DE2927498A1

DE2927498A1 - Vorrichtung zur stromerzeugung mittels des hydrostatischen druckes in einem gewaesser

Info

Publication number: DE2927498A1
Application number: DE19792927498
Authority: DE
Inventors: Rainer Ing Grad Grueb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-07
Filing date: 1979-07-07
Publication date: 1981-01-22

Description

Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels des hydrostatischen Druckes in einem Gewässer Es sind bereits sogenannte Pumpspeicherwerke bekannt, bei denen der Höhenunterschied zwischen zwei stehenden Gewässern dazu ausgenutzt wird, am Tage Strom zu erzeugen und in der Nacht mit Hilfe des dann überschüssigen Nachtstromes das Wasser wieder in den höher gelegenen Behälter zurückzupumpen, so daß man zu Zeiten erhöhten Strombedarfes auch zusätzlichen Strom wieder erzeugen kann. Dazu sind jedoch zwei in unterschiedlichen Höhen befindliche Wasserreservoire und eine entsprechende Pumpen- und Turbinenanlage notwendig.
Demgegenüber bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung einer entsprechenden Vorrichtung, bei der der hydrostatische Druck innerhalb eines Gewässers zur Stromerzeugung ausgenutzt werden kann. Demgemäß soll diese Vorrichtung praktisch in jedem beliebigen stehenden Gewässer ausreichender Größe anwendbar sein.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß unter der Wasseroberfläche ein Behälter vorgesehen ist, daß der Bekälter wenigstens einen über zumindest eine Turbine führenden Einlaß und wenigstens einen eine Pumpe aufweisenden Auslaß aufweist und daß zur Betätigung der Pumpe zumindest ein Windrad od. dgl. und/oder Nachtstrom od. dgl. überschüssige Energie vorgesehen ist. Ist der Unterwasserbehälter leer und läßt man ihn nun über seinen Einlaß vollaufen, wird die dort vorgesehene Turbine angetrieben und kann Strom erzeugen.
Dabei können je nach Tiefe und Größe des Behälters erhebliche Strommengen erzeugt werden. Da im Bereich von solchen Gewässern häufig ein relativ starker Wind weht, kann dessen Energie nun ausgenutzt werden, um den Behälter wieder zu entleeren, was entweder nach dem völligen Vollaufen oder auch während des Vollaufens geschehen kann. In vorteilhafter und einfacher WeIse läßt sich auf diese Weise Windenergie speichern, da während des Windes entsprechende Behälter leergepumpt werden können, die dann jederzeit zur Stromerzeugung wieder vollaufen können. Bei Windstille kann während der Nacht ähnlich wie bei einem Pumpspeicherwerk auch Nachtstrom zur Entleerung der Behälter eingesetzt werden.
Ausgestaltungen der Erfindung von zum Teil erheblicher Bedeutung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 17.
Beispielsweise läßt sich die Pumpleistung erhöhen, wenn das bzw. die Windräder die Pumpe mittelbar über einen Generator und einen Elektromotor antreibt und vorzugsweise am Ufer des Gewässers angeordnet ist (sind). Am Ufer lassen sich nämlich entspre,hend große und auch viele Windräder installieren, so daß die Windkraft wesentlich besser ausgenutzt werden kann.
Entsprechend starke Pumpen können entsprechend große Behälter bedienen, so daß eine entsprechend große Energiespeicherung erzielt wird.
Es sei außerdem als weitere Ausgestaltungsmöglichkeit erwähnt, daß der Behälter durch einen mittels einer zumindest von der Wasseroberfläche bis zum Boden reichenden Wand, Mauer od. dgl.
von dem übrigen Gewässer abgetrennten Gewässerteil gebildet sein kann. Auf diese Weise läßt sich z. B. eine Bucht od. dgl.
von dem übrigen Gewässer abtrennen und so sehr preiswert ein Behälter herstellen, der zumindest in leerem Zustand gegenüber der übrigen Wasseroberfläche das gewünschte Potentialgefälle aufweist.
Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben. Es zeigt in schematisierter Darstellung: Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem unter einer Wasseroberfläche angeordneten Speicherbehälter, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Trennmauer innerhalb eines Gewässers, wodurch ein Gewässerteil zu einem leerpumpbaren und über eine Turbine zur Stromerzeugung wieder füllbaren Behälter gemacht ist und Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Trennwand, welche eine Bucht od. dgl. Gewässerteil von dem übrigen Gewässer als Behälter abtrennt.
Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zur Stromerzeugung mittels des hydrostatischen Druckes in einem Gewässer 2. Dazu ist unter der Wasseroberfläche 3 ein Behälter 4 vorgesehen, der einen über eine Turbine 5 führenden Einlaß 6 und einen eine Pumpe 7 aufweisenden Auslaß 8 besitzt, wobei zur Betätigung der Pumpe 7 im Ausführungsbeispiel ein Windrad 9 vorgesehen ist. Die Tiefe der Anordnung des Behälters 4 unter der Wasseroberfläche 3 richtet sich nach der Anordnung und der Saughöhe der Pumpe 7. Im Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 7 unmittelbar von dem Windrad 9 angetrieben, so daß relativ wenig Verluste entstehen. Dabei ist außerdem noch ein Elektroanschluß 10 angedeutet, über welchen einem entsprechenden Antriebsmotor für die Pumpe 7 auch Nachtstrom zugeführt werden kann. Es handelt sich dabei also praktisch um eine Saugpumpe zum Entleeren des Unterwasserbehälters 4. Das Windrad oder auch mehrere könnten aber auch am Boden 13 oder am Ufer des Gewässers verankert sein und die Pumpe 7 mittelbar z. B. über Generatoren und einen Elektromotor antreiben, so daß mehr Windenergie eingefangen und umgesetzt werden könnte.
Eine abgewandelte Möglichkeit besteht darin, daß in der den Auslaß 8 des Behälters 4 bildenden, von diesem Behälter 4 über die Wasseroberfläche 3 führenden Leitung eine Schneckenpumpe angeordnet ist, deren Eintritt möglichst weit unter dem Wasserspiegel 3, vorzugsweise im Behälter angeordnet ist.
Demgemäß läßt sich bei der Pumpe dann auch eine gewisse Druckhöhe erzielen, wodurch der Behälter 4 entsprechend tiefer unter der Wasseroberfläche 3 angeordnet werden kann.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 1 angedeutet, indem nämlich eine Druckpumpe 7 a möglichst im Inneren des Behälters 4 an die Auslaßleitung 8 angeschlossen sein kann, wobei das oder die Windräder 9 zweckmäßigerweise Generatoren antreiben, welche elektrisch mit dieser Pumpe 7 a verbunden sind. Die sich dabei ergebenden Wirkungsgradverluste sollen durch den größeren hydrostatischen Druck und demgemäß die größere Stromausbeute im Bereich der Turbine 5 übertroffen werden.
Man erkennt, daß der Behältereinlaß 6 vor der stromerzeugenden Turbine 5 verschließbar ist und daß der Behälter 4 eine über die Wasseroberfläche 3 führende Luftzuleitung 11 auf; weist. Der Verschluß 12 an dem Einlaß 6 ist dabei als schwenkbare Klappe angedeutet, die sich gerade in Verschlußposition befindet, bei welcher gemäß den Pfeilen Pf 1 und Pf 2 der Behälter leergepumpt wird, wobei gemäß dem Pfeil Pf 3 in der Luftzuleitung 11 Luft nachströmt. Für die Stromerzeugung wird dieser Verschluß 12 in seine gestrichelt dargestellte Position geöffnet. Es ist jedoch auch möglich, während des Abpumpens, welches bevorzugt durch Windkraft erfolgt, gleichzeitig wieder Wasser nachströmen zu lassen, wobei eventuell sogar der Luftzutritt verschlossen sein kann.
In Fig. 1 ist noch angedeutet, daß der Behälter 4 mittels wenigstens einer Ankervorrichtung in der vorgesehenen Höhe unterhalb des Wasserspiegels 3, vorzugsweise am Boden 13des Gewässers 2 festgelegt ist. Beispielsweise kann der Behälter von ihn umschlingenden Bändern r4 und/oder an ihm angreifenden Ketten 15 od. dgl. gehalten sein. Gegebenenfalls ist jedoch ein unter Wasser erbauter oder eingegrabener Hohlraum als Behälter möglich.
Für eine möglichst lange Betätigung der Turbine 5 ist es vorteilhaft, wenn die seitliche Ausdehnung des Behälters ein Mehrfaches seiner Höhe beträgt, weil dann einerseits eine große Wassermenge von dem Behälter 4 aufgenommen werden kann, ohne daß dadurch die Saug- bzw. Druckhöhe der Pumpe wesentlich geandert wird.
Eine weitere Möglichkeit, die insbesondere bei größeren Tiefen vorteilhaft sein kann, besteht darin, daß mehrere Behälter miteinander verbunden vorgesehen sind und die Verbindungsöffnungen vorzugsweise verschließbar sind, wobei diese Behälter neben- und/oder übereinander angeordnet sein können.
Wie man in der Zeichnung erkennt, ist der Eintritt 16 in die Luftzuführungsletung 11 mittels einer Haube 17 abgedeckt.
Die Verankerungen des Behälters 4 unter der Wasseroberfläche 3 können lösbar sein und der Behälter weist im Ausführungsbeispiel ösen 18 od. dgl. Halterungen für ein Hebezeug auf. Dadurch ist es möglich, einen Behälter 4 von Zeit zu Zeit aus dem Wasser zu heben und eine Inspektion oder Wartungsarbeiten an der Jasseroberfläche oder auch am Ufer durchzuführen.
Es sei erwähnt, daß der Ausdruck "unter der Wasseroberfläche", welcher im Zusammenhang mit dem leerzupumpenden Behälter verwendet wurde, auch eine Anordnung zu verstehen ist, bei der die Wasseroberfläche im Behälter bei gefülltem Behälter das Niveau der Wasseroberfläche des Gewässers erreicht. Dies wird deutlich an dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausfüh-@ungsbeispr@@.
@@@ei ist @@@ @@ @esehen, der Behälter 4 a durch S bis zum Boden 13 reichenden Wand, Mauer 19 od. dgl. von dem übrigen Gewässer abgetrennten Gewässerteil gebildet ist.
Besonders zweckmäßig ist dabei gemäß Fig. 3 ein weitgehend natürlich begrenzter Gewässerteil, vorzugsweise eine Bucht 20, die mittels der Mauer 19 od. dgl. als nach oben offener Behälter 4 a ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich vor allem an zerklüfteten Küsten entsprechende 2eeicherbehälter mit relativ wenig Aufwand bilden.
In Fig. 2 erkennt man, daß die Turbine 5 - oder bei genügender Größe des Behälters 4 a bzw. genügender Länge der Mauer 19 auch mehrere Turbinen 5 - für die Stromerzeugung in oder an der sauer 19 od. dgl. bei bzw. vorzugsweise in einem Mauerdurchbruch 21 möglichst nahe dem Boden 13 angeordnet ist. Wie bei dem vorbeschriebel l Ausführungsbeispiel kann nun beim Rückströmen des Wassers aus dem Gewässer durch die Turbine 5 in den Behälter 4 a Strom gewonnen werden, also die durch das Leerpumpen dieses Behälters 4 a mit Hilfe des Windes gespeicherte Energie zumindest teilweise zurückgewonnen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ebenfalls möglich, daß das oder die Windräder 9 z. B. auf der Mauer 19 und/oder am Ufer der Bucht 20 angeordnet sind.
Insgesamt ergibt sich die Möglichkeit, die vor allem bei größeren Gewässern häufig auftretenden Windkräfte nicht nur während ihres Auftretens auszunutzen, scndern durch das Leerpumpen des Behälters ' bzw 4 a gewissermaßen über den Umweg des hydrostatischen Druckes des Wassers zu speichern. Dabei kann die gesamte Vorrichtung 1 relativ einfach clsgebildet sein, so daß insgesamt eine zusät: che Möglichkeit der Stromerzeugung geschaffen ist, bei der keine Abgase und keine Abwärme od. dgl. Umweltbelastung anfallen.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentliche Bedeutung haben.

Claims

Ansprüche Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels des hydrostatischen Druckes in einem Gewässer od. dgl., d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unter der Wasseroberfläche (3) ein Behälter (4) od. dgl. vorgesehen ist, daß der Behälter (4) wenigstens einen über zumindest eine Turbine (5) führenden Einlaß (6) und wenigstens einen eine Pumpe (7) aufweisenden Auslaß (8) aufweist und daß zur Betätigung der Pumpe (7) zumindest ein Windrad (9) od. dgl. und/oder Nachtstrom od. dgl. überschüssige Energie vorgesehen ist.
2. Vorri-htung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Windräder (9) die Pumpe (7) unmittelbar antreiben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine Saugpumpe zum Entleeren des Unterwasserbehälters (4) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Auslaß (8) des Behälters -(4) bildenden,von diesem Behälter (4) über die Wasseroberfläche (3) führenden Leitung eine Schneckenpumpe angeordnet ist, deren Eintritt vorzugsweise unter dem Wasserspiegel (3), insbesondere im Behälter (4) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckpumpe (7 a) insbesondere im Inneren des Behälters (4) an die Auslaßleitung (8) angeschlossen ist und daß das oder die Windräder (9) Generatoren antreiben, welche elektrisch mit der Pumpe (7 a) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Saugpumpe (7) als auch eine Druckpumpe (7 a) für einen g-leichzeitigen oder wahlweisen Antrieb vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behältereinlaß (6) vor der stromerzeugenden Turbine (5) verschließbar ist und daß der Behälter (4) eine über die Wasseroberfläche (3) führende Luftzuleitung (11) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) mittels wenigstens einer Ankervorrichtung in der vorgesehenen Höhe unterhalb des Wasserspiegels (3), vorzugsweise am Boden (13) des Gewässers (2) festgelegt ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Ausdehnung des Behälters (4) ein Mehrfaches seiner Höhe beträgt.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behälter (4) miteinander verbunden vorgesehen sind und die Verbindungsöffnungen vorzugsweise verschließbar sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt (16) in die Luftzuführungsleitung (11) mittels einer Haube (17) od.

dgl. abgedeckt ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung des Behälters (4) unter der Wasseroberfläche lösbar ist und der Behälter (4) vorzugsweise Ösen (18) od. dgl.

Halterungen für ein Hebezeug aufweist.
13. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw.

die Windräder (9) die Pumpe(n) (7) mittelbar vorzugsweise über einen Generator und einen Elektromotor antreibt und vorzugsweise am Boden und/oder Ufer des Gewässers (2} angeordnet ist (sind)
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4 a) durch einen mittels einer zumindest von der Wasseroberfläche (3) bis zum Boden (13) reichenden Wand, Mauer (19) od. dgl. von dem übrigen Gewässer (2) abgetrennten Gewässerteil (20) gebildet ist
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein weitgehend natürlich begrenzter Gewässerteil, vorzugsweise eine Bucht (20) od. dgl., mittels einer Mauer (19) od. dgl. als nach oben offener Behälter (4 a) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine(n) (5) für die Stromerzeugung in oder an der Mauer (19) od. dgl. bei oder in einem Mauerdurchbruch (21) angeordnet ist (sind).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Windräder (9) auf der Mauer (19) und/oder am Ufer des Gewässers (2) bzw. des den Behälter (4 a) bildenden Gewässerteiles (20) angeordnet ist (sind).

Beschreibung -