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Die
Erfindung betrifft eine Fischpassanlage und insbesondere eine Fischpassanlage,
die einen schleusenartigen Fischpass enthält (siehe z. B. SE-B-427941).
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Der
hauptsächliche
Verwendungszweck der Fischpässe
ist, Wanderfischen zu ermöglichen,
in einem Flusssystem die Hindernisse, im allgemeinen Kraftwerksdämme zu passieren
und stromaufwärts aufzusteigen.
Bekanntlich gibt es zwei verschiedene Fischpasstypen. Eine Fischtreppe
soll einem naturgemäßen Aufstiegsweg
nachahmen. Die Fischtreppe ist schwer zu verwirklichen, wenn die
Fallhöhe
groß ist.
Dann ist der Aufbau der Fischtreppe lang, kompliziert und teuer.
Darüber
hinaus ist die Verwirklichung der Fischtreppe recht kompliziert
auch bei kleineren Fallhöhen,
und fordert jedes Mal eine sorgfältige
Planung. Eine einfachere Alternative ist ein schleusenartiger Fischpass,
dessen üblichste
Verwirklichung mit dem Namen Borland-Pass gekannt wird. Ein Vorteil im
Vergleich zu dem Fischpass von Typ Fischtreppe ist, dass die Konstruktion
viel einfacher ist und in einem bemerkenswert kleineren Raum verwirklicht werden
kann. Der schleusenartige Fischpass eignet sich besser auch für hohe Kraftwerksdämme.
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In
Finnland fehlen in den meisten Flusssystemen, die abgedämmt und
zur Versorgung der Produktion elektrischer Energie dienen, Fischpässe und der
Hauptgrund dafür
sind die Kosten, die durch das Bauen der Fischpässe entstehen. Außer Planungs- und
Baukosten der Fischpässe
verliert eine Energiegesellschaft auch eine ganze Menge Wasserkraft, weil
der Wasserdurchfluss weg von der Wasserkraftproduktion ist. Danach
sind die Betriebskosten des Fischpasses sehr hoch. Wenn ein Fischpass
gebaut worden ist, soll die Durchflussrate des Fischpasses so niedrig
wie möglich
gehalten werden, was das Funktionieren des Fischpasses ungenügend macht. Es
ist klar, dass die Fischpässe
viel attraktiver für
die Energiegesellschaften wären,
wenn eine wesentliche Minderung des Verlustes der Wasserkraft erreicht werden
könnte.
Es ist ein Ziel der Erfindung eine Lösung zu bieten, damit eine
solche Minderung erreicht werden kann.
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Um
das oben erwähnte
Ziel und andere Ziele der Erfindung zu ausführen, ist die Fischpassanlage der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass im Anspruch 1 die anhängenden
Ansprüche
beansprucht sind. Die abhängigen
Ansprüche
definieren verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung.
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Die
Fischpassanlage gemäß vorliegender Erfindung,
die einen schleusenartigen Fischpass enthält, der umfasst einen ersten
Teil, von dem eine Verbindung in das Unterwasser ist, um das Wasser
dadurch in das Unterwasser zu leiten und die Fische in den ersten
Teil zu locken, einen zweiten Teil, von dem eine Verbindung in das
Oberwasser ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ein erstes
Rohr oder eine entsprechende Einrichtung, und Mittel um das erste
Rohr oder die entsprechende Einrichtung zeitweise mit Wasser zu
füllen,
damit die Fische aus dem ersten Teil in den zweiten Teil und weiter
in das Oberwasser gelangen können,
ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Oberwasser und dem ersten
Teil ein zweites Rohr oder eine entsprechende Einrichtung mit einer
Turbine darin enthält,
um das Lockwasser dadurch zu leiten und die Energie aus dem Lockwasser
auszunutzen.
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Der
Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, dass der Wasserdurchfluss,
der für
das Anlocken der Fische zum Fischpass benötigt wird, fortlaufend Energie
produziert, und so der Verlust der Wasserkraft niedrig gehalten
wird. Ein beachtlich großer
Wasserdurchfluss kann im Fischpass verwendet werden und das Funktionieren
des Fischpasses kann dadurch verbessert werden ohne unangemessene
Erhöhung der
Betriebskosten. Dabei kann auch die einfache Konstruktion des schleusenartigen
Fischpasses beibehalten werden. Während die Durchflussmenge des Lockwassers
groß behalten
werden kann, können die
Zulauföffnungen
des Fischpasses auf verschiedene Weise passend für verschiedene Fischarten sein.
So sind die Zulauföffnungen
leicht zu finden. Die Fische finden auch leicht den Steigkanal und
das Risiko in einem großen
Druck zu bleiben, ist gering. Besonders, wenn das Steigrohr steil
ist, kommt eine Menge Licht in den Druckraum, was das Aufsteigen der
Fische erleichtert.
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Die
Erfindung und deren Ausführungsformen werden
im folgenden im einzelnen ausgeführt
in Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, von denen:
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1 und 2 illustrieren
schematisch einen schleusenartigen Fischpass nach dem Stand der Technik
und seine Funktion (nicht bekannt aus dem oben erwähnten Dokument
aber gleichartig),
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3 ist
eine schematische Draufsicht im Schnitt durch den Fischpass und
das Turbinenrohr einer Ausführungsform
der Fischpassanlage der Erfindung,
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4 ist
eine schematische Seitenansicht im Schnitt durch das Turbinenrohr
der Ausführungsform
von 3,
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5 ist
eine schematische Seitenansicht im Schnitt durch das Steigrohr der
Ausführungsform von 3,
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6 ist
eine schematische Seitenansicht im Schnitt einer anderen Ausführungsform
der Erfindung,
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7 präsentiert
eine alternative Ausführung
der Rohre der Fischpassanlage der Erfindung,
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8 präsentiert
eine andere alternative Ausführung
der Rohre der Fischpassanlage der Erfindung,
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9 ist
eine schematische Draufsicht im Schnitt, die präsentiert eine weitere alternative
Ausführung
der Rohre der Fischpassanlage der Erfindung,
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10 ist
eine schematische Draufsicht im Schnitt, die präsentiert eine weitere Ausführungsform der
Fischpassanlage der Erfindung,
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11 ist
eine schematische Seitenansicht im Schnitt durch dem Fischpass einer
weiteren Ausführungsform
der Fischpassanlage der Erfindung, und
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12 ist
eine schematische Seitenansicht im Schnitt durch das Turbinenrohr
der Ausführungsform
von 11.
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Eine
Ausgangsbasis der Erfindung ist ein schleusenartiger Fischpass,
und deswegen eine vereinfachte Beschreibung eines solchen Fischpasses nach
dem Stand der Technik wird im folgenden präsentiert in Bezug auf die 1 und 2.
Oben, in 1, ist es eine schematische
Seitenansicht im Schnitt durch den schleusenartigen Fischpass, und unten
ist es ein schematischer Draufschnitt im Schnitt von demselben,
wo der Schnitt in der Längsrichtung des
Fischpasses ist. Der Fischpass liegt auf einer Dammkonstruktion 3.
Von dem ersten Teil 9 des Fischpasses ist es eine Verbindung,
eine Öffnung 12, zum
Unterwasser 2. Die Öffnung
ist mit einer Schleuse 13 versorgt. Ein zweiter Teil 4 des
Fischpasses ist über
eine Öffnung 6 in
einer Wand 5 zum Überwasser 1 verbunden.
Der zweite Teil ist getrennt vom Überwasser mit einer Schleuse 7,
mit der der Wasserfluss zu dem Fischpass regulieren werden kann.
Ein Steigrohr 8 verbindet den erste Teil 9 mit
dem zweiten Teil 4. Der erste Teil 9 hat eine
Behälterform,
eingeschränkt
von Wänden 10 und 11,
und der zweite Teil 4 hat eine Beckenform.
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Die 3–5 präsentieren
eine Fischpassanlage der Erfindung, die einen schleusenartigen Fischpass 4, 8, 9 und
ein mit diesem parallel angeordneten Rohr 20, das eine
Verbindung zum Oberwasser 1 zu dem ersten Teil 9 des
Fischpasses hat, wodurch das Rohr 20 einen Wasserfluss
erzeugen soll, um Fische zum Fischpass zu locken und Energie aus
dem Lockwasser abzugewinnen, mittels einer Turbine 23,
die in dem Rohr installiert ist. Die Konstruktion und Funktion des
Fischpasses der 3-5 wird im
folgenden im einzelnen ausgeführt.
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Der
beckenartige Teil 4 in Verbindung mit Oberwasser 1 ist
konventionell. In der Wand 5 gegen Oberwasser gibt es eine Öffnung 6 und
eine Schleuse 7, womit der Wasserabfluss aus dem Oberwasser in
den Fischpass geregelt werden kann. Zu den Schleusenanordnungen
können
gesonderte Anordnungen gehören,
einerseits für
den Aufstieg der Fische und andererseits für das Beschaffen des Wassers
in den Fischpass. Eine Überlaufwand 18 trennt das
Becken 4 vom Steigrohr 8 und hält das Wasser im Becken. Die
Wände 10,
z. B. aus Beton gegossen, bilden einen geschlossenen Raum einschließlich eines
mit dem Unterwasser 2 in Verbindung stehendem Behälter oder
Druckraum 15, wohin die Fische geführt werden, und nur von oben
offenes Steigrohr 8. Die Öffnung 12 führt von
dem Behälter 15 in
den offenen Sammelbecken 16, von dem eine enge Öffnung 17 in
das Unterwasser 2 führt.
Die Öffnung 12 ist
mit Hilfe der Schleuse 13 zu schließen. Aus dem Oberwasser kommt
auch das zweite Rohr 20. Eine Öffnung 19 vom Oberwasser
zum zweiten Rohr 20 ist mit einer Schleuse 21 ausgerüstet, womit
der Wasserfluss in dem Rohr reguliert werden kann oder, z. B. für Wartungsmaßnahmen
völlig
geschlossen werden. In dem Rohr 20 ist die Turbine 23 aufgestellt,
und um die Kavitation zu vermeiden, die Turbine ist vorzugsweise
unter dem Unterwasserfläche 2' aufgestellt. Die
Turbine 23 ist in einer Erweiterung 22 im Rohr 22 aufgestellt,
und nach der Turbine 23 gibt es in der Konstruktion ein
Saugrohr 24 und einen Saugraum 25, von dem durch
die Öffnung 27 eine
Verbindung in den Druckraum 15 und durch die Öffnung oder
den Raum 26 eine Verbindung in das Sammelbecken ist. Mit
Hilfe der Schleuse 28 wird das durch das Turbinenrohr 20 kommende
Lockwasser normalerweise durch den Druckraum 15 und die Öffnung 12 in
das Sammelbecken 16 und von da durch die Öffnung 17 in
das Unterwasser geleitet, wobei die Fische erst aus dem Unterwasser 2 in
das Sammelbecken und dann aus dem Sammelbecken 16 in den
Druckraum 15 für
den Aufstieg gelockt werden. Wenn die Füllung des Fischpasses 15, 8, 4 mit
Wasser anfängt,
wird die Schleuse 28 gedreht, um die zwischen dem Saugrohr 24 und
dem Raum 25 und dem Druckraum 15 liegende Öffnung 27 zu
schließen
und die Verbindung aus dem Saugraum in das Sammelbecken 16 zu öffnen. Dann
strömt
das Lockwasser durch das Sammelbecken 16 und die Öffnung 17 in
das Unterwasser und lockt Fische in das Sammelbecken 16, auf
das Einlassen in den Druckraum oder den Behälter 15 zu warten.
Das Einlassen der Fische aus dem Sammelbecken 16 in den
Saugraum 25 wird durch ein Netz oder Entsprechendes 30 verhindert.
Ebenfalls verhindert ein Netz oder Entsprechendes 29 das Einlassen
der Fische aus dem Druckraum 15 in den Saugraum 25.
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Die
Turbine 23 kann ein beliebiges Gerät sein, welche heute leicht
zu bekommen sind. Ein passendes Gerät ist z. B. eine Rohrturbine,
in der sowohl eine Propellerturbine als auch ein Generator auf derselben
Achse sind. Die Wirkung kann für
die Anwendung geeignete Wirkung z. B. in einem Raum 20–500 kW
sein. Solche Turbine ist als eine wasserdichte Einheit zu bekommen
und kann in das Wasserrohr oder in Entsprechendes installiert werden.
Die Konstruktion der Turbine ist kompakt und auch das notwendige
Zubehör
erfordert nur wenig Platz. Im Gelände bleibt nur ein kleines
Gebäude,
das für
das Stromzentrum und die Automatik gebraucht wird. Diese Technik,
die an und für
sich bekannt ist, wird hier nicht näher dargestellt.
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Ebenso
wird in der Ausführung
des Rohres 20 mit der Turbine 23 und des Saugrohres 24 und des
Saugraums 25 bekannte Technik angewendet. Der Durchfluss
und die Fallhöhe
werden vorteilhaft annähernd
konstant gehalten. Der Energieverlust ist möglichst gering gehalten, bevor
das Wasser in den Druckraum 15 geleitet wird, und ebenso
der Energieverlust zwischen dem Druckraum 15 und dem Unterwasser 2 ist
möglichst
gering gehalten, wobei der größte Teil
der Gesamtenergie mit Hilfe der Turbine als Stromenergie umgewandelt
werden kann. Ein passender Durchfluss des Turbinenrohres hängt von der
Anwendung ab und ist normalerweise 0,5–4 Kubikmeter/Sekunde. Ein
passender Durchmesser des Rohres ist entsprechend in den meisten
Fällen 0,5–1,5 Meter.
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In 6 wird
eine andere Ausführungsform des
Fischpasssystems der Erfindung dargestellt. Eine steile Lösung, die
als solche vorteilhaft in vieler Hinsicht ist, kann in der Dammkonstruktion
so verwirklicht werden, dass das Turbinenrohr ein horizontales Rohr 20 ist,
direkt durch den Damm in dem Unterteil, wobei die Öffnung des
Rohres mit passendem Schleusenmechanismus 21 versorgt ist.
Eine andere Ausführungsform,
passend für
steile Lösungen,
wird in 11 und 12 präsentiert.
Wie es in 11 dargestellt ist, anstatt
des Rohres steigt ein vertikaler Schacht, der von oben offen ist,
von dem Behälter 15 zu
dem Becken 4. Eine solche Konstruktion ist leicht zu bauen.
Ein anderer Vorteil ist, dass eine Menge Licht in den Druckraum
kommt, was das Aufsteigen der Fische erleichtert. Die Turbinenrohranordnung
ist ähnlich
wie die Anordnung der 6, wie es in 12 dargestellt
ist. Sonst sind diese Lösungen ähnlich wie
die Ausführungsform
der 4, und entsprechende oder gleiche Teile werden
mit denselben Bezugsnummern dargestellt wie in 4 und 6.
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Entsprechend
der Erfindung können
die Rohranordnungen abhängig
von der Anwendung auf unterschiedliche Weise verwirklicht werden.
Einige Alternativen werden in 7–9 dargestellt.
In den Figuren wird nur das Turbinenrohr in Seitenansicht und ganz
oder teilweise im Schnitt dargestellt. Das Steigrohr kann entweder
mit der gleichen oder einer anderen passenden Technik verwirklicht
werden. Wenn der Fischpass z. B. über einen Erddamm 34 gebaut
wird, so ist es praktisch und vorteilhaft, die Rohre wie das in 7 dargestellte
getrennte Rohr 20 zu verwirklichen, die mit den passenden
Mitteln 35 gestützt
sind. Eine andere Alternative in entsprechender Situation ist, die
Rohre in der Innenseite des Erddammes 34 zu bauen, wie
in 8 gezeigt wird. Wenn ein Damm aus einem Fels ist,
kann das Rohr oder können
die Rohre durch den Fels gegraben werden. Eine Alternative ist eine
Betonkonstruktion, in der das Steigrohr 8 und das Turbinenrohr 20 mit
den Betonwänden 10, 10' und 10'' verwirklicht sind und wo sie nebeneinander
nur von einer Wand 10' getrennt
sein können.
Diese Alternative passt für
die Verwirklichung der steilen Beckenpässe sehr gut. Sonst enthält diese
Fischpassanlage die gleichen Teile und Konstruktionen wie die Ausführungsform der 3.
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10 stellt
eine Ausführungsform
dar, durch die die Wirksamkeit des Fischpasses etwas erhöht wird.
Zwischen dem Druckraum 15 und dem Saugrohr 24 ist
das Rohr 31. Das Rohr ist mit einem einstellbaren Ventil 34 und
einem in den Saugraum führenden
Düsenteil 32 ausgerüstet. Wenn
der Fischpass mit Wasser gefüllt
ist, wird das Ventil 34 geschlossen, und während der
Entleerungsphase wird es zweckmäßig geöffnet, um
das Wasser durch die Düse 32 in
das Saugrohr 24 zu leiten, so dass im Saugrohr eine Ejektorwirkung
entsteht, die die Leistungsfähigkeit
der Turbine erhöht.
Der Einlass des Rohres 31 auf der Seite des Druckraumes
ist mit einem Netz oder einem Gitter 33 ausgerüstet, um
den Zugang der Fische in das Rohr zu verhindert.
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Z.
B. Stahlbeton ist ein gutes Baumaterial für das Becken, den Behälter und
das Saugrohr. Stahlbeton kann auch zur Verwirklichung der anderen
Teile des Fischpasses und des Turbinenrohres benutzt werden. Z.
B. Stahl oder geeigneter Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff
oder sogar Holz kann zur Verwirklichung der Rohre oder Kanäle benutzt werden.
Ein empfehlenswertes und häufig
benutztes Material für
Schleusen ist Stahl oder Aluminium.
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Der
Ausdruck "Rohr oder
Entsprechendes" ist
in dieser Patentschrift und den nebenstehenden Ansprüchen gebraucht,
und bedeuten einerseits die Konstruktion, die den Unter- und Oberteil
des Fischpasses verbindet, und andererseits die Konstruktion, in
der die Turbine angeordnet ist. Hinsichtlich der erster Konstruktion
umfasst der Ausdruck "Rohr
oder Entsprechendes" Konstruktionen,
die mit Begriffen wie Rohr, Tunnel oder Kanal beschrieben werden, und
auch schachtartige Konstruktionen (siehe 11). Hinsichtlich
der anderen Konstruktion ist eine prinzipiell rohrartige oder kanalartige
Konstruktion gemeint, wodurch das Lockwasser geleitet wird und in
der die Turbine angeordnet ist.
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Ein
Fachmann versteht, dass die Teile des Fischpasses und insbesondere
der untere Teil davon, der im Zusammenhang mit dem Unterwasser ist und
der ein wesentlicher Teil der Erfindung ist, kann auf unterschiedliche
Weisen ausgeführt
werden. Die Stelle und die Größe des Sammelbeckens
und des Druckraums oder der entsprechenden Teile können sehr
variieren. Die Öffnungen
und die Schleusen sind oben nur schematisch dargestellt, und für deren
Gestaltung und konstruktive Verwirklichung gibt es viele Alternativen.
Es ist klar, dass die Schleusen, Ventile usw. Betriebs- und Betätigungsgeräte benötigen und dass
Steuerungseinrichtungen zur Kontrolle des ganzen Fischpasses benötigt werden.
Das ist durch Anwendung allgemein bekannter Techniken zu verwirklichen.
Man kann z. B. denken, dass für
den Fischpass und die Turbine ein gemeinsames Gebrauchs- und Steuerungszentrum
ist, das in einem separaten kleinen Schutzgebäude oder in einem Kraftwerksgebäude untergebracht
werden kann.
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Aus
praktischen Gründen
wird eine Schiebeschleuse bevorzugt, aber z. B. auch Schleusen mit Scharnieren,
wenn anwendbar, kommen in Frage. Anstatt einer Schleuse 28 (3)
für den
Durchfluss des Turbinenrohres zwischen dem Druckraum 15 und
dem Sammelbecken 16 zu verändern, wird meistens eine separate
Schleuse für
jede Richtung benötigt.
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Es
ist auch klar, dass irgendwelche Verbesserungen der Funktion des
Fischpasses bei der Ausführung
des Fischpasses der Fischpassanlage der Erfindung ausgenutzt werden
können.
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Die
Erfindung kann innerhalb des Bereichs der nebenstehenden Ansprüche variiert
werden.