgewässer,
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2 eine
Großansicht des erfindungsgemäßen Unterwasserkraftwerks
aus 1 und
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3 eine
schräge Rückansicht des erfindungsgemäßen
Unterwasserkraftwerks aus den 1 und 2.
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Für
die weiteren Ausführungen gilt:
Sind in einer Zeichnung
zum Zwecke der zeichnerischen Eindeutigkeit Bezugszeichen enthalten,
jedoch im zugehörigen Text der Figurenbeschreibung nicht
erwähnt, so wird auf deren Erklärung in vorangegangenen
Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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Die 1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Unterwasserkraftwerk (1)
in einer leicht perspektivisch dargestellten Seitenansicht. Das
Unterwasserkraftwerk ist im eingebauten Zustand in einem Fließgewässer
dargestellt, wobei Fließgewässer und Bettboden
zu Darstellungszwecken geschnitten gezeigt sind. Vom Fließgewässer
sind die Wasseroberfläche mit dem Bezugszeichen (7),
die Strömungsrichtung mit dem Bezugszeichen (6)
und der Bettboden mit dem Bezugszeichen (8) angegeben.
Die Strömungsrichtung selbst verläuft im Wesentlichen
horizontal von links nach rechts. Auf dem Bettboden (8)
des Fließgewässers ruht eine Fundamentplatte (18)
zur Befestigung des Unterwasserkraftwerks (1). Die Fundamentplatte
besteht aus Beton und weist auf ihrer Unterseite Stifte auf, die
zur besseren Verankerung der Fundamentplatte in den Bettboden (8)
des Fließgewässers hineinragen. Das Unterwasserkraftwerk selbst
besteht im Wesentlichen aus einer Turbine (2) und einem
verbundenen Generator (3) zur Stromerzeugung. Dabei kommt
eine F-LWK-Turbine der Firma International River Energy GmbH mit
einer Leistung von 5 bis 300 Kilowatt zum Einsatz. Das Aggregat
kann jederzeit durch eine andere Turbine ersetzt werden, wobei die
Vorzüge der vorliegenden Erfindung erhalten bleiben. Turbine
(2) und Generator (3) sind in einem Gitterschutzkäfig
(9) untergebracht, der mittels zweier Ketten (17)
an zwei Ösen der Fundamentplatte (18) befestigt
ist. Der Gitterschutzkäfig (9) ist über
vier längenverstellbare Träger (16) mit
einer Boje (4) verbunden, die an der Wasseroberfläche
(7) des Fließgewässers schwimmt. Die
Boje (4) ist ein im Wesentlichen zylindrischer Schwimmkörper
mit einem entgegen der Strömungsrichtung stehenden zugespitzten
Bug und ist aus Stahl gefertigt. Auf der Oberseite der Boje (4)
ist eine Hinweisleuchte (5) angebracht, um die Position
des Unterwasser kraftwerks (1) eindeutig zu kennzeichnen.
Zur Stromversorgung der Hinweisleuchte (5) ist auf der
Oberseite der Boje (4) ein Solarmodul (21) angebracht.
Das Solarmodul (21) gewährleistet zusammen mit
einer im Inneren der Boje (5) untergebrachten Steuer- und
Ladeeinheit, bestehend aus einer Batterie, einem Laderegler und
einer Sicherungseinheit, einen autarken Betrieb der Hinweisleuchte
(5). Auf der Unterseite des Gitterschutzkäfigs
ist ein Abstandhalter zum Fließgewässerbettboden
(8) angebracht, der aus einer Randaufhängung (19)
und einem an der Radaufhängung gelagerten Rad (20)
besteht. Der Abstandhalter verhindert bei niedrigen Wasserständen
des Fließgewässers ein Aufsetzen des Gitterschutzkäfigs (9)
auf dem Fließgewässerbettboden (8), wodurch ein
Zusetzen der Turbine (2) durch Algen, Schlamm und sonstige
Schwebstoffe, die im Bereich des Bettbodens (8) vorhanden
sind, unterbunden wird. Der Auftrieb der Boje (4) kann
auch so bemessen sein, dass die Boje (4) nicht an der Wasseroberfläche
(7), sondern unter dieser schwimmt. Für diesen
Fall ist die Verwendung einer zusätzlichen Kennzeichnungsboje
von Vorteil.
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In 2 ist
das Unterwasserkraftwerk (1) aus 1 vergrößert
abgebildet. Gegenüber 1 sind zusätzlich
die Seitenwände des Gitterschutzkäfigs mit dem
Bezugszeichen (10), die Oberwand mit dem Bezugszeichen
(11), die Unterwand mit dem Bezugszeichen (12),
die Rückwand mit dem Bezugszeichen (14) sowie
die Vorderwand des Gitterschutzkäfigs (9) mit
dem Bezugszeichen (13) versehen. Die Gitterstäbe
dieser Wände sind zudem mit dem Bezugszeichen (15)
bezeichnet. Turbine (2) und Generator (3) sind
im Inneren des Gitterschutzkäfigs (9) über
vier Steher in einem gewissen Abstand zur Unterwand (12)
des Gitterschutzkäfigs an den Gitterstäben (15)
der Unterwand (12) befestigt. Die Befestigung erfolgt durch
lösbare Schraubverbindungen, so dass die aus Turbine (2)
und Generator (3) bestehende Einheit jederzeit schnell
und einfach ausgetauscht werden kann. Zum Zwecke eines derartigen
Austauschs bzw. zu Wartungsarbeiten ist die Rückwand (14)
des Gitterschutzkäfigs (9) als öffenbare
Klappe ausgeführt. Seitenwände (10),
Oberwand (11) und Unterwand (12) sind im Wesentlichen
in Strömungsrichtung (6) ausgerichtet, wobei auch
deren Gitterstäbe (15) in Strömungsrichtung
ausgerichtet sind und somit eine ungehinderte Wasserdurchströmung
ermöglichen. Die der Strömungsrichtung (6)
entgegengesetzt ausgerichtete Vorderwand (13) des Gitterschutzkäfigs
(9) ist pyramidenförmig ausgebildet, wobei die
Gitterstäbe (15) der Vorderwand (13)
von der Spitze der gedachten Pyramide ausgehend sternförmig
auf die Seitenwände (10), die Oberwand (11)
und die Unterwand (12) zulaufen. Auch dies sichert einerseits
eine ungehinderte Wasserdurchströmung und fördert
durch die Pyramidenform zusätzlich das Abweisen von Treibgütern,
insbesondere Treibholz. Der Gitterschutzkäfig (9)
ist mit Gitterstäben seiner Unterwand (12) über
zwei Ketten (17) mit der nicht dargestellten Fundamentplatte
(18) verbunden bzw. an dieser befestigt. Ebenfalls an den
Gitterstäben (15) der Unterwand (12)
ist die Radaufhängung (19) drehbar gelagert. Die
Radaufhängung (19) bildet zusammen mit dem drehbar
am Ende der Radaufhängung (19) gelagerten Rad 20 einen
Abstandhalter zum Bettboden (8) des Fließgewässers
nach Art eines ausklappbaren Fahrwerks. Der Winkel der Radaufhängung (19)
zur Unterwand (12) des Gitterschutzkäfigs (9) und
damit der Mindestabstand zum Bettboden (8) des Fließgewässers
kann über eine Arretierung eingestellt und arretiert werden.
Der Gitterschutzkäfig (9) ist generell unterhalb
der Boje (4) angeordnet und mit dieser über vier
längenverstellbare Träger (16) verbunden.
Die vier Träger (16) verlaufen zueinander parallel
und sind zum Zwecke der Längenverstellung jeweils zweigeteilt.
Der jeweils untere Teil eines Trägers (16) ist
an den Gitterstäben (15) der Oberwand (11)
des Gitterschutzkäfigs (9) befestigt. Der jeweils obere
Teil eines Trägers (16) ist mit der Boje verbunden.
Der jeweils obere Teil eines Trägers (16) weist zwei
Bohrungen, der jeweils untere Teil eines jeden Trägers
(16) weist mehrere Bohrungen in Längsrichtung
auf, wodurch die Längenverstellung und damit die Höhenverstellung
des Unterwasserkraftwerks (1) mittels Verschraubung der
oberen Teile der Träger in unterschiedlichen Bohrlöchern
der unteren Teile ermöglicht wird. Zwei der Träger
(16) sind mit ihrem Unterteil in jeweils einer der beiden
an die Vorderwand angrenzenden Ecken der Oberwand an den Gitterstäben
(15) der Oberwand (11) befestigt. Die Oberteile
dieser beiden Träger sind mit der Boje seitlich im Bereich
des Bugs der Boje verbunden. Die anderen beiden Träger
sind mit ihrem Unterteil jeweils im Bereich einer der beiden an
die Rückwand (14) angrenzenden Ecken der Oberwand
(11) mit den Gitterstäben (15) der Oberwand
(11) befestigt. Die zugehörigen Oberteile der
Träger (16) sind mit der Boje (4) im Bereich
des Hecks der Boje seitlich mit dieser verbunden.
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3 zeigt
eine perspektivische Rückansicht des Unterwasserkraftwerks
(1) aus den 1 und 2. Die 3 dient
in erster Linie ergänzend zu den 1 und 2 der
bessern Anschaulichkeit. Es ist zu erkennen, dass Turbine (2)
und Generator (3) mittig in dem Gitterschutzkäfig
(9) angeordnet sind und der Gitterschutzkäfig
(9) mittig unter der Boje (4) angeordnet ist.
Auch die Radaufhängung (19) ist mittig zwischen
den Seitenwänden (10) des Gitterschutzkäfigs
(9) an der Unterwand (12) des Gitterschutzkäfigs
(9) drehbar angelenkt. 3 zeigt zudem
eine Variante der Boje (4) ohne Solarmodul.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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