DE4112730A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von elektrischem strom durch wasserkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom unter Ausnutzung, der Strömungsenergie eines strömenden Gewässers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.

Unter einem strömenden Gewässer im Sinne der vorliegenden Erfindung soll dabei sowohl ein fließendes Gewässer, bei­ spielsweise ein Fluß, als auch ein Gewässer mit reversierender Strömung, beispielsweise ein Meer mit einer Gezeitenströmung, verstanden werden.

Bei derartigen bekannten Vorrichtungen wird Wasser über Turbi­ nen geleitet, die abtriebsseitig mit einem Generator zur Stromerzeugung verbunden sind. Diese bekannten Vorrichtungen sind typischerweise als sogenannte Laufkraftwerke, Speicher­ kraftwerke oder Gezeitenkraftwerke ausgeführt.

Bei Laufkraftwerken, typische Vertreter sind die Flußkraft­ werke, wird eine annähernd gleichmäßige Wasserführung ange­ strebt, um eine möglichst gleichbleibende Fallhöhe zum Betrieb der Turbinen zu gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, daß der Fluß abschnittsweise durch Wehre gestaut wird. Die Turbi­ nen sind dabei üblicherweise in die Wehrbauten integriert oder in einer Uferverbauung angeordnet.

Speicherkraftwerke weisen typischerweise einen riesigen Wasserspeicher in Form eines Stausees auf, der durch einen Damm abgeschlossen wird. Die Turbinen sind entweder im Damm selbst integriert oder sind erheblich tiefer als der Damm an­ geordnet und über Druckrohrleitungen mit diesem verbunden.

Bei Gezeitenkraftwerken werden unmittelbar vor der Küste rie­ sige Dämme errichtet, in denen eine Vielzahl von Turbinen an­ geordnet ist, die beim Gezeitenwechsel alternierend seewärts und landwärts durchströmt werden.

Derartige Wasserkraftwerke weisen zwar durchaus einen befrie­ digenden Wirkungsgrad bei der Umsetzung der kinetischen bzw. potentiellen Energie des Wassers in elektrische Energie auf. Nachteilig bei diesen bekannten Wasserkraftwerken ist jedoch, daß sie aufgrund der erforderlich umfangreichen Baumaßnahmen überaus massive Eingriffe in die Natur darstellen, die sich negativ auf die Umwelt auswirken und irreparable Schäden ver­ ursachen. So führen die oben beschriebenen Dämme, Wehre, Ufer­ verbauungen, Stauseen, Stauwände oder dgl., oft zu einer emp­ findlichen Störung des Grundwasserhaushaltes, zur Verödung oder Verkarstung ganzer Landstriche und zur Zerstörung des Landschaftsbildes. Hinzu kommt, daß die für bekannte Wasser­ kraftwerke erforderlichen Baumaßnahmen hohe Kosten, in der Re­ gel bis zu mehreren Milliarden D-Mark verursachen, wobei au­ ßerdem die Baumaßnahmen selbst mehrere Jahre in Anspruch neh­ men.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom unter Ausnut­ zung der Strömungsenergie eines strömenden Gewässers zu schaf­ fen, welche die zur Installation in der Natur erforderlichen Baumaßnahmen auf ein Minimum beschränken und eine umweltscho­ nende und kostengünstige Herstellung von elektrischem Strom ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Lehre des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren nach der Lehre des Pa­ tentanspruchs 16 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von elektri­ schem Strom unter Ausnutzung der Strömungsenergie eines strö­ menden Gewässers weist also mindestens ein vom strömenden Ge­ wässer, sei dies nun ein Fluß oder eine Gezeitenströmung, an­ getriebenes Schaufel- oder Flügelrad auf, das auf herkömmliche Weise einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Im Gegen­ satz zu den bekannten Vorrichtungen sind jedoch das Schaufel- oder Flügelrad bzw. die Schaufel- oder Flügelräder und der Ge­ nerator auf bzw. an einem Schwimmkörper angeordnet, der im we­ sentlichen ortsfest im strömenden Gewässer verankert ist. Im wesentlichen ortsfest soll hierbei bedeuten, daß der Schwimm­ körper nicht von der Strömung weggetragen wird, sondern entge­ gen der Strömungsrichtung fixiert ist. Eine Dreh- oder Schwenkbewegung des Schwimmkörpers in Anpassung an sich än­ dernde Strömungsverhältnisse soll dabei jedoch durchaus zuge­ lassen werden.

Es handelt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung also mit anderen Worten um eine schwimmende im wesentlichen selb­ ständige Kraftwerkseinheit. Diese Kraftwerkseinheit ist dabei auf einfache und kostengünstige Weise beispielsweise in einer entsprechenden Werft vormontierbar, und kann dann, ebenfalls kostengünstig, auf dem Wasserweg an den vorgesehenen Ein­ satzort gebracht werden. Am Einsatzort selbst sind lediglich im strömenden Gewässer bzw. an dessen Ufern entsprechend aus­ gebildete Verankerungen notwendig, an denen der Schwimmkörper auf prinzipiell beliebige Art und Weise, vorzugsweise jedoch durch entsprechend dimensionierte Seile, befestigt wird. Mit anderen Worten, am Einsatzort selbst sind, abgesehen von den Verankerungseinrichtungen, keinerlei die Natur oder das Land­ schaftsbild verändernden Baumaßnahmen notwendig.

Aufgrund der Anordnung der Vorrichtung auf einem Schwimmkörper entfallen jedoch nicht nur die bei den bekannten Wasserkraft­ werken notwendigen stationären Bauwerke, die die Turbine und den Generator beinhalten, sondern es werden auch große Stau­ oder Speicherbereiche, wie sie bei den bekannten Kraftwerken zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Bauweise notwendig sind, überflüssig. Durch die schwimmende Anordnung einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung erfolgt notwendigerweise eine selbsttätige kontinuierliche Anpassung an den jeweiligen Was­ serstand, so daß Schwankungen der Gewässerhöhe keinerlei Ein­ fluß auf das Betriebsverhalten bzw. den Wirkungsgrad der er­ findungsgemäßen Vorrichtung haben. Mit anderen Worten, die An­ strömverhältnisse auf die Schaufel- und/oder Flügelräder und die Eintauchtiefe der Schaufel und/oder Flügel bleiben unter allen Betriebsbedingungen konstant. Dies betrifft jedoch nicht nur Veränderungen im Wasserstand; vielmehr werden auch örtli­ che und zeitliche Änderungen der Strömungsrichtungen in ein­ fachster Weise kompensiert, da sich die erfindungsgemäße Vor­ richtung immer entsprechend der jeweiligen Strömungsrichtung ausrichtet.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich im Hinblick auf die Lagerung sämtlicher sich drehender Massen, da sich überraschenderweise gezeigt hat, daß die schwimmende Anordnung notwendigerweise auftretende Vibrationen und Schwingungen im Vergleich zu einer starren Lagerung, wie sie bei den bekannten Kraftwerken vorliegt, relativ elastisch auspendelt. Dies gilt sowohl für Schwingungen in Vertikal- und Horizontalrichtung als auch für Rotationsschwingungen. Durch diese mehr oder weniger elastische Lagerung des Gesamtsystems können anstelle der üblichen konstruktiv aufwendigen teuren und schweren Lagerungen relativ einfache und kleindimensio­ nierte Lager verwendet werden, wobei gleichzeitig ein ruhiger und runder Lauf der Vorrichtung ermöglicht wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil schließlich ist die leichte Anpaßbarkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an die jewei­ ligen Anforderungen. So läßt sich beispielsweise eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung und von den jeweiligen Umgebungs­ bedingungen zu einem Verband aneinanderkoppeln, wobei die Vor­ richtungen nebeneinander oder nach Art eines Tausendfüsslersy­ stems hintereinander, bezogen auf die Strömungsrichtung des Gewässers, angeordnet sein können. Die Aneinanderkopplung kann dabei elektrisch und/oder mechanisch erfolgen. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich elek­ trisch nach Art einer Reihen- oder Parallelschaltung zusammen­ koppeln und/oder können über geeignete mechanische Kraftüber­ tragungseinrichtungen beispielsweise einen gemeinsamen Genera­ tor und/oder Dynamo antreiben. Somit läßt sich auf einfache Weise ein modularer Aufbau eines Wasserkraftwerks realisieren, wobei, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, in prinzipiell gleicher Weise sowohl relativ kleine Kraft­ werkseinheiten, beispielsweise in kleineren Flußläufen zur Versorgung einzelner Gehöfte, als auch größere Kraftwerksein­ heiten bis hin zu Großkraftwerken, beispielsweise zur Versor­ gung ganzer Städte, realisierbar sind.

In einfachster Weise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einrümpfigen Schwimmkörper auf, der nach Art eines Schiffes, eines Floßes oder eines Pontons gestaltet sein kann. An diesem Schwimmkörper kann dann ein Schaufel- oder Flügel­ rad, insbesondere ein Flügelrad nach Art eines Propellers, auf prinzipiell beliebige Art und Weise drehbar angebracht sein, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß das Schaufel- oder Flügelrad frei der Strömung des Gewässers ausgesetzt ist.

Vorzugsweise jedoch besteht der Schwimmkörper im Hinblick auf seine stabile Gleichgewichtslage aus mindestens zwei, vorzugs­ weise aus drei Rümpfen, die im wesentlichen parallel zueinan­ der angeordnet sind. Dabei können die Aggregate oder Elemente der Vorrichtung auf die verschiedenen Rümpfe verteilt werden; vorzugsweise jedoch ist ein Rumpf als sogenannter Hauptrumpf ausgebildet, auf dem sämtlichen notwendigen Aggregate angeord­ net sind, wobei der oder die anderen Rümpfe primär mehr oder weniger der Stabilisierung der gesamten Vorrichtung dienen. Bei einer mehrrümpfigen Ausgestaltung des Schwimmkörpers er­ folgt außerdem die Anordnung des Schaufel- oder Flügelrades vorzugsweise im Bereich bzw. in den Bereichen zwischen zwei benachbarten Rümpfen, wodurch zum einen eine zweiseitige sta­ bile Lagerung gewährleistet ist und zum anderen optimale An­ strömverhältnisse ermöglicht werden. Diese Anordnung ist ins­ besondere dann von Vorteil, wenn es sich bei dem Antriebsrad um ein Schaufelrad handelt, wobei in diesem Fall die Drehachse des Schaufelrades vorzugsweise im wesentlichen quer zur Längsachse des Schwimmkörpers bzw. der Rümpfe des Schwimm­ körpers und damit auch quer zur Strömungsrichtung verläuft. Durch diese Anordnung wird insbesondere erreicht, daß das Schaufelrad immer quer zu seiner Längsachse angeströmt wird, wobei sich für die angeströmte Fläche ein Optimum ergibt. Ein weiterer Vorteil der Anordnung eines Schaufelrades zwischen zwei parallelen Rümpfen ergibt sich dadurch, daß aufgrund der zweiseitigen Lagerung Schaufelräder größerer Breite bzw. größerer axialer Länge und/oder größeren Durchmessers verwen­ det werden können, wodurch sich die angeströmte Fläche und da­ mit die übertragene Kraft signifikant vergrößern läßt.

Im Gegensatz zu den bekannten Wasserkraftwerken, bei denen die Turbinen mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchströmt werden, ist die Drehgeschwindigkeit des Schaufel- oder Flügel­ rades entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers relativ gering. Vorzugsweise ist daher bei einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ein Getriebe vorgesehen, das zwischen die Drehachse des Schaufel- oder Flügelrades und den Generator eingeschaltet ist. Primär dient ein solches Getriebe dazu, die relativ niedrigen Drehzahlen des Schaufel- oder Flügelrades in die für den Generator benötigten relativ hohen Drehzahlen umzusetzen. Vorzugsweise weist dieses Getriebe eine im wesent­ lichen stufenlose Übersetzungsregelung auf, um länger anhal­ tende Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers zu kompensieren, d. h., letztendlich den Generator mit einer gleichbleibenden Drehfrequenz anzutreiben. Zur Kompensation kurzfristiger momentaner Änderungen der Strömungsgeschwin­ digkeit kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung minde­ stens ein Schwungrad als Energiespeicher vorgesehen sein, wo­ bei das Schwungrad beispielsweise direkt auf der Drehachse des Schaufel- oder Flügelrades angeordnet sein kann. Vorzugsweise jedoch befindet sich das Schwungrad im Abtriebsstrang des Ge­ triebes, d. h. auf einer Achse, die im Vergleich zur Drehachse des Schaufel- oder Flügelrades eine relativ hohe Drehzahl auf­ weist. Insbesondere bei dieser Anordnung wird durch die hohe Drehzahl und damit durch die hohe Energiespeicherung des Schwungrades eine wirksame Stabilisierung der Drehfrequenz der Generatorachse ermöglicht.

Schnelldrehende Achsen, insbesondere schnelldrehende Achsen mit einer großen Masse, wie beispielsweise das Schwungrad, der Rotor des Generators und der Anker eines gegebenenfalls vor­ handenen Dynamos erzeugen bekannterweise nicht unerhebliche Kreiselkräfte. Derartige Kreiselkräfte müssen bei den bekann­ ten Vorrichtungen mit ihren starren Fundamenten und Bauwerken vollständig von den Lagerungen aufgenommen werden, wodurch diese sehr aufwendig konstruiert und schwer dimensioniert sein müssen. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen be­ wirken die Kreiselkräfte dieser schnell laufenden Achsen bzw. Massen eine direkte Deviation des gesamten Schwimmkörpers be­ züglich dessen Metazentrums, wobei sich nach dem Anlaufen der Vorrichtung eine stabile Schwimmlage einbalanciert. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Achsrichtungen aller schnell lau­ fenden Achsen in ein bestimmtes Verhältnis zueinander gebracht werden, wobei sich die besten Eigenstabilisationseffekte dann ergeben, wenn die Achsrichtungen zueinander im wesentlichen parallel und/oder alternierend orthogonal verlaufen.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in oder auf einem in strömendem Gewässer verankerten Schiff, Floß oder Ponton mit Wasserrädern angetriebene Elektrizität produ­ zierende Maschinen, die mit Kreiselkräften beaufschlagte Ach­ sen aufweisen, betrieben werden, wobei die Achsrichtungen al­ ler mit Kreiselkräften beaufschlagten Achsen, insbesondere der Generatorrotoren und/oder Schwungräder, sowie deren Drehrich­ tungen derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Summe der durch diese Maschinen auf das Schiff, Floh oder Ponton aus­ geübten Kräfte oder Momente nächstmöglich ein Nullpunktfeld ergeben. Mit anderen Worten, die mit Kreiselkräften beauf­ schlagten Achsen aufweisenden Maschinen werden auf dem Schwimmkörper so angeordnet und betrieben, daß sich die durch die Rotation der Achsen dem Schwimmkörper aufgeprägten Kräfte und/oder Momente in ihrer Addition gegenseitig im wesentlichen neutralisieren, so daß das resultierende Vektorfeld nächstmög­ lich den Wert Null annimmt. Durch eine solche Anordnung und Betriebsweise lassen sich sowohl der Schwimmkörper als auch die entsprechenden Lagerungen in relativ geringer Größe ausführen, so daß bei geringem Raumbedarf eine relativ hohe Leistung eines erfindungsgemäßen Kraftwerks erreichbar ist. Ein derartiges Verfahren bzw. eine oben skizzierte erfindungs­ gemäße Vorrichtung sind insbesondere bei Großkraftwerken von Vorteil, da in diesem Fall die rotierenden Massen, beispiels­ weise bei einem Generatorrotor im Bereich von 100 t und mehr, und damit verbunden die Deviationskräfte einen erheblichen Be­ trag annehmen können.

Der vom Generator bzw. gegebenenfalls von einer Dynamomaschine abgegebene Strom wird üblicherweise durch eine Transforma­ torenstation als Umspanneinrichtung auf die erforderliche Netzspannung umgeformt. Eine derartige Transformatorenstation kann dabei am Ufer des Gewässers angeordnet sein. Vorzugsweise jedoch befindet sich die Transformatorenstation ebenfalls auf dem Schwimmkörper, da dann die so erhaltene erfindungsgemäße Vorrichtung als völlig selbständige Kraftwerkseinheit fun­ giert, wodurch sich die Mobilität und Variabilität nochmals entscheidend vergrößert. Zudem werden die bei der Energieüber­ tragung an die Transformatorenstation hinzunehmenden Verluste gering gehalten.

Wie vorstehend beschrieben, kann das die Wasserkraft umset­ zende Antriebsrad in prinzipiell beliebiger Weise als Schau­ felrad oder als Flügelrad nach Art eines Propellers oder einer Schraube ausgebildet sein. Vorzugsweise wird jedoch, insbeson­ dere bei relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Ge­ wässers, ein Schaufelrad verwendet, da hierbei die ange­ strömten wirksamen Flächen bei einer gegebenen Baugröße gegen­ über einem Flügelrad signifikant vergrößert werden können. Ein weiterer ökologischer Vorteil bei Verwendung eines Schaufelra­ des ergibt sich dadurch, daß durch den häufigen Luft-Wasser- Wechsel der Schaufeln eine Anreicherung des Gewässers mit Sau­ erstoff erfolgt, so daß insbesondere in Gebieten mit intensi­ ver landwirtschaftlicher und industrieller Nutzung die Wasser­ qualität deutlich verbessert wird.

Ein derartiges Schaufelrad besteht aus einem eigentlichen, im wesentlichen zylinderförmigen Radkörper bzw. Radgestell, an dessen Umfangsfläche Anströmflächen in Form von Schaufeln angeordnet sind. Die Schaufeln können dabei in Achsrichtung des Schaufelrades einstückig ausgebildet sein; vorzugsweise jedoch sind die Schaufelflächen eines Schaufelrades in Achs­ richtung in eine Vielzahl von einzelnen Schaufeln mit dazwi­ schenliegenden Ausnehmungen aufgelöst, wobei die in Umfangs­ richtung des Schaufelrades aufeinanderfolgenden Schaufeln, be­ zogen auf die Hauptebene des Schaufelrades, seitlich gegen­ einander versetzt sind. Durch diese Versetzung der Schaufeln wird bewirkt, daß jede einzelne Schaufel auf ihrer Gesamt­ fläche gleichmäßig angeströmt wird. Die Schaufeln können wei­ ter in an sich bekannter Weise gekrümmt ausgeführt sein. Durch diese Gestaltung bzw. Anordnung der Schaufeln wird insgesamt der Wirkungsgrad des Schaufelrades erhöht.

Vorzugsweise sind die Schaufeln an der Umfangsfläche des Schaufelrades um eine Achse, die parallel zur Schaufelradachse verläuft, drehbar oder klappbar angeordnet. Durch diese Anord­ nung ist es möglich, die Anstellung der einzelnen Schaufeln in Abhängigkeit von der Eintauchphase immer so zu wählen, daß die Schaufeln während der gesamten Eintauchphase im rechten Winkel angeströmt werden, so daß sich keine Leistungsverluste auf­ grund einer sonst zwangsläufig verringerten wirksamen Anström­ fläche ergeben.

Die Schaufeln können in einfachster Weise vollflächig ausge­ führt sein. Vorzugsweise jedoch kann der Wirkungsgrad der Schaufeln dadurch erhöht werden, daß diese mit Ausnehmungen versehen, vorzugsweise perforiert und/oder feingeschlitzt sind. Durch diese Ausgestaltung werden die hydro-dynamischen Eigenschaften der Schaufeln verbessert.

Das Schaufelrad einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in einfachster Weise offenliegend angeordnet sein. Vorzugsweise jedoch verläuft das Schaufelrad in einem kastenartigen Ge­ häuse, das im wesentlichen das Schaufelrad gegenüber der Umge­ bung abschließt, wobei selbstverständlich das Gehäuse zum Was­ ser hin offen sein muß, damit die eingetauchten Schaufeln des Schaufelrades der Strömung des Gewässers frei ausgesetzt sind. Durch ein derartiges Gehäuse wird insbesondere im Winter, wenn die Lufttemperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt liegen, die Gefahr der Vereisung der Schaufeln dadurch verringert, daß die Wärme des Wassers in das Gehäuse abgegeben wird, wodurch im Gehäuse Temperaturen deutlich oberhalb der Außentemperatur herrschen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Schaufeln des Schaufelrades und/oder das Gehäuse beheizbar ausgestaltet sein, wodurch der Gefahr einer Vereisung weiter vorgebeugt werden kann. Die Heizung der Schaufeln bzw. des Ge­ häuses kann dabei in einfachster Weise durch die Abwärme ins­ besondere der auf dem Schwimmkörper befindlichen Aggregate er­ folgen. Durch die Kombination der mit Abwärme geheizten Schau­ feln mit einem wie vorstehend beschriebenen Gehäuse verringert sich der Energieaufwand zur Beheizung und damit zur Auf­ rechterhaltung eines optimalen Wirkungsgrades erheblich.

Am Bug einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere am Bug des Hauptrumpfes, sind vorzugsweise Wasserleiteinrich­ tungen vorgesehen, die dazu dienen, Schwemm- oder Treibgut und insbesondere Treibeis, das durch die Strömung an die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung herangetragen wird, von den Schaufel- oder Flügelrädern fernzuhalten, so daß ein ungestörter Betrieb gewährleistet ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Da­ bei zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungs­ beispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegen­ den Erfindung und

Fig. 2 in schematischer Darstellung verschiedene mög­ liche Ausgestaltungen von Schaufeln eines Schau­ felrades gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung be­ steht aus einem drei-rümpfigen Schwimmkörper mit einem Hauptrumpf 1 und zwei parallel dazu angeordneten Nebenrümpfen 2 und 3. Die Nebenrümpfe 2 und 3 sind dabei über Verbindungs­ träger 18, 19, 20, 21 mit dem Hauptrumpf 1 verbunden. Zwischen dem Nebenrumpf 2 und dem Hauptrumpf 1 bzw. dem Nebenrumpf 3 und dem Hauptrumpf 1 ist jeweils ein Schaufelrad 8 bzw. 9 so angeordnet, daß die Drehachse 10 des Schaufelrades 8 bzw. die Drehachse 11 des Schaufelrades 9 quer zur Längsrichtung der Rümpfe 1, 2, 3 und quer zur Strömungsrichtung S verläuft. Die Drehachse 10 ist dabei auf der einen Seite am Nebenrumpf 2 und auf der anderen Seite am Hauptrumpf 1 und die Drehachse 11 ist auf der einen Seite am Nebenrumpf 3 und auf der anderen Seite ebenfalls am Hauptrumpf 1 gelagert.

Der Hauptrumpf 1 und damit die gesamte Vorrichtung ist im we­ sentlichen ortsfest im strömenden Gewässer an lediglich schematisch angedeuteten Ankerpunkten 4 und 5 über Stahl­ trossen 6 und 7 verankert. Dabei ist die Verankerung so ge­ wählt, daß zwar die Vorrichtung nicht durch die Strömung S mitgenommen wird, jedoch ein Auspendeln der Vorrichtung ent­ sprechend den Strömungsverhältnissen ermöglicht wird. Um ein übermäßiges Trimmen, d. h. Ausschwenken aus der Strömungsrich­ tung, des Schwimmkörpers, beispielsweise verursacht durch un­ gleichmäßige Strömungsverhältnisse an den Schaufelrädern 8,9, zu vermeiden, können in der Darstellung der Fig. 1 nicht ge­ zeigte Steuerruder an den Enden der Rümpfe des Schwimmkörpers angeordnet sein, die dem Trimm entgegenwirken.

Beim Anströmen des fließenden Gewässers auf die ortsfest ver­ ankerte Vorrichtung werden die Schaufelräder 8 und 9 um ihre Achsen 10 und 11 in eine Rotationsbewegung versetzt. Die Um­ fangsgeschwindigkeit der Schaufelräder 8 und 9 entspricht da­ bei im wesentlichen der Strömungsgeschwindigkeit. Die zum Hauptrumpf 1 weisenden Enden der Drehachsen 10 und 11 sind kraftschlüssig an ein auf dem Hauptrumpf 1 angeordnetes ledig­ lich schematisch dargestelltes Getriebe 12 gekoppelt. Dieses Getriebe 12 dient primär der Umsetzung der relativ niedrigen Drehzahlen der Schaufelräder 8 und 9 in die für den Betrieb des ebenfalls auf dem Hauptrumpf 1 angeordneten Generators 14 notwendigen hohen Drehzahlen. Der Generator 14 ist dabei an die Abtriebswelle 13 des Getriebes 12 gekoppelt.

Weiter weist das Getriebe 12 einen weiteren schnell drehenden Abtriebsstrang auf, der ein Schwungrad 15 mit einer großen Masse trägt. Dieses Schwungrad 15 speichert dabei in begrenz­ tem Maße einen Teil der Rotationsenergie der Schaufelräder 8 und 9, so daß bei kurzzeitigen Strömungsänderungen die im Schwungrad 15 gespeicherte Energie über das Getriebe 12 an den Generator 14 abgegeben werden kann, so daß dieser mit einer gleichmäßigen Drehzahl beaufschlagt wird.

Die im Generator erzeugte elektrische Spannung wird über eine aus Gründen einer klareren Darstellung nicht gezeigte Dynamo­ maschine an eine Transformatorenstation 16 weitergegeben, die als Umspanneinrichtung auf die Netzspannung dient. Die Trans­ formatorenstation 16 ist nachfolgend, wie ebenfalls nicht dar­ gestellt ist, mit dem zu speisenden elektrischen Stromnetz verbunden, wobei die Verbindungsleitungen sowohl Überland als auch im Standortgewässer selbst verlegt werden können.

Der Hauptrumpf 1 ist bugseitig mit einer Leiteinrichtung 17 versehen, die eventuell von der Strömung S angeschwemmte trei­ bende Gegenstände aus dem Anströmbereich der Schaufelräder 8 und 9 ab- und an der Außenseite der Seitenrümpfe 2 und 3 vor­ beileitet. Die Wasserleiteinrichtungen 17 sind dabei selbst­ verständlich so gestaltet, daß sie die Strömung auf die Schau­ felräder 8 und 9 nicht beeinträchtigen.

In Fig. 2 sind verschiedene Ausgestaltungen und Anordnung von Schaufeln eines Schaufelrades gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Gesamtschaufeln des nicht dargestellten Schaufelrades sind dabei in axialer Richtung in eine Folge von einzelnen Schaufeln 22, 23, 24 bzw. 28, 29 aufgelöst. Die einzel­ nen Schaufeln einer Reihe sind dabei unter Einhaltung eines Zwischenabstandes angeordnet, wobei die Schaufeln der in Umfangsrichtung nachfolgenden Reihe gegenüber den Schaufeln der vorhergehenden Reihe bezogen auf die Hauptebene des Schau­ felrades seitlich gegeneinander versetzt sind. Durch diese Ausgestaltung sind optimale Anströmbedingungen für die einzel­ nen Schaufeln gewährleistet. Die Schaufeln 22, 23, 24 sind da­ bei, wie schematisch dargestellt ist, mit Ausnehmungen ver­ sehen, wobei in der Darstellung nach Fig. 2 die Schaufel 22 fein perforiert (25) ist und die Schaufeln 23 und 24 fein ge­ schlitzt (26, 27) sind. Durch diese relativ feinen Ausnehmungen wird insgesamt der hydrodynamische Wirkungsgrad der Schaufeln verbessert.

Die Schaufeln jeweils einer Reihe, also die Schaufeln 22, 23, 24 bzw. die Schaufeln 28, 29 sind am Schaufelrad über eine gemein­ same Drehachse 30 bzw. 31 befestigt, wobei über eine nicht dargestellte Vorrichtung die Schaufeln in Anpassung an die jeweilige Eintauchphase angestellt werden, so daß über die ge­ samte Eintauchphase optimale Anströmbedingungen, d. h. mög­ lichst große Anströmflächen, erzielt werden.

In einer alternativen Ausgestaltung können die Schaufeln an ihrer Peripherie an den Schaufelrädern 8, 9 derart angelenkt sein, daß sie durch ihre Schwerkraft und/oder den Wasserdruck alternierend von ihrer Betriebsstellung in eine Ruhestellung umklappbar sind; die Drehachsen 30, 31 werden in diesem Fall zu Klappachsen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom unter Ausnutzung der Strömungsenergie eines strömenden Gewäs­ sers mit mindestens einem vom strömenden Gewässer ange­ triebenen Schaufel- oder Flügelrad, das mindestens einen Generator antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufel- oder Flügelrad (8, 9) und der Generator (14) auf oder an einem im strömenden Gewässer im wesent­ lichen ortsfest verankerten Schwimmkörper (1, 2, 3) ange­ ordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (1, 2, 3) ein Schiff, ein Floß oder ein Ponton ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (1, 2, 3) aus mindestens zwei zuein­ ander im wesentlichen parallel angeordneten Rümpfen be­ steht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (10, 11) des Schaufelrades (8, 9) im we­ sentlichen quer zur Längsachse des Schwimmkörpers (1, 2, 3) verläuft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Getriebe (12), das zwischen die Drehachse (10, 11) des Schaufel- oder Flügelrades (8, 9) und den Generator (14) eingeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens ein Schwungrad (15) auf der Drehachse (10, 11) des Schaufel- oder Flügelrades (8, 9) und/oder im An­ triebs- oder Abtriebsstrang des Getriebes (12).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsrichtungen aller schnellaufenden Achsen, ins­ besondere des Rotors des Generators (14) und/oder des Schwungrades (15), zueinander im wesentlichen parallel und/oder alternierend im wesentlichen orthogonal verlau­ fen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens eine ebenfalls auf dem Schwimmkörper (1, 2, 3) angeordnete Transformatorenstation (16) als Umspannein­ richtung für den vom Generator (14) abgegebenen Strom.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (22, 23, 24) des Schaufelrades mit Aus­ nehmungen (25, 26, 27) versehen, vorzugsweise perforiert und/oder fein geschlitzt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (22, 23, 24, 28, 29) des Schaufelrades (8, 9), bezogen auf die Hauptebene des Schaufelrades (8, 9), seitlich gegeneinander versetzt und/oder gekrümmt sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (22, 23, 24, 28, 29) des Schaufelrades (8, 9) jeweils um eine Achse (30, 31) verdrehbar sind, die parallel zur Achse (10, 11) des Schaufelrades (8, 9) ver­ läuft.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad (8, 9) in einem zum Wasser hin offe­ nen, im übrigen im wesentlichen geschlossenen Gehäuse an­ geordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaufeln (22, 23, 24, 28, 29) des Schaufelrades (8, 9) und/oder das Gehäuse beheizbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Wasserleiteinrichtungen (17) am an­ strömseitigen Ende des Schwimmkörpers (1, 2, 3).

15. Wasserkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Vorrichtungen nach einem der vor­ stehenden Ansprüche nebeneinander oder hintereinander, bezogen auf die Strömungsrichtung des strömenden Gewäs­ sers, zu einem Verband angeordnet sind.

16. Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom mittels Wasserkraft, dadurch gekennzeichnet, daß in oder auf einem in strömendem Gewässer verankerten Schiff, Floß oder Ponton mit Wasserrädern angetriebene Elektrizität produzierende Maschinen, die mit Kreisel­ kräften beaufschlagte Achsen aufweisen, betrieben werden, wobei die Achsrichtungen aller mit Kreiselkräften beauf­ schlagten Achsen, insbesondere der Generatorrotoren und/oder der Schwungräder, sowie deren Drehrichtungen derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Summe der durch diese Maschinen auf das Schiff, Floß oder Ponton ausgeübten Kräfte und/oder Momente nächstmöglich ein Nullpunktfeld ergeben.