DE4307188A1 - Hydrokraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrokraftwerk zur Umwandlung kinetischer Energie etwa horizontal strömenden Wassers in elektrische Energie, mit ei­ nem Generator, mindestens einer im Wasser ange­ ordneten Platte und einem Antriebsmittel, das mit der Platte und dem Generator verbunden ist.

Als Wasserkraftwerke werden üblicherweise Talsper­ ren oder andere Rückhaltebecken eingesetzt, in denen Wasser aufgestaut wird, um dessen potentielle Energie zu speichern. Am unteren Ende einer Gefäl­ lestrecke ist eine Turbine angeordnet und über eine Welle mit einem Generator verbunden, um die Bewe­ gungsenergie des Wassers in elektrische Energie um­ zusetzen. Der Nachteil der bekannten Wasserkraft­ werke besteht insbesondere darin, daß sie die Land­ schaft stark verändern, daß sie hohe Investitionen erfordern und daß sie nur in gebirgigen Gebieten einsetzbar sind.

Um einen Beitrag zur Lösung der gegenwärtigen Ener­ gieprobleme zu leisten, bietet sich an, Wasser­ kraftwerke ebenfalls in flacheren Regionen zu be­ treiben. Turbinen sind hier mangels eines ausrei­ chenden Gefälles nicht einsetzbar, während die be­ kannten einfachen Wasserräder den Nachteil auf­ weisen, daß der Wirkungsgrad und die abgegebene Leistung gering sind, da die einzelnen Schaufeln sich nur jeweils kurze Zeit im Wasser befinden und ein großer Teil des Wassers sie umströmt.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfin­ dung das Problem zugrunde, ein Hydrokraftwerk für horizontal strömendes Wasser so zu gestalten, daß der Wirkungsgrad verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberflächennormale der Platte und die Strö­ mungsrichtung des Wassers etwa parallel verlaufen, daß das Antriebsmittel flexibel und endlos ist, und daß es durch die Platte parallel zur Strömungsrich­ tung des Wassers verschiebbar ist.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den Druck des Wassers auf eine Platte auszunutzen, um ein Antriebsmittel parallel zur Strömungsrichtung zu verschieben und einen Generator in Bewegung zu setzen. Das Antriebsmittel ist flexibel und endlos und gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb des Hydrokraftwerks, da es ermöglicht, daß eine Platte, nachdem sie von einem Anfangs- zu einem Endpunkt im Wasser verschoben wurde, aus diesem entnommen und am Anfangspunkt erneut eingeführt wird. Die Bewegung der Platte und des Antriebsmit­ tels erfolgt, um eine optimale Kraftübertragung zu erreichen, exakt parallel zur Strömungsrichtung. Da die Oberflächennormale der Platte parallel zur Strömungsrichtung des Wassers verläuft, ist eine Vermeidung unerwünschter Wirbel und ein minimaler Materialbedarf der Platte gewährleistet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß die den Generator antreibende Platte nicht nur kurzzeitig, wie bei konventionellen Was­ serrädern, sondern während einer für die Zurückle­ gung einer längeren Strecke erforderlichen Zeit mit dem sie antreibenden Wasser in Verbindung steht, so daß ein Umströmen der Platte ausgeschlossen und der Wirkungsgrad verbessert ist.

Um das Hydrokraftwerk platzsparend zu gestalten, ist empfohlen, das Antriebsmittel an den Punkten, an denen die Platte in das Wasser eingeführt bzw. entnommen wird, mittels zweier, in gleicher Höhe über dem Wasser montierter Rollen um je 180° umzu­ lenken. Das Antriebsmittel ist, um eine uner­ wünschte Korrosion zu vermeiden, oberhalb des Was­ serspiegels angeordnet. Durch diese Realisation der Erfindung ist erreicht, daß die Bewegung des An­ triebsmittels hauptsächlich längs der Strömungs­ richtung des Wassers bzw. beim Rücklauf der Platte in Gegenrichtung erfolgt, der Raumbedarf in verti­ kaler Richtung ist gering. Der in der Strömungs­ richtung des Wassers bewegte Teil des Antriebsmit­ tels ist aus konstruktiven Gründen unterhalb der Rollen und seines in Gegenrichtung verlaufenden Teils angeordnet.

Als Antriebsmittel sind eine Kette und/oder ein Riemen und/oder ein Zahnriemen bevorzugt, da sie einen hohen Wirkungsgrad sowie eine ausreichende Lebensdauer aufweisen.

Zur Kraftübertragung vom Antriebsmittels auf den Generator ist empfohlen, ein Reibrad und/oder ein Zahnrad mit dem Antriebsmittel zu verbinden und ein Getriebe zwischenzuschalten. Das Getriebe ermög­ licht eine ausreichend hohe Winkelgeschwindigkeit des Generators, um beispielsweise die Netzfrequenz von 50 Hz zu erreichen. Ein direkter Antrieb durch das Reib- und/oder Zahnrad ist wegen der relativ langsamen Fließgeschwindigkeit des Wassers nicht vorteilhaft.

Da eine Platte während ihres Rücklauf s nicht in Verbindung mit dem strömenden Wasser steht und da­ her nicht angetrieben ist, sind für einen konti­ nuierlichen Betrieb des Hydrokraftwerks mindestens drei äquidistant angeordnete Platten erforderlich. Da der Hauptteil des Antriebsmittels horizontal verläuft, ist gewährleistet, daß jederzeit eine Platte zurückläuft und mindestens eine mit dem strömenden Wasser in Verbindung steht und angetrie­ ben ist.

Weiterhin ist empfohlen, die Platte um eine hori­ zontale, senkrecht auf der Strömungsrichtung des Wassers stehende Achse drehbar auf dem Antriebsmit­ tel zu fixieren. Eine geeignete Verbindung besteht beispielsweise aus einem Scharnier und motorisch angetriebenen Zugseilen zur Rotation der Platte. Diese Weiterbildung der Erfindung erlaubt, die Platte aus dem Wasser zu entnehmen, um bei Hochwas­ ser oder zur Wartung eine Abschaltung des Hydro­ kraftwerks durchzuführen.

Um den Raumbedarf zu reduzieren, ist bevorzugt, die Platte während ihres Rücklaufs flach auf das An­ triebsmittel zu verschwenken. Das für den Schutz des Hydrokraftwerks gegen Regen, Wind, Frost und andere Umgebungseinflüsse erforderliche Gebäude ist flacher konstruierbar.

Die Schwenkbewegung erfolgt vorteilhafterweise so, daß die Stirnseite einer Platte während ihres Rück­ laufs hinter der Schwenkachse liegt. Beim Erreichen des Umkehrpunktes vor einem Rücklauf ist lediglich erforderlich, die Fixierung der Platte zu lösen. Aufgrund der Schwerkraft rotiert sie um die Schwenkachse, bis sie auf dem Antriebsmittel liegt. Erreicht sie den anderen Umkehrpunkt, erfolgt durch die Schwerkraft oder durch einen Motor eine Umkeh­ rung der Rotationsbewegung, bis die Platte senk­ recht im Wasser steht und fixiert ist.

Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, bevor­ zugt, daß die Abmessungen der Platte denen der das Wasser führenden Rinne entsprechen. Da nur ein ge­ ringer Anteil des Wassers die Platte umströmen kann, wird die kinetische Energie vollständig über­ tragen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert wird. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungs­ gemäßen Hydrokraftwerks

Fig. 2 eine Ansicht eines Hydrokraftwerks in Strömungsrichtung des Wassers.

In Fig. 1 verläuft die Strömungsrichtung des Was­ sers (2) von rechts nach links. Eine Platte (1) ist in das Wasser (2) eingetaucht und dem Strömungs­ druck ausgesetzt, der eine Bewegung der Platte (1) längs der Fließrichtung des Wassers bewirkt. Das flexible, endlose Antriebsmittel (3) bewegt sich daher ebenfalls in der Strömungsrichtung und treibt das Zahnrad (6), das Getriebe (7) und den Generator (5) an. Erreicht die Platte (1) den durch die Rolle (4) definierten Umkehrpunkt, wird sie aus dem Was­ ser (2) entnommen und durch die Schwenkvorrichtung (8) auf das Antriebsmittel (3) gedreht, wie aus der Fig. 1 anhand der Platte (1′) ersichtlich ist. Er­ reicht sie die rechte Umkehrrolle (4), wird die Platte (1′) wiederum automatisch in eine vertikale Position verschwenkt und durch das Wasser angetrie­ ben. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Hydro­ kraftwerks ist hoch, da die Abmessungen der Platte (1) denen der das Wasser führenden Rinne (2) ent­ sprechen, so daß ein Umströmen durch das Wasser (2) ausgeschlossen ist. Zweckmäßigerweise sind minde­ stens drei Platten (1) mit dem Antriebsmittel (3) verbunden, um eine kontinuierliche Kraftübertragung zu gewährleisten. Die für einen sicheren Betrieb nötige Stabilität des Hydrokraftwerks wird durch einen Rahmen (9) erzeugt.

In Fig. 2 ist erkennbar, daß die Abmessungen der Platte (1) in horizontaler und vertikaler Richtung dem Querschnitt der das Wasser (2) führenden Rinne entsprechen, so daß ein Vorbeiströmen des Wassers (2) an der Platte (1) ausgeschlossen ist und sich ein guter Wirkungsgrad des Hydrokraftwerks ergibt. Die in dieser Figur erkennbare hohe Getriebeüber­ setzung bewirkt eine der Netzfrequenz entsprechende Winkelgeschwindigkeit des Generators (5), obwohl das Antriebsmittel (3) mit einer relativ geringen Geschwindigkeit angetrieben ist.

Claims (9)

1. Hydrokraftwerk zur Umwandlung kinetischer Ener­ gie etwa horizontal strömenden Wassers in elektri­ sche Energie, mit einem Generator, mindestens einer im Wasser angeordneten Platte und einem Antriebs­ mittel, das mit der Platte und dem Generator ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober­ flächennormale der Platte (1) und die Strömungs­ richtung des Wassers (2) etwa parallel verlaufen, daß das Antriebsmittel (3) flexibel und endlos ist, und daß es durch die Platte (1) parallel zur Strö­ mungsrichtung des Wassers (2) verschiebbar ist.

2. Hydrokraftwerk nach Anspruch, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebsmittel durch zwei in etwa gleicher Höhe über dem Wasser (2) angeordnete Rol­ len (4) um jeweils 180° umgelenkt wird und daß der in der Strömungsrichtung des Wassers (2) bewegte Teil des Antriebsmittels (3) unterhalb der Rollen verläuft.

3. Hydrokraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (3) eine Kette und/oder ein Riemen und/oder ein Zahnriemen ist.

4. Hydrokraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (3) den Generator (5) über ein Reibrad und/oder ein Zahnrad (6) und ein Getriebe (7) antreibt.

5. Hydrokraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Platten (1) äquidistant mit dem Antriebsmittel (3) verbun­ den sind.

6. Hydrokraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) um eine horizontale, senkrecht auf der Strömungsrichtung des Wasser stehende Achse schwenkbar mit dem An­ triebsmittel (3) verbunden ist.

7. Hydrokraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (1) außer­ halb des Wassers (2) auf das Antriebsmittel (3) ge­ schwenkt ist.

8. Hydrokraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stirnseite der Platte (1) in der Strömungsrichtung des Wassers hinter der Schwenkachse liegt.

9. Hydrokraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Platte (1) denen der das Wasser (2) führenden Rinne (10) entsprechen.