EP2564055A2 - Stauwehr mit turbinenanlage - Google Patents

Stauwehr mit turbinenanlage

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Publication number
EP2564055A2
EP2564055A2 EP11709087A EP11709087A EP2564055A2 EP 2564055 A2 EP2564055 A2 EP 2564055A2 EP 11709087 A EP11709087 A EP 11709087A EP 11709087 A EP11709087 A EP 11709087A EP 2564055 A2 EP2564055 A2 EP 2564055A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weir
fishway
turbine
fish
recess
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11709087A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Traugott Ulrich
Lenard Vorpahl
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KSB AG
Original Assignee
KSB AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KSB AG filed Critical KSB AG
Publication of EP2564055A2 publication Critical patent/EP2564055A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B8/00—Details of barrages or weirs ; Energy dissipating devices carried by lock or dry-dock gates
    • E02B8/08—Fish passes or other means providing for migration of fish; Passages for rafts or boats
    • E02B8/085—Devices allowing fish migration, e.g. fish traps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/97—Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/60—Ecological corridors or buffer zones
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to a weir with a turbine system arranged therein, wherein the turbine system is arranged as a unit in a recess of the weir and the weir is equipped with a fishway.
  • Devices for power generation in jammed water courses are known in a variety.
  • the facilities are an intervention in the aquatic ecosystem, as dams or weirs are an insurmountable obstacle to migratory fish.
  • the construction of a turbine house for receiving and maintaining the turbine means a further effort and intervention both in the ecosystem of the waters and in the landscape.
  • DE 195 10 347 C1 which shows a weir according to the preamble of claim 1
  • a climbing aid for aquatic organisms is described at dams in streams, in which the fish can overcome the height of the dam via a spiral staircase.
  • the disadvantage here is the considerable construction effort, in addition to the relatively small weir system, a much larger channel system is required.
  • DE 100 17 598 C2 describes a bypass which directs the fish past the turbine. Again, there is the disadvantage of a considerable construction effort. Since the bypass is created below the turbine plant, the landscape protection is indeed However, the underground construction makes the overall production costs more expensive and makes maintenance more difficult.
  • the present invention is based on the object to provide a device for generating electricity at a weir in a watercourse, this device should overcome the above-mentioned disadvantages in the installation of fishways. Furthermore, the present invention is to dispense with a nacelle and the associated expenses and interventions in the ecosystem.
  • the solution of the problem provides, starting from DE 195 10 347 C1, that the turbine system has a smaller mounting cross section than a corresponding receiving cross section of the recess and that a difference of the cross sections is formed as a fish way.
  • the advantage here is that the structural complexity is kept low when setting up the turbine system.
  • the turbine system is arranged as a unit in only one recess of the weir. Thus, no damage to the landscape structures, such as a nacelle or a separate fishway are necessary because the latter is integrated with the recess.
  • the turbine system is provided with a closed and flowed through diffuser.
  • the advantage here is that the energy of the flowing water can be used optimally and the downstream outlet of the turbine system can be located away from the weir. Outcrops in the area of the weir are thereby reduced.
  • the recess is arranged in the region between the water surface and the bottom of the water. The advantage here is that even aquatic animals living close to the ground can overcome the obstacle formed by the weir. In order to avoid spoilage, stabilization of the ground must be ensured in the basement area.
  • a downstream outlet to the fishway is arranged transversely to the flow direction of the water body. The advantage here is that the output is located in an area where the flow is calm.
  • a deflecting device for fish is provided in the inflow area of the weir. This prevents the aquatic animals get sucked into the turbine system and are directed by this deflector directly into the fishway.
  • an inflow-side access to the fishway is arranged in the outflow region of the deflection device. The advantage here is that the fish are directed by the deflector directly to the entrance of the fish way. If the deflection device is designed as a narrow rake, the fish are guided along the rake to the fish path and can thus overcome the weir.
  • the flow path of the water along the fishway is formed meandering.
  • the advantage here is that the flow in the fish way braked and the flow is reduced. If the fishway is dimensioned sufficiently large and areas of low flow are formed in the individual loops of the meander, this formation offers the fish the least resistance in overcoming the obstacle.
  • the fishway is designed as a rough ramp. Also versions as a fish ladder or fish ladder are possible. The advantage here is that the flow is naturally slowed down and the aquatic animals a familiar environment to overcome the existing obstacle is offered.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a river power plant and Fig. 2 is a vertical section through a river power plant.
  • FIG. 1 shows a plan view of a weir 2 lying between the two shores of a river.
  • a recess 3 is provided, in which a device for power generation, in particular a turbine 4, is arranged.
  • a device for power generation in particular a turbine 4
  • This has on the upstream side of a rake 5, which also serves as a deflection device for fish.
  • a diffuser 6 is shown in extension to the turbine 4, which significantly improves their efficiency.
  • the recess 3 is wider than the inlet region of the device for generating electricity. Left and / or right thereof, in the illustrated embodiment on both sides, a free space is recognizable, are connected to the fishways 7, 8.
  • the deflecting action of the rake 5 is designed so that the fish are guided with the flow to the upstream access of the fishways 7, 8.
  • fishways 7, 8 all known fish ladders or fish ladders can be used.
  • the illustration shows the position of the downstream exits 9 of the fishways 7, 8, which are applied perpendicular to the flow direction of the river.
  • a meander 10 on the left and on the right of the power generation device limits the flow through the recess 3.
  • a lifting device 1 1 can lift the entire device for power generation from the weir.
  • the lifting device 1 1 consists for this purpose, for example, two rails, between which the turbine plant is performed.
  • the lifting is done for example by a crane or similar device.
  • the device for power generation is designed in the best case as a dive turbine.
  • the dive turbine forms a compact unit of turbine 4, generator and as needed control and power electronics.
  • a powerhouse as is customary in turbine plants, saved.
  • a cable for forwarding the electrical energy generated is connected directly to the diving turbine.
  • the dive turbine also mounted on a lifting device 1 1, so this has the advantage that the turbine 4 is easily accessible for maintenance purposes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stauwehr mit einer darin angeordneten Turbinenanlage, wobei die Turbinenanlage als eine Einheit in einer Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet ist und das Stauwehr mit einem Fischweg ausgestattet ist und die Turbinenanlage einen kleineren Montagequerschnitt aufweist als ein entsprechender Aufnahmequerschnitt der Ausnehmung und eine Differenz der Querschnitte als Fischweg ausgebildet ist.

Description

Stauwehr mit Turbinenanlage
Die Erfindung betrifft ein Stauwehr mit einer darin angeordneten Turbinenanlage, wobei die Turbinenanlage als eine Einheit in einer Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet ist und das Stauwehr mit einem Fischweg ausgestattet ist.
Vorrichtungen zur Stromerzeugung in gestauten Wasserläufen sind in einer Vielzahl bekannt. Die Einrichtungen stellen jedoch einerseits einen Eingriff in das Ökosystem der Gewässer dar, da Staumauern oder Wehre ein unuberwindbares Hindernis für wandernde Fische bilden. Der Bau eines Maschinenhauses zur Aufnahme und Instandhaltung der Turbine bedeutet einen weiteren Aufwand und Eingriff sowohl in das Ökosystem der Gewässer als auch ins Landschaftsbild.
In der DE 195 10 347 C1 , die ein Stauwehr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt, ist eine Aufstieghilfe für aquatische Organismen an Stauanlagen in Fließgewässern beschrieben, bei der die Fische über eine Wendeltreppe die Höhe der Staumauer überwinden können. Nachteilig ist hierbei der erhebliche bauliche Aufwand, zusätzlich zu der im Verhältnis kleinen Wehranlage ist ein wesentlich größeres Kanalsystem erforderlich. Die DE 100 17 598 C2 beschreibt einen Bypass, der die Fische an der Turbine vorbei leitet. Auch hier besteht der Nachteil eines erheblichen baulichen Aufwandes. Da der Bypass unterhalb der Turbinenanlage angelegt ist, ist der Landschaftsschutz zwar berücksichtigt, die unterirdische Bauweise verteuert jedoch die gesamten Gestehungskosten und erschwert eine Wartung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Stromerzeugung an einem Stauwehr in einem Gewässerlauf zu schaffen, wobei diese Vorrichtung die oben genannten Nachteile bei der Anlage von Fischwegen überwinden soll. Des Weiteren soll die vorliegende Erfindung auf ein Maschinenhaus und die damit verbundenen Aufwendungen sowie Eingriffe ins Ökosystem verzichten. Die Lösung der Aufgabe sieht ausgehend von der DE 195 10 347 C1 vor, dass die Turbinenanlage einen kleineren Montagequerschnitt aufweist als ein entsprechender Aufnahmequerschnitt der Ausnehmung und dass eine Differenz der Querschnitte als Fischweg ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der bauliche Aufwand bei der Einrichtung der Turbinenanlage gering gehalten wird. Die Turbinenanlage wird als eine Einheit in nur eine Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet. Somit sind keine die Landschaft schädigenden Bauwerke, wie beispielsweise ein Maschinenhaus oder ein separater Fischweg notwendig, da letzterer in die Ausnehmung mit integriert ist.
In einer Ausführungsform ist die Turbinenanlage mit einem geschlossenen und durchströmten Diffusor versehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Energie des strömenden Wassers optimal genutzt und der abströmseitige Auslass der Turbinenanlage entfernt vom Stauwehr angeordnet werden kann. Auskolkungen im Bereich des Stauwehrs werden dadurch reduziert. In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung im Bereich zwischen Wasseroberfläche und Gewässergrund angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass auch Wassertiere, die grundnah leben, das durch das Stauwehr gebildete Hindernis überwinden können. Zur Vermeidung von Auskolkungen ist im grundnahen Bereich für eine Stabilisierung des Grundes zu sorgen. In einer weiteren Ausführungsform ist ein abströmseitiger Ausgang zum Fischweg quer zur Fließrichtung des Gewässers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Ausgang in einem Bereich liegt, in dem die Strömung beruhigt ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist im Anströmbereich des Stauwehrs eine Ablenkvorrichtung für Fische vorgesehen. Diese verhindert, dass die Wassertiere in den Sog der Turbinenanlage geraten und durch diese Ablenkvorrichtung direkt in den Fischweg gelenkt werden. Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein anströmseitiger Zugang zum Fischweg im Abströmbereich der Ablenkvorrichtung angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Fische durch die Ablenkvorrichtung direkt zum Zugang des Fischweges geleitet werden. Ist die Ablenkvorrichtung als enger Rechen ausgebildet, so werden die Fische entlang des Rechens zum Fischweg geführt und können damit das Stauwehr überwinden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Fließweg des Wassers entlang des Fischweges mäandrierend ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass die Strömung im Fischweg gebremst und der Durchfluss verringert wird. Ist der Fischweg ausreichend groß dimensioniert und sind in den einzelnen Schleifen der Mäander Bereiche niedriger Strömung ausgebildet, so bietet diese Ausformung den Fischen bei der Überwindung des Hindernisses den geringsten Widerstand.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Fischweg als raue Rampe ausgeführt. Auch Ausführungen als Fischleiter oder Fischtreppe sind möglich. Von Vorteil ist dabei, dass die Strömung auf natürliche Weise gebremst wird und den Wassertieren eine bekannte Umgebung zur Überwindung des bestehenden Hindernisses geboten wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus der Kombination der Ansprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Flusskraftwerk und die Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch ein Flusskraftwerk.
Die Figur 1 zeigt in einer Draufsicht ein, zwischen den beiden Ufern 1 eines Flusses liegendes, Stauwehr 2. In diesem Stauwehr 2 ist eine Ausnehmung 3 vorgesehen, worin eine Vorrichtung zur Stromerzeugung, insbesondere eine Turbine 4, angeordnet ist. Diese verfügt anströmseitig über einen Rechen 5, der gleichzeitig als Ablenkvorrichtung für Fische dient. Abströmseitig ist in Verlängerung zur Turbine 4 ein Diffusor 6 dargestellt, der deren Wirkungsgrad erheblich verbessert. Die Ausnehmung 3 ist breiter als der Einlaufbereich der Vorrichtung zur Stromerzeugung. Links und/oder rechts davon, im dargestellten Ausführungsbeispiel beidseitig, ist jeweils ein Freiraum erkennbar, an den Fischwege 7, 8 angeschlossen sind. Die Ablenkwirkung des Rechens 5 ist so ausgelegt, das die Fische mit der Strömung zum anströmseitigen Zugang der Fischwege 7, 8 geleitet werden. Als Fischwege 7, 8 können alle bekannten Fischtreppen oder Fischleitern zum Einsatz kommen. In der Darstellung erkennbar ist die Lage der abstromseitigen Ausgänge 9 der Fischwege 7, 8, die senkrecht zur Fließrichtung des Flusses angelegt sind. Eine Mäander 10 links und rechts der Vorrichtung zur Stromerzeugung begrenzt die Strömung durch die Ausnehmung 3.
Mittels einer Hebevorrichtung 1 1 lässt sich die gesamte Vorrichtung zur Stromerzeugung aus dem Stauwehr heben. Die Hebevorrichtung 1 1 besteht hierzu beispielsweise aus zwei Schienen, zwischen denen die Turbinenanlage geführt ist. Das Heben erfolgt beispielsweise durch einen Kran oder ein ähnliches Gerät.
Die Vorrichtung zur Stromerzeugung ist im günstigsten Fall als Tauchturbine ausgeführt. Die Tauchturbine bildet eine kompakte Einheit aus Turbine 4, Generator und bedarfsweise Steuer- und Leistungselektronik. Durch diese Anordnung wird ein Krafthaus, wie es bei Turbinenanlagen üblich ist, eingespart. Im Idealfall wird an die Tauchturbine direkt ein Kabel zur Weiterleitung der erzeugten elektrischen Energie angeschlossen. Ist die Tauchturbine außerdem an einer Hebevorrichtung 1 1 gelagert, so hat dies den Vorteil, dass die Turbine 4 auf einfache Weise für Wartungszwecke zugänglich ist.
Die Figur 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch das Stauwehr 2. Der Anströmbereich mit einer aufgestauten Wasseroberfläche 1 1 ist links des Stauwehrs 2 dargestellt. In einer Ausnehmung 3 des Stauwehrs 2 ist die Vorrichtung zur Stromerzeugung bestehend aus dem Rechen 5, der Turbine 4, dem Diffusor 8 und der Hebevorrichtung 9 integriert. Vom Fischweg 6 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Bereich mit der Mäander 10 dargestellt. Im Abströmbereich, in der Figur rechts dargestellt, ist die Wasseroberfläche 1 1 niedriger als im Anströmbereich.
Bezugszeichenliste 1 Ufer
2 Stauwehr
3 Ausnehmung
4 Turbine
5 Rechen
6 Diffusor
7 Fisch weg
8 Fisch weg
9 abströmseitiger Ausgang
10 Mäander
1 1 Hebevorrichtung
12 Wasseroberfläche
13 Gewässergrund

Claims

Patentansprüche
Stauwehr mit darin angeordneter Turbinenanlage, wobei die Turbinenanlage als eine Einheit in einer Ausnehmung des Stauwehrs angeordnet ist und das Stauwehr mit einem Fischweg ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenanlage einen kleineren Montagequerschnitt aufweist als ein entsprechender Aufnahmequerschnitt der Ausnehmung (3) und eine Differenz der Querschnitte als Fischweg (7, 8) ausgebildet ist.
Stauwehr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenanlage mit einem geschlossenen und durchströmten Diffusor (6) versehen ist.
Stauwehr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (3) im Bereich zwischen einer Wasseroberfläche (1 1 ) und einem Gewässergrund (12) angeordnet ist.
Stauwehr nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein abströmseitiger Ausgang (9) zum Fischweg (7, 8) quer zur Fließrichtung des Gewässers angeordnet ist.
Stauwehr nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anströmbereich eine Ablenkvorrichtung für Fische vorgesehen ist. Stauwehr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein anströmseitiger Zugang zum Fischweg (7, 8) im Abströmbereich der Ablenkvorrichtung angeordnet ist.
Stauwehr nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließweg des Wassers entlang des Fischweges (7, 8) mäandrierend ausgeformt ist.
Stauwehr nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fischweg (7, 8) als raue Rampe ausgeführt ist.
EP11709087A 2010-04-30 2011-03-09 Stauwehr mit turbinenanlage Withdrawn EP2564055A2 (de)

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