DE4244104A1

DE4244104A1 - Tidal power station using two reservoirs

Info

Publication number: DE4244104A1
Application number: DE4244104A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Osbahr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-06-30

Abstract

The method involves using two reservoirs connected together with through flowing sluices. In a flow direction a first reservoir is equipped as a water storage reservoir with closable in-flow sluices and the second reservoir is equipped as an intermediate storage reservoir with closable return-flow sluices for outflow of intermediate stored water to the sea.At least one electrical power generator is situated lower than a min. water level in the area of the through-flow water sluices. The amt. of water stored in the first reservoir in relationship to the throughput of water in the generator is measured so that an uninterrupted operation is realised.

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren zur elektrischen Energiegewinnung durch Nutzung der durch Ebbe und Flut zur Verfügung stehenden Potentialunterschiede des Wassers.The invention relates to a working method for electrical Energy production through the use of ebb and flow Available differences in potential of the water.

Bekannte Gezeitenkraftwerke nutzen die durch Ebbe und Flut zur Verfügung stehende potentielle und kinetische Energie des Was sers zur Stromerzeugung aus. Sie werden an Flußmündungen oder Meeresbuchten errichtet. An einem geeigneten Küstenabschnitt wird z. B. durch einen Damm, der ein Wehr und ein Maschinen haus enthält, eine Bucht abgetrennt. Bei steigendem Wasser, also bei Flut, wird die Bucht gefüllt und bei höchstem Wasser stand geschlossen. Ist der Pegelstand des Wassers außerhalb der Bucht so weit abgesunken, daß eine maximale Fallhöhe vor handen ist, wird der Beckeninhalt zur Stromerzeugung genutzt. Auch beim Einströmen des Wassers in das Becken kann schon Energie gewonnen werden. Hierdurch ergeben sich kleinere Pau senzeiten bei der Stromgewinnung. Als nachteilig wird jedoch der erforderliche Tidenhub von mindestens 3,50 m angesehen. Deshalb sind nur wenige Buchten für die Errichtung von Gezei tenkraftwerken geeignet. Für den Bereich der deutschen Nord seeküste z. B. wurde bisher eine wirtschaftliche elektrische Energiegewinnung für nicht möglich gehalten. Ein weiterer Nachteil der Gezeitenkraftwerke ist die nur kurzzeitige peri odische Stromgewinnung mit schwankender Leistung.Well-known tidal power plants use the ebb and flow of the Available potential and kinetic energy of what sers to generate electricity. They are at estuaries or Sea bays built. On a suitable stretch of coast z. B. by a dam, a weir and a machine house contains, a bay separated. With rising water, So at high tide, the bay is filled and with the highest water stood closed. Is the water level outside the bay sunk so far that a maximum fall height before is available, the pool content is used to generate electricity. Even when the water flows into the pool, it can Energy can be gained. This results in smaller pau electricity generation times. However, being a disadvantage considered the required tidal range of at least 3.50 m. Therefore, there are only a few bays for the erection of Gezei suitable power plants. For the area of the German North sea coast z. B. has been an economical electric so far Energy generation considered impossible. Another The disadvantage of tidal power plants is the short-term peri odic electricity generation with fluctuating power.

Um hier für Abhilfe zu sorgen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend genannten Gattung anzu geben, mit dem ein kontinuierlicher Betrieb der Stromerzeu gungsaggregate während der gesamten Tidendauer sowie bei Was serstandsunterschieden zwischen Hoch- und Niedrigwasser von weniger als 5,00 m ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Lö sung zeichnet sich dadurch aus, daß auflaufendes Wasser nach Erreichen einer Mindeststauhöhe (Mindestfallhöhe mit einem Maß x als Absinkhöhe) während der Tidendauer von 12 Stunden einer Kraftmaschine zugeführt und bis zum Erreichen einer Stauhöhe, die den Hochwasserständen entspricht, gestaut wird, daß nach dem Erreichen der Stauhöhen bei Hochwasser das ge staute Wasser bis zum Absinken auf die Mindeststau- oder Min destfallhöhe der Kraftmaschine fortwährend zugeführt und an schließend der gesamte Vorgang beliebig wiederholt wird, wo bei die Absinkzeit des gestauten Wassers von der maximalen Stauhöhe bis zur Mindeststauhöhe innerhalb des Staubeckens gleich der Summe der Zeiten des ablaufenden Wassers bis zum Niedrigwasser und des anschließend auflaufenden Wassers bis zum Erreichen des Pegelstandes der Mindeststauhöhe ist.In order to remedy this, the object of the invention is to achieve this based on a method of the type mentioned in the introduction with which a continuous operation of electricity generation supply aggregates during the entire tidal period and at What Differences in level between high and low water of less than 5.00 m is made possible. The Lö according to the invention solution is characterized by the fact that running water after Reaching a minimum stowage height (minimum fall height with a Dimension x as height of descent) during the tide duration of 12 hours fed to an engine and until reaching one Accumulation level, which corresponds to the flood levels, that after reaching the damming heights during floods dammed water until it drops to the minimum damming or min minimum fall height of the engine continuously fed and on finally the whole process is repeated wherever at the sink time of the dammed water from the maximum Damming height up to the minimum damming height within the reservoir equal to the sum of the times of the draining water until Low water and the water that subsequently flows up to to reach the minimum stowage level.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei über Durchfließschleusen miteinander verbundene Becken ver wendet, von welchen das in Strömungsrichtung vordere Becken als Wasserstau- und Speicherbecken mit verschließbaren Ein fließschleusen und das zweite Becken als Zwischenspeicher mit verschließbaren Rückfließschleusen für den Ablauf des zwi schengespeicherten Wassers in das Meer ausgerüstet ist. Im Bereich der Durchfließschleusen und unterhalb einer nicht zu unterschreitenden Wasserabsinkhöhe ist mindestens eine vom durchfließenden Wasser antreibbare Kraftmaschine angeordnet, wobei die Größe des Stauvolumens des ersten Beckens im Ver hältnis zum Wasserdurchsatz der Kraftmaschine so bemessen ist, daß ein unabhängig von den Gezeitenwasserständen ununterbro chener Betrieb gewährleistet ist. Der Zwischenspeicher dient der Aufnahme der die Kraftmaschine antreibenden Durchfließmen ge, die durch das Absinken des gestauten Wassers von der maxi malen Stauhöhe bis zur Mindeststauhöhe anfällt. Dieses Wasser kann, sobald der Meereswasserspiegel während der Ebbe den Was serspiegel im Zwischenspeicher unterschreitet, in das Meer zu rückgeführt werden.To carry out the method according to the invention, two pools connected via flow locks turns, of which the front pool in the direction of flow as a water storage and storage pool with lockable on flow locks and the second basin as a buffer lockable backflow locks for the expiry of the two stored water into the sea. in the Area of the flow locks and not below one water drop below the minimum is at least one of motor driven by flowing water arranged, the size of the storage volume of the first basin in the ver ratio to the water throughput of the engine is such that a regardless of the tidal water levels continuously operation is guaranteed. The cache serves the inclusion of the flow rates driving the engine ge caused by the sinking of the dammed water from the maxi paint accumulation height to the minimum accumulation height. That water can, as soon as the sea water level during the low tide level in the buffer falls below in the sea be returned.

Als Kraftmaschine, die sich durch eine besonders einfache Bau weise auszeichnet, wird ein walzenförmiger Drehkörper vorge schlagen, der mit flutbaren und verschließbaren Zellen verse hen ist, deren Füllung, ausgehend von der Vertikalen nach dem Zurücklegen eines Drehwinkels von maximal 180 Grad zum Abflie ßen in den Zwischenspeicher freigegeben wird. Vorzugsweise öffnen sich die Zellen nach einem zurückgelegten Winkel von etwa 135 Grad.As an engine, which is characterized by a particularly simple construction distinguished, a roller-shaped rotating body is featured beat that verse with floodable and lockable cells hen, whose filling, starting from the vertical after the Covering a rotation angle of a maximum of 180 degrees for drainage is released into the buffer. Preferably the cells open at an angle of about 135 degrees.

Die Zellenwände sind radial gerichtet und reichen über die Ab flußebenen der Zellen hinaus, so daß eine oberschlächtige Be aufschlagung möglich ist.The cell walls are directed radially and extend over the Ab flow levels of the cells, so that an overshot Be surcharge is possible.

Eine weitere Besonderheit ist darin zu sehen, daß in den Durchfließschleusen zum Drehkörper auch eine separate Wasser führung für einen den Hauptstrom bildenden Teil der antreiben den Wassermenge zum unterschlächtigen Antrieb vorgesehen ist. Der unterschlächtige Antrieb ist damit der Hauptantrieb der Kraftmaschine.Another peculiarity is that in the Flow locks to the rotating body also a separate water Guide for a part of the main drive forming the drive the amount of water for the undershot drive is provided. The undershot drive is thus the main drive of the Engine.

Die Gewichtskraft der innerhalb der Zellen befindlichen Was sermenge führt zu einer vollständigeren Ausnutzung der kineti schen Energie des Wassers. Diese wird also durch einen ober schlächtigen und einen unterschlächtigen Betrieb des Drehkör pers sowie durch die Ausnutzung der Gewichtskraft der Wasser füllungen der Drehkörperzellen gewonnen und in ein Drehmoment zum Antrieb eines Generators umgesetzt.The weight of what is inside the cells quantity leads to a more complete utilization of the kineti energy of water. So this is by an upper slack and undershot operation of the rotary body pers as well as by using the weight of the water Fillings of the rotating body cells obtained and in a torque implemented to drive a generator.

Die Absinkhöhe des Wasserspiegels im Stau- und Speicherbecken ist für den Betrieb der Kraftmaschine auf die Drehkörper abge stimmt und beträgt etwa 0,25 m. The sinking height of the water level in the storage and storage basin is abge for the operation of the engine on the rotating body true and is about 0.25 m.

Die Becken bestehen vorteilhafterweise aus vorgefertigten Bau teilen. Sie vereinfachen die Errichtung der Umfassungswände. Achteckige Grundrisse sowohl für das Stau- und Speicherbecken als auch für das in Fließrichtung hinter der Kraftmaschine an geordnete Zwischenspeicherbecken bieten eine weitere Verein fachung. Beide Becken haben eine gemeinsame Seitenfläche, in welcher die Zufließschleusen für die Kraftmaschinen angeordnet sind.The pools advantageously consist of prefabricated construction share. They simplify the construction of the surrounding walls. Octagonal floor plans for both the storage and storage basin as well as for that in the direction of flow behind the engine orderly caching basins offer another club fold. Both pools have a common side surface, in which arranged the inlet locks for the engines are.

Zum Füllen des Stau- und Speicherbeckens sind mehrere Reihen von Einfließschleusen in unterschiedlichen Niveauhöhen ange ordnet. Sie sind mit sich selbsttätig schließenden und öffnen den Schließelementen ausgerüstet. Die Becken bestehen nur aus Umfassungsmauern, deren Höhen auf die Deichkronenhöhen der Küstendeiche ausgerüstet sind. Die unteren Abschlüsse bildet der natürliche Untergrund. Das Bauwerk selbst ist dadurch von größter Einfachheit, was für eine wirtschaftliche Anlage von größter Bedeutung ist. Das gleiche gilt für die maschinentech nische Ausrüstung, da der Drehkörper als Kraftmaschine eine besonders einfache Herstellung ermöglicht.There are several rows for filling the storage and storage basin of inflow locks at different heights arranges. They are self-closing and opening the locking elements. The pools only consist of Surrounding walls, the heights of which correspond to the dyke crown heights of the Coastal dikes are equipped. The bottom finishes the natural underground. The building itself is therefore from greatest simplicity, what an economical investment from is of paramount importance. The same applies to machine technology African equipment, because the rotating body is a motor machine enables particularly simple production.

In der Zeichnung sind sowohl die Wirkungsweise als auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigenIn the drawing, both the mode of action and a Embodiment of the invention shown purely schematically and explained below. Show it

Fig. 1 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs; Fig. 1 is a diagram for illustrating the process sequence;

Fig. 2 die Draufsicht- auf ein Stau- und Speicherbecken und ein Zwischenspeicherbecken und Fig. 2 shows the top view of a storage and storage basin and a temporary storage basin and

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Einrichtung im Bereich eines Drehkörpers. Fig. 3 shows a cross section through a device in the region of a rotating body.

In einem Bereich des Wattenmeeres, der bei Niedrigwasser trockenfällt, sind zwei miteinander verbundene Becken 1 und 2 er richtet. Durch eine gemeinsame Wand 3 grenzen sie unmittelbar aneinander. Innerhalb einer Durchfließschleuse 20 der Becken wand 3 ist eine Kraftmaschine in Form eines Drehkörpers 4 an geordnet. Der Drehkörper wird durch das aus dem Becken 1 in das Becken 2 strömende Wasser angetrieben. Der Meeresspiegel bei Niedrigwasser ist mit 5, der des Hochwassers mit 6 be zeichnet. Die Höhendifferenz 7 zwischen beiden Grenzbereichen ist der Tidenhub. Durch nicht dargestellte Einfließschleusen wird das Meereswasser in das Speicher- und Staubecken 1 ge leitet, sobald der Meeresspiegel die für den Betrieb der Ener gieerzeugungseinrichtung notwendige Mindeststauhöhe 8 erreicht hat. Die Stauhöhe 9 entspricht den jeweiligen Hochwasserstän den 6. Sobald die Stauhöhe 9 erreicht ist, werden die Ein fließschleusen des Stau- und Speicherbeckens 1 automatisch ge schlossen. Während des Betriebes des Drehkörpers 4 gelangt das gespeicherte Wasser aus dem Stau- bzw. Speicherbecken 1 in das Zwischenspeicherbecken 2. Dabei sinkt der Wasserspiegel 9 auf die Mindeststauhöhe 8 ab. Die Differenz 10 zwischen diesen beiden Wasserständen entspricht der maximalen Absinkhöhe, die dem Drehkörper 4 zur Verfügung steht, bis die Einfließschleu sen erneut öffnen und einen neuen Stauvorgang einleiten. Die entsprechende Zeitspanne umfaßt sowohl die gesamte Zeit des ablaufenden Meereswassers als auch des auflaufenden Wassers bis zum Erreichen der Mindeststauhöhe 8. Die maximale, auf den Drehkörper wirkende Betriebsdruckhöhe (maximale Fallhöhe) ist mit 11 gekennzeichnet. Um betriebsfähig zu bleiben, darf eine Mindestbetriebsdruckhöhe 12 nicht unterschritten werden. Während der Energieerzeugung durch den Betrieb des Drehkörpers 4 steigt das im Becken 2 zwischengespeicherte Wasser bis auf die maximale Wasserstandshöhe 13. Diese wird erreicht, sobald der Wasserstand des ablaufenden Meereswassers so weit gesunken ist, daß die Rückfließschleusen zur Ableitung des zwischenge speicherten Wassers zurück ins Meer geöffnet werden können, was ebenfalls automatisch geschieht.In an area of the Wadden Sea that falls dry at low tide, two interconnected pools 1 and 2 are set up. Through a common wall 3 , they directly adjoin one another. Within a flow lock 20 of the basin wall 3 , an engine in the form of a rotating body 4 is arranged. The rotating body is driven by the water flowing from the basin 1 into the basin 2 . The sea level at low tide is 5 , that of the high tide is 6 . The height difference 7 between the two border areas is the tidal range. Through inflow locks, not shown, the sea water is conducted into the storage and storage basin 1 as soon as the sea level has reached the minimum stowage height 8 required for the operation of the energy generation device. The accumulation level 9 corresponds to the respective flood levels 6 . As soon as the accumulation level 9 is reached, the flow locks of the storage and storage tank 1 are automatically closed. During the operation of the rotating body 4 , the stored water flows from the storage or storage basin 1 into the intermediate storage basin 2 . The water level 9 drops to the minimum water level 8 . The difference 10 between these two water levels corresponds to the maximum sinking height that is available to the rotating body 4 until the inflow loops open again and initiate a new accumulation process. The corresponding time span encompasses both the total time of the running sea water and of the running water until the minimum water level 8 is reached . The maximum operating pressure level (maximum head) acting on the rotating body is marked with 11 . In order to remain operational, the minimum operating pressure must not fall below 12 . During the generation of energy by the operation of the rotating body 4 , the water temporarily stored in the basin 2 rises to the maximum water level 13 . This is achieved as soon as the water level of the running sea water has dropped so far that the return flow locks can be opened to discharge the temporarily stored water back into the sea, which also happens automatically.

Die Draufsicht auf zwei beispielhaft angegebene Betriebsbecken, nämlich Staubecken 1 und Zwischenspeicherbecken 2, läßt die gemeinsame Beckenwand 3 erkennen. In diesem Bereich ist die Durchfließschleuse 20 für die Anordnung von Drehkörpern zur Energiegewinnung dargestellt. Die Pfeile 21 zeigen die Fließrichtung an.The top view of two operational pools given by way of example, namely storage pool 1 and temporary storage pool 2 , shows the common pool wall 3 . The flow lock 20 for the arrangement of rotating bodies for energy generation is shown in this area. The arrows 21 indicate the direction of flow.

Einen Querschnitt durch diesen Bereich zeigt die Fig. 3. Der Drehkörper 4 als Kraftmaschine zeigt 16 Kammern mit selbsttä tig schließenden und wieder öffnenden Schließelementen 22. Die Zellenwände sind radial gerichtet und reichen stegartig über die Abschlußebenen der Zellen hinaus. Dadurch wird ein ober schlächtiger Antrieb bei geschlossenen Zellen ermöglicht. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Kammern 1 und 2 zur Füllung geöffnet. Die Kammer 3 bis 6 sind geschlossen, die Kammern 7 und 8 wieder geöffnet. Im unteren Bereich wird der Drehkörper durch einen Wasserstrom, der durch einen trennenden Baukörper abgezweigt ist, unterschlächtig beaufschlagt. Der durch den Baukörper 23 gebildete rückwertige Strömungsschacht ist mit 24 bezeichnet. Er wird von der Wassermenge durchströmt, die den Drehkörper 4 im Bereich der Zellen 7 und 8 unterschlächtig an treibt. Der oberschlächtige Strömungsbereich ist mit 25 be zeichnet. Die Einrichtung läßt erkennen, daß der Drehkörper durch eine ober- und unterschlächtige Beaufschlagung und zu sätzlich durch Gewichtskräfte der in den geschlossenen Zellen befindlichen Wassermengen angetrieben wird. Der Drehkörper stellt eine technisch einfach herzustellende Kraftmaschine dar, die sehr wirtschaftlich die Wasserenergie in ein Drehmo ment zum Antrieb von Stromerzeugern umsetzt. FIG. 3 shows a cross section through this area . The rotating body 4 as a power machine shows 16 chambers with automatically closing and reopening closing elements 22 . The cell walls are directed radially and extend like a web beyond the end planes of the cells. This enables a powerful drive with closed cells. In the example shown, the chambers 1 and 2 are open for filling. The chambers 3 to 6 are closed, the chambers 7 and 8 opened again. In the lower area, the rotating body is under-impacted by a stream of water that is branched off by a separating structure. The backward flow shaft formed by the structure 23 is designated by 24 . It is flowed through by the amount of water that drives the rotary body 4 in the area of cells 7 and 8 undershot. The overshot flow area is marked with 25 be. The device reveals that the rotating body is driven by an over- and undershot exposure and in addition by the weight of the water in the closed cells. The rotating body is a technically easy-to-manufacture engine that very economically converts water energy into a torque for driving power generators.

Claims

1. Working methods for electrical energy generation by using the potential differences of water available through high and low tide, characterized in that on running water after reaching a minimum water level (minimum water level with a dimension x as a sinking height) during the Ti duration of 12 h Motor fed and stowed up to reaching a damming height that corresponds to the flood levels,
that after reaching the damming heights during flooding, the dammed water is continuously fed to the engine until it drops to the minimum stowage or minimum fall height, and then the entire process is repeated as often as required, the descent time of the dammed water from the maximum damming height to the minimum stagnation height within the reservoir is equal to the sum of the times of the water running down to the low water and the water subsequently flowing up to the level of the minimum water level.

2. Tidal power plant for performing the method according to claim 1, characterized in that two sluices connected to each other through flow-through sluices are provided, of which the first basin in the direction of flow as a water retention and storage basin with closable inflow locks and the second basin as a buffer store with closable return flow sluices is equipped for the drainage of the temporarily stored water,
that in the area of the flow locks and below a maximum water sinking height which is not to be undercut, at least one machine which can be driven by the water flowing through is arranged,
that the size of the accumulation volume of the first basin in relation to the water throughput of the engine is such that an uninterrupted operation is guaranteed regardless of the tidal water levels and the intermediate storage is used to measure the water flow rate that occurs due to the sinking of the accumulated water to the minimum accumulation level .

3. tidal power plant according to claim 2, characterized in that as a machine a roller-shaped rotating body with flood bar, closable cells are used, the filling of which, starting from the vertical, after making a turn angle of 180 °, preferably 135 °, for draining into the Cache is released.

4. tidal power plant according to claim 2 or 3, characterized records that the cell walls are directed radially.

5. tidal power plant according to any one of claims 2-4, characterized ge indicates that in the inlet lock to the rotating body separate water supply for a main stream Partial flow of the driving water quantity for a short talk term drive is provided as the main drive of the rotating body.

6. Tidal power plant according to one of claims 2-5, characterized ge indicates that for an overwhelming charge radial extension of the cell walls over the drainage levels of the Cells extends.

7. tidal power plant according to one of claims 2-6, characterized ge indicates that automatic closing and opening During the turning process, gravity-operated locking elements for the cells are provided.

8. tidal power plant according to any one of claims 2-7, characterized ge indicates that the sinking height of the water level in the and storage tanks for the operation of the engine on the Rotating body is matched and is about 0.25 m.

9. tidal power plant according to one of claims 2-8, characterized ge indicates that the basin be made of prefabricated parts stand.

10. Tidal power plant according to one of claims 2-9, characterized characterized in that the basin with an octagonal floor plan Have common side surface in which the inflow locks for the engines are arranged.

11. Tidal power plant according to one of claims 2-10, characterized characterized in that the storage and storage pool with several Rows of inflow locks at different heights is equipped.

12. Tidal power plant according to one of claims 2-11, characterized characterized that the inflow locks with themselves closing and opening closing elements are equipped.

13. Tidal power plant according to one of claims 2-12, characterized characterized in that the lower closure of the basin by the natural underground is formed.