DE4038812A1

DE4038812A1 - ENERGY GENERATING UNIT FOR GENERATING HYDROELECTRIC ENERGY

Info

Publication number: DE4038812A1
Application number: DE4038812A
Authority: DE
Inventors: Takeo Suehiro
Original assignee: WADA SAKUMI
Current assignee: WADA SAKUMI
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1991-06-13
Also published as: CA2030853A1; GB2238832A; GB9025261D0; JPH03179172A

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung hydroelektrischer Energie für ein hydroelektri sches Energiekraftwerk, bei dem elektrische Energie unter Ver wendung eines Wasserspeichers erzeugt wird, wie beispielsweise aus einem See, Teich, Weiher etc.The invention relates to a power generation unit to generate hydroelectric energy for a hydroelectric cal power plant, in which electrical energy under Ver Application of a water reservoir is generated, such as from a lake, pond, pond etc.

Derzeit wird in Japan elektrische Energie geliefert, indem Atomenergie, thermische Energie und hydroelektrische En ergie erzeugt werden. Insbesondere ist derzeit Japan trotz al ler Einwände gegen ein Atomkraftwerk aus Gesichtspunkten der Sicherheit mehr von der Atomenergie abhängig infolge der Ko stensparvorteile, wenn man die Energieerzeugung aus Atomenergie mit der aus thermischer und hydroelektrischer Energieerzeugung vergleicht.Electrical power is currently being supplied in Japan, by atomic energy, thermal energy and hydroelectric en ergy are generated. In particular, Japan is currently despite al Objections to a nuclear power plant from the point of view of Security more dependent on nuclear energy due to knockout Most cost-saving advantages if you use energy generation from nuclear energy with that from thermal and hydroelectric power generation compares.

Bei der Erzeugung von hydroelektrischer Energie (oder Leistung) wird die Energie laufenden Wassers verwendet. Hier bestehen jedoch einige Probleme, wie die extrem hohen Kosten bei der Bildung von Dämmen, bei der Schwierigkeit, Konstrukti onsgrundstücke zu wählen, und auch dem Problem, Einwohner eva kuieren zu müssen. In allen Fällen hängt die hydroelektrische Energieerzeugung konventioneller Art von laufendem Wasser ab, und es ist bisher kein Fall bekannt, bei dem gespeichertes Was ser, wie das Wasser eines als Wasserspeicher dienenden Sees, Teichs, Weihers etc., zur Erzeugung hydroelektrischer Energie (oder Leistung) verwendet wird. When generating hydroelectric energy (or Power) the energy of running water is used. Here however, there are some problems, such as the extremely high cost in the formation of dams, in the difficulty, constructi ons plots and the problem of eva residents to have to kiss. In all cases, the hydroelectric depends Conventional generation of energy from running water, and so far no case is known of the stored what like the water of a lake that serves as a water reservoir, Teichs, Weihers etc., for the generation of hydroelectric energy (or performance) is used.

SUMMARY DESCRIPTION OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ener gie- (oder Leistungs-) -erzeugungseinheit für hydroelektrische Energieerzeugung zu schaffen, die in der Lage ist, Energie durch Erzeugung einer Wasserströmung aus einem Wasserspeicher bzw. gespeichertem Wasser, wie einem See, Teich, Weiher etc., zu erzeugen.The invention has for its object an ener Power (or power) generation unit for hydroelectric To create energy that is capable of generating energy by generating a water flow from a water reservoir or stored water, such as a lake, pond, pond etc., to create.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine Energieerzeu gungseinheit zur Erzeugung hydroelektrischer Energie gemäß der Erfindung insbesondere Rohre auf, die (jeweils) mit einem was sereinführenden abfallenden oder abgesenkten Abschnitt, der in Wasser untergetaucht ist und eine bestimmte absteigende Neigung hat, und mit einem Wasseranhebabschnitt versehen sind, der zur Wasseroberfläche mit einer steilen Neigung vom unteren Ende des wassereinführenden und abfallenden Abschnittes aus aufwärts verläuft, wobei eine Einrichtung zur Beschleunigung der Wasser strömung innerhalb der Rohre vorgesehen ist.To solve this problem, an energy producer power unit for generating hydroelectric energy according to the In particular, pipes on the invention (each) with what the introductory sloping or lowered portion, which in Water is submerged and a certain descending slope has, and are provided with a water lifting section for Water surface with a steep slope from the bottom of the water introducing and descending section from upwards runs, with a device to accelerate the water flow is provided within the tubes.

Der Grund, warum Wasser durch die Einheit gemäß der Erfindung angehoben werden kann, ist theoretisch nicht voll ständig aufgeklärt. Da indessen der wassereinführende ab fallende Abschnitt unter Wasser untergetaucht und mit seinem höchsten Punkt unter Wasserdruck steht, während der höchste Punkt des Wasseranhebabschnittes unter Normaldruck oder atmo sphärischem Druck liegt, scheint es so, daß die daraus herrüh rende Druckdifferenz den Wasserstrom zum Fließen bringt.The reason why water flows through the unit according to the Invention can be raised is not theoretically full constantly enlightened. Since then, the water inlet falling section submerged under water and with its highest point is under water pressure while the highest Point of the water lifting section under normal pressure or atmo spherical pressure, it seems that it stems from it pressure difference causes the water flow to flow.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen noch näher erläutert, an denen auch noch weitere Zielsetzungen und Vorteile der Erfin dung klar werden.The invention will now be described more schematically Drawings on exemplary embodiments explained in more detail which also have other objectives and advantages of the Erfin become clear.

FIGURE LEGEND

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung und Fig. 1 shows a schematic cross section of an embodiment of the invention and

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 shows a schematic cross section of another embodiment of the invention.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EXAMPLES

Fig. 1 stellt eine Allgemeinansicht einer Ausfüh rungsform der Erfindung dar. Fig. 1 shows a general view of an embodiment of the invention.

Zwischen einer Kastenstruktur 2, welche durch Staub und sonstigen Feststoff abhaltendes Siebmaterial gebildet und auf einem Basisgestell 1 angeordnet ist, und einem ersten Was sertank 4a, der auf einem Basisgestell 3 angeordnet ist, ist ein (erstes) Leitungsrohr 5a vorgesehen, das auf einem nicht dargestellten Stützpfeiler aus Stahl fixiert ist. Das er ste Leitungsrohr 5a hat einen absteigenden Gradienten von etwa 35° bis 45°. Ferner ist ein Wasseranhebabschnitt 8 gebildet, der sich steil in der Nähe des ersten Wassertanks 4a erhebt; dabei endet das obere Ende des ersten Leitungsrohres 5a mit seinem oberen Abschnitt innerhalb des ersten Wassertanks 4a. In der Nähe des wassereinführenden Abschnittes 6 der ersten Rohr leitung 5a ist ein Zweigleitungsrohr 7 angeschlossen. Durch dieses wird Luft von einem Luftkompressor durch das Zweiglei tungsrohr 7 zugeführt.Between a box structure 2 , which is formed by dust and other solid-retaining sieve material and is arranged on a base frame 1 , and a first What sertank 4 a, which is arranged on a base frame 3 , a (first) conduit 5 a is provided, which on a steel pillar, not shown, is fixed. He ste pipe 5 a has a descending gradient of about 35 ° to 45 °. Furthermore, a water lifting section 8 is formed, which rises steeply in the vicinity of the first water tank 4 a; the upper end of the first conduit 5 a ends with its upper section within the first water tank 4 a. In the vicinity of the water-introducing section 6 of the first pipe 5 a, a branch pipe 7 is connected. Through this air is supplied from an air compressor through the pipe 7 line 7 .

Die Leitungsrohre (5a,) 5b, 5c und 5d sind jeweils zwischen dem ersten Wassertank 4a und dem zweiten Wassertank 4b, diesem und dem dritten Wassertank 4c und zwischen dem drit ten Wassertank 4c und dem vierten Wassertank 4d fixiert. Von letzterem vierten Wassertank 4d fällt Wasser herab und bringt die Turbine eines Leistungsgenerators zur Rotation.The conduits ( 5 a,) 5b, 5c and 5d are each fixed between the first water tank 4 a and the second water tank 4 b, this and the third water tank 4 c and between the third water tank 4 c and the fourth water tank 4 d. Water falls from the latter fourth water tank 4 d and causes the turbine of a power generator to rotate.

Vorzugsweise haben die Leitungsrohre 5a, 5b, 5c und 5d (jeweils) mehr als 40 m Länge, d. h. etwa 40 m bis 70 m. Wenn die Länge des Leitungsrohres größer als 40 m ist, soll der Durchmesser des Leitungsrohres wenigstens 10 m betragen. Wenn die Länge des Leitungsrohres kürzer ist, stoppt das Wasser an mittlerer Länge und wird nicht angehoben.The conduits 5 a, 5 b, 5 c and 5 d (each) preferably have a length of more than 40 m, ie about 40 m to 70 m. If the length of the conduit is greater than 40 m, the diameter of the conduit should be at least 10 m. If the length of the conduit is shorter, the water stops at the medium length and is not raised.

Der See, Teich, Weiher etc. in dem das erste Lei tungsrohr 4a untergetaucht ist, hat vorzugsweise 10 m oder mehr Tiefe und 200 m oder mehr Breitenausdehnung. Dies folgt daraus, daß eine Wassermenge von 85 bis 90 m³/min erforderlich ist, um elektrische Energie von etwa 10 000 kW zu erzeugen. Da nämlich die Einheit gemäß der Erfindung von einer Umwälzbauart ist, welche das Wasser des Sees, Teichs oder Weihers rücksendet, so bald es ausgenützt worden ist, muß eine große Wasserquantität in dem See, Teich oder Weiher etc. vorhanden sein.The lake, pond, pond, etc., in which the first pipe 4 a is submerged, preferably has a depth of 10 m or more and a width of 200 m or more. This follows from the fact that a water quantity of 85 to 90 m ³ / min is required to generate electrical energy of approximately 10,000 kW. Namely, since the unit according to the invention is of a circulating type which sends back the water of the lake, pond or pond as soon as it has been used, there must be a large quantity of water in the lake, pond or pond, etc.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Wasser viermalig angehoben, und zwar unter Verwendung erst des ersten Rohres 5a bis schließlich des vierten Rohres 5d, und dann zum Leistungsgenerator abfallen gelassen. Diesem Beispiel braucht man jedoch nicht genau zu folgen, und das Maß, wie oft Wasser angehoben werden sollte, bestimmt man zweckmäßig ent sprechend der zu erzeugenden Leistung. Wenn die zu erzeugende Leistung gering ist, braucht im unteren Grenzfall das Wasser nur mittels des ersten Leitungsrohres 5a angehoben und dann zum Leistungsgenerator wieder von dem ersten Leitungsrohr 5a ab fallen gelassen zu werden.In the embodiment described above, the water is raised four times, using only the first tube 5 a to finally the fourth tube 5 d, and then dropped to the power generator. However, one does not need to follow this example exactly, and the measure of how often water should be raised is appropriately determined according to the power to be generated. If the power to be generated is low, in the lower limit the water needs only to be raised by means of the first conduit 5 a and then to be dropped from the first conduit 5 a to the power generator.

Der Luftkompressor übt eine Wirkung aus, um die Fließgeschwindigkeit des Wassers zu verstärken, und er wird in Betrieb gehalten oder abgestoppt je nach der gewünschten Fließ geschwindigkeit. Wenn mit anderen Worten die Fließgeschwindig keit sich erniedrigt, während man das laufende Wasser beobach tet, sollte man die Luft einführen. Wenn die gewünschte Fließ geschwindigkeit erreicht ist, kann die Einführung von Luft ge stoppt werden.The air compressor has an effect to the To increase flow rate of the water and it will in Operation stopped or stopped depending on the flow desired speed. If in other words the flow rate speed decreases while observing the running water should you introduce the air. If the flow you want speed is reached, the introduction of air can ge be stopped.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Luft des Luftkompressors am Wassereinführungsabschnitt der beschriebenen Anordnung (gemäß Fig. 1 insbesondere in der Ka stenstruktur 2) eingeführt; man kann Wasser jedoch auch in dem Wasseranhebabschnitt einführen.In the embodiment described above, the air of the air compressor is introduced at the water introduction section of the arrangement described (according to FIG. 1 in particular in the box structure 2 ); however, water can also be introduced into the water lifting section.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung von Fig. 1, die in den nicht im folgenden beschriebenen Elementen mit Fig. 1 bzw. der dazugehörigen Beschreibung übereinstimmen kann. Während die Ausführungsform nach Fig. 1 vierstufig ist (Leitungsrohre 5a bis 5d), aber gemäß der Beschreibung zwischen einer Stufe und vier Stufen variieren kann, zeigt Fig. 2 hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine dreistufige Anordnung. FIG. 2 shows a modification of FIG. 1, which may correspond to FIG. 1 or the associated description in the elements not described below. While the embodiment according to FIG. 1 has four stages (line pipes 5 a to 5 d), but according to the description can vary between one stage and four stages, FIG. 2 shows a three-stage arrangement without restricting generality.

Die Besonderheit nach Fig. 2 besteht darin, daß an Stelle (oder zusätzlich) zum Zweigleitungsrohr 7 eine Pumpe 9 im Wasseranhebabschnitt 8 vorgesehen ist, um das angehobene Wasser zu beschleunigen.The special feature of Fig. 2 is that is in place of (or in addition) 9 is provided to the branch pipe 7 a pump in Wasseranhebabschnitt 8, in order to accelerate the raised water.

Die Pumpe 9 ist zwischen den Rohrleitungsstücken des Wasseranhebabschnittes 8 eingeschaltet und sendet das Wasser aufwärts, das zur Pumpe von unten her hochgesandt ist.The pump 9 is switched on between the pipe sections of the water lifting section 8 and sends up the water that is sent up to the pump from below.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Einheit nach der Erfindung mit einer der oben angegebenen Anordnungen be schrieben.The operation of the unit is shown below the invention with one of the above arrangements be wrote.

Wenn das nicht dargestellte Ventil am Wassereinlaß (in 2) des ersten Leitungsrohres 5a total offen ist und sich somit in dem Zustand befindet, wie er in der zeichnerischen Darstellung angegeben ist, wird Wasser in das erste Leitungs rohr 5a eingesaugt unter Bildung eines Wirbels. Die Geschwin digkeit des in das Leitungsrohr 5a eingesaugten Wassers beträgt 8 m/sec oder mehr. Das Wasser fällt dann in dem ersten Lei tungsrohr 5a ab und wird dann durch den Wasseranhebabschnitt 8 nach oben geschoben. Es wird dann in Höhen von 3 m oder mehr über der Wasseroberfläche hochgeblasen und im ersten Wassertank 4a aufgenommen. In ähnlicher Weise wird Wasser in Richtung zum zweiten Wassertank 4b nach oben geschoben und dann zum dritten Wassertank 4c. Schließlich erreicht es gegebenenfalls den vier ten Wassertank 4d. Vom vierten Wassertank 4d (oder dem letzten Wassertank) fällt dann das Wasser herab. Dadurch wird dann die Turbine des Leistungsgenerators 10 in Rotation versetzt und En ergie erzeugt. Wenn Wasser auf diese Weise zirkuliert wird, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab. Dementsprechend ist bei der ersten Ausführungsform ein Luftkompressor an das erste Lei tungsrohr 5a angeschlossen - und das vierte Leitungsrohr 5d wird dann so betrieben, daß Luft in die Rohre eingeführt wird. Wenn eine konstante Fließgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Luftkompressor gestoppt. Dann werden die Betriebsphasen und die Abstopphasen des Luftkompressors wiederholt je nach dem Ausmaß der Fließ- bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Wassers.If the valve, not shown, at the water inlet (in FIG. 2) of the first conduit 5 a is completely open and is thus in the state as indicated in the drawing, water is sucked into the first conduit 5 a, forming a vortex . The speed of the water sucked into the conduit 5 a is 8 m / sec or more. The water then falls in the first Lei pipe 5 a and is then pushed up by the water lifting section 8 . It is then blown up to a height of 3 m or more above the water surface and taken up in the first water tank 4 a. Similarly, water is pushed up towards the second water tank 4 b and then to the third water tank 4 c. Finally, it may reach the fourth water tank 4 d. The water then falls from the fourth water tank 4 d (or the last water tank). This then sets the turbine of the power generator 10 in rotation and generates energy. When water is circulated in this way, the flow rate decreases. Accordingly, in the first embodiment, an air compressor is connected to the first line pipe 5 a - and the fourth line pipe 5 d is then operated so that air is introduced into the pipes. When a constant flow rate is reached, the air compressor is stopped. Then the operating phases and the stopping phases of the air compressor are repeated depending on the extent of the flow rate of the water.

Innerhalb der Leitungsrohre 5b, 5c und 5d müssen Va kuumbedingungen eingehalten werden, da sonst ein Rückfluß er folgen kann, wenn Luft in das betreffende Leitungsrohr einge füllt wird. An den obersten Enden dieser Leitungsrohre 5b, 5c und 5d sind deswegen Ventile angebracht. Wenn eine gewisse Was sermenge in den Tanks 4b, 4c und 4d gespeichert wird, öffnen sich die Ventile unter dem Wassergewicht.Within the conduits 5 b, 5 c and 5 d, vacuum conditions must be observed, otherwise he can follow a reflux if air is filled into the conduit in question. Valves are therefore attached to the uppermost ends of these conduits 5 b, 5 c and 5 d. If a certain amount of water is stored in tanks 4 b, 4 c and 4 d, the valves open under the weight of water.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit geschaffen, ein ruhendes Wasser in Strömungszustand zu bringen und so Energie oder Lei stung zu erzeugen. Dementsprechend besteht keine Notwendigkeit mehr, gigantische Dämme zu bauen, wie dies bei der konventio nellen Art hydroelektrischer Energie- oder Leistungserzeugung der Fall ist. Auch besteht keine Problematik hinsichtlich Si cherheit mehr. Ferner besteht keine Notwendigkeit mehr, natür liche Resourcen wie Erdöl zu verbrauchen, und die Kosten sind sehr niedrig. Somit hat die Einheit nach der Erfindung viele Vorteile im Vergleich mit Energie- oder Leistungserzeugungsein heiten konventioneller Art und stellt eine epochemachende Vor richtung dar.As can be seen from the above description, in Within the scope of the invention created the possibility of a dormant Bring water to flow and so energy or lei generation. Accordingly, there is no need more to build gigantic dams, like this at the konventio nell type of hydroelectric energy or power generation the case is. There is also no problem with Si security more. Furthermore, there is no longer a need, of course to consume resources such as oil, and the cost is very low. Thus the unit according to the invention has many Advantages compared to energy or power generation conventional and presents an epoch-making presentation direction.

Die Wassertanks 4a, 4b und/oder 4c können zur Atmo sphäre offen sein; es kann aber alternativ auch vorgesehen sein, daß die Wassertanks 4a, 4b und/oder 4c geschlossen sind, so daß das Rohrleitungssystem vom Wassereinlaß (in 2) bis zum Wasserauslaß (z. B. am oberen Ende von 5d) geschlossen ist.The water tanks 4 a, 4 b and / or 4 c can be open to the atmosphere; however, it can alternatively also be provided that the water tanks 4 a, 4 b and / or 4 c are closed, so that the pipeline system from the water inlet (in FIG. 2) to the water outlet (e.g. at the upper end of FIG. 5 d) is closed .

Claims

1. Power generation unit for generating hydroelectric energy, characterized by at least one, preferably a plurality of conduits ( 5 a), (each) consisting of (or having) a (n) submerged and (there) water-introducing and descending to a certain extent descending section and from a water lifting section ( 8 ), which runs at a steep incline from the lower end of the descending section serving for water introduction, and by means ( 7 ; 9 ) for accelerating the water flow within the respective pipe ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d).

2. Power generation unit for generating hydroelectric energy according to claim 1, characterized in that the device ( 9 ) for accelerating the water flow in the tubes ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) is provided on the water lifting section ( 8 ).

3. Energy generation unit for generating hydroelectric energy according to claim 1 or 2, characterized in that the device for accelerating the water flow in the tubes ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) is realized by introducing air by means of an air compressor .

4. Energy generation unit for generating hydroelectric energy according to one of claims 1 to 3, characterized in that the device for accelerating the water flow in the tubes ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) the activation of a pump ( 9 ) between the pipes (or is formed by the circuit of the pump).