DE9308442U1 - Kraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie, bei dem auf einer Grundplatte ein etwa kastenförmiger Betonbaukörper angeordnet ist, wobei dieser Betonbaukörper in einem See, Fluß od.dgl. aufgestellt ist und dessen unterer Teil vom Wasser durchflutet wird und in dem eine Einrichtung zur Förderung von Wasser in eine oberhalb des Wasserspiegels liegende Höhe sowie ein Zulaufrohr, das von gefördertem Wasser durchströmt wird und Kreiselpumpen, Turbinen und Generatoren aufweist, angeordnet ist.

Wasserkraftwerke zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnutzung aufgestauter Wassermassen sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Diesen Wasserkraftwerken ist gemeinsam die Umwandlung hydraulischen Energievorrates eines Wasserlaufes, eines natürlichen oder künstlichen Speicherbeckens oder des Meeres in elektrischer Energie. Die Wasserkraftnutzung besteht darin, die innere Reibungsarbeit durch Verringerung der Bettreibung und/oder Verkürzung des Flußlaufes zu vermindern. Der Reibungswiederstand eines Fluß- oder Kanalbettes kann durch Verminderung der Fließgeschwindigkeit, z.B. durch Aufstau, durch Talsperren, Wehre od.dgl. oder durch Verminderung der Rauhigkeit, d.h. durch Bettregulierung oder Verkleidung vermindert werden. Die so zurückgewonnene Energie bzw. Fallhöhe wird dann mittels Wasserturbinen in mechanische Arbeit umgewandelt und als elektrische Energie umgeleitet.

Neben Niederdruckwasserkraftwerken, Hochdruckwasserkraftwerken und Gezeitenkraftwerken sind Pumpenspeicherkraftwerke bekannt, die es erlauben, bei Teillastzeiten des Verbundnetzes mit Hilfe der freien Leistungskapazität der verschiedenen Kraftwerke elektrische Energie in Gestalt hydraulischer Lageenergie zu speichern, um sie dann zu nutzen, wenn Bedarfspitzen durch das übrige Kraftwerkssystem des Netzes nicht gedeckt werden können. Dieser Umweltbetrieb wird in der Weise durchgeführt, daß während der Teillastzeit das Wasser von einem unteren Becken mittels Pumpen in ein oberes Becken gefördert, dort gespeichert und später während der Spitzenlastzeit durch Turbinen abgearbeitet und ins untere Becken zurück-

geführt wird. Nachteilig bei derartigen Pumpenspeicherwerken ist, daß für die Förderung des Wassers von einem Becken in ein oberes Becken Energie benötigt wird.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Kraftwerke weiter zu verbessern und einen Senkrechtförderer zu schaffen, der bei einfachen Aufbau mit hohem Wirkungsgrad fördernd ist, wobei das Kraftwerk so ausgebildet sein soll, daß es in jedes Gewässer wie einem See od.dgl. als vorgefertigtes Bauwerk einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Hierzu sieht die Erfindung vor bei Kraftwerken mit einem Zulaufrohr mit mehreren Kreiselpumpen, den Kreiselpumpen nachgeschaltete Turbinen mit Generatoren zur Netzstromerzeugung und einer Druckluftversorgungseinrichtung für die Turbinen, einen Senkrechtförderer zu schaffen, der mit einem Wassertank, der über dem Niveau des Wassers des Gewässers liegt, luftdicht zu verbinden. Bei Inbetriebnahme des Kraftwerkes wird über den Senkrechtförderer mittels einer Pumpe Wasser in den höher gelegenen Wassertank gepumpt, bis dieser vollkommen mit Wasser gefüllt ist und die darin enthaltene Luft über ein einseitig wirkendes Ventil verdrängt hat. Strömt das Wasser nun über eine Bodenöffnung aus, so wird über den Senkrechtförderer aufgrund der luftdichten Verbindung und wegen des dadurch entstehenden Unterdruckes weiteres Wasser aus dem Gewässer gefördert. Sollte sich der Wasserkasten, der inwendig versteift ist, damit er sich nicht bei Unterdruck verzieht, mit seinem Unterdruck den Wasserzulauf nicht

bewältigen, müssen noch Senkrechtförderer hinzu eingebaut werden, so daß der Wasserablauf und -zulauf konstant sind. Das Wasser läuft unterhalb der Turbinen in Gräben, dem Wasserbecken wieder zu. Das Wasser im Wasserbecken darf den Wassergraben nicht überfluten. Für diesen Fall sind Überlaufrohre eingebaut. Bei stillstehendem Gewässer muß das Wasser über einen Filter gereinigt werden und wird dem Kraftwerk wieder zugeführt. Die Pumpe im Senkrechtförderer bleibt für besondere Fälle vorbehalten. Für Wartungszwecke ist eine luftdichte Einstiegsluke vorgesehen.

Das in bekannter Weise ausgestaltete Zulaufrohr mit seinen Kreiselpumpen ist in erfinderischer Weise nach einer Ausführungsform derart ausgestaltet, daß es aus diversen Untereinheiten besteht, die derart gestaltet sind, daß jede Untereinheit unabhängig Strom produzieren kann, so daß über ein Rohrsystem defekte Untereinheiten gezielt außer Betrieb genommen werden können, ohne daß der Betrieb der Gesamtanlage bei Reparaturarbeiten eingestellt werden muß. Nach einer anderen Ausführungsform sind mehrere Zulaufrohre vorgesehen, die jeweils mit Kreiselpumpen, Generatoren und Kompressoren ausgestattet sind und einen Reihenbetrieb gestatten, so daß auch hier an einzelnen Teilen Reparaturen vorgenommen werden können, ohne daß das gesamte Kraftwerk außer Betrieb gesetzt werden muß.

Das Kraftwerk weist folgende Einheiten auf : 1. Schalt- und Überwachungsraum,

2. Wasserbecken im Keller,

3. Turbinen und Generatoren,

4. Kreiselpumpen,

5. Batterieraum,

6. Kompressorraum,

7. Raum für die Heizung,

8. eine Werkstatt mit Ersatzteilen,

9. Waschraum und WC,

10. eine Zulauf- und Ablaufleitung für Wasser. Außerhalb des Kraftwerks läuft das Wasser über einen Filter und wird dem Kraftwerk gereinigt wieder zurückgeführt .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht das Vakuumkraftwerk ,

Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht das Vakuumkraftwerk,

Fig. 3 in einer Ansicht von oben ein Kreiselpumpensatz (Detail A),

Fig. 4 eine Druckluftversorgungseinrichtung für die Turbinen (Detail C und D),

Fig. 5 in einer Ansicht von oben einen Turbinensatz (Detail C),

Fig. 6 in einer Ansicht von oben einen Turbinensatz (Detail D),

Fig. 7 eine Vorderansicht des Vakuumkraftwerkes nach einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 8 eine Seitenansicht des Wasserkastens des Vakuumkraftwerkes der Ausführungsform nach Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht des Wasserkastens des Vakuumkraftwerkes der Ausführungsform nach Fig. 8,

Fig. 10 eine Vorderansicht von Turbinen und Generatoren des Vakuumkraftwerkes der Ausführungsform nach Fig. 7,

Fig. 11 eine Teilseitenansicht von einer Turbine und Generatoren des Vakuumkraftwerkes der Ausführungsform nach Fig. 7 und

Fig. 12 eine schematische Draufsicht von Zulaufrohren zu den Kreiselpumpen des Vakuumkraftwerkes der Ausführungsform nach Fig. 9.

Das in Fig. 1 dargestellte Vakuumkraftwerk 100 besteht aus einem auf einer Grundplatte 11 angeordneten kastenförmigen Betonbaukörper 10 und stellt mit diesem eine Baueinheit dar. Die Bodenplatte 11 ist vollständig mit

Wasser überflutet, das in dem Baukörper 10 über verschließbaren Öffnungen 24, 25 gelangt. Das Innere 12 des Betonbaukörpers 10 weist einen Senkrechtförderer 13, einen Wasserkasten 14 und ein Zulaufrohr 15 auf. Der Wasserkasten 14 wird auf einen entsprechenden Unterbau gesetzt, der die Tragkonstruktion für das Zulaufrohr 15 darstellt, über dem üblichen Niveau des Gewässers gelagert. Auf seiner Oberseite besitzt dieser ein Entlüftungsventil 16 und auf der Seite 17 eine über ein Ventil 18 verschließbare Öffnung 19 zu dem Zulaufrohr 15. Auf der dem Zulaufrohr 15 entgegengesetzten Seite des Wasserkasten 14 befindet sich der Zulauf 20 des Senkrechtförderers 13. Der Wasserkasten 14 ist luftdicht ausgeführt, wie auch die Verbindung zum Senkrechtförderer 13 und dieser selbst. Der Senkrechtförderer 13 führt von Öffnung 20 in den Wasserkasten, wobei der Mündungsbereich 21 des Senkrechtförderers 13 durch einen sich im Gewässer befindlichen Siebkasten 22 umgeben wird, der im Gewässer mitgeführte Feststoffe zurückhält, um Beschädigungen an der Anlage zu verhindern. In einem parallelem Rohrabschnitt 26 zum Senkrechtförderer 13 ist eine Pumpe 23 vorgesehen zur Förderung von Wasser in den Wasserkasten 14. Das Zulaufrohr 15 ist in Untereinheiten 27a-b aufgegliedert, die jeweils gleich aufgebaut sind. Entsprechend den Abbildungen 2-6. Im Einlaufbereich 28 einer Untereinheit 27a-b sind Kreiselpumpen 29 angeordnet, vermittels derer die Zuströmgeschwindigkeit der durch das Förderrohr 13 strömenden Wassermassen zu den im Innenraum der Untereinheiten 27a-b angeordneten Turbinen erhöht wird, wobei jeder Kreiselpumpe 29 als Antriebseinheit ein Motor 29a zugeordnet ist.

Bei Reperaturen von Kreiselpumpen und Turbinen sind die Seitenwände in diesem Bereich abnehmbar. Die Generatoren sind ja außerhalb der Seitenwände.

Der Kreiselpumpe 29 ist in der Untereinheit 27a-b ein erster Turbinensatz 30 mit Turbinen 31 und Generatoren 32 nachgeordnet. Über diese Generatoren 32 erfolgt die Netzstromerzeugung. Diese erste Turbinensatz 3 0 mit den Turbinen 31 und den angeschlossenen Generatoren 32 ist ein zweiter Turbinensatz 33 in der Untereinheit 27a-b nachgeschaltet. Auch die Turbinen 34 dieses Turbinensatzes 33 stehen jeweils mit einem Generator 35 in Verbindung, der die Versorgung der Lichtquellen im Wasserkraftwerk, der im Wasserkraftwerk vorhandenen Hilfsmaschinen und die Aufladung von Speicherbatterien gewährleistet. Weiterer Überschuß wird mit in das Stromnetz eingespeist.

In der Untereinheit 27a-b ist des weiteren ein den Durchfluß nicht behindernder Tragrahmen 34 vorgesehen, an dem je ein Wassereinlauf 35 und ein Wasserauslauf 36 für jede Kreiselpumpe 29 angeordnet ist (Fig. 3, Detail A).

Im Verlauf der Untereinheit 27a-b ist dann ein weiterer Tragrahmen 37 vorgesehen, der die Turbinen 31 trägt, wobei an jeder Turbine 31 ein Generator 32 angeschlossen ist und je ein Wasserauslauf 36 einer Kreiselpumpe 29 mit einem Wassereinlauf 35a einer Turbine 31 verbunden ist (Fig. 3, Detail B).

An einem weiteren Tragrahmen 38 ist dann unterhalb des Turbinensatzes 30 der Turbinensatz 33 mit den Turbinen 34 angeordnet, die mit Generatoren 35 verbunden sind (Fig. 6, Detail D), auf den Turbinensatz 30 geführt wird.

Des weiteren ist in dem Betonbaukörper 10 des Vakuumkraftwerkes 100 eine Drucklufterzeugungseinrichtung vorgesehen, die über ebenfalls in dem Baukörper 10 untergebrachte Speicherbatterien betreibbar ist, wenn keine ausreichende Wassermenge für die Turbinen zur Verfügung stehen sollte. Die Drucklufterzeugungseinrichtung besteht aus einem nicht dargestellten Kompressor der über einen Elektromotor betreibbar ist, der ebenfalls nicht dargestellt ist, und steht über eine Druckluftzuführungsleitung 73 mit dem Innenraum der Untereinheit 27a-b in Verbindung. Die Zuführung der Druckluft über diese Druckluftzuführungsleitung 73 erfolgt über eine Ringleitung 74, die die Turbinen 31 (Fig. 4, Detail B) verbindet. Bei nicht ausreichender Wasserzufuhr erzeugt die Drucklufterzeugungseinrichtung den Druck für die Turbinenräder. So wird die Wasserförderung unterstützt, wobei die Druckluft selbst vom Wasser mitgeführt wird.

Das Zulaufrohr 15 ist in Untereinheiten 27a-b aufgegliedert, die jeweils gleich aufgebaut sind. Diese Untereinheiten 27a-b sind in Reihe geschaltet, so daß Einlaß- und Auslaßöffnung 18, 19 nicht verbunden sind. Zusätzlich sind alle Untereinheiten 27a-b mit einem Zulaufrohr 15 mit dem Wassertank 14 und einem Abfluß-

rohr verbunden (Fig. 1). Hierüber kann sofern eine Untereinheit 27a-b defekt ist, diese gezielt außer Betrieb gesetzt werden, ohne daß die restliche Anlage ruhen muß. Ist z.B. die Untereinheit 27 b defekt, so wird über ein Ventil 19 die Wasserzufuhr von Untereinheit 27 b unterbrochen, statt dessen wird die nächste Untereinheit 27 a über das Zulaufrohr 41 Öffnen des Ventils 18 mit Wasser versorgt. Das Ablaufrohr der Untereinheit 27 a wird geöffnet. Das Ventil 18 b von Untereinheit 27 a nach 27 b wird geschlossen und das Wasser aus der Untereinheit 27 b fließt ab.

Die Ausführungsform des Vakuumkraftwerks 100 der Fig. 8 weist zusätzlich im Seitenbereich 50 des Wasserkastens 14 ein Schauglas 51 auf, das es ermöglicht, den Wasserstand im Wasserkasten 14 zu kontrollieren. Ebenso ist im Deckenbereich 52 des Wasserkastens 14 in Nähe des Senkrechtförderers 13 ein drucksicheres Fenster 53 vorgesehen, das zusätzlich die Innenkontrolle des Wasserkastens 14 gestattet.

Des weiteren ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, daß Zulaufrohr 15 in vorzugsweise 5 parallel verlaufende Zulaufrohre 15a-e zu bauen, wobei jedes parallel verlaufende Zulaufrohr 15a-e doppelt ausgeführt ist und über je zwei Kreiselpumpen 29 verfügt, die den Wasserfluß beschleunigen. Hinter der Kreiselpumpe 29 vereinigt sich das doppelte Zulaufrohr 15a-e und endet in einer Turbinen-Generatoreinheit 54, die zusätzlich über einen Kompressoranschluß 55 verfügt, um ggf. die Turbine zusätzlich anzutreiben. Die Generator-Turbineneinheit 54 befindet sich in einem

separaten Turbinenraum 55, der über einen Abfluß zu einem Wasserbecken 57 verfügt. Das Wasserbecken weist weitere Abflüsse auf, die nicht dargestellt sind und die verhindern, daß das Wasser in den Turbinenraum 55 eindringen kann. Das Wasserbecken weist bevorzugterweise eine Tiefe von 2 m und eine Breite von 6 m auf, während sich die Länge ergibt aus den Abstand der Saugrohre zum Wasserkasten 14, der Länge des Wasserkastens 14 sowie der Anzahl der Turbinen mit entsprechenden Dimensionen.

Claims (6)

Ansprüche:

1. Kraftwerk (100) zur Erzeugung von elektrischer Energie, bei dem auf einer Grundplatte (11) ein etwa kastenförmiger Betonbaukörper (10) angeordnet ist, wobei der Betonbaukörper (10) in einem See, Fluß od.dgl. aufgestellt ist und dessen unterer Teil vom Wasser durchflutet wird und in dem eine Einrichtung zur Förderung von Wasser in eine oberhalb des Wasserspiegels liegende Höhe sowie ein Zulaufrohr (15), das von gefördertem Wasser durchströmt wird und Kreiselpumpen (29), eine Druckluftanlage, Turbinen (31, 34) und Generatoren (32, 35) aufweist, angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß es ein Vakuumkraftwerk (100) ist und daß die Einrichtung zur Förderung von Wasser ein Senkrechtförderer (13) in Form eines Rohres ist, der das Wasser in einen Wasserkasten (14) fördert, der an der Seite (17) eine mit einem Ventil (18) verschließbaren Öffnung (19) zu dem Zulaufrohr (15) aufweist und der an der höchsten Stelle ein Entlüftungsventil (16) besitzt, wobei Senkrechtförderer (13) und Wasserkasten (14) luftdicht gefertigt sind und daß in einem dem Senkrechtförderer (13) parallelen Rohrabschnitt (26) eine Pumpe (23) zuschaltbar vorgesehen ist, die zur Förderung von Wasser in den Wasserkasten 14 vorgesehen ist.

2. Kraftwerk (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wasserkasten (14) seitlich ein Schauglas (51) zur Anzeige des Wasserstandes aufweist.

3. Kraftwerk (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wasserkasten (14) auf der Oberseite ein druckfestes Fenster (53) aufweist.

4. Kraftwerk (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Fallrohr (15) in mindestens zwanzig Untereinheiten 27a-b aufgeteilt ist, die nacheinander vom Wasser durchflossen werden, wobei jede Untereinheit identisch aufgebaut ist und im Einlaufbereich (28) Kreiselpumpen (29) mit Motoren (29a) aufweist, denen nachfolgend eine Druckluftanlage, ein erster Turbinensatz (30) mit Turbinen (31) und Generatoren (32) nachgeordnet ist und denen wiederum ein zweiter Turbinensatz (33) nachfolgend angeordnet ist mit Turbinen (34) und Generatoren (35), wobei der erste Turbinensatz (30) an das Stromnetz angeschlossen ist, während der zweite Turbinensatz (33) an kraftwerksinterne Versorgungsleitungen angeschlossen ist und wobei der Überschuß an Strom mit in das Netz eingespeist wird.

5. Kraftwerk (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Untereinheiten (27a-b) alle mit einem

Zulaufrohr mit dem Wasserkasten (14) und einem Abflußrohr verbunden sind, wobei an den Verbindungsstellen von Zulaufrohr zu Untereinheiten (27a-b) und den Verbindungsstellen von Untereinheiten (27a-b) zum Abflußrohr sowie an den Verbindungsstellen der Untereinheiten (27a-b) untereinander mit Ventilen verschließbar angeordnet sind.

6. Kraftwerk (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß Zulaufrohr (15) in mindestens 2 parallel verlaufende Zulaufrohre (15a-e) vorhanden sind, wobei jedes Zulaufrohr (15a-e) doppelt ausgeführt ist und über zwei Kreiselpumpen (29) verfügt und daß den Kreiselpumpen (29) eine Turbinen-Generatoreinheit (54) angeordnet ist, die über einen Kompressoranschluß verfügt.