BESCHREIBUNG
Verfahren zur Herstellung einer Wasserkraftanlage
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wasserkraft, sowie auf ein Verfahren zum Umbau einer Stauanlage, insbesondere einer Wehranlage.
Die Herstellung von Wasserkraftwerken ist im Vergleich zur Herstellung anderer Kraftwerke, wie Erdgas, Kohle etc., mit einem hohen Aufwand an Bauarbeiten verbunden, z.B. der Herstellung eines Staudammes, einer Druckrohrleitung, eines Krafthauses etc., wodurch die Gewinnungskosten für Energie vergleichsweise höher sind bzw. die Amortisationszeit der Investition demnach erheblich steigt. Weiters bedeutet ein solches Kraftwerk einen nicht unbeachtiichen Eingriff in die Ökologie des Wasserweges. Daher ist, soweit andere Energiequellen verfügbar sind, die Wasserkraft aus wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten in vielen Fällen, insbesondere für große Leistungen, schwer vertretbar.
Einen anderen Weg verfolgt die WO 89/00646 A1 , in der eine Methode zur Herstellung eines Wasserkraftwerkes an einer bestehenden Stauanlage beschrieben wird. Dabei wird ein Teil eines Moduls zur Erzeugung elektrischer Energie an einem entfernten Herstellungsort gefertigt, zum Einsatzort transportiert und vor Ort fertiggestellt, indem die notwendigen hydraulischen Maschinen montiert werden. Bei diesem Verfahren müssen vor Ort also noch aufwendige Montagearbeiten durchgeführt werden, wozu auch die entsprechenden Werkzeuge, Hilfseinrichtungen und Arbeitskräfte vorhanden sein müssen.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie zu schaffen, welches im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken kostengünstiger, sowie aus ökologischen Gesichtspunkten vertretbar ist und insbesondere im Vergleich zu anderen Energiequellen konkurrenzfähig ist. Weiters hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein neuartiges Verfahren zum Umbau einer Stauanlage anzugeben, welches den obigen Forderungen gerecht wird.
Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wasserkraft folgende Schritte ausgeführt: Herstellen von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten, bestehend aus einer Turbine und einem
damit verbundenen Generator, Verbinden von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten miteinander zu zumindest einem Modul, Transportieren zumindest eines Moduls mittels eines Transportmittels, vorzugsweise ein Wasserfahrzeug, von dem Herstellungsort über eine Entfernung zu dem Einsatzort und Heben des zumindest einen Moduls am Einsatzort mittels einer Hebevorrichtung von dem Transportmittel und Positionieren in eine für dessen Betrieb vorgesehenen Position.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umbau einer Stauanlage, insbesondere einer Wehranlage, werden folgendes Schritte ausgeführt: Auswählen einer bestehenden Stauanlage mit einem Ober- und Unterwasserspiegel, sowie mit zumindest zwei ortsfesten Strukturen, insbesondere Pfeiler, und mit zwischen den ortsfesten Strukturen angeordneten bewegbaren Strukturen zur Regelung der Pegelhöhe, z.B. Schütz oder Klappe, Herstellen von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten, bestehend aus einer Turbine und einem damit verbundenen Generator, Verbinden von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten miteinander zu zumindest einem Modul, Transportieren zumindest eines Moduls mittels eines Transportmittels, vorzugsweise ein Wasserfahrzeug, von dem Herstellungsort über eine Entfernung zu dem Einsatzort und Heben des zumindest einen Moduls am Einsatzort mittels einer an der Stauanlage vorgesehenen Hebevorrichtung von dem Transportmittel und Positionieren in eine für dessen Betrieb vorgesehenen Position zwischen zwei ortsfesten Strukturen, wobei das Modul in seiner Betriebsposition anstelle oder zusätzlich zu der bewegbaren Struktur zur Gewinnung elektrischer Energie eingesetzt wird.
Durch die Möglichkeit einer Vorabfertigung von Turbinen-Generatoreinheiten und deren Verbindung zu einem Modul in einer entfernten Position, z.B. einer Schiffswerft, können die Energiegewinnungseinheiten vergleichsweise kostengünstig hergestellt und bereits vorab getestet werden, sodass an der Anlage ein wesentlich rascherer Einbau und eine rasche Inbetriebnahme möglich ist. Weiters ergibt sich erfindungsgemäß die Möglichkeit des Transports mittels eines Schiffes, welcher für die in Flusskraftwerken verwendeten großen elektromechanischen Einheiten wesentlich kostengünstiger und rascher erfolgen kann. Ebenso kann die Positionierung und Endmontage der elektromechanischen Einheiten mittels eines Krans durchgeführt werden, welche an Stauanlagen ohnedies für andere Zwecke bereits vorhanden ist, sodass auf den Einsatz der üblichen Baukräne verzichtet werden kann! Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung beim Einsatz in einer bestehenden Stauanlage, die zwar für andere Zwecke als zur Energieerzeugung gebaut wurde, aber anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Anlage zur Energiegewinnung umgebaut werden kann, da für diesen Anwendungsfall die Baukosten, etwa für den Bau des Krafthauses gänzlich entfallen. In Verbindung mit der besonderen modularen Gestaltung der
elektromechanischen Einheiten ist es anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens nun möglich, eine an sich in hohem Maße umweltfreundliche Technologie, wie die Wasserkraft, und zwar auch ohne weiteren Eingriff in die Ökologie, unter wirtschaftlich attraktiven Rahmenbedingungen zur Gewinnung von Energie einzusetzen. Der Umbau kann dabei vorteilhaft als technische Maßnahme zur Reduktion von Treibhausgasen herangezogen werden.
Weitere vorteilhafte Varianten und Ergänzungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
Zusätzliche Details und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, bei welchem auf die beiliegende Figuren Bezug genommen wird.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der schematischen, nicht einschränkenden Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Die Fig. 1 bis 5 zeigen dabei beispielhaft den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wasserkraft.
In der Fig. 1 befindet sich das Modul 1 am Transportmittel, hier ein Schiff 3, an einem Herstellungsort in einer Schiffswerft, der nicht dem zukünftigen Einsatzort entspricht. An diesem Herstellungsort werden, vorzugsweise direkt am Schiff 3, mehrere Turbinen- Generatoreinheiten 2 miteinander zu einem Modul 1 zur Gewinnung elektrischer Energie verbunden.
Bei Bedarf können am selben Schiff 3 oder einem anderen Schiff selbstverständlich auch mehrere Module 1, bestehend aus Turbinen-Generatoreinheiten 2, zusammengebaut werden.
Die Saugrohre der Turbinen-Generatoreinheiten 2, mit daran angeordneten Saugrohrverschlüssen 5, sind in diesem Beispiel integraler Teil der Stahikonstruktion des Moduls. Die Saugrohrverschlüsse 5 können, wie in diesem Beispiel, mehreren Turbinen-Generatoreinheiten 2 zugeordnet sein.
Weiters werden in diesem vom Einsatzort entfernten Herstellungsort gegebenenfalls auch modulfeste elektrische Schaltanlagen 6, wie Steuer- und Regeleinheiten, Leistungsschalter, Kompensationseinheiten, etc., in das Modul 1 eingebaut. Diese elektrische Schaltanlagen 6 können jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle montiert werden, z.B. an der Wehranlage 11 am Einsatzort, und müssen nicht am Herstellort der Module 1 in die Module 1 integriert werden.
Weiters werden die Module 1 im Bereich der Turbinen-Generatoreinheiten 2 an ihrer stromaufwärts liegenden Breitseite mit einem Rechen 7 versehen, um zu verhindern, dass Treibgut und andere Festteile in die Turbinen-Generatoreinheiten 2 gelangen können, was zu Zerstörung der Turbinen-Generatoreinheiten 2 führen könnte. Um die Reinigung dieser Rechen 7 zu ermöglichen, können auch nicht dargestellte hinlänglich bekannte Rechenreinigungsmaschinen angeordnet werden, die die Reinigung der Rechen 7 im Betrieb automatisch durchführen können.
In der Fig. 2 ist ein vollständig montiertes Modul 1 mit einer Vielzahl von Turbinen-Generatoreinheiten 2 und dem Rechen 7 gezeigt, das am Ende eines Schiffes 3 bereit für den Transport zum Einsatzort, vorzugsweise in aufrechter Stellung, welche der Betriebsstellung entspricht, angeordnet ist. Der Transport findet dabei vorzugsweise am selben Wasserweg statt, an dem eine bereits bestehende Wehranlage 11 angeordnet ist, in die das Modul 1 eingebaut werden soll.
Das Modul 1 wurde in diesem Beispiel bereits mit Gleiteinheiten 9, hier Rollenboxen, versehen, mittels denen das Modul 1 in der Wehranlage 11 entlang vertikaler Führungen heb- und senkbar ist Das Modul 1 ist starr mit den Gleiteinheiten 9 verbunden, z.B. verschraubt.
Die Fig. 3 zeigt das Schiff 3 mit dem Modul 1 , das am Einsatzort, hier eine Wehranlage 11 mit zumindest zwei Pfeilern 12, angekommen ist. Das Schiff 3 wird nun so navigiert, dass das Modul 1 , vorzugsweise in Betriebsposition, stromaufwärts zwischen zwei benachbarten Pfeilern 12 der Wehranlage 11 zu stehen kommt. In dieser Position wird das Schiff 3 vorzugsweise verankert, um ein sicheres Arbeiten zu gewährleisten. An der Wehranlage 11 befindet sich eine Hebevorrichtung 4, die mit dem Modul 1 verbunden wird.
Die Pfeiler 12 der Wehranlage 11 wurden vorab bereits zur Aufnahme des Moduls 1 vorbereitet. Dazu wurden an den Pfeilern 12 vertikale Führungen 8 vorgesehen, in denen die Gleiteinheiten 9, wie z.B. eine Rollenbox, beweglich geführt werden können. Bei vielen bereits bestehenden Stauanlagen sind solche Führungen 8 bereits vorhanden und können sehr vorteilhaft ohne Änderungen als Führungen 8 für die Gleiteinheiten '9 verwendet werden.
Die Hebeeinrichtung 4 hebt nun das Modul 1 vom Schiff 3 und bringt das Modul 1 in eine Position, in der die Gleiteinheiten 9 des Moduls 1 zu beiden Seiten des Moduls 1 in die Führungen eingefügt werden. Die Führungen 8 und die Gleiteinheiten 9 können selbstverständlich auch so ausgeführt werden, dass zum Einfügen keine Hebeeinrichtung 4
erforderlich ist. Das Schiff 3 entfernt sich nun wieder von der Wehranlage 11 und gibt den Wasserweg zum Absenken des Moduls 1 frei.
in diesem Beispiel wurden die Gleiteinheiten 9 bereits vorab am Modul 1 montiert und das Modul 1 wird beim Einsetzen des Moduls 1 in die Wehranlage 11 über die Gleiteinheiten 9 mit dieser beweglich verbunden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Gleiteinheiten 9 bereits vorab in die Führungen 8 eingesetzt werden und der Modul 1 am Einsatzort nur mehr in eine Position zwischen die Pfeiler 12 zum Verbinden des Moduls 1 mit den Gleiteinheiten 9 gehoben wird, in der dann eine starre Verbindung, z.B. durch Verschraubung, zwischen Modul 1 und Gleiteinheiten hergestellt wird.
In der Fig. 4 wurde das Modul 1 mit den Gleiteinheiten 9, hier eine Rollenbox, bereits in die Führungen 8 eingehängt und befindet sich in einer oberen Hebeposition. Der Zwischenraum zwischen Modul 1 und Führung 8 bzw. Gleiteinheiten 9 wird nun auch noch gegen Durchströmen von. Wasser abgedichtet, um die Energie des Wassers vollständig ausnutzen zu können.
Die nunmehr fertig montierten Module 1 können nun in eine Betriebsposition, also eine Position, in der die Turbinen-Generatoreinheiten 2 unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind und von Wasser durchströmt werden können, abgesenkt werden.
Fig. 5 zeigt eine Wehranlage 11, mit mehreren Pfeilern 12, wobei zwischen zwei benachbarten Pfeilern je ein Modul 1 zur Gewinnung elektrischer Energie angeordnet ist. Die Module 1 befinden sich dabei alle in ihrer Betriebsposition.
Um die gewonnene elektrische Energie abführen zu können, werden die Module 1 elektrisch, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Transformators, mit einem Energieversorgungsnetz 10 verbunden. Die gewonnene elektrische Energie wird somit direkt in ein Energieversorgungsnetz 10 eingespeist. Bestehende Stauanlagen, wie in diesem Beispiel eine Wehranlage 11, können auf diese Art und Weise zusätzlich sinnvoll genutzt werden. Diese Methode stellt somit eine äußerst ökologisch und wirtschaftlich günstige Möglichkeit der Energiegewinnung dar.
Bevor das Modul 1 erstmalig in eine Betriebsposition gebracht wird, können natürlich beliebige Test, wie Trocken- und Nasstests oder Belastungstests, durchgeführt werden, um die Funktionalität des Moduls 1 sicherstellen zu können. Außerdem können die Module 1 auch mit einer zentralen Steuereinheit verbunden werden,
was eine zentrale Steuerung der Energiegewinnung unter Berücksichtigung anderer Aspekte, wie z.B. vorgegebene minimale oder maximale Pegelstände der Stauanlage, oder Betriebszustände bzw. Pegelstände anderer Kraftwerke, ermöglicht.
Auch weitere notwendige Verbindungen zum Modul 1, wie z.B. hydraulische Leitungen, werden in sinnvoller Weise vor der erstmaligen Inbetriebnahme des Moduls 1 vervollständigt.