DE4332479A1 - Wasserkraftanlage zur Ausnutzung von Kleingefälle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk neuer Konzeption zur Ausnutzung Kleinstgefällen für die Energiegewinnung mit einer am Ende einer Rohrdruckleitung angebrachten Rohr- oder Bulbturbine. Die Anlage, dessen Länge von einigen hundert Metern bis einiger Kilometer reichen kann, ist kom­ plett im Flußbett ausgelegt. Die Druckleitung ist am An­ fang mit einen Rechen vorgesehen der schwimmende Festkörper vom Druckrohr fernhalten soll. Es folgen ein Absperrorgan sowie eine für den Einstieg vorgesehene Einstiegluke, die an ein zu diesem Zweck konstruiertes Podest angebracht ist. Vor der Turbine sind Umlenkbleche an der Innenseite des Rohres angebracht, die die Strömung des Wassers einer der Turbinendrehrichtung entgegengesetzten Drall verleihen soll. Danach folgt die Turbine selbst und nach dieser ein Endabsperr­ organ der die Rohrdruckleitung bei Reparaturen und andere Arbeiten die Anlage frei von Wasser halten soll. Dies ist durch ein Pumpwerk, welches im Bereich der Turbine und der hinteren Einstiegluke angebracht ist, gewährleistet. Der Zugang zur Turbine und hinteren Einstiegluke erfolgt über das hintere Podest, wo auch die Entleerungspumpanlage angebracht ist. Die in der Rohrachse liegende Turbine wird einseitig von dem in Talrichtung fließenden Wasser an­ geströmt und zur Energieerzeugung ausgelegt. Zum wider­ standslosen Durchströmen des Druckwassers ist der Anlagen­ anfang mit einem differenzierten Einlauf ausgelegt (sogfreies Einlaufen des Wassers) und das Ende der Anlage mit ein dif­ ferenzierten Auslaufen des Wassers (druckfreies Auslaufen des Wassers) vorgesehen.

Unter den vielen Ausführungen und Auslegungen bekannter Kraftwerke, ist dieses ein völlig neues Konzept, welches auch Kleingefälle ausnutzen kann und somit das Gefälle der Flüsse die in der Ebene fließen, günstig zur Energieausnutzung herangezogen werden können.

Dies ohne den aufwendigen Bau von Staustufen, Dämme, die Umleitungen von Flüssen und andere bauliche Maßnahmen, die unsere Landschaft zerstören und unser Ökosystem arg in Leidenschaft ziehen.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die erwähnten Nach­ teile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere ein Wasserkraftwerk mit verbessertem Wirkungsgrad und höhe­ re Leistung der Turbine zu schaffen, wobei der bauliche Auf­ wand und die Bauhöhe und Bautiefe vermindert sind und dem Flußbett angepaßt, sowie keine aufwendigen und störanfälli­ gen Organen benötigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Turbine angeordnet und ausgebildet ist, bei Durchströmung vom Druckrohr in Talrichtung Energie abzugeben, daß das Druckrohr oberhalb der Turbine angeordnet ist und daß die Anlage berg- und talseits ein Absperrorgan aufweist, vorzugs­ weise in vertikaler Richtung verschiebbar und so die Wasser­ zufuhr unterbrochen wird, mit Entleerungspumpstation verse­ hen um Restflüssigkeit - wenn vorhanden - zu entfernen und somit die Wartung und Reparatur der Anlage zu ermöglichen.

Beim Betrieb dieses Kraftwerkes ist beim Einlauf ein Rechen angebracht, der die im Wasser schwimmenden Gegenständen ab­ weist und nur gefiltertes Wasser in die Rohrdruckleitung ein­ fließen läßt. Der differenzierte Einlauf ermöglicht ein sog­ freies Einströmen des Wassers in die Druckleitung und somit widerstandslos und reibungslos, ohne Energieverluste. Um­ lenkbleche vor der Turbine geben dem Wasser ein gegen die Drehrichtung der Turbine gerichteten Drall, um den Wirkungs­ grad beim Aufprall auf die Turbinenschaufel zu erhöhen. Die Rohr- od. Bulbturbine wird voll vom gedralltem Wasserstrahl angeschlagen und liefert somit Energie. Der differenzierte Auslauf sorgt, daß das Wasser drucklos wieder in das Fluß­ bett gelangt, ohne den Turbinenbetrieb und das Druckverhält­ nis im Rohr zu stören oder zu hemmen.

Die Anlage ist im Flußbett derart verlegt, so daß die Strömung ein Vertreiben, Verschieben oder Wegschwemmen unmöglich wird. Die Verankerung im Flußbett ist derart, daß jede Sicherheitsvorkehrung erfüllt wird und der Betrieb in jeder Situation gewährleistet ist. Während das Wasser im Fluß durch das Gefälle in Strömung übergeht, wird in der Rohrdruckleitung aufgrund des Gefälles Druck aufgebaut der erfindungsgemäß die Turbine antreibt. Staudämme, Schleusen, Kanäle und andere bauliche Maßnahmen, die Natur und Wasser­ lauf beeinflussen, werden vermieden und so auch nach der Er­ findung die Kosten für die Anlage verringert. Im Gegenteil, die Zwangsführung des Wassers in den Rohren trägt zur Stabili­ tät der Wasserstraße bei.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung, können nebeneinander mehr Rohrdruckleitungen liegen, ja paarweise od. Anlagen mit 3 oder 4 Rohrdruckleitungen mit den entspre­ chenden Turbinen zur Energieerzeugung verlegt werden. Auch eine hintereinander Aufstellung der Rohrdruckleitungen kann angestrebt werden, dies je nach dem wie die Beschaffenheit des Flußbettes gegeben ist und wie die Strömungsverhältnis­ se, hier die Wasserführung, es erlaubt.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele, anhand derer weiteren zweckmäßigen Aus­ gestaltungen der Erfindung und weitere Vorteile offenbar werden, erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Kraftwerk im schematischen Aufbau in der Seitenansicht.

Fig. 2 zeigt die mögliche Auslegung des Kraftwerks im Flußbett, hier als Draufsicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht in der 3 Kraftwerke neben­ einander in ein Flußbett gelegen sind nach der Erfindung (parallele Anordnung).

Fig. 4 zeigt das Gefälle eines Kraftwerks und die hinter­ einander Auslegung (serielle Anordnung) der Kraftwerke.

Fig. 5 zeigt eine detaillierte Längsansicht mit Längs­ schnitt des Kraftwerks nach der Erfindung.

Fig. 6 zeigt die detaillierte Draufsicht des Kraftwerks.

Fig. 7 zeigt im Detail das bergseitige Sperrorgan mit Rechen gegen Schwimmkörper.

Fig. 8 zeigt eine mögliche Verankerung der Rohrdrucklei­ tung im Flußbett nach der Erfindung.

Fig. 9 zeigt das Entleerungspumpsystem der Rohrdrucklei­ tung nach der Erfindung, hier schematisch dar­ gestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Kraftwerkes. Berg­ seits wird über eine differenzierte Einlaufstelle (1) sog­ frei Wasser in die Rohrdruckleitung (17) geführt, die erfin­ dungsgemäß aus hintereinander verlegten Rohrschüsse (2) be­ steht die am Flußbett wahlweise und nach Notwendigkeit mit geeigneten Verankerungen (3) versehen sind. Talseits an der Rohrdruckleitung ist die Rohr- od. Bulbturbine (4) eingebaut. Als Abschluß am Rohrsystem ist ein differenzierter druck­ freier Auslauf (5) nach der Erfindung, der das Wasser ohne Stau nach der Energieabgabe an die Turbine auslaufen läßt. Am Rohrsystem Einlauf ist ein Rechen angebracht (6) der das einströmende Wasser von schwimmenden Gegenständen reinigt. Darauf folgt ein Absperrorgan (7) der die Wasserzufuhr unter­ bricht. Dies geschieht auch talseits, wo Absperrorgan (8) die Anlage talseits schließt. Das verbleibende Wasser wird mit Pumpanlage (9) entleert um Wartungsarbeiten und Repara­ turen ausführen zu können. Der Einstieg erfolgt bergseits über Podest (13) und talseits über Podest (14) die den Zugang zu den Luken (15) und (16) ermöglichen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines Kraftwerkes wie es im Flußbett verlegt wird. Der Fluß (12) ist hier mit einer Windung dargestellt.

Fig. 3 zeigt 3 Kraftwerke in einem Fluß neben­ einander angeordnet (parallele Ausführung) die hier z. B. fast die Hälfte des Flusses beanspruchen.

Fig. 4 zeigt die Hintereinanderanordnung der Kraftwerke in Seitenansicht und dargestellten Gefälle (serielle An­ ordnung).

Fig. 5 zeigt den detalierten Schnitt durch das Kraftwerk mit seinen Einzelteilen nach der Erfindung. Hier sind die Zugangspodeste bergseits (13) sowie talseits (14) klar er­ kennbar. Beide führen zu den Einstiegsluken (15) und (16) die mit den Einstiegsdeckel (31) - hier ein Marktprodukt - versehen sind. Die Rohrschüsse (2) der Druckleitung werden hintereinander auf Stützen (11) die über ein Ring um das Rohr (10) befestigt sind am Flußbett über Betonklotzen (18) verankert. Berg- und talseits ist die Rohrdruckleitung (17) mit Sperrorganen (7) und (8) versehen, die Platten (19) über die Rohrleitungsöffnungen schieben und somit den Wasserzulauf sperren. Die Turbine (4) vorzugsweise Rohr- oder Bulbturbine (20) mit Laufrad (21) in der Rohrdruckleitung (17) veran­ kert und liefert bei Anströmung Energie.

Fig. 6 zeigt die Draufsicht der detaillierten Kraftwerkanlage. Hier wird besonders der differenzierte Einlauf (1) und der differenzierte Auslauf (5) nach der Erfindung hervorgehoben, welche ein widerstandloses Wirken des Wassers auf die Tur­ bine ermöglichen und zugleich eine Anpassung an die Wasser­ geschwindigkeit des Flusses - sei es beim Auslauf wie beim Einlauf - bewirken.

Fig. 7 zeigt die Stirnseite der Anlage mit Rechen (6), Ab­ sperrorgan (7), Absperrplatte (19) mit dazugehörigem Hebe­ motor (25) und Betätigungsspindel (26) wie sie im Flußbett liegen (27).

Fig. 8 zeigt die Verankerung der Rohrdruckleitung im Fluß mit Schußstützen (11), Ring (10) und Betonklotz (18) nach der Erfindung, die hier am Flußbett angepaßt werden, so daß das Rohrsystem ein gleichbleibendes Gefälle und gera­ den Verlauf aufweist.

Fig. 9 zeigt die Entleerungsanlage mit Pumpe (29), Saugrohr (28) und Ablaßrohr (30) nach der Erfindung. Sie dient zur Entleerung der Anlage, nachdem die berg- und talseits angeordneten Absperrorgane (7, 8) geschlossen wurden. Ferner wird das Podest (14) gezeigt, der Einbau der Pumpanlage sowie die Steuerkonsole (34) für das tal­ seits gelegene Sperrorgan (8). Die gleiche Steuerkonsole mit anderem Indizes (33) ist auf Podest (13) angebracht und dient zur Steuerung des vorderen - bergseits gelegenen - Absperrorgans (7).

Claims (4)

1. Wasserkraftanlage zur Ausnutzung von Kleinstgefäl­ le in Flüssen und dessen Wasserbett zur Energiegewinnung mit bergseits eine Rohrdruckleitung (2) die talseits an einer Rohr- oder Bulbturbine (4) endet, diese mit wenig­ stens angenähert horizontaler Achse, mit bergseits ein dif­ ferenzierten Einlauf (1) zum sogfreien Einlauf des Wassers und talseits, nach der Turbine (4) einen differenzierten Auslauf (5) zum druckfreiem bzw. widerstandslosen Auslauf des Wassers, mit wenigstens 2 Absperrorgane, eines berg­ seits (7) und ein anderes talseits (8) nach dem Auslauf (5) zur Sperrung des Wassers gegen den Durchlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4) angeordnet und ausge­ bildet ist nur bei Durchströmung der Rohrdruckleitung (2) in Talrichtung Energie abzugeben, daß die Rohrdruckleitung (2) oberhalb der Turbine (4) bergseits angeordnet ist und daß die Absperrorgane (7) einmal bergseits vor dem differen­ zierten Einlauf (1) angebracht ist und zweitens talseits nach dem differenzierten Auslauf (5) angebracht ist (8), beide vorzugsweise in vertikaler Richtung beweglich sind, um so den Durchlauf des Wassers zu hindern.

2. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bergseits nach dem differenzierten Einlauf (1) eine Einstiegsluke (15) welche über ein Podest (13) vom Fluß­ ufer (32) erreichbar ist. Talseits, vor dem differenzier­ ten Auslauf (5) im Bereich der Turbine (4) eine gleiche Einstiegsluke (16) welche über ein Podest (14) vom Fluß­ ufer (32) erreichbar ist.

3) Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der Turbine (4) eine Entleerungsanlage eingebaut ist, die aus Pumpe (29), Saugrohr (28) und Ablaß­ stutzen (30) besteht und zur Entleerung des Rohrsystems he­ rangezogen wird.

4. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absperrorgane (7) und (8) mit Spindel (26), Antriebsmotor (25) und Platte (19) ausgerüstet sind um den Wasserdurchlauf zu unterbrechen.