DE2933907A1

DE2933907A1 - Anlage zum gewinnen von elektrischer energie aus stroemenden gewaessern und turbinenaggregat fuer eine solche anlage

Info

Publication number: DE2933907A1
Application number: DE19792933907
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 6100 Darmstadt Kelm
Original assignee: KELM HANS DIETER
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1981-03-12
Also published as: WO1981000595A1; EP0034605A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Gewinnung elektrischer
Energie aus strömenden Gewässern unter Verwendung von Durch strömturbinen, Die Erfindung betrifft ferner ein für eine sol -che Anlage geeignetes Turbinenaggregat0 Beispielsweise in Gebieten von Großflußsystemen wie denen des Kongo oder denen des Amazonas besteht ein Bedarf an elektri -scher Energie zur wirtschaftlichen Erschließung dieser Gebiete, Dabei ist der Bedarf zunächst über eine relativ große Fläche verteilt und absolut gesehen gering, da anfangs kleine Sied -lungen für die Erschließung der Gebiete ausreichen. Bisher sind diese Erschließungssiedlungen mit elektrischer Energie aus kleinen Dieselkraftwerken mit Leistungen zwischen 50 kW und ca, 2.000 kW versorgt worden. In Anbetracht der Ölknappheit und extremen Verteuerungen von Dieselkraftstoff werden verstärkte Anstrengungen unternommen, diese Dieselkraftwerke durch Anschluß an das Uberlandnetz zu ersetzen. Diesen Bemühungen sind aber durch große Entfernungen und erhebliche Bau- und Unterhaltungskosten für die elektrischen Fernleitungen Grenzen gesetzt.
Andererseits ist es seit langem bekannt, die kinetische Energie strömender Gewässer zur Erzeugung elektrischer Energie aus zu -nutzen. Für Wasserkraftanlagen mit niedrigem Gefälle haben sich dabei in den letzten Jahren weitgehend sogenannte Durchström -turbinen, auch Rohrturbinen genannt, durchgesetzt. Es handelt sich dabei um Achsialturbinen, bei denen der Generator in einer gegenüber dem Strömungsmedium vollständig gekapselten Bauweise unmittelbar oder evtl. unter Zwischenschaltung eines erforderlichen Planetengetriebes auf der Welle der Turbine angeordnet ist0 Diese Turbinen zeichnen sich durch geringe Bauhöhe, ein fache Konstruktion und geringe Baukosten aus. Ein besonderes Problem bei Durchströmturbinen ist jedoch die Notwendigkeit, diese Turbinen durch besondere Baumaßnahmen im Flußbett zu verankern. In Gewässern mit sehr starker Strömung und großen Wassermassen, wie sie beispielsweise durch die beiden obengenannten Großflußsysteme repräsentiert werden, stoßen derartige bauliche Gründungsmaßnahmen auf unüberwindbare Hindernisse, so daß die Gewinnung elektrischer Energie aus solchen Flüssen mittels fest installierter Laufkraftwerke nicht möglich oder wirtschaftlich nicht vertretbar ist0 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anlage zum Ge -winnen von elektrischer Energie aus strömenden Gewässern unter Verwendung von Durchströmturbinen zu schaffen, bei der weit -gehend auf bauliche Gründungsmaßnahmen verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein aus einer oder mehreren Durchströmturbinen bestehendes und als geschlossene Baueinheit mit Strömungsgehäuse ausgeführtes Turbinenaggregat gelöst, welches im wesentlichen freischwimmend ah Seilen in die Strömung eingehängt ist, die an geeigneter Stelle verankert sind.
Die Seile können beispielsweise an vorhandenen Brückenpfei -lern, an eigens für diesen Zweck errichteten Pfeilern oder an im Gewässer verankerten Bojen angehängt sein. Dabei kann das schwimmende Turbinenaggregat zur Festlegung seiner Wiefenlage im Gewässer zusätzlich an einer frei schwimmenden Boje aufgehängt oder mit regelbaren Tiefenrudern versehen sein.
Alle wesentlichen Regel- und Steuereinrichtungen sind zweck -mäßigerweise im Aggregat selbst untergebracht, Die Kabel für die Stromabführung werden vorteilhafterweise gemeinsam mit den Verankerungsseilen geführt, Evtlo erforderliche Schalt-, Umspann- und Verteileranlagen sind in einer Uferstation vorzusehen.
Zur Begrenzung seines schwimmenden Gewichtes, d.h also zur Erhöhung seines Auftriebes sollte das Aggregat mit Hohlräumen im Gehäuse versehen sein, die evtl. mit einem Kunststoff aus -geschäumt sein können0 Dabei sollte diese Maßnahme zweckmässigerweise soweit geführt werden, daß das Gesamtgewicht des Aggregates im Wasser nur noch etwa 0,3 bis 1,0 t beträgt. Unter bestimmten Umständen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, den Auftrieb größer als das Eigengewicht des Aggregates auszulegen, wodurch das Aggregat bei einer Störung der Tiefensteuerung aufschwimmen würde, Eine zweckmäßige Tiefenlage für die Aufhängung des Aggregates liegt etwa zwischen -3 und -10 m.
Um das insbesondere in tropischen Flüssen auftretende Geschwemmsel und Treibgut von. dem Turbinenaggregat fern zuhalten, ist das Strömungsgehäuse bei einer bevorzugten Ausführungsform auf der Einlaufseite mit einem schräg verlaufenden Rechen versehen, der durch seine Schrägstellung einen Selbstreinigungseffekt hat, indem das aufgefangene Fremdgut durch die Schräge stellung nach oben oder unten abgeleitet wird0 Durch die frei schwimmende Befestigung des Turbinenaggregates ist es möglich, dieses sich einem schwankenden Wasserspiegel direkt anpassen zu lassen. Darüberhinaus dürfte es auch ohne besondere Schwierigkeiten möglich seins eine erfindungsgemäße Anlage neben dem eigentlichen Fahrwasser anzuordnen, so daß die Schiffahrt in keiner Weise behindert wird0 Der verringerte Wirkungsgrad der Rohrturbinen ist in Anbetracht der Größenverhältnisse zwischen Wasserführung und Energiepotential auf der Wasserseite und der in den meisten Fällen benötigten geringen Energie unerheblich0 Zur Uberholung und Wartung des Aggregates ist ein Herausheben des gesamten Systems aus dem Wasser, beispielsweise auf eine Pontonplattform vorgesehen und ohne Schwierigkeiten möglich.
Mit der Erfindung ist es möglich, ohne großen baulichen Aufwand elektrische Energie kleiner bis mittlerer Beistung aus strömenden Gewässern zu gewinnen, Insbesondere sind die schwimmenden Anlagen auch für einen vorübergehenden Einsatz geeignet, bis sie nach entsprechender Zunahme des Strombedarfs durch fest installierte, größere Kraftwerke ersetzt werden können, sofern dies baulich überhaupt möglich ist.
Weitere Merkmale9 die sich insbesondere auf die technische Ausführung des Turbinenaggregates beziehen, sind in den Uçter&nsprüchen enthalten, Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügt ten Zeichnungen im einzelnen noch näher erläutert, Darin stellen dar: Figo 1 ein an einem in einem Flußbett verankerten Pfeiler angehängtes, schwimmendes Turbinenaggregat; Figo 2 ein an einer in einem Flußbett verankerten Boäe aufgehängtes Turbinenaggregat; Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein aus einer einzigen Rohrturbine bestehendes Turbinenaggregat mit gegenläufigen Schaufelrädern und Generatorteilen; Fig. 4 eine Vorderansicht des Aggregates nach Fig. 3; Figo 5 eine schematische, perspektivische Darstellung eines aus zwei nebeneinander angeordneten Durchströmturbinen bestehenden Aggregates0 Die in Figur 1 schematisch gezeigte Anlage zur Energiegewinnung besteht aus einem schwimmenden Turbinenaggregat 1, welches mittels Seilen 2 an einen Pfeiler 3 angehängt ist, der im Bett 4 eines strömenden Gewässers 5 , beispielsweise eines grossen Flusses, verankert ist0 Der Pfeiler 3 ist entgegen der durch die Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung des Gewässers 5 zusätzlich mit einem Versteifungsseil 6 versehen, welches an einem Anker 7 im Flußbett 4 befestigt istc Die Tiefenlage des Turbinenaggregates 1 im Gewässer 5 wird durch eine auf der Gewässeroberfläche frei schwimmende Boje 9 bestimmt,an der Turbinenaggregat 1 mittels eines Seiles 10 aufgehängt ist0 An der der Strdmumgsrichtung zugewandten Vorderseite des Turbinenaggregates 1 ist ein gegen die Strömungsrichtung schräggestellter Einlaufrechen 11 zu erkennen. An seinem hinteren Ende ist das Turbinenaggregat mit Leitwerken 12 versehen, die die Achsiallage des Aggregates im Gewässer stabilisieren sollen und entsprechend geregelt sein können0 Tiefenruder sind bei dieser Anordnungsart nicht erforderlich, da das Aggregat fest an der Boje 9 aufgehängt ist.
Eine andere Art der Aufhängung des Ttirbinenaggregates ist in schematischer Darstellung in Figur 2 gezeigt Hier hängt das Turbinenaggregat 1 mittels Seilen 13 an einer auf der Gewässeroberfläche 8 schwimmenden Boje 14, die ihrerseits mittels eines Ankerseiles 15 auf dem Gewässergrund verankert ist. Da bei dieser Anordnungsart die Seile 13 verhältnismäßig lang ausgeführt sein müssen, ist eine zusätzliche Stabilisierung der Lage er -forderlichO Hierzu dienen im Ausführungsbeispiel seitlich am Aggregat angeordnete Tiefenruder 16, die durch eine (nicht gezeigte) Regeleinrichtung im Turbinenaggregat gesteuert werden können0 In Figur 3 ist in vergrößertem, schematischem Schnitt ein für eine Anlage nach den Figuren 1 und 2 geeignetes Turbinenaggregat dargestellt, welches nur aus einer einzigen Durchströmturbine besteht. Das Turbinenaggregat weist ein dem erforderlichen Strömungsverlauf in der Turbine angepaßtes Gehäuse 17 auf, in dem das eigentliche Aggregat 18 mittels radialer Verankerungen 19 und 20 befestigt ist. Das Gehäuse 17 ist mit einem doppelten Mantel 21 versehen, wobei der als Auftriebsraum vorgesehene Zwischenraum 22 zwischen dem Gehäuse 17 und dem Doppelmantel 21 mit einem Kunststoff ausgeschäumt sein kann. An seinem hinteren Ende ist das Gehäuse mit den bereits erwähnten Stabilisierungs leitwerken 12 versehen. Am vorderen Ende ist der Einlaufrechen 11 angeordnet, der insbesondere auch in der Frontansicht Fi -gur 4 sichtbar ist.
Das eigentliche Aggregat 18 besteht aus einem Strömungskörper 23, in dessen Innerem der Generator und weitere (nicht gezeigte) technische Ausrüstungen angeordnet sein können, und an dessen hinterem Ende in einer Verengung des Gehäuses 17 die Turbinenräder vorgesehen sind. Um die durch die Antriebsdrehmomente entstehenden Torsionskräfte auszugleichen, ist das dargestellte5 nur aus einer einzigen Durchströmturbine bestehende Aggregat rnit zwei gegenläufigen Turbinenrädern 24 und 25 versehen1 die auf konzentrischen Wellen 26 und 27 angeordnet sind. Jede dieser Wellen 26,27 treibt einen von zwei ebenfalls gegenläufigen Generatorteilen 28 und 29 anOZusätzliche (nicht gezeigte) Steue-und Regeleinrichtungen und dergleichen können im Kopf des Strömungskörpers untergebracht sein0 In Figur 4 ist das Aggregat der Figur 3 in Vorderansicht gezeigt. Neben den bereits erläuterten Teilen des Aggregates sind hier zusätzlich Seitenflügel zu erkennen, 31, an deren Hinterseite die bereits erwähnten Tiefenruder vorgesehen sein können0 Die Figur 5 schließlich zeigt ein Aggregat, welches aus zwei nebeneinander angeordneten Durchströmturbinen besteht, deren Gehäuse durch Querstreben 32 und 33 untereinander verbunden sind. Bei dieser Ausführung ist es nicht erforderlich, die einzelne Durchströmturbine mit zwei gegenläufigen Läufern zu versehen, Zur gegenseitigen Kompensation der Drehmomente reicht es aus, wenn beide Durchströmturbinen mit jeweils gegenläufiger Drehrichtung betrieben werden.

Claims

Anlage zum Gewinnen von elektrischer Energie aus strömenden Gewässern und Turbinenaggregat für eine solche Anlagen Patentansprüche 1. Anlage zum Gewinnen von elektrischer Energie aus strömenden Gewässern unter Verwendung von Durchströmturbinen, g;ekennzeichnet durch ein aus einer oder mehreren Durchströmturbinen bestehendes und als geschlossene Baueinheit mit Strö mungsgehäuse (17,21) ausgeführtes Turbinenaggregat (1)* welches im wesentlichen frei schwimmend in die Strömung an Seilen (2,13) eingehängt ist,die an geeigneter Stelle ver -ankert sind.
2. Anlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenaggregat (1) zur Verankerung entgegen der Strö mungsrichtung des Gewässers mittels Seilen (2) an einem oder mehreren im oder am Gewässer (5) angeordneten Pfei -lern (3) angehängt ist.
30 Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenaggregat (1) zur Verankerung entgegen ,1er Strömungsrichtung des Gewässers an im Gewässer (5) verankerten Bojen (14) angehängt ist0
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenaggregat (1) zur Festlegung seiner Tiefenlage im Gewässer an einer frei im Gewässer (5) schwimmenden Boje (9) aufgehängt ist.
5. Anlagen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenaggregat (1) zur Festlegung seiner Tiefenlage im Gewässer mit regelbaren Tiefenrudern (16.31) versehen ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekenn -zeichnet, daß die Stromableitungskabel zusammen mit den Verankerungsseilen (2,13) zugeführt sind0
7. Turbinenaggregat für eine Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Erhöhung des Auftriebes im Wasser mit Auftriebskammern (22) im Strö -mungsgehäuse (17,21) versehen ist,die auch mit Kunststoff ausgeschäumt sein können.
8. Turbinenaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsgehäuse (17,21) einen doppelten Mantel (21) aufweist 9.
Turbinenaggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn -zeichnet, daß die Einströmöffnungen der Durchströmturbinen mit Rechen (11) mit senkrechten Stäben versehen sind0 10.
Turbinenaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen (11) gegen die Strömungsrichtung geneigt sind.
Turbinenaggregat nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da -durch gekennzeichnet, daß es mit geregelten Strömungsleiteinrichtungen (12) zur Stabilisierung seiner J,age in der Strömung versehen ist.
12. Turbinenaggregat nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß es nur eine Durchströmturbine enthält, die mit auf konzentrischen Wellen (26,27) angeordneten, gegenläufigen Schaufelrädern (24,25) versehen ist, von denen jedes einen von zwei gegenläufigen Generatorteilen (28,29) antreibt.
13. Turbinenaggregat nach einem der Ansprüche7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Durchströmturbinen enthält, die gegenläufig arbeiten.
14. Turbinenaggregat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmturbinen in horizontaler Anordnung im Abstand nebeneinander liegen und beispielsweise durch Querstreben (32,33) untereinander verbunden sind.